防污和易去污整理

1浙江纺织服装职业技术学院教案授课教师吴建华课程名称染整工艺学授课班级03染整(1)授课日期2005年10月20日第七周授课形式讲授授课章节名称第五章防污与易去污整理第一节织物沾污第二节净洗过程第三节防污与易去污整理原理教学目的了解污及织物的沾污过程；掌握净洗过程及去污机理；掌握防污与易去污整理原理；教学重点净洗过程及防污与易去污整理原理教学难点易去污整理机理更新、补充、删节内容1.更新、补充的内容为：净洗过程及易去污机理。2.删节内容为：无使用教具、图表ppt课件课外作业1、什么叫污？常见的污有哪些？2、写出粘着于纤维表面的粒子污的去除过程。3、写出有机污的去除的机理。4、简述易去污整理原理。课后小结1、油性污的净洗包括三个连续过程：①初始阶段：水或净洗剂溶液向油污—纤维界面内扩散；②油污与织物分离：主要是借助于卷缩机理；③最后一个阶段，油污去除很缓慢或可忽略不计。初始阶段可能很短，但如果油污和织物都是疏水性的，并且搅拌又不剧烈时，则也可能持续几小时。2、液体污对织物的沾污就是液体对织物的润湿(铺展)、渗透(芯吸)或粘附。粒子污的沾污主要是由于粘着作用引起的，因此，防污就是要抑制污垢对纤维的粘附作用。2第五章防污和易去污整理第一节织物沾污一、污可将污视为存在于不清洁地方的物质或者是纺织品上不应有的物质。常见的污有：①液体污，例如油；②粒子污，例如泥沙；③更多的可能是由液体和固体污组成的混合污。混合污可为流体，如使用过的机油，或固体物质，如含有油性物质的煤烟。在衬衫的衣领和袖口上的污主要是皮肤的细胞组织和皮脂的混合物。从皮肤转移到织物上的上皮组织含有黄色或棕色色素(三聚氰胺、氧化血红蛋白等)，从而污染了沾污面。皮脂的主要组成如下表所示：表5—1皮脂的组成成分含量(％)成分含量(％)三甘油酯30％～50％角鲨烯10％～12％单甘油脂5％～10％胆甾醇1％～3％游离脂肪酸15％～30％胆甾醇的酯类1％～3％蜡状酯类12％～16％非角鲨烯的烃类1％～2％另一类常见污是分泌的汗液，含有99％水，0.5％氯化钠和其他无机盐类，及0.5％有机物质(尿素、乳酸、丙酮酸等)。经常遇到的另一类有机污为食品残留物(如脂肪)和着色剂(如青草或葡萄洒)。最难去除的有机污之一是血液，除非迅速去除，否则在空气中氧化会转变为不溶性物质。通过空气流动而吹入房间和地毯的街道尘污主要是无机物。其组成相当恒定，它由七种成分组成：表5—2城市室内和地毯上的尘污成分含量(wt％)成分含量(wt％)氧化铁0.50％硅土17％炭黑1.75％高岭土17％腐殖质(泥苔)38％矿物油8.75％水泥土7％二、沾污沾污是一个自发的过程。自发进行的沾污过程可分为三种类型：①直接沾污，例如一滴落在台布上的脂肪污或通过空气流粒子沉积在织物上产生沾污。②污从沾污表面转移到清洁物的表面，例如，与皮肤接触的衣领的沾污，椅子的扶手由于手的接触而沾污。⑧静电沾污，由于纺织品表面的静电荷对空气中悬浮污的吸引作用，例如窗帘的沾污。沾污作用不仅发生在纺织品使用过程中，在洗涤中也可能沾污，织物的湿沾污可有积累性，而且比应用过程发生的干沾污更易使纺织品的表面沾污。在洗涤时的湿沾污包括通过洗涤液从沾污的织物转移到另一织物上或重新沉积在已去除污的织物上。(1)液体污的沾污液体污有有机油性物质如动植物油脂或矿物油，以及水溶液如含有着色剂的葡萄酒。水性污实际上是水挥发后水中的溶质残留在织物上所引起的沾污。液体污对织物的沾污就是液体对织物的润湿、渗透或粘附。液体在织物上的铺展性能取决于液体的表面张力和织物固体表面的临界表面张力。当液体的表面张力高于固体的临界表面张力时，液体不能在固体表面铺展，如经过拒水整理的织物不能被水润湿，洒落在织物3上的水性污可自动滚落或被抖落。液体在织物上的铺展性能还取决于液体的粘度、织物的几何形状、沾污时施加的压力以及其它因素。液体污和织物间的结合力主要是分子间的范得华力或氢键。(2)粒子污的沾污粒子污的沾污分两步：污先转移到纤维表面，而后纤维对污产生吸附。沾污可通过①空气流的沉积作用；②静电引力；③从沾污表面对清洁表面的接触转移。最重要的沾污原理是转移沾污，转移沾污包含有机械力作用，并伴随有压力、摩擦和碰撞等作用。一般认为，沾污主要是污的粒子粘着在纤维表面引起的，而不是机械截留作用。污粒子甚至能粘着于起始是光滑的表面上，如涤纶或聚乙烯薄膜。粘着力的强度决定于单位界面间的相互作用力、接触面积及纤维表面是否有液体存在。在大多数情况下，纤维对污的吸附作用是由范德华力引起的，范德华力只能在很小的距离内有效，因此，污的粒子必须与粘着的纤维表面紧密接触。因为污的粒子极其微小，极不规则，因此，当纤维表面和污的粒子在冲击接触时可以变形，可使接触面积增加，并使界面形状相互适应(见图2—1)．所以能引起纤维表面发生塑性变形的压力或凹陷，可增加沾污作用(图2—2)。图5—1沾有粒子污的纤维表面的塑性变形图5—2氧化铁在涤纶(·)和棉府绸(△)上的吸附值与压力的关系吸污的量取决于可接触的纤维表面积。因此，织物的组织结构和纤维的几何形状是决定织物拒污性的主要因素之一。在一定的沾污条件下，织物的几何形状甚至比纤维的化学组成更为重要。例如，尼龙66塔夫绸具有良好的拒污性能，而尼龙66经编装饰织物则比其它试验织物易沾污。纤维上的油性薄膜有增加沾污的作用，但有关液体薄膜的物理性能和沾污性之间的定量关系的研究资料很少。Kissa发现不同类型的化合物液体(烃类、脂肪酸，醇类及酯类)可增加亲水性织物和疏水性织物的沾污性，但沾污的类型不同(表2—3)。沾污性随着液体薄膜的粘度对其介电常数的比值的增加而增加。粘度会影响去污所用的剪切应力，介电常数对污的粘着作用影响就更加复杂。4表5—3织物上的液膜对吸附性的影响液体涂层沾污值棉府绸涤纶(PET)Fe2O3合成污Fe2O3合成污Nujol2.901.953.902.62油酸2.661.812.932.59甘油1.861.182.542.30邻苯二甲酸二甲酯1.520.902.461.46无1.530.872.151.07液体涂层物理性能折射指数(nD)粘度(η)表面张力(γ)η/γ偶极距介电常数(ε)η/εNujol1.434916731.05.4502.1079.8油酸1.457132.832.21.011.452.4613.3甘油1.472935663.94.72.5642.58.4邻苯二甲酸二甲酯1.515511.341.40.27约2.48.51.3因为纤维上的液体薄膜几乎都能增加对粒子污的沾污作用，因此液体对粒子污的润湿显然己不是沾污的先决条件，即使液体在污粒子上的接触角不等于零，也可能发生完全润湿并具有较强的粘着力，而使污的粒子进入液体薄膜。液体污因而作为粒子污的载体和粘结剂而使沾污更为严重。第二节净洗过程一、粒子污的净洗粘着于纤维表面的粒子污的去除过程可分为两步(图2—3)：①液体薄层首先渗入纤维表面和污的粒子间，而后通过溶剂化使粒子污和纤维表面分离，由于溶解于洗涤液中净洗剂的吸附作用而伴随产生溶剂化作用。②洗除下来的粒子污进入大量水洗液中。图5—3粒子污的净洗机理多年来，关于粒子污净洗的动力学是一个有争议的课题。Vaughn等认为污的去除过程属于一级动力学反应，即—dc/dt＝kc(1)式中c为织物上的污含量，k为速率常数，t为洗涤时间。然而，其他学者得到的去除污的数据似乎和此动力学公式有偏差。Lolb等提出去污量与织物上初始含污量有关，并与洗涤时间的对数成线性关系。Schott支持去污过程属于一级动力学反应的观点，并指出其偏差是由于实际体系中纤维—污的键结合和沾污位置的变化。容易分离的污比牢固结合的污的去除速率快，因此，洗涤速率随着洗涤时间的延长而降低。Kissa通过测定在一定时间间隔Δt内从棉和涤纶织物上去除的氧化铁量，来决定动力学反应级数：Δc/Δt＝kCn(2)式中C为织物上的平均含污量；Δc为时间间隔Δt内的去污量，k为该时间间隔内的平均速5率常数，该速率以对数表示是一条斜率为n的直线。1g(Δc/Δt)＝nlgC＋1gk(3)Kissa使Δt保持不变，通过改变纤维的初始含污量，来改变C，测定Δc，其平均速率常数可从和C相对应的纵坐标进行计算。计算得到的动力学反应级数为1.1，与Vaughn最初推荐的值非常接近，也与Schott所提出的理论值相一致。纤维上粒子污去除的难易并不完全决定于纤维的亲水性，其他因素如污的沾污位置及它与纤维的粘着力也很重要。粒子污对纤维表面的粘着力取决于其相互吸引力，主要为色散力或范德华力以及污粒和纤维间的接触面积。纤维表面的塑性变形可增加接触面积和粘着力。由于接触面积取决于冲击力，因此，沾污条件影响污的粘着力和污的去除以及沾污的程度。Kissa指出沾污条件和污的去除之间存在定量关系(图2—4)。当洗涤条件保持不变时，则经洗涤后织物上的残留污cw可由式(4)表示。cw＝kru(sts)0.5(4)式中kr为污的残留常数；u是所用沾污装置(加速器)的转速，表示单位沾污时间内输入的能量；s为沾污时与织物接触的污量，ts为沾污时间。图5—4氧化铁在洗涤棉府绸上的含量(％，o.w.f.)和沾污条件的关系从织物上的残留污与沾污条件的关系式可知，经洗涤后，织物上的残留污随着沾污过程所用的机械功的平方根的增大而增加。在沾污时的力作用可增加污粒子对纤维的碰撞冲击作用，并使污粒子能更深地转入织物的内部。沾污条件影响沾污时纤维上沉积的污量和经洗涤后织物上的残留污量，从而说明沾污过程中对织物所做的机械功对洗涤后织物外观的影响较洗涤前的沾污织物大，这就表明对于含污量相同的沾污织物，净洗性能并不完全相同，因此，在沾污时对织物所作机械功的剧烈程度对净洗性研究和易去污性试验是一个相当重要的可变因素。（在极端情况下，极细小的污粒若镶嵌在纤维中，则很难被洗除，就如消光涤纶中的二氧化钛粒子）二、脂肪污的净洗有机污的去除有几种不同的机理(表2—4)。在净洗温度下为液体状态的脂肪污的净洗作用主要通过卷缩机理(图2—5)，该机理首先为Adam所推荐，促使油污卷缩的力为其界面张力的合力R(图2—6)，θd动态接触角。6表5—4去污机理1．吸收水和净洗剂2．机械作用(1)油污卷起(1)液体流动(2)水的渗透(2)纤维弯曲(3)溶解和乳化(3)摩擦(4)纤维或整理剂溶胀图5—5油污的卷缩机理图5—6水和沾有油污的纤维间的界面R＝γFO－γFW＋γOWcosθd(5)若θd从0°增加到180°，合力R都为正值，则应有γFO－γFW＞γOW(6)即当油—纤维的界面张力γFO和水—纤维的界面张力γFW之差大于油—水的界面张力γOW时，油污可发生完全卷缩而自动去除。当两者的界面张力差小于油—水的界面张力时，，油的卷缩作用到R为0和θd为θ时停止。γFO－γFW＜γOW(7)当R＝0时—cosθ＝(γFO－γFW)/γOW(8)式中θ为平衡接触角或亚稳态接触角。油污发生不完全卷缩，若要完全去除油污，则须作机械功。为了提高油污的卷缩能力，对疏水性纤维须进行易去污整理。由上述分析可知，易去污整理的机理应是增强纤维表面的亲水性，减少亲油性，即增大γFO，减小γFW。从污的去除热力学可得到相似的结论。在织物上为水所包围的油的界面能E1为：E1＝AFγFO＋ASγOW(9)式中AF为油—纤维之间的界面积，AS为停留在纤维上的油和水之间的界面积。当油污从织物上去除后，其界面能E2为：E2＝AFγFW＋AOγOW(10)式中AO为水中的微小油滴的面积，当去污作用为自发进行时，则ΔE＝E2－E1必须为负值。ΔE＝E2－E1＝AF(γFW－γFO)＋γOW(AO－AS)(11)欲使ΔE为负值，必须使γFW减小，γFO增大，γOW减小。而且从纤维上去除的油污的面积也应该减小，即从织物上卷缩的油污假设是球形，那么AO减到最小。Adam论述了从织物上卷缩的油滴的大小，其结论也与去除的油滴的最小表面积相一致。油性污的净洗首先必须使纤维表面为水润湿。很显然，净洗剂应降低水的表面张力即7减小γW，并能润湿