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- 其一, 通過(guò)“正吸附”可迅速降低水的表面張力, 體現(xiàn)了表面活性劑的潤(rùn)濕、滲透作用;
- 其二, 通過(guò)“膠束化”可在水中形成大量膠束并有效降低兩相間的界面張力, 使液體、固體、氣體能在水中穩(wěn)定存在, 體現(xiàn)了表面活性劑的乳化、分散、發(fā)泡、在水面上停留一段時(shí)間再慢慢沉入水底。若在水中加入少許表面活性劑JFC, 我們發(fā)現(xiàn)放于水面的坯布會(huì)馬上沉入水底, 這是測(cè)試表面活性劑潤(rùn)濕能力的一個(gè)常見(jiàn)方法。
一般來(lái)講, 潤(rùn)濕是固體表面上一種流體被另一種流體所取代的過(guò)程。因此, 潤(rùn)濕作用至少涉及三相, 其中兩相是流體, 一相是固體。染整加工中, 多為纖維(固體) 表面上的氣體( 一種流體) 被水(另一種流體)所取代的過(guò)程。
坯布在純水中潤(rùn)濕速度較慢, 是因?yàn)樗谋砻鎻埩^大, 不能在纖維表面迅速鋪展, 不能將坯布內(nèi)的空氣快速取代出去; 水中加入表面活性劑之后, 水的表面張力明顯下降, 使水能在纖維表面迅速鋪展并將空氣迅速取代出去, 從而加快了潤(rùn)濕過(guò)程。因此,能使?jié)櫇襁^(guò)程迅速發(fā)生的表面活性劑被叫做潤(rùn)濕劑或滲透劑, 表面活性劑在這個(gè)過(guò)程所起的作用叫做潤(rùn)濕作用或滲透作用。
潤(rùn)濕作用與滲透作用并無(wú)本質(zhì)上的區(qū)別, 前者作用在固體表面,后者作用在固體內(nèi)部, 兩者可使用相同的表面活性劑, 因而潤(rùn)濕劑也可稱為滲透劑。
表面活性劑之所以具有潤(rùn)濕和滲透作用, 是由于它能顯著地降低水的表面張力。
織物與一般固體平面不同, 它是一個(gè)多孔體系, 在紗線之間、纖維之間以及纖維內(nèi)部的微細(xì)結(jié)構(gòu)之間, 均分布著無(wú)數(shù)相互貫通、大小不同的毛細(xì)管, 因此在染整加工過(guò)程中, 織物的潤(rùn)濕能力常用毛細(xì)管效應(yīng)來(lái)衡量。
染整工作液中加入少量潤(rùn)濕、滲透劑之后, 織物的毛細(xì)管效應(yīng)就能明顯提高, 保證染整加工順利進(jìn)行。
作為潤(rùn)濕、滲透劑使用的表面活性劑, 其分子鏈長(zhǎng)度宜適中, HLB值宜適當(dāng), 疏水基中含有支鏈的會(huì)明顯提高其潤(rùn)濕能力,離子型表面活性劑其親水基位于分子鏈中央者潤(rùn)濕性最好, 表面活性劑分子引入第二個(gè)親水基后潤(rùn)濕性會(huì)下降。聚氧乙烯型非離子表面活性劑在高溫下用做滲透劑時(shí), 宜與陰離子型表面活性劑共用, 以提高其熱穩(wěn)定性, 在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿條件下使用的潤(rùn)濕、滲透劑, 要充分考慮其化學(xué)穩(wěn)定性, 以免分解失效。
在染整加工中經(jīng)常作為潤(rùn)濕、滲透劑使用的產(chǎn)品, 有滲透劑JFC、滲透劑T、拉開(kāi)粉BX、滲透劑5881、絲光滲透劑MP 等品牌。
乳化作用
兩種互不相溶的液體,其中一相以微滴狀分散于另一相中,這種作用稱為乳化作用。
乳化作用往往不會(huì)自動(dòng)發(fā)生或長(zhǎng)久存在。例如,將油和水放在一起進(jìn)行劇烈攪拌,雖然也能形成暫時(shí)乳化狀態(tài),但攪拌一旦停止,油與水又馬上分為上下兩層,這是由于油—水間存在著較大的界面張力,油在攪拌作用下變成微滴之后,油—水間的接觸面積會(huì)大大增加,表面能迅速增大,成為一種不穩(wěn)定體系,以致一旦停止攪拌,便會(huì)分為兩層,恢復(fù)成為兩相接觸面積最小的穩(wěn)定狀態(tài)。如果在油和水中加入一定量適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣?再給以攪拌,由于表面活性劑在油—水界面上有定向吸附的能力,親水基伸向水,疏水基伸向油,從而降低了油—水間的界面張力,使體系的界面能下降。
在降低界面張力的同時(shí),表面活性劑分子緊密地吸附在油滴周圍,形成具有一定機(jī)械強(qiáng)度的吸附膜,當(dāng)油滴相互接觸、碰撞時(shí),吸附膜能阻止油滴的聚集,從而使乳液穩(wěn)定存在。這種能使乳化作用順利發(fā)生的表面活性劑叫做乳化劑。
如果選擇離子型表面活性劑作為乳化劑,還會(huì)在油—水界面上形成雙電層和水化層,都有進(jìn)一步防止油滴聚集的作用。若使用非離子型表面活性劑作為乳化劑,則會(huì)在油滴周圍形成比較牢固的水化層,起防凝聚作用。肥皂作為乳化劑使用時(shí)的乳液狀態(tài)如圖所示。
經(jīng)乳化作用形成的油—水分散體系叫做乳狀液,乳狀液有兩種類型。
- 一種是水包油型(油/水型),以O(shè)/W表示,水包油型是油類液體以微粒狀分散在水中,其中油是內(nèi)相(不連續(xù)相)、水是外相(連續(xù)相);
- 另一種是油包水型(水/油型),以W/O表示,油包水型是水呈微粒狀分散在油中,其中水是內(nèi)相(不連續(xù)相)、油是外相(連續(xù)相)。
一般來(lái)講,親水性強(qiáng)的乳化劑易形成油/水型乳狀液,而疏水性強(qiáng)的乳化劑易形成水/油型乳狀液。圖3表示了親水能力不同的乳化劑對(duì)乳液類型的影響。
乳化劑都是表面活性劑,但不是所有的表面活性劑都能成為良好的乳化劑,只有在水中能形成穩(wěn)定膠束的表面活性劑才具有良好的乳化分散能力。乳化劑應(yīng)有適當(dāng)?shù)腍LB值,例如非離子表面活性劑,其HLB值在8～18之間可形成油/水型乳液,在3～6之間則可形成水/油型乳液;乳化劑與被乳化物應(yīng)有相似的分子結(jié)構(gòu),應(yīng)能顯著地降低被乳化物與水之間的界面張力;乳化劑應(yīng)具有強(qiáng)烈的水化作用在乳化粒子散作用順利發(fā)生的表面活性
對(duì)于被分散的固體,必須盡量減小其顆粒體積,其顆粒體積越小,越有利于表面活性劑對(duì)其潤(rùn)濕、分化、
氣體分散在液體中的狀態(tài)稱為氣泡,大量氣泡聚集在一起形成的分散體系稱為泡沫,能促使泡沫形成的能力稱為發(fā)泡作用。泡沫類似于乳劑,能促使泡沫穩(wěn)定存在的表面活性劑稱為穩(wěn)泡劑。
形成的泡沫同樣是一個(gè)熱力學(xué)不穩(wěn)定體系,容易因?yàn)闅馀蓍g液膜層產(chǎn)生排液現(xiàn)象和小氣泡穿透大氣泡的合并作用,而使氣泡不斷破裂、泡沫消失。若液體中存在表面活性劑,由于氣泡表面能吸附表面活性劑分子,這些定向排列的分子在氣泡表面達(dá)到一定程度時(shí),氣泡壁就成為一層堅(jiān)固的薄膜,從而使氣泡間不易發(fā)生合并;
又由于表面活性劑在液體表面的定向排列,使液體的表面張力明顯下降,并導(dǎo)致氣泡間的內(nèi)壓差降低,因而排液速度減慢。表面活性劑的上述兩方面作用,降低了氣泡的破裂能力,有利于泡沫的形成和穩(wěn)定存在。
泡沫對(duì)于污垢的去除和懸浮有一定作用,染整加工中也有一些依靠發(fā)泡劑而完成的工藝,如泡沫染色、泡沫印花等新工藝。然而,在染整加工過(guò)程中,更多的場(chǎng)合要求低泡或無(wú)泡,因而如何抑泡和消泡更受人們的關(guān)注。染者無(wú)疆編輯整理
增溶作用
在溶劑中完全不溶或微溶的物質(zhì)進(jìn)入表面活性劑形成的膠束中得到溶解,并成為熱力學(xué)穩(wěn)定溶液,這種現(xiàn)象稱為增溶作用,所形成的透明溶液稱為增溶溶液或膠束溶液,被增溶的物質(zhì)稱為增溶溶解質(zhì),起增溶作用的表面活性劑稱為增溶劑。
增溶作用與乳化作用和分散作用既有區(qū)別又有聯(lián)系。染者無(wú)疆編輯整理
其區(qū)別在于:
(1)乳化作用僅限于液體—液體之間形成的分散體系,分散作用僅限于固體—液體之間形成的分散體系,而增溶作用所溶解的物質(zhì),既可以是液體,也可以是固體。
(2)乳化作用和分散作用形成的是熱力學(xué)不穩(wěn)定多相分散體系,而增溶作用形成的是熱力學(xué)穩(wěn)定的均相體系。
(3)外觀上明顯不同,乳狀液和分散液多為乳白狀和懸濁狀,而增溶溶液為透明狀。
其聯(lián)系在于:
增溶作用可以看作是乳化作用或分散作用的極限階段、理想狀態(tài),它們之間有相互轉(zhuǎn)化的途徑。例如:乳狀液也可以成為微乳狀液———外觀由乳白狀轉(zhuǎn)為透明狀,已接近了增溶溶液;向增溶溶液中繼續(xù)加入增溶溶解質(zhì)達(dá)到一定數(shù)量時(shí),增溶溶液即轉(zhuǎn)變?yōu)槿闋钜骸庥^由透明狀轉(zhuǎn)為乳白色。
增溶溶液與真溶液也有本質(zhì)區(qū)別,真溶液是有機(jī)物或無(wú)機(jī)物以分子或離子形式溶解于溶劑中,而增溶溶液“溶解”的增溶溶解質(zhì)是以遠(yuǎn)比分子大得多的“分子集團(tuán)”的形式包圍在膠束中。
作為增溶劑而使用的表面活性劑,必須在溶液中達(dá)到足夠的濃度,在溶液中形成足夠多的膠束,才能保證增溶作用的順利產(chǎn)生,而且形成的棒狀、層狀等高級(jí)膠束數(shù)量越多,增溶效果就會(huì)越明顯。染者無(wú)疆編輯整理
增溶作用對(duì)于染整加工也有許多特殊作用,例如:分散染料經(jīng)合適的增溶劑增溶處理,其在水中的溶解度會(huì)明顯提高,有利于工作液穩(wěn)定并提高染色效果;許多高檔含硅類柔軟整理劑需要調(diào)制成穩(wěn)定性非常高的微乳液、增溶溶液才能產(chǎn)生優(yōu)良的整理效果;在去除織物上污垢的過(guò)程中,增溶也發(fā)揮重要的去污作用。
洗滌作用
從浸在某種介質(zhì)(多為水)中的固體表面除去異物或污垢的過(guò)程稱為洗滌,能發(fā)揮洗滌作用的化學(xué)品稱為洗滌劑,洗滌劑多以表面活性劑作為主要成分。
洗滌作用較復(fù)雜,是表面活性劑的潤(rùn)濕、乳化、分散、增溶等綜合作用以及攪拌、揉搓、水流等機(jī)械作用的共同結(jié)果。以織物為例洗滌過(guò)程可用下式表示:
- 織物·污垢+洗滌劑
- 織物·洗滌劑+污垢·洗滌劑
- 織物+洗滌劑
在洗滌過(guò)程中,污垢的去除通過(guò)如下具體方式:
- 洗滌劑向纖維表面和污垢表面做定向界面吸附,并進(jìn)一步向纖維與污垢之間(相互接觸處)潤(rùn)濕、滲透。
- 在洗滌劑的分割、取代作用下,污垢與纖維之間的結(jié)合力減弱,并在機(jī)械或水流的作用下脫離纖維。
- 脫離下來(lái)的污垢在水溶液中被洗滌劑乳化分散或增溶,不使其再沉積回到織物表面。
- 污垢與洗滌劑隨水溶液被沖洗除去,吸附于織物表面的殘余洗滌劑也一同被沖洗除去。
織物洗滌過(guò)程見(jiàn)圖
污垢一般分為油性污垢和固體污垢兩類,油性污垢多由動(dòng)、植物油,礦物油等組成,固體污垢主要是塵土、鐵銹、炭黑等。油性污垢與織物間通過(guò)分子間引力以面粘接形式結(jié)合在一起,較不易清除,固體污垢與織物間以點(diǎn)粘接形式相連,較易去除。
實(shí)際上,油性污垢與固體污垢多以混雜形式摻合在一起形成混合污垢,因此只需采取措施將油性污垢清除,在油性污垢被有效清除的同時(shí),固體污垢就被一并洗除。油性污垢的去除過(guò)程符合“卷縮”機(jī)理。油性污垢脫離纖維表面過(guò)程的示意圖見(jiàn)圖6。
作為洗滌劑而使用的表面活性劑,其HLB值應(yīng)適當(dāng),通常分子結(jié)構(gòu)為直鏈型,親水基處于末端的表面活性劑洗滌作用更強(qiáng)。
由于纖維在水中多帶負(fù)電荷,因此陰離子型表面活性劑對(duì)織物具有優(yōu)良的洗滌效果,這是因?yàn)殛庪x子洗滌劑在污垢周圍形成的界面層同樣帶有負(fù)電荷,這就使織物與污垢之間產(chǎn)生一定的排斥力,有利于污垢從織物表面脫離,并穩(wěn)定地懸浮在水溶液中。
而陽(yáng)離子型表面活性劑則會(huì)使污垢表面帶正電荷,反而會(huì)加強(qiáng)污垢與織物間的吸附,故陽(yáng)離子型表面活性劑不宜作為洗滌劑使用。非離子型表面活性劑的cmc值很低,在低濃度下就有較強(qiáng)的去污能力,尤其對(duì)于疏水性的合成纖維,如滌綸織物,具有更好的洗滌效果,常作為洗滌劑使用。
洗滌劑的使用效果除與洗滌劑的分子結(jié)構(gòu)、類型有關(guān)外,還與洗滌液的濃度、溫度、pH值以及織物種類、機(jī)械作用等多方面因素密切相關(guān)。
適合于染整加工用的洗滌劑品種很多,如凈洗劑AS、凈洗劑AES、凈洗劑LS、凈洗劑105、凈洗劑LAS等產(chǎn)品。采用有機(jī)溶劑作為清洗介質(zhì)的洗滌過(guò)程稱為干洗。