助劑及其在紡織染整工業(yè)中的應(yīng)用

1、第一章  總論日常生活中常用的肥皂、洗衣粉均可清洗污垢，食鹽可以作為固色劑。這些物質(zhì)都屬于助劑，其中大部分是表面活性劑，本書我們主要討論印染工業(yè)中常用的表面活性劑及其應(yīng)用。第一節(jié)  助劑及其在紡織染整工業(yè)中的應(yīng)用一、紡織染整助劑概述1、定義：紡織工業(yè)從紡絲、紡紗、織布、印染到成品的各道加工工序中，都要用到各種輔助化學(xué)品，它賦予紡織品各種優(yōu)異的應(yīng)用性能，這種輔助化學(xué)品通稱為紡織染整助劑。2、作用：提高紡織品的質(zhì)量，改善加工效果，提高生產(chǎn)效率，簡化生產(chǎn)過程，降低生產(chǎn)成本。二、紡織染整助劑分類1、根據(jù)生產(chǎn)工藝分：（1）紡織助劑（2）印染助劑2、印染助劑（1）無機(jī)物：食鹽：固色、纖

2、維素纖維用直接染料、活性染料染色時起促染作用。鹽酸：中和作用保險粉（Na2S2O4）連二亞硫酸鈉：還原能力強(qiáng)，一般用于染料還原,剝色及還原清洗中。在酸性、堿性及溫度作用下容易分解，印花時不能使用。（2）有機(jī)物：草酸酒精：用于染料的助劑，印花調(diào)漿的有機(jī)溶劑。甘油（丙三醇）三、印染助劑的主要用途潤濕、滲透：織物一般在溶液中處理，即要考慮溶液對織物的潤濕滲透。乳化、分散泡沫與增溶消泡：泡沫法是目前最具潛力的，可降低織物的帶液率，達(dá)到節(jié)能的效果。洗滌：干洗適用于高檔織物。柔軟：手感柔軟、滑爽且耐洗。還有固色、防水、防霉、抗靜電等作用。四、印染助劑的現(xiàn)狀我國印染助劑的品種、用量遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家，存在不少問

3、題，印染后整理受到一定的局限，所以重點(diǎn)要用好印染助劑。而這些助劑中品種、用量最多的是表面活性劑，所以我們有必要學(xué)習(xí)表面活性劑的基本理論和性能。第二節(jié)   表面活性劑的分類復(fù)習(xí)：印染助劑在染整工業(yè)中的主要用途（提問）導(dǎo)入：印染助劑中用量最多的表面活性劑的基本知識一、表面活性劑的定義1、表面張力（第二章詳講）物質(zhì)與物質(zhì)接觸的面稱為界面。自然界中的聚集狀態(tài)為：固體、液體、氣體；界面有：固液、固氣、固固、液氣、液液；其中物質(zhì)與氣體組成的界面稱表面。2、      定義：當(dāng)溶劑中（一般為水）加入很少量這種物質(zhì)時，就能增加表面活性，大大

4、降低溶劑的表面張力或液液界面張力，改變體系的界面狀態(tài)，從而產(chǎn)生潤濕或反潤濕、乳化或破乳、起泡或消泡，以及增溶、凈洗等一系列作用。二、表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和表示方法1、基本結(jié)構(gòu)表面活性劑是一種兩親分子，既親水又親油；一端是親水基（極性的）；另一端是親油基（非極性的），形成不對稱結(jié)構(gòu)。2、一部分溶于水，另一部分易從水中逃離，具有雙重性。例：三、            面活性劑的分類由于表面活性劑特殊的結(jié)構(gòu)，既有親水基又有親油基，其種類又很多，由它們組成的表面活性劑更多，目前按ISO分類法將

5、表面活性劑分成四大類：離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑、結(jié)構(gòu)混合型、特殊類型；實(shí)際中以離子型、工業(yè)用途分類最普遍1、      離子類型分為：陰離子型表面活性劑：在水中電離，產(chǎn)生具有活性作用的陰離子基團(tuán)者。陽離子型表面活性劑：在水中電離，產(chǎn)生具有活性作用的陽離子基團(tuán)者。兩性型表面活性劑：在水中電離，產(chǎn)生具有活性作用的基團(tuán)同時帶有陰、陽離子。非離子型表面活性劑：在水中不電離，具有活性作用的基團(tuán)不帶電荷但能發(fā)生水化作用。2、      工業(yè)用途分潤濕劑、滲透劑、勻染劑、固色劑、抗靜電劑、分散劑、

6、柔軟劑等四、            面活性劑的結(jié)構(gòu)A、陰離子表面活性劑（價廉，與堿合用能增強(qiáng)去污力，織物洗后手感較好）I、羧酸鹽類RCOOM肥皂：在軟水中具有豐富的泡沫和良好的洗滌能力，用于棉織物效果尤佳，但在硬水中容易形成沉淀，降低去污力。如：雷米邦A(yù)：具有中等去污力，在硬水中穩(wěn)定性高，蛋白質(zhì)纖維洗后光澤，彈性及手感均有改善。II、磺酸鹽類RSO3M601洗滌劑、ABS常作為棉布煮練劑和凈洗劑拉開粉BX：常用作滲透劑胰加漂T：是一種有名的染整助劑，溶液呈中性，去污、乳化、滲透能力很強(qiáng)

7、，勻染性好，抗硬水，洗后織物的光澤、手感均好。III、硫酸酯鹽類ROSO3MIV、磷酸酯鹽類ROPO3MB、陽離子表面活性劑（應(yīng)用較少）季銨鹽類具有很好殺菌力和抗靜電作用。C、兩性型表面活性劑D、非離子型表面活性劑聚乙二醇類（OCH2CH2）n平平加O：C18H37（OCH2CH2）nOH，是染整工業(yè)中常用的，其洗滌、乳化、滲透能力很強(qiáng)。E、特殊類型實(shí)際中常用的是陰離子表面活性劑和非離子型表面活性劑，還選用兩者的配伍使用稱“協(xié)同效應(yīng)”，近年來在陰離子表面活性劑中，引入聚氧乙烷結(jié)構(gòu)（OCH2CH2）n，可改善其使用性能，擴(kuò)大其用途。作業(yè)：1、表面活性劑的定義、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么？2、畫出水中加入表面

8、活性劑后，表面張力與溶液濃度的關(guān)系曲線？3、畫出水中加入表面活性劑后排列，并標(biāo)出兩個部分？4、按ISO分類法分類表面活性劑，并寫出陰離子表面活性劑的通式？第三節(jié)    表面活性劑的一般性質(zhì)復(fù)習(xí)：表面活性劑的定義、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、表示方法、ISO分類法（提問）導(dǎo)入表面活性劑的一般性質(zhì)一、溶解度表面活性劑在水中溶解度的一般規(guī)律：在一定溫度下，溶解度隨親油基相對增大而降低。解釋：表面活性劑是兩親分子親油基相對增大，親水基相對減小，親水性降低。若溫度變化，溶解度隨類型而異。1、離子型表面活性劑一般情況下，溫度升高，離子型表面活性劑溶解度增大，但至一定溫度后，溶解度增加很快。從圖

9、中可知：（1）溶解度隨溫度變化有一明顯的突變點(diǎn)，此時的溫度稱為克拉夫特點(diǎn)。（2）同系物中，碳原子數(shù)增加，溶解度的轉(zhuǎn)折點(diǎn)相應(yīng)的溫度上升。2、非離子型表面活性劑一般情況下，非離子型表面活性劑在低溫時易溶，溫度升至一定程度后，溶解度下降，表面活性劑溶液混濁，表面活性劑析出、分層。解釋：溫度升高，分子熱運(yùn)動加劇，分子間作用力下降（氫鍵被破壞），親水性下降。濁點(diǎn)：表面活性劑析出、分層且溶液發(fā)生混濁時的溫度稱為濁點(diǎn)。結(jié)論：克拉夫特點(diǎn)和濁點(diǎn)分別是離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑的特征反映。二、化學(xué)穩(wěn)定性1、酸、堿穩(wěn)定性（1）、一般陰離子表面活性劑在強(qiáng)酸中不穩(wěn)定：羧酸鹽易析出游離酸；硫酸酯鹽易水解；磺酸鹽

10、穩(wěn)定。而在堿液中均穩(wěn)定。如：RCOO-+H=RCOOH（2）、陽離子表面活性劑中酸液中穩(wěn)定而在堿液中不穩(wěn)定，但季銨鹽耐酸、耐堿性均好。（3）、非離子型表面活性劑在酸、堿液中均較穩(wěn)定，但環(huán)氧乙烷加成物例外。（4）、兩性型表面活性劑一般受PH值變化而改變性質(zhì)。在等電點(diǎn)時，形成內(nèi)鹽而沉淀析出。注意：分子中含有酯鍵的表面活性劑，在強(qiáng)的酸或堿中均容易發(fā)生水解。2、無機(jī)鹽穩(wěn)定性多價金屬離子對羧酸類表面活性劑影響很大，容易產(chǎn)生鹽析。3、       化學(xué)穩(wěn)定定性分子結(jié)構(gòu)：CS、CF、O等鍵牢固，不易被破壞，所以離子型表面活性劑中磺酸鹽類和非離子型中

11、聚氧乙烯醚型抗氧性好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。4、生物活性包括：毒性、殺菌力，且兩者相對應(yīng)。如：陽離子表面活性劑中季銨鹽類毒性大，但殺菌力好。A、生物降解性定義：表面活性劑在自然界的微生物作用下，有機(jī)碳化合物被逐漸分解，轉(zhuǎn)化成CO2和H2O等對環(huán)境無公害的物質(zhì)。會不會影響環(huán)境污染和生態(tài)平衡直接決定其是否能投入市場。如:卵磷脂類是兩性型表面活性劑，是蛋白質(zhì)的一種成分，有減肥的效果，也是一種天然產(chǎn)物，不僅無毒性還是一種營養(yǎng)物質(zhì)，而且生物降解性很高。作業(yè)：1、離子型、非離子型表面活性劑的溶解度隨溫度變化的規(guī)律分別是什么？2、什么是克拉夫特點(diǎn)和濁點(diǎn)？3、什么是生物降解性？4、表面活性劑有哪些一般性質(zhì)？第四節(jié)

12、0;  印染助劑對環(huán)保的影響復(fù)習(xí)：離子型、非離子型表面活性劑的溶解度隨溫度變化的關(guān)系表面活性劑的化學(xué)穩(wěn)定性(酸、堿穩(wěn)定性，無機(jī)穩(wěn)定性等)一、            全球性環(huán)境問題書上常說：人口、資源、環(huán)境已是當(dāng)今世界環(huán)境科學(xué)所關(guān)注的三大問題。地球上人口較少時，資源足夠?yàn)槿藗兲峁┏渥愕谋匦杵?，幾乎很少提及環(huán)境問題，但隨著人口增長，生產(chǎn)力發(fā)展，人類盲目利用自然資源，生產(chǎn)和生活排放的污染物超過了自然界的容許量，環(huán)境污染越來越嚴(yán)重。二、    

13、        印染工業(yè)對生態(tài)平衡的影響（尤其對水的影響）自然情況下，水體中各種生物數(shù)種、數(shù)量是相對平衡。在某些洗滌劑中,往往加入一定量的助洗劑三聚磷酸鈉和助溶劑尿素。而三聚磷酸鈉本身無毒,對人體無害,生物降解性也較好,但三聚磷酸鈉中的磷和尿素中的氮卻能引起江河水體富營養(yǎng)化,使水中藻類和浮游生物急劇生長與繁殖,水體溶解氧的能力下降,水質(zhì)惡化,造成魚類及其他水生物大量死亡,因此印染廠應(yīng)盡量控制尿素用量,助洗劑三聚磷酸鈉也應(yīng)停用或少用,盡可能使用無磷洗滌劑。同樣在雙氧水漂白中使用的含磷類穩(wěn)定劑,亦會影響生物降解性,使排放廢水增加

14、負(fù)荷,應(yīng)引起足夠的重視。水體富營養(yǎng)化：一種生物營養(yǎng)物質(zhì)過多積蓄而引起水質(zhì)的污染現(xiàn)象。在天然水體中的自養(yǎng)型生物主要是藻類，它們是通過光合作用合成本身的原生質(zhì)，但水體富營養(yǎng)化后，藻類大量繁殖，占據(jù)大量水域空間，使魚類生活空間減小，不過富營養(yǎng)化只適宜某些藻類生存，其他則死亡，如：以硅藻、綠藻為主轉(zhuǎn)為以藍(lán)藻為主，而藍(lán)藻的分解產(chǎn)物具有毒性，使水體處于嚴(yán)重缺氧，也會影響魚類生存。三、              對人體健康的影響毒性包括急性毒性50、魚毒性50和細(xì)菌、藻類的毒性5

15、0等。表面活性劑的毒性大小順序?yàn)椋宏栯x子表面活性劑陰離子表面活性劑非離子表面活性劑。各種表面活性劑的最高允許排放濃度為：陰離子表面活性劑8.543.7/,陽離子表面活性劑6.58.5/,非離子表面活性劑100/。甲醛是過敏癥的主要誘發(fā)物，濃度高于300mg/kg時，它會造成人體粘膜的強(qiáng)烈搔癢，引起呼吸道發(fā)炎及皮膚炎，導(dǎo)致結(jié)膜炎、鼻炎、肝炎、手指及腳趾疼痛等，甲醛還被懷疑會誘發(fā)癌癥。各國政府對織物都限制了甲醛的容許含量。我國36-79標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定,甲醛最高允許濃度在居民區(qū)為0.05/,印染車間為3/。-規(guī)定兒童服裝含游離甲醛不超過20×10-,接觸皮膚的服裝為75×10-,其他

16、服裝為300×10-。常有報紙報道，搬進(jìn)新家后人會產(chǎn)生呼吸不暢，兇悶等反應(yīng)，主要是裝潢用紡織品、涂料中含有甲醛。如：免燙整理服裝如果使用高甲醛含量的整理劑，不僅價格低廉，且平挺度效果頗佳，但這樣處理的服裝，在加工、穿著或使用過程中，面料釋放的甲醛會對人體產(chǎn)生不良作用。印染助劑中能產(chǎn)生游離甲醛的品種：（1）柔軟劑-、-、-、等均為硬脂酰胺與甲醛的反應(yīng)物,由于柔軟處理后一般不經(jīng)水洗,因此織物上的殘留甲醛量較多。（2）、等樹脂整理劑在制造過程中都與甲醛反應(yīng),僅甲醛含量的多少不等而已。固色劑、是雙氰胺與甲醛的縮合物,含醛量較高。（3）阻燃劑為四羥甲基氯化膦,由磷與甲醛、鹽酸反應(yīng),雖然阻燃效果

17、好,但甲醛含量高,同時在可逆分解反應(yīng)時生成甲醛與鹽酸,還可能生成致癌性的雙氯甲醚。（4）防水劑由硬脂酸酰胺與甲醛吡啶鹽酸鹽反應(yīng),同時釋放有毒吡啶（/能使人中毒）；防水劑、等均由醚化六羥甲基三聚氰胺等反應(yīng)而成,含有甲醛；防水劑、等均含有甲醛,應(yīng)予重視。（5）粘合劑大多是自交聯(lián)型,在丙烯酸酯類中加入羥甲基丙烯酰胺共聚,因此織物上難免殘留甲醛。粘合劑、等這類-羥甲基粘合劑,雖可滿足300×10-游離甲醛的要求,但仍超過75×10-,屬-禁用助劑。（6）分散劑、等有時在織物上殘留的甲醛量也難低于規(guī)定的極限值,要足夠的重視。（7）重金屬離子，在助劑中重金屬離子一般含量較少,紡織品上能

18、殘留的金屬有、和等,在各類染料中分別含有這類金屬的濃度含量各不相同。毛紡中的酸性媒介染料染色,所用的媒染劑為重鉻酸鉀或重鉻酸鈉,有時也用鉻酸鈉,均為六價鉻的氧化物,毒性較大；照相雕刻中使用的感光膠,以重鉻酸銨為光敏劑；鉻酐（三氧化鉻）是花筒鍍鉻的原料,都屬禁用品。四、印染助劑工業(yè)的生態(tài)評估環(huán)境問題給人類生存已造成巨大危害，拯救和保護(hù)我們賴以生存的環(huán)境是刻不容緩的。近年來，西方發(fā)達(dá)國家的市場營銷學(xué)中出現(xiàn)“綠色營銷”的新觀念。保護(hù)環(huán)境，減少公害，維持健康和諧的社會環(huán)境，以不斷提高人類的生活質(zhì)量。“綠色營銷”給紡織印染助劑的選用提出了一個新的準(zhǔn)則。即除了要考慮助劑產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、價格等因素外，對使

19、用該產(chǎn)品后可能帶來的生態(tài)影響，也必須列為選用助劑的重要因素。一般認(rèn)為，紡織印染助劑的生態(tài)學(xué)性能，可以從以下幾點(diǎn)來衡量。（1）產(chǎn)品分子結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)格符合相應(yīng)的法律規(guī)定。（2）產(chǎn)品應(yīng)用后在織物上是否有有毒和有害物質(zhì)殘留，或低于有關(guān)指標(biāo)。（3）產(chǎn)品使用過程中是否產(chǎn)生污染大氣的有害氣體。（4）產(chǎn)品使用后產(chǎn)生的廢水是否便于處理和排放。（5）供貨單位是否具有總體專業(yè)技術(shù)水準(zhǔn)的嚴(yán)密的質(zhì)量管理保證體系。范例：1、江蘇某集團(tuán)出口德國的一批針織品被罰款16萬元。2、一家公司出口歐盟的30萬件夾克被迫回銷。3、浙江一家企業(yè)從事女裝出口的制衣公司，將一批成衣按訂單要求發(fā)往德國時，卻被拒之門外，進(jìn)口商說，不是服裝尺寸不對

20、，而是小小的紐扣不符合生態(tài)標(biāo)準(zhǔn)要求。由于紡織印染助劑對生態(tài)帶來的影響有時要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過紡織品本身，選用好紡織印染助劑將給企業(yè)帶來的不僅是產(chǎn)品質(zhì)量和效益，同時也將為企業(yè)降低三廢處理成本，更得要的是給社會和人類帶來進(jìn)步和健康。四、              生態(tài)染整技術(shù)已提出“綠色助劑”：符合環(huán)保和生態(tài)要求的印染助劑，還有一些先進(jìn)技術(shù)染整技術(shù)：噴墨印花、超聲波染色、等離子體進(jìn)行纖維改性等。如：現(xiàn)在染整工業(yè)基本都是濕加工，耗水、電量大，加工速度慢；若用超聲波技術(shù)可以加快染色速

21、度，節(jié)約能源，其原理：利用超聲波引起纖維微觀的物理結(jié)構(gòu)變化，使其具有活性。第二章  表面張力和表面吸附舉例：為什么荷葉上的水珠呈球形？（提問）（表面積最小，體系最穩(wěn)定的原則）為什么肥皂泡要用力吹才能變大？自來水龍頭滴下的水滴變成球形？說明：任何物質(zhì)表面都有一種人肉眼看不見但實(shí)際存在的作用力表面張力導(dǎo)入：第一節(jié)第一節(jié)  表面張力一、表面張力1、界面定義、五種界面、表面（見第一章第二節(jié)）顯然從一種物質(zhì)到另一種物質(zhì)，必須通過兩相接觸的界面，此界面有一定的厚度（取決于兩物質(zhì)相互溶劑的程度，互溶性越好，界面的厚度越?。?，且其性質(zhì)取決于兩相鄰物質(zhì)的性質(zhì)。2、分析解釋：以液氣兩相界面（表

22、面）為例內(nèi)層：受力對稱，合外力為零，所以內(nèi)部分子可以作無規(guī)則運(yùn)動而不消耗功。外層：受力不對稱，向下的力大于向上的力，所以產(chǎn)生了表面分子受到指向液體內(nèi)部并且垂直于表面的引力。因而，表面分子比內(nèi)部分子不穩(wěn)定，總是具有向液體內(nèi)部移動的趨勢，力圖縮小表面積，也就是說液體表面總有自動收縮的趨勢，液體表面就如同一層繃緊了的富于彈性的橡皮膜。這就解釋了為什么荷葉上的水珠總是呈球形（不受外力影響），肥皂泡要用力吹才能變大的原因，因?yàn)榍蛐蔚谋砻娣e最小，如要擴(kuò)大表面就需要對系統(tǒng)做功。3、       推導(dǎo)表面張力實(shí)驗(yàn)：將一根金屬絲制成一個框架，其右邊可自

23、由移動，將框架上蘸上一層肥皂膜。若不加外力f和施加外力f有何差異？（1）若不加外力，肥皂膜因表面張力作用而縮小。（2）施加外力，肥皂膜受力平衡f=2L式中：2表示肥皂膜有兩個表面，所以邊緣總長度應(yīng)為單一的兩倍。表示表面張力。與f的方向：都沿表面切線方向垂直于表面邊緣，方向相反。（3）表面張力定義：由f=2L=f/2L垂直通過液體表面上任一單位長度，與液面相切的、收縮表面的力，常以mN/m為單位。引起液體表面收縮的單位長度上的力（4）從另一角度分析表面張力.當(dāng)外力f使金屬絲移動X距離（保持膜不破）肥皂膜面積曾加A，則A=2XL，此時外界對體系做功為：W=fx=2LA/2L=A即=W/A由此式可知

24、：表面張力就是增加單位面積時，液體表面自由能的增值，即表面過剩自由能。單位mN/m結(jié)論：表面張力或表面過剩自由能是液體重要的基本性質(zhì)之一。 一、            面張力的影響因素。一定成分的液體，在一定溫度、壓力下有一定的表面張力值，即表面張力與物質(zhì)的本性、所處溫度、壓力等因素有關(guān)。1、表面張力與物質(zhì)的本性有關(guān)不同物質(zhì)，其分子間作用力不同，對界面上的分子影響也就不同，若分子間作用力越大，相應(yīng)的表面張力也越大。（固體表面張力大于液體的表面張力）P272、溫度對表面張力的影

25、響由圖和表可知：表面張力隨溫度的升高近似呈線形下降。當(dāng)溫度趨于臨界溫度時，液體的表面張力趨于零。3、壓力及其它因素對表面張力的影響壓力影響較復(fù)雜，還有分散度也有一定的影響。二、彎曲液體表面下的附加壓力Laplace公式一般情況下，大面積水面總是水平的，而一些小面積液面，如荷葉上的液滴、毛細(xì)管中的液面均是曲面，可以是凸的，也可以凹的。舉例：自一小管吹出一肥皂泡，停止吹氣并讓小管另一端與大氣連通，則可發(fā)現(xiàn)肥皂泡縮小以至消失。這說明氣泡內(nèi)外存在壓力差。具體分析：實(shí)際上，曲面與平面下的壓力是不同的：在一定外壓下，水平液面下的液體所承受的壓力就等于外界壓力，向下（方向）；而曲面下，表面作用力將指向球心，

26、如凸液面下的液體，不僅要承受外界的壓力，還要受到因液面彎曲而產(chǎn)生的附加壓力。（由于表面張力作用而引起的）1、產(chǎn)生附加壓力的原因。以凸液面舉例說明：畫出球形液滴的任一球缺，凸液面上方為氣相，壓力為Pg，下方為液相，壓力為Pl，球缺底與圓形液滴相交成一圓周。沿此圓周界外的液體，此球缺的表面張力作用點(diǎn)在周界線上，方向垂直于周界且與液滴表面相切。圓周界線上張力的合力在底面的垂直方向上的分力0，而是對下面的液體造成額外的壓力，即凸液面使液體所承受的壓力Pl大于液面外大氣的壓力Pg。則附加壓力：=PlPg2、曲率半徑：球可以用半徑R表示，而對于不規(guī)則的彎曲也面用曲率半徑表示。M點(diǎn)曲率（彎曲程度）為K，作過

27、M點(diǎn)曲線的切線，在切線的法線上取一點(diǎn)D，使|DM|=1/k=以D為圓心，為半徑作圓，這個圓就是曲線在點(diǎn)M處的曲率圓，曲率圓的半徑叫曲線在M點(diǎn)處的曲率半徑。3、  附加壓力與彎曲液面曲率半徑的關(guān)系。將球缺底面圓周上與圓周垂直的表面張力分為水平分力與垂直分力。水平分力相互平衡。垂直分力指向液體內(nèi)部，其單位周長的垂直分力為cos為表面張力與垂直分力的夾角。球缺底面圓周長為2R垂直分力在圓周上的合力：F=2Rcos彎曲也面對于單位水平面上的附加壓力（壓強(qiáng)）：=F/A此方程說明（1）彎曲液面的附加壓力與液體表面張力成正比，即（2）彎曲液面的附加壓力與曲率半徑成反比。（3）若液面是平的，則R此式

28、適用于計算小液滴的附加壓力。而對于空氣中的氣泡（肥皂泡）：氣泡具有兩個氣液界面，所以：=4/這表明一個肥皂泡，它的泡內(nèi)壓力比外壓力大，因此吹出肥皂泡后，不堵住口，泡很快縮小，直至縮成液滴。四、毛細(xì)現(xiàn)象毛細(xì)現(xiàn)象是彎曲液面的附加壓力的作用結(jié)果。         在毛細(xì)管壁潤濕時，毛細(xì)管內(nèi)液面呈現(xiàn)凹半球面。凸：=l-g凹：0lg即液相壓力l小于大氣壓力g壓差=2/為凹液面的曲率半徑，也是毛細(xì)管半徑。若要保持穩(wěn)定，即應(yīng)保持內(nèi)外同一水平面上的壓力處處相等。      

29、;   當(dāng)液體不能潤濕毛管壁時，管內(nèi)液面呈凸形，此時lg若要保持穩(wěn)定，應(yīng)在內(nèi)外同一水平面上的壓力處處相等。毛細(xì)管內(nèi)液柱必須下降h的高度。例：織物由無數(shù)纖維組成，可以想象纖維之間構(gòu)成無數(shù)毛細(xì)管，如液體潤濕了毛細(xì)管壁，則液體能在毛細(xì)管內(nèi)上升一定高度，從而使高出的液柱產(chǎn)生壓強(qiáng)，促使液體滲透到纖維內(nèi)部。結(jié)論：表面張力的存在是彎曲液面產(chǎn)生附加壓力的根本原因，而毛細(xì)現(xiàn)象則是彎曲液面具有附加壓力的必然結(jié)果。作業(yè)：1、用兩個式子表示表面張力，并分別對表面張力定義。2、寫出Laplace公式并寫出與、。3、已知100時水的表面張力為58.85mnm，假設(shè)在100的小滴曲率半徑為0.1m，在空

30、氣中存在一個半徑為0.1m的氣泡，分別求兩者的附加壓力？ 第二節(jié)  表面活性劑在界面上的吸附復(fù)習(xí)：拉普拉斯公式，毛細(xì)現(xiàn)象舉例：1、棕黃色的煤油和白土混合后放置一段時間，發(fā)現(xiàn)上層煤油變澄清，下層沉淀的白土變黃。(固-液界面)2、Cl2經(jīng)過活性炭被吸收。（氣-固界面）以上兩例均發(fā)生了吸附現(xiàn)象。一、吸附1、定義：物質(zhì)從一相內(nèi)部遷至界面，并富集于界面的過程。吸附可發(fā)生在：固-液、氣-固、液-液、氣-液界面上。吸附劑：活性劑吸附質(zhì)：Cl2（被吸附的物質(zhì)）2、      類：物理吸附：范德華力化學(xué)吸附：化學(xué)鍵3、吸附量的測定：（1）、氣

31、體的吸附：通過測量固體或液體吸附前后的重量（增加），或測定吸附前后氣體的壓力差。（2）、固液界面：吸附前后液體的濃度變化（減?。?。（3）、液液界面：不易直接測定。二、表面吸附劑的吸附。由于表面活性劑分子結(jié)構(gòu)中含有親水基和疏水基，因而在溶液中，它易于從內(nèi)部遷移而富集于溶液表面（或界面）易發(fā)生界面吸附。當(dāng)發(fā)生表面活性劑吸附后，必然改變體系的界面狀態(tài)，而影響界面性質(zhì)，從而產(chǎn)生一系列重要作用如濕潤、乳化、起泡、凈洗等。二、Gibbs吸附（吉布斯吸附）定義：溶質(zhì)表面吸附量：單位面積的表面層所含溶質(zhì)的摩爾數(shù)比同量溶劑在本體溶液中所含溶質(zhì)摩爾數(shù)的超出值（差值）或稱溶質(zhì)的表面過剩：溶質(zhì)在表面濃度和溶液內(nèi)部濃度

32、之差。1、      種表面活性劑吸附：（1）表面張力隨濃度增加而降低，物質(zhì)自動富集至表面，使得表面濃度高于本體濃度正吸附。（2）無機(jī)物等物質(zhì)自動減小在表面的濃度，（因?yàn)槿芤悍肿娱g作用增強(qiáng)，使表面張力略升高）使得表面濃度低于本體濃度負(fù)吸附。2、      類型表面活性劑混合物吸附。離子與離子型，非離子與非離子型。3、    不同類型表面活性劑混合物吸附。非離子與離子型表面活性劑混合。三、表面活性劑在溶液表面的吸附狀態(tài)定性推測：表面活性劑是一“雙親分子”，易富集于表面

33、發(fā)生吸附，且可能在表面上定向排列，由此可測不同濃度下表面活性劑溶液的表面張力，計算吸附量?，F(xiàn)對吸附分子在不同濃度的溶液表面狀態(tài)進(jìn)行分析以常見的十二烷基硫酸鈉為例：C12H25SO4Na根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：十二烷基硫酸鈉在0.1mol/LNaCl溶液中的表面吸附量。由圖可知：濃度稀時吸附量小，隨濃度的增加，吸附量急劇增加。濃度達(dá)到一定值后，吸附量趨于恒定。此極限值稱飽和吸附。在不同濃度下表面吸附分子所占面積（25）1、若分子“平躺時”，分子所占面積約為1nm2。2、看表中，當(dāng)濃度大于32×10-6mol·L-1時,分子就不可隨意“平躺”，濃度在800×10-6mol

34、83;L-1附近,表面吸附分子成較緊密的直立排列，沒有多少任意活動的余地，只有濃度很低時，才自由“平躺”，濃度大，分子數(shù)多，（比如人多）3、由表看出濃度大于600×10-6mol/L后，分子所占面積變化很小，此時分子排列緊密。在圖2-7（C）狀態(tài)中，由水的極性，表面幾乎被表面活性劑分子的親水基覆蓋，親油基朝外，在水的表面形成一個由碳?xì)滏I構(gòu)成的表面層，大大改變水的表面性質(zhì)。此時溶液具有最低表面張力。推出：一種好的表面活性劑應(yīng)在濃度極稀時就達(dá)到吸附飽和狀態(tài)。 四、表面張力最低值現(xiàn)象。1、定義：表面張力最低值現(xiàn)象是指其表面張力低于表面活性劑水溶液所能達(dá)到的表面張力的情況。2、原因

35、：生產(chǎn)上用的表面活性劑均不是純凈物，而含有雜質(zhì)時就常常出現(xiàn)表面張力的最低值現(xiàn)象。3、意義：表面張力最低值現(xiàn)象作為表面活性劑純度的量度。4、形式：（1）、在陰離子表面活性劑中加入少量陽離子表面活性劑，可大大降低表面張力，出現(xiàn)明顯表面張力最低值現(xiàn)象。（2）、在陽離子表面活性劑中加少量陰離子表面活性劑，也會出現(xiàn)最低值現(xiàn)象。（3）、在陰離子表面活性劑中加入少量非離子表面活性劑，也會出現(xiàn)最低值現(xiàn)象。所以，實(shí)際應(yīng)用時，往往將不同的表面活性劑混合復(fù)配，以獲得更好的效果。如果對混合體系提純，則表面張力最低值現(xiàn)象消失，所以表面張力最低值現(xiàn)象出現(xiàn)與否，看成是表面活性劑純度的一種度量。五、表面活性劑在固液界面的吸附

36、。1、定義：表面活性劑在固液界面上的吸附，就是表面活性劑分子或離子自溶液中移遷至固液界面并富集于界面的過程，與液液界面吸附相似，但固體不能流動，所以不能通過表面張力計算吸附量；可通過計算單位固體中的吸附前后濃度的改變來計算吸附量。2、測定表面活性劑濃度的方法：（1）、對抗作用滴定法：用于離子型對濃度較高時不適用（2）、表面張力法：用于非離子型對濃度較高時不適用（3）、紫外光譜等3、吸附機(jī)理溶液在固體表面的吸附比液液吸附復(fù)雜。當(dāng)溶液濃度較低時，單分子吸附：離子交換吸附，離子對吸附，氫鍵吸附等例:離子交換吸附（圖見書）4、表面活性劑溶液的吸附等溫線。（1）定義：吸附等溫線是指在一定溫度下，吸附量與

37、溶液濃度之間的平衡關(guān)系曲線。從吸附等溫線可了解固體表面的吸附量與溶液濃度變化關(guān)系。（2）Langmuir（郎格繆爾）吸附等溫線。由圖知：雖有差異，但共同點(diǎn)：在濃度較稀時吸附量上升較快，至一定值后，吸附量變化不大，最后趨于飽和值。Langmuir吸附的前提條件：（1）、單分子層吸附（2）、吸附劑表面是均勻的（3）、溶液的溶劑和溶質(zhì)在表面上有相同分子面積。（4）、溶液內(nèi)和表面性質(zhì)皆為理想態(tài)，即無分子間的作用。5、影響吸附因素。（1）表面活性劑碳鏈：規(guī)律：各類表面活性劑其同系物在固體表面上吸附符合：碳鏈越長，越易被吸附。（2）溫度：離子型表面活性劑：T升高，溶解度增大，親水性增大，吸附于固體上的趨勢

38、減小，從而吸附量增大。非離子型：T升高，分子運(yùn)動加劇，分子距離增大，作用力（親水性）減小，溶解度下降，逃離水而吸附于固體上的量增大。（3）PH值：對于非離子表面活性劑影響不大。某些固體如羊毛上吸附與PH有關(guān)：PH值較高時，陽離子表面活性劑吸附增強(qiáng)PH值較低時，陰離子表面活性劑吸附增強(qiáng)（4）不同類型表面活性劑對于水中的離子型表面活性劑，陽離子表面活性劑易吸附。因?yàn)椋何絼蕖⒚龋┰谒斜砻娲蠖鄮ж?fù)電荷。非離子型表面活性劑，當(dāng)親油基相同時，親水基越長，親水性越好，溶解度越大，吸附量越低。（5）吸附劑的表面性質(zhì)（6）電解質(zhì)6、表面活性劑吸附對固體表面性質(zhì)的影響（1）改變了固體質(zhì)點(diǎn)在溶液中的分散性

39、質(zhì)。（2）增加了溶膠分散體的穩(wěn)定性。（3）改變了固體表面的表面張力、潤濕性、滲透性。（4）改變固體表面的帶電量及電荷性質(zhì)。 作業(yè)：1、    什么是溶質(zhì)的表面吸附量、吸附等溫線？2、    從吸附等溫線上可以看出的共同規(guī)律是什么？3、    溫度對吸附產(chǎn)生怎樣的影響？4、    什么是表面張力最低值現(xiàn)象，其意義是什么？ 第三章   表面活性劑在溶液的表面活性復(fù)習(xí):表面張力的定義、計算附加壓力的公式表面活性劑在界面上的吸附:吸附等溫線(提

40、問)影響吸附的因素表面活性的一般性質(zhì):溶解度化學(xué)穩(wěn)定性第一節(jié)    表面活性劑的一些性質(zhì)我們在討論表面活性劑在溶液界面上吸附時發(fā)現(xiàn):溶液表面張力隨濃度變化的關(guān)系中有一突變點(diǎn),如下圖虛線還出現(xiàn)了表面張力最低現(xiàn)象(提問原因)表面張力和溶液濃度的相互關(guān)系中,當(dāng)濃度較低時,表面張力隨表面活性劑濃度增加而降低很快,但濃度升至一定值后,隨濃度增加,表面張力變化不大。此種表面性質(zhì)的突變與表面活性劑在溶液中的狀態(tài)變化到底有何關(guān)系呢?現(xiàn)在我們對表面性質(zhì)有了一定的了解,還要研究表面活性在溶液中的狀態(tài),才能了解和認(rèn)識表面活性劑溶液的性質(zhì)和作用。從圖中明顯看出，所有的物理化學(xué)性質(zhì)變化均有

41、一轉(zhuǎn)折點(diǎn)，且此轉(zhuǎn)折點(diǎn)的濃度變化范圍較小，cmc-臨界膠束濃度：開始形成膠束時的濃度。（成團(tuán)結(jié)構(gòu)稱膠束）。表明：表面現(xiàn)象(表面吸附)和內(nèi)部性質(zhì)有著統(tǒng)一的內(nèi)在聯(lián)系。下面重點(diǎn)研究表面活性劑水溶液的一些性質(zhì)。1、 電導(dǎo)率。（1）         電導(dǎo)：描述導(dǎo)體導(dǎo)電能力大小的物理量。用G表示定義為電阻R的倒數(shù)即，單位（2）         電導(dǎo)率：由物理學(xué)可知：導(dǎo)體電阻R=  電導(dǎo)率是電阻率的倒數(shù)。對于電解質(zhì)溶液而言，其電導(dǎo)率

42、為相距1m長度，面積為1m2的兩個平行板電極間充滿電解質(zhì)溶液時的電導(dǎo)。離子型表面活性劑在水中可電離出正、負(fù)離子形式，與無機(jī)鹽溶液一致：（1）在濃度極稀時，兩者相似，電導(dǎo)率與濃度呈線性關(guān)系；（2）但隨著濃度的上升，無機(jī)鹽仍是電導(dǎo)率與濃度呈線性關(guān)系；而離子型表面活性劑則與無機(jī)鹽有明顯差異，電導(dǎo)率隨濃度改變有一轉(zhuǎn)折點(diǎn)，而且隨碳鏈（親油基）的縮短，發(fā)生轉(zhuǎn)折點(diǎn)的濃度越高，且越來越接近于無機(jī)鹽。（親水基，親水性，溶解度）（3）         當(dāng)量電導(dǎo)率（摩爾電導(dǎo)率）與濃度的平方根關(guān)系。如上圖為離子型表面活性劑，隨濃度的增加，

43、摩爾電導(dǎo)率也有一點(diǎn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，且隨碳鏈（親油基）增長，發(fā)生改變的轉(zhuǎn)折點(diǎn)濃度更低，更明顯。（親油基，親水基，親水性，溶解度）溶液的電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率特性是離子型表面活性劑所共有的。2、溶解度離子型表面活性劑的溶解度與溫度的關(guān)系。由圖發(fā)現(xiàn)：離子型表面活性劑的溶解度也有一突變的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，當(dāng)溶液溫度大于一定值后，溶解度急劇增加，此點(diǎn)稱臨界溶解溫度，也叫Krafft點(diǎn)（克拉夫特點(diǎn)）；由圖還發(fā)現(xiàn)：同系物中隨碳鏈增長，克拉夫特點(diǎn)提高；而相應(yīng)的溶解度降低了。一些兩性表面活性劑的Krafft點(diǎn)，見P50表非離子表面活性劑無導(dǎo)電性和溶解度特征。因?yàn)椋簩?dǎo)電性是針對溶液中正、負(fù)離子而言的，非離子型不能電離產(chǎn)生離子；非離子型

44、的溶解度在低溫時就易溶，并隨著T，溶解度，出現(xiàn)渾濁。（濁點(diǎn)）3、 依數(shù)性（1）定義：在稀溶液中，當(dāng)溶質(zhì)為非揮發(fā)性物質(zhì)時，溶液中溶劑蒸氣壓下降，凝固點(diǎn)降低，沸點(diǎn)升高，和滲透壓的數(shù)值，僅與一定量溶液中溶質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)數(shù)有關(guān)而與溶質(zhì)的本性無關(guān)，這些性質(zhì)稱為稀溶液的依數(shù)性。一般化合物稀溶液是理想的，而表面活性劑不同，其稀溶液中表現(xiàn)出極大非理想性，導(dǎo)致稀溶液與濃溶液有較大差異。（2）  滲透參數(shù)：指溶液的（凝固點(diǎn)）冰點(diǎn)降低實(shí)驗(yàn)值與假設(shè)電解質(zhì)完全電離成兩個離子時的冰點(diǎn)降低值的比例?？杀硎靖鞣N依數(shù)性。4、 增溶性。（1）定義：在溶劑中完全不溶或者微溶的物質(zhì)，借助于添加表面活性劑而得到溶解，并成為熱力學(xué)上

45、穩(wěn)定的溶液，這種現(xiàn)象稱增溶性。（2）具體作用：無機(jī)鹽水溶液一般有"鹽析"作用，即產(chǎn)生沉淀物，鹽濃度增加，使其溶解有機(jī)物的能力降低，而表面活性劑加入，能增大有機(jī)物的溶解能力，從而起到增溶作用。同時碳鏈增增長，增溶作用提高。（3）應(yīng)用：在染色過程中，表面活性劑的加入，對染料起到增溶作用，使染料的溶解度增大，一定程度上有利于染色的進(jìn)行。"干洗"中，表面活性劑在非水溶劑中對油污發(fā)生增溶作用，從而有效地去除污垢。（4）影響因素：表面活性劑結(jié)構(gòu)、被增溶物質(zhì)、溫度（T，增溶。）由上分析：表面活性劑各種性質(zhì)的突變都在一特定范圍內(nèi)，此濃度與轉(zhuǎn)折點(diǎn)濃度相符。所以表面活性劑的

46、溶液內(nèi)部性質(zhì)變化與溶液表面現(xiàn)象存在統(tǒng)一的內(nèi)在聯(lián)系。第二節(jié)表面活性劑膠束形成及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)復(fù)習(xí)：表面活性劑溶液性質(zhì)隨濃度而改變時，基本上所有性能在一特定濃度均會發(fā)生突變離子型、非離子型表面活性劑溶液的界面張力（表面張力）隨濃度變化的關(guān)系曲線。從圖中可知：濃度很稀時，水的表面張力降低很快，過了突變點(diǎn)，隨濃度增加，表面張力基本保持不變。(提問)一、              現(xiàn)象解釋1、溶液濃度極稀時，表面活性劑分子或離子含量極低，此時溶液相當(dāng)于純水溶液，水與空氣幾乎直接接

47、觸，接近于純水狀態(tài)。2、隨溶液濃度增加，溶液中表面活性劑分子或離子數(shù)目增加，而表面活性劑中含有親水基和疏水基，所以就會被吸附到水空氣的界面，空氣和水的接觸部分被空氣和表面活性劑、表面活性劑和水的接觸面所取代，使原來的空氣和水的接觸界面降低，導(dǎo)致水的表面張力急劇下降。水中的表面活性劑相互聚集，疏水基相互靠攏，開始形成膠束。3、當(dāng)濃度再進(jìn)一步增大并到一定值時，水的表面全部被一層表面活性劑的分子或離子覆蓋，此時，表面吸附達(dá)最大值，而且表面上再也容納不了更多的分子，將水和空氣完全隔離，此時表面張力最低。4、若再增加溶液濃度，不能提高表面吸附，而只是溶液內(nèi)部表面活性劑分子或離子個數(shù)不斷增多，使表面活性劑

48、疏水機(jī)疏水基相互吸引分子締合，親水基朝外，與水相接觸出現(xiàn)成團(tuán)結(jié)構(gòu)，使體系穩(wěn)定。二、臨界膠束濃度。1、    定義：表面活性劑在溶液中形成膠束時的濃度，稱為臨界膠束濃度。用cmc表示。實(shí)驗(yàn)表明：cmc為一個窄的濃度范圍，不是一個確定的數(shù)值。如離子型表面活性劑的cmc約在10-310-2mol/L。2、    重要意義：表面活性劑的cmc是一個很重要的特征數(shù)據(jù)，表面活性劑的許多性能和應(yīng)用條件都與cmc有關(guān)。如在表面活性劑cmc以上時，表面張力、滲透壓、冰點(diǎn)、粘度、密度、可溶性、凈洗力、光散射和顏色變化等性質(zhì)都會發(fā)生顯著變化，這個轉(zhuǎn)折點(diǎn)濃度

49、就是cmc。三、溶液中膠束的形成。根據(jù)體系能量最低最為穩(wěn)定的原則：1、 當(dāng)表面活性劑量極少時，表面活性劑的親水基與水的作用力大于疏水基對水的斥力，使水中氫鍵結(jié)構(gòu)重排，水分子與表面活性劑分子或離子形成一種有序結(jié)構(gòu)。圖（a）2、 根據(jù)體系能量最低最為穩(wěn)定的原則，為使其疏水基不被排斥，它的分子就不停轉(zhuǎn)動，可通過兩個途徑尋求獲得體系的穩(wěn)定。（1）圖（b）：表面活性劑的親水基留在水中，疏水基伸向空氣，形成定向吸附層，從而降低表面自由能。（2）圖（c）：表面活性劑疏水基相互聚集，盡可能減少疏水基與水的接觸，而降低體系的自由能。由于疏水基的相互締合，勢必讓親水基存在于締合物表面，從而與水接觸，促使整個體系的

50、穩(wěn)定，這種締合即為膠束。3、 分類。（1）  離子型表面活性劑：其膠束是由離子締合而成的，且?guī)щ?，稱膠體電解質(zhì)。（2）  非離子型表面活性劑：其膠束是由分子締合而成的，不帶電，不屬于膠體電解質(zhì)。因表面活性劑膠束均通過締合而成，所以此溶液統(tǒng)稱為締合膠體或膠束溶液。四、膠束的結(jié)構(gòu)形狀。通過了解膠束形狀，可以認(rèn)識膠束的特性及其對界面的影響。1、 在稀溶液中，膠束一般呈球狀。雙電層：在溶液中的帶電固體表面，由于靜電吸引力的作用，必定要吸引等電量的、與固體表面上帶有相反電荷的離子（反離子）環(huán)繞在固體粒子周圍，這樣便在固、液兩面之間形成了雙層電。2、 在10倍于cmc或更大濃度的溶液中

51、，膠束一般是非球狀的。（1）此結(jié)構(gòu)使大量的表面活性分子內(nèi)疏水基與水接觸面積縮小，有更高的熱力學(xué)穩(wěn)定性。此結(jié)構(gòu)內(nèi)核由疏水基構(gòu)成，棒狀膠束表面油親水基構(gòu)成，具有一定的柔順性，隨著濃度增加，棒狀聚集成束，周圍是溶劑。（2）濃度更大時，形成層狀膠束。3、 膠束的形成是表面活性劑為了增加體系的穩(wěn)定性。離子型表面活性劑形成的膠束表面呈正電荷或負(fù)電荷，使得電荷更加集中，即電荷密度大于單分子時的電荷密度。所以，當(dāng)膠束靠攏時，勢必造成體系自由能增加。這樣，離子型表面活性劑膠束形成時，同時存在著體系自由能減小和增大的雙重效果。根據(jù)體系能量最低最為穩(wěn)定原則。所以，表面活性劑膠束形成的結(jié)構(gòu)形狀和大小必須使體系的表面自

52、由能最小，才能形成穩(wěn)定的熱力學(xué)狀態(tài)。4、膠束的形狀與大小關(guān)系。（1）         膠束大小膠束量：膠束相對分子質(zhì)量/表面活性劑單體相對分子質(zhì)量也稱膠束的聚集數(shù)，即：締合或膠束的表面活性劑的分子數(shù)或離子數(shù)。（2）         測定膠束大?。ň奂瘮?shù)）的方法：光散射法、擴(kuò)散粘度法、超離心法、電泳法 第三節(jié)  臨界膠束濃度復(fù)習(xí)：濃液中膠束的形成、臨界膠束濃度（cmc）一、    

53、;          臨界膠束濃度1、    定義：形成膠束的最低濃度稱為臨界膠束濃度。（提問）或：開始形成膠束時的濃度。表面活性劑溶液的濃度只有稍高于它的臨界膠束濃度時，才能充分顯示其作用。2、    Kafft點(diǎn)與臨界膠束濃度的關(guān)系離子型表面活性劑：轉(zhuǎn)折點(diǎn)（Kafft點(diǎn)）對應(yīng)的是溫度，在此溫度范圍內(nèi)，其溶解度就是臨界膠束濃度（cmc）。3、    結(jié)論表面活性劑的潤濕、滲透作用因界面吸附，所以只要濃度稍大于cmc即可；而乳化、分散、增容和洗凈作用，濃度要大于cmc很多才顯示效果。4、    測定臨界膠束濃度（cmc）可通過各種物理性質(zhì)的突變來確定，方法不同，值也差異，但突變點(diǎn)總落在一個窄范圍內(nèi)。二、  &