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【基础】表面活性剂的6大基本作用(一)

2017-02-08 14:12:51 编辑:摘自:《染整工艺学》

表面活性剂是两亲分子, 使它在水溶液中具有两种界面(表面)吸附功能。


其一, 通过“正吸附”可迅速降低水的表面张力, 体现了表面活性剂的润湿、渗透作用; 


其二, 通过“胶束化”可在水中形成大量胶束并有效降低两相间的界面张力, 使液体、固体、气体能在水中稳定存在, 体现了表面活性剂的乳化、分散、发泡、增溶等作用。而洗涤作用则是表面活性剂发挥润湿、乳化、分散、发泡、增溶等各种功能的综合过程。下面, 就表面活性剂的润湿、乳化、分散、发泡、增溶、洗涤等作用原理以及它们的反作用原理做简要论述。

(一) 润湿和渗透作用

剪一块坯布轻放于水面, 这块坯布会在水面上停留一段时间再慢慢沉入水底。若在水中加入少许表面活性剂JFC, 我们发现放于水面的坯布会马上沉入水底, 这是测试表面活性剂润湿能力的一个常见方法。


一般来讲, 润湿是固体表面上一种流体被另一种流体所取代的过程。因此, 润湿作用至少涉及三相, 其中两相是流体, 一相是固体。染整加工中, 多为纤维(固体) 表面上的气体( 一种流体) 被水(另一种流体)所取代的过程。


坯布在纯水中润湿速度较慢, 是因为水的表面张力较大, 不能在纤维表面迅速铺展, 不能将坯布内的空气快速取代出去; 水中加入表面活性剂之后, 水的表面张力明显下降, 使水能在纤维表面迅速铺展并将空气迅速取代出去, 从而加快了润湿过程。因此,能使润湿过程迅速发生的表面活性剂被叫做润湿剂或渗透剂, 表面活性剂在这个过程所起的作用叫做润湿作用或渗透作用。

润湿作用与渗透作用并无本质上的区别, 前者作用在固体表面,后者作用在固体内部, 两者可使用相同的表面活性剂, 因而润湿剂也可称为渗透剂。

表面活性剂之所以具有润湿和渗透作用, 是由于它能显著地降低水的表面张力。如图1所示, 以液滴在固体平面上达到平衡时的情况, 来分析表面活性剂的润湿渗透作用。

织物与一般固体平面不同, 它是一个多孔体系, 在纱线之间、纤维之间以及纤维内部的微细结构之间, 均分布着无数相互贯通、大小不同的毛细管, 因此在染整加工过程中, 织物的润湿能力常用毛细管效应来衡量。

染整工作液中加入少量润湿、渗透剂之后, 织物的毛细管效应就能明显提高, 保证染整加工顺利进行。


作为润湿、渗透剂使用的表面活性剂, 其分子链长度宜适中, HLB值宜适当, 疏水基中含有支链的会明显提高其润湿能力, 离子型表面活性剂其亲水基位于分子链中央者润湿性最好, 表面活性剂分子引入第二个亲水基后润湿性会下降。聚氧乙烯型非离子表面活性剂在高温下用做渗透剂时, 宜与阴离子型表面活性剂共用, 以提高其热稳定性, 在强酸、强碱条件下使用的润湿、渗透剂, 要充分考虑其化学稳定性, 以免分解失效。

在染整加工中经常作为润湿、渗透剂使用的产品, 有渗透剂JFC、渗透剂T、拉开粉BX、渗透剂5881、丝光渗透剂MP 等品牌。

织物与一般固体平面不同, 它是一个多孔体系, 在纱线之间、纤维之间以及纤维内部的微细结构之间, 均分布着无数相互贯通、大小不同的毛细管, 因此在染整加工过程中, 织物的润湿能力常用毛细管效应来衡量。

染整工作液中加入少量润湿、渗透剂之后, 织物的毛细管效应就能明显提高, 保证染整加工顺利进行。


作为润湿、渗透剂使用的表面活性剂, 其分子链长度宜适中, HLB值宜适当, 疏水基中含有支链的会明显提高其润湿能力, 离子型表面活性剂其亲水基位于分子链中央者润湿性最好, 表面活性剂分子引入第二个亲水基后润湿性会下降。聚氧乙烯型非离子表面活性剂在高温下用做渗透剂时, 宜与阴离子型表面活性剂共用, 以提高其热稳定性, 在强酸、强碱条件下使用的润湿、渗透剂, 要充分考虑其化学稳定性, 以免分解失效。

在染整加工中经常作为润湿、渗透剂使用的产品, 有渗透剂JFC、渗透剂T、拉开粉BX、渗透剂5881、丝光渗透剂MP 等品牌。

织物与一般固体平面不同, 它是一个多孔体系, 在纱线之间、纤维之间以及纤维内部的微细结构之间, 均分布着无数相互贯通、大小不同的毛细管, 因此在染整加工过程中, 织物的润湿能力常用毛细管效应来衡量。

染整工作液中加入少量润湿、渗透剂之后, 织物的毛细管效应就能明显提高, 保证染整加工顺利进行。


作为润湿、渗透剂使用的表面活性剂, 其分子链长度宜适中, HLB值宜适当, 疏水基中含有支链的会明显提高其润湿能力, 离子型表面活性剂其亲水基位于分子链中央者润湿性最好, 表面活性剂分子引入第二个亲水基后润湿性会下降。聚氧乙烯型非离子表面活性剂在高温下用做渗透剂时, 宜与阴离子型表面活性剂共用, 以提高其热稳定性, 在强酸、强碱条件下使用的润湿、渗透剂, 要充分考虑其化学稳定性, 以免分解失效。

在染整加工中经常作为润湿、渗透剂使用的产品, 有渗透剂JFC、渗透剂T、拉开粉BX、渗透剂5881、丝光渗透剂MP 等品牌。

(二) 乳化作用

两种互不相溶的液体,其中一相以微滴状分散于另一相中,这种作用称为乳化作用。


乳化作用往往不会自动发生或长久存在。例如,将油和水放在一起进行剧烈搅拌,虽然也能形成暂时乳化状态,但搅拌一旦停止,油与水又马上分为上下两层,这是由于油—水间存在着较大的界面张力,油在搅拌作用下变成微滴之后,油—水间的接触面积会大大增加,表面能迅速增大,成为一种不稳定体系,以致一旦停止搅拌,便会分为两层,恢复成为两相接触面积最小的稳定状态。如果在油和水中加入一定量适当的表面活性剂,再给以搅拌,由于表面活性剂在油—水界面上有定向吸附的能力,亲水基伸向水,疏水基伸向油,从而降低了油—水间的界面张力,使体系的界面能下降。


在降低界面张力的同时,表面活性剂分子紧密地吸附在油滴周围,形成具有一定机械强度的吸附膜,当油滴相互接触、碰撞时,吸附膜能阻止油滴的聚集,从而使乳液稳定存在。这种能使乳化作用顺利发生的表面活性剂叫做乳化剂。


如果选择离子型表面活性剂作为乳化剂,还会在油—水界面上形成双电层和水化层,都有进一步防止油滴聚集的作用。若使用非离子型表面活性剂作为乳化剂,则会在油滴周围形成比较牢固的水化层,起防凝聚作用。肥皂作为乳化剂使用时的乳液状态如图2所示。


经乳化作用形成的油—水分散体系叫做乳状液,乳状液有两种类型。

一种是水包油型(油/水型),以O/W表示,水包油型是油类液体以微粒状分散在水中,其中油是内相(不连续相)、水是外相(连续相);

另一种是油包水型(水/油型),以W/O表示,油包水型是水呈微粒状分散在油中,其中水是内相(不连续相)、油是外相(连续相)。

一般来讲,亲水性强的乳化剂易形成油/水型乳状液,而疏水性强的乳化剂易形成水/油型乳状液。图3表示了亲水能力不同的乳化剂对乳液类型的影响。

乳化剂都是表面活性剂,但不是所有的表面活性剂都能成为良好的乳化剂,只有在水中能形成稳定胶束的表面活性剂才具有良好的乳化分散能力。乳化剂应有适当的HLB值,例如非离子表面活性剂,其HLB值在8~18之间可形成油/水型乳液,在3~6之间则可形成水/油型乳液;乳化剂与被乳化物应有相似的分子结构,应能显著地降低被乳化物与水之间的界面张力;乳化剂应具有强烈的水化作用在乳化粒子周围形成水化层或使乳化粒子带有较高电荷,以阻止乳化粒子的聚集。


染整加工过程中要经常使用一些乳化工作液,以油/水型乳状液居多。经常使用的乳化剂如平平加O系列、Span—Tween系列、EL等。


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