第四章纺织助剂.

2019/12/18第四章纺织助剂乳化剂、分散剂、净洗剂、抗静电剂、柔软剂、防水剂等加入浆料中使生产能够顺利进行;清洗纱线或者织物;改善织物的性能。种类目的90%的助剂都含有表面活性剂，组成复杂，复配而成。第一节表面活性剂基础知识第二节表面活性剂的分类和化学结构第三节表面活性剂的作用原理第四节表面活性剂的结构与性能的关系第五节纺织生产中常用的表面活性剂2019/12/18第一节表面活性剂基础知识一、表面张力2019/12/181、表面和界面(surfaceandinterface)界面：指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。2019/12/18（1）气-液界面2019/12/18（2）气-固界面2019/12/18（3）液-液界面2019/12/18（4）液-固界面2019/12/18（5）固-固界面2019/12/182、界面现象的本质表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同：体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称的，各个方向的力彼此抵销；但是处在界面层的分子，一方面受到体相内相同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用，其作用力未必能相互抵销，因此，界面层会显示出一些独特的性质。2019/12/18液体及其蒸气组成的表面：液体内部分子所受的力可以彼此抵销，但表面分子受到体相分子的拉力大，受到气相分子的拉力小（因为气相密度低），所以表面分子受到被拉入体相的作用力。表面张力：作用于液体表面单位长度上使液体表面收缩的力。用γ表示，单位是N·m-1也可以看成增加单位表面积所需的功（Pa·m-2)2019/12/18将一含有一个活动边框的金属线框架放在肥皂液中，然后取出悬挂，活动边在下面。由于金属框上的肥皂膜的表面张力作用，可滑动的边会被向上拉，挂一重物，金属丝不再滑动。这时：2Fll是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长度为2l，γ就是作用于单位边界上的表面张力。3、表面张力（surfacetension）2019/12/18如果在金属线框中间系一线圈，一起浸入肥皂液中，然后取出，上面形成一液膜。由于以线圈为边界的两边表面张力大小相等方向相反，所以线圈成任意形状可在液膜上移动。如果刺破线圈中央的液膜，线圈内侧张力消失，外侧表面张力立即将线圈绷成一个圆形，清楚的显示出表面张力的存在。2019/12/184、影响表面张力的因素（1）分子间相互作用力的影响（3）溶质的影响：随着溶质性质变化而变化。对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间形成的化学键能的大小，一般化学键越强，表面张力越大。γ(金属键)γ(离子键)γ(极性共价键)γ(非极性共价键)两种液体间的界面张力，界于两种液体表面张力之间。（2）温度的影响：温度升高，表面张力下降。无机酸、碱、盐等有机酸、醇、醛等肥皂、长链烷基磺酸钠等(表面活性剂）2019/12/18二、表面活性剂能使水的表面张力明显降低的溶质称为表面活性物质。这种物质通常是含有亲水的极性基团和憎水的非极性碳链或碳环有机化合物。亲水基团进入水中，憎水基团企图离开水而指向空气，在界面定向排列。表面活性物质的表面浓度大于本体浓度，增加单位面积所需的功较纯水小。非极性成分愈大，表面活性也愈大。1、表面活性物质与非表面活性物质2019/12/18表面活性剂是具有两亲性结构的有机化合物(如：R-COONa)2019/12/18能使水的表面张力明显升高的溶质称为。如无机盐和不挥发的酸、碱等。这些物质的离子有水合作用，趋向于把水分子拖入水中，非表面活性物质在表面的浓度低于在本体的浓度。非表面活性物质2019/12/182、两亲分子在气液界面上的定向排列根据实验，脂肪酸在水中的浓度达到一定数值后，它在表面层中的浓度为一定值，与本体浓度无关，并且和它的碳氢链的长度也无关。这时，表面吸附已达到饱和。脂肪酸分子合理的排列是羧基向水，碳氢链向空气。2019/12/183、表面活性剂效率和有效值表面活性剂效率：使水的表面张力明显降低所需要的表面活性剂的浓度。显然，所需浓度愈低，表面活性剂的性能愈好。表面活性剂有效值：能够把水的表面张力降低到的最小值。显然，能把水的表面张力降得愈低，该表面活性剂愈有效。表面活性剂的效率与有效值在数值上常常是相反的。例如，当憎水基团的链长增加时，效率提高而有效值降低。2019/12/184、胶束(micelle)表面活性剂是两亲分子。溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会自相结合，形成聚集体，使憎水基向里、亲水基向外，这种多分子聚集体称为胶束。随着亲水基不同和浓度不同，形成的胶束可呈现棒、层状或球状等多种形状。2019/12/182019/12/182019/12/182019/12/182019/12/185、临界胶束浓度(criticalmicelleconcentration)2019/12/18表面活性剂在水中随着浓度增大，表面上聚集的活性剂分子形成定向排列的紧密单分子层，多余的分子在体相内部也三三两两的以憎水基互相靠拢，聚集在一起形成胶束。这时溶液性质与理想性质发生偏离，在表面张力对浓度绘制的曲线上会出现转折。继续增加活性剂浓度，表面张力不再降低，而体相中的胶束不断增多、增大。临界胶束浓度（CMC）：开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。2019/12/18物理性质在CMC处发生突变，界面张力、电导率、渗透压、粘度、可溶性、去污力。表面活性剂溶液，只有在其浓度稍高于临界胶束浓度时才能充分发挥作用。2019/12/18第二节表面活性剂的分类和化学结构离子型非离子型阳离子型阴离子型两性型表面活性剂常用表面活性剂类型P171定义阴离子型：润湿、渗透、起泡、润滑、洗涤阳离子型：柔软、抗静电、防水、染色助剂、杀菌两性型：柔软、润滑、抗静电、染色助剂、洗涤非离子：洗涤、分散、乳化、增溶、润湿、发泡、抗静电、杀菌2019/12/18一、阴离子表面活性剂RCOONa羧酸盐R-OSO3Na硫酸酯盐R-SO3Na磺酸盐R-OPO3Na2磷酸酯盐2019/12/18二、阳离子表面活性剂R-NH2·HCl伯胺盐CH3|R-N-HCl仲胺盐|HCH3|R-N-HCl叔胺盐|CH3CH3|R-N+-CH3Cl-季胺盐|CH31、烷基胺盐型杀菌柔软整理剂抗静电（降低纤维表面静电摩擦系数）2019/12/18高级伯、仲、叔胺与酸中和便成为胺盐伯胺盐R-NH2HCl仲胺盐R-NH(CH3)HCl（R2-NHCl）叔胺盐R-N(CH3)2HCl（R3-NHCl）常用的酸有盐酸、甲酸、乙酸、氢溴酸、硫酸等2019/12/182、季铵盐型阳离子表面活性剂NH4+的4个氢均被有机基团取代，形成R1R2N+R3R4的结构。与胺盐的区别：季铵盐是强碱，无论在酸性和碱性溶液中均能溶解，并离解为带正电的脂肪链阳离子。而胺盐为弱碱盐，在碱性条件下：R1R2R3N.HCl+NaOHR1R2R3N+NaCl+H2O2019/12/18季胺盐型分子结构NR2CH3R1CH3[]X-+•R1=C12~C18;R2=C12~C18,CH3,苄基•X=Cl,Br•可以做匀染剂与胶片抗静电剂等苄基：苯甲基十二烷基二甲基苄基氯化铵2019/12/18抗静电剂、柔软剂、缓染剂、固色剂、护法剂、杀菌消毒2019/12/18其它阳离子表面活性剂NC12H25Br.ClNC14H33.含吡啶环含喹啉环2019/12/18双季胺盐型RN(CH2)2CH2CH2N(CH2)2RCl2NRNRNN(CH2)nNCH2CH2CH3CH2NCl-Cl-是良好的纺织柔软剂2019/12/18三、两性表面活性剂R-NHCH2-CH2COOH氨基酸型CH3|R-N+-CH2COO-甜菜碱型|CH3特征：能给出和接收质子•当pH低于等电点时，多呈阳离子性；•当pH高于等电点时，多呈阴离子性2019/12/18氨基酸型表面活性剂C12H25NHCH2CH2COONa具有胺盐型的阳离子部分和羧酸盐型的阴离子部分微酸性，偏碱性时去污力强。2019/12/18甜菜碱型两性离子表面活性剂甜菜碱（最初从植物甜菜中分离而得）结构：甜菜碱型两性离子表面活性剂：甜菜碱中甲基被长链烷基取代后的产物。NCH2COOCH3CH3CH3NCH2COOCH3CH3CH3+-具有季铵盐基阳离子部分和羧酸的阴离子部分2019/12/18在任何pH值下都能溶于水，既使在等电点下也不会发生沉淀；不会因温度升高而混浊；水溶液的渗透性好、泡沫性强、去污力好分散性好成本高2019/12/18羧酸类甜菜碱型磺酸类甜菜碱型氨基羧酸型-+NCOONSO3+--+NH2COO十二烷基二甲基甜菜碱NCH2COOCH3RCH3+-2019/12/18四、非离子表面活性剂R-(C6H4)-O(C2H4O)nH烷基酚聚氧乙烯醚OP一型R2N-(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基胺R-CONH(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基酰胺R-COOCH2(CHOH)3H多元醇型R-O-(CH2CH2O)nH脂肪醇聚氧乙烯醚类型聚乙二醇型2019/12/18非离子表面活性剂特点离子型在水溶液中离解，离解后可能与其它电离物质反应而沉淀;非离子型在水溶液中不会电离，不受酸、碱影响，稳定性高；在各种溶剂中均有较好的溶解性；亲水性是通过氧原子与水分子的氢键结合(不强)，温度升高到某值后，出现浑浊；浊点(聚乙二醇型表面活性剂):P1782019/12/18聚乙二醇型非离子表面活性剂CCOCCOCCOCOCCOCCOOOCCOCCO非水溶剂中水溶液中2019/12/18脂肪酸聚氧乙烯酯酯键较醚键稳定性差；溶解度小；生物降解性好脂肪酸来源容易、成本低、工艺简单2019/12/18多元醇型非离子表面活性剂结构：R-COOCH2C(CH2OH)3•由含有多个羟基的多元醇与脂肪酸进行脂化而生成的脂类；多元醇型非离子表面活性剂1、甘油的脂肪酸酯2、季戊四醇的脂肪酸酯3、山梨醇及失水山梨醇的脂肪酸酯4、蔗糖脂肪酸酯5、醇胺类的脂肪酸酯6、烷基糖苷及其它2019/12/18特点它一类亲油基上带有多个羟基，依靠羟基与水的亲和力而具有两亲性结构；羟基亲水性小，多数不溶于水，呈乳化或分散状；毒性低，常用于食品、医药、化妆品等中。R-COOCH2C(CH2OH)32019/12/18第三节表面活性剂的作用原理一.润湿作用二.起泡作用四.分散乳化作用三.增溶作用六.洗涤作用五、柔软和平滑作用2019/12/18一、润湿作用表面活性剂可以降低液体表面张力，改变接触角的大小，从而达到所需的目的。一种液体能否在另一种不互溶的液体上铺展，取决于两种液体本身的表面张力和两种液体之间的界面张力。一般说，铺展后，表面自由能下降，则这种铺展是自发的。大多数表面自由能较低的有机物可以在表面自由能较高的水面上铺展。等温、等压条件下，单位面积的液固界面取代了单位面积的气固界面并产生了单位面积的气液界面。铺展表界面张力接触角P184若接触角大于90°，说明液体不能润湿固体，如汞在玻璃表面；若接触角小于90°，液体能润湿固体，如水在洁净的玻璃表面。P1842019/12/18凡是能促进液体表面润湿的物质，也能促进其向织物内部渗透。为了满足润湿条件，可以有下面两种方法：其一是设法提高固体的表面张力。固体表面清洗干净，脱腊。其二是设法降低液体的表面张力使用表面活性剂。2019/12/18一些高分子固体和有机固体的临界表面张力固体表面γg（mN／m）固体表面γg（mN／m）高分子固体聚四氟乙烯聚三氟乙烯聚乙烯聚苯乙烯聚乙烯醇聚甲基丙烯酸甲酯聚氯乙烯18223133373939聚酯尼龙66聚丙烯腈再生纤维素有机固体石蜡正三十六烷4346444426222019/12/18三.增溶作用非极性有机物如苯在水溶解度很小，加入油酸钠等表面活性剂后，苯在水中的