染整工藝原理課件

Chapter1

WaterandSurfactant§1-1Wateranditssofttreatment§1-2Surfactantsanditsapplicationintextiletreatment1§1-1Wateranditssofttreatment1.1.1Relationshipbetweenwaterandtextiletreatment1.1.2Hardnessofwater1.1.3

Effectofhardwaterontextiletreatment1.1.4Softtreatmentofwater1.1.5WasteWater21.1.1Relationshipbetweenwaterandtextiletreatment在紡織品染整加工的各道環(huán)節(jié)中，各種化學(xué)助劑或染料與纖維發(fā)生特定的作用，以獲得紡織品的特種性能。一般來說，助劑或染料對紡織纖維的作用是以水為介質(zhì)的，因此，水的質(zhì)量對紡織品染整加工起著非常重要的作用。低浴比、中水回用、無水加工技術(shù)31.Water,nationalresourcesandenvironment天然水系：巖石圈、水圈、大氣圈和生物圈巖石圈：地下水、巖漿水、水合作用水泉水和沼澤（地下水）水圈：陸水、海水陸水：塘、湖、冰帽河流、冰川（地面水）海水：海洋海底沉積物中吸藏水4水體中的主要化學(xué)污染物：

有害金屬：As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn等；

有害陰離子：CN-、F-、Cl-、Br-、S2-、SO42-等；

營養(yǎng)物質(zhì)：NH4+、NO3-、NO2-、PO43-等；

有機(jī)物：醛、酚、農(nóng)藥、表面活性劑、多氯聯(lián)苯、脂肪酸、有機(jī)鹵化物等；

放射性物質(zhì)：3H、90Sr、131I、144Ce、232Th、238U等核素。53.Necessarywaterqualitiesfortextiletreatment顏色、味道、透明度、酸堿度（pH值）、硬度等71.1.2Hardnessofwater水的硬度是由水中含有的鈣離子和鎂離子所造成水的硬度：暫時硬度和永久硬度，兩者之和為總硬度暫時硬度：由于鈣、鎂重碳酸鹽的存在而形成水的硬度永久硬度：由溶于水的鈣、鎂等氧化物、氯化物、硝酸鹽或硫酸鹽的存在而形成的水的硬度81.1.3

Effectofhardwaterontextiletreatment

由鈣、鎂皂形成的皂斑對染色和手感產(chǎn)生不良影響；鍋爐用水時形成水垢降低導(dǎo)熱系數(shù)；銅、鐵等離子對雙氧水分解有催化作用，漂白時會產(chǎn)生破洞。101.1.4Softtreatmentofwater暫時硬度：加熱煮沸可以消除11永久硬度：石灰－純堿法

Calciumhydroxide-sodiumcarbonatemethod離子交換法

Ionexchangetechnique軟水劑添加法Applicationofchelatingreagent12離子交換法

Ionexchangetechnique目前水處理過程中普遍采用的方法，可以選擇性地去除特殊的雜質(zhì)。交聯(lián)型珠狀聚苯乙烯網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的陽離子交換樹脂，能與鈣、鎂離子進(jìn)行交換，生產(chǎn)軟水。14Cationexchangeresin離子交換樹脂的制備方法：將苯乙烯與二乙烯苯共聚，形成三維網(wǎng)狀的共聚珠粒，再經(jīng)磺化，在苯環(huán)上引入磺酸基。15CationexchangeresinNa型交換樹脂的活化：氯化鈉溶液17Chelatingreagent氨三乙酸鈉NTA乙二胺四乙酸鈉EDTA18六偏磷酸鈉、氨三乙酸NTA(Nitrilotriaceticacid)三鈉、乙二胺四乙酸EDTA(ethylenediaminetetraaceticacid)四鈉

EDTA、NTA的生物降解性較差，NTA的毒性較高且有致癌性19EDTA和金屬的螯合物201.1.5WasteWater印染廠用水量很大，主要用于煮煉、漂白、染色工序，其中大部分用于水洗過程中。

25～30m3

水/100kg

棉布

（2.2～2.3m3水/100m

棉布）

20～30m3水/100kg羊毛織物

10～20m3水/100kg合纖織物紡織品的染整加工中要用到大量的水，同時也要排放出大量的印染廢水污水處理與環(huán)境保護(hù)“無水”印染加工21廢水中的主要污染物是纖維中的雜質(zhì)及所用染化料和助劑等有機(jī)物，所以印染廠的污染以有機(jī)物為主，這些有機(jī)物在水體中分解時要消耗溶解在水中的氧，從而破壞水體中氧的平衡，使水質(zhì)惡化，并會因水體缺氧造成魚類及其它水生生物死亡。由于被污染水體所含的有機(jī)物成分復(fù)雜，難以一一測定，常常利用有機(jī)物在一定條件下所消耗氧的量來間接表示水體中有機(jī)物的含量。22Qualityindexofwastewater

五日生化需氧量

(BOD5,biochemicaloxygendemandinfivedays)為了使檢測數(shù)據(jù)有可比性，一般規(guī)定一個時間周期，在這段時間內(nèi)，在一定溫度下用水樣培養(yǎng)微生物，并測定水中溶解氧消耗情況，一般采用五天時間，稱為五日生化需氧量，記做BOD5。BOD5數(shù)值越大，說明水中含有的有機(jī)物越多，污染也越嚴(yán)重。24Qualityindexofwastewater

化學(xué)需氧量

COD(ChemicalOxygenDemand)在一定條件下，用強(qiáng)氧化劑(K2Cr2O7,KMnO4)處理水樣時所消耗的氧化劑的量，稱為化學(xué)需氧量（毫克/升，mg/L）?；瘜W(xué)需氧量是以化學(xué)方法測量水樣中需要被氧化的還原性物質(zhì)的量。水樣在一定條件下，以氧化1升水樣中還原性物質(zhì)所消耗的氧化劑的量為指標(biāo)，折算成每升水樣全部被氧化需要的氧的毫克數(shù)，以mg/L表示。它反映了水中受還原性物質(zhì)污染的程度。該指標(biāo)也作為有機(jī)物相對含量的綜合指標(biāo)之一。

25生化需氧量和化學(xué)需氧量的比值能說明水中的有機(jī)污染物有多少是微生物所難以分解的。微生物難以分解的有機(jī)污染物對環(huán)境造成的危害更大。在水污染治理工程中，常用生化需氧量與化學(xué)需氧量的比值來判定廢水是否可采用生物化學(xué)處理的方法，即確定廢水的可生化性。一般認(rèn)為BOD5/COD比值越大，可生化性越強(qiáng)。2728根據(jù)環(huán)境保護(hù)工作的要求，在國土開發(fā)密度已經(jīng)較高、環(huán)境承載能力開始減弱，或環(huán)境容量較小、生態(tài)環(huán)境脆弱，容易發(fā)生嚴(yán)重環(huán)境污染問題而需要采取特別保護(hù)措施的地區(qū)，應(yīng)嚴(yán)格控制企業(yè)的污染物排放行為，如：太湖地區(qū)紡織染整行業(yè)水污染物排放限值：CODCr60mg/L2930§1-2Surfactantsanditsapplicationintextiletreatment1.2.1Surfacetensionandsurfaceenergy1.2.2Surfactantsandtheirproperties1.2.3Wettingandpenetration1.2.4Emulsification,dispersionandsolubilization1.2.5Decontamination311.2.6Commonlyusedsurfactantsandtheirapplicationintextiletreatment1.2.7Relationbetweenchemicalconstructionofsurfactantanditsproperty1.2.8Safetyofsurfactantanditsbiodegradability1.2.9“Green”surfactants321.2.1Surfacetensionandsurfaceenergy液體表面分子受到垂直于表面且指向液體內(nèi)部的合力使表面分子有沿此力向內(nèi)收縮的自然趨勢，由此產(chǎn)生的與液面相切的收縮液面的力就是液體的表面張力。33表面張力的方向和液面相切：液面是平面，表面張力就在這個平面上，圖1-1(a)液面是曲面，表面張力就在這個曲面的切面上，圖1-1(b)

圖1-1

表面張力方向示意圖

表面張力的方向34表面張力是分子力的一種表現(xiàn)。如圖1-2所示，表面層的液體分子和液體內(nèi)部的分子受力情況明顯不同。液體分子不像氣體分子那樣可以無限擴(kuò)散，只能在平衡位置附近振動和旋轉(zhuǎn)。稍遠(yuǎn)一些就相吸；稍近一些就相斥。

表面張力產(chǎn)生的原因圖1-2

液體分子受力作用示意圖35在表面層里，分子間的距離大，分子間的相互作用表現(xiàn)為引力。處于表面層的液體分子，一方面受到上方氣體分子作用，另一方面又受到下方液體分子作用。而液體分子比氣體分子的作用強(qiáng)，所以，在液體表面層（與氣體相接觸的液體薄層）的分子分布密度低于內(nèi)部分子分布密度，因而造成表面層分子之間的距離有增大的趨勢。36如果在液面上劃一條分界線MN，把液面分為(1)和(2)兩部分（圖1-3），那么，由于表面層中分子間的引力，液面(1)對液面(2)有引力F1的作用，液面(2)對液面(1)有引力F2的作用，F(xiàn)1和F2大小相等、方向相反。像這種液面各部分間相互吸引的力，叫做表面張力。圖1-3

表面張力示意圖37液體的表面張力使液面具有收縮的趨勢。在體積相等的各種形狀的物體中，球形物體的表面積最小，所以草葉上的露珠、小水銀滴等，都因表面張力使液面收縮而呈球形。38如圖1-4所示，在細(xì)金屬絲矩形框上的液膜abcd的cd邊為活動邊，其長度為L。如果活動邊與矩形框間的摩擦力可以忽略不計的話，為了防止液膜自動向ab邊收縮，必須在活動邊cd上施加一定大小的外力f。圖1-4

液體的表面張力L39應(yīng)當(dāng)注意，此時框架上的液膜有兩個表面，為保證液膜平衡所需施加的外力f與活動邊的長度成正比關(guān)系，即：f＝2γL上式中的γ是液體的表面張力系數(shù)，簡稱表面張力。表面張力的常用單位為mN/m，即毫牛/米。這里所說的液體的表面張力實(shí)際上是液體與其所接觸的氣體之間的界面張力，一般叫做表面張力。事實(shí)上，在任何兩種不同物質(zhì)相接觸的界面上都存在著界面張力。40

SurfaceEnergy增加液體表面積的過程實(shí)質(zhì)上就是將一部分內(nèi)部的液體分子遷移到液體表面的過程，在這一遷移過程中必需依靠外界能量的供給才能將處于相對低能態(tài)的內(nèi)部液體分子轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬Ω吣軕B(tài)的液體表面分子。體系在上述過程中所獲得的額外能量就是其表面過剩自由能，將導(dǎo)致體系能態(tài)增高。41如圖1-4所示，在可逆情況下向液膜施加的外力為2γL，活動邊位移距離為△d時，體系自由能增量為：

△G＝2γL△d＝γ△A式中△A為液膜兩個面的表面積改變總量圖1-4

液體的表面張力L42從上式可以看出，γ也是恒溫恒壓條件下增加單位表面積所引起體系自由能的增加量，叫做比表面自由能，簡稱為表面自由能，其常用單位為mJ/m2，即毫焦/米2。這里所說的液體的表面自由能實(shí)際上是液體與其所接觸的氣體之間的界面自由能，一般叫做表面自由能。事實(shí)上，在任何兩種不同物質(zhì)相接觸的界面上都存在著界面自由能。因此，43表面張力與表面自由能兩個物理量的量綱相同，分別是用力學(xué)方法和熱力學(xué)方法研究液體表面現(xiàn)象時采用的物理量；它們具有不同的物理意義：熱力學(xué)——將液－氣界面擴(kuò)展單位面積所作的功（表面自由能，mJ/m2）；動力學(xué)——擴(kuò)展單位長度所須的拉力（表面張力，mN/m）表面張力和表面自由能的產(chǎn)生是液體內(nèi)部分子和表面分子所受力的狀態(tài)差異引起的。44451.2.2Surfactantsandtheirproperties在液體中溶解另外的物質(zhì)（溶質(zhì)）即形成溶液，溶質(zhì)溶于水后對水溶液表面張力的影響可分為以下三種情況：（1）無機(jī)鹽（如：氯化鉀、硫酸鋁等）加入后，水溶液的表面張力會緩慢增加，而且這類物質(zhì)在溶液表面相的濃度比本體相的低，一般稱為表面負(fù)吸附物質(zhì)；（2）極性有機(jī)物（如：乙醇、丙酸、丁醛等）加入后，水溶液的表面張力會降低，而且這類物質(zhì)在溶液表面相的濃度比本體相的高，一般稱為表面正吸附物質(zhì)；46（3）長碳鏈極性有機(jī)物（如：硬脂酸鈉（肥皂）、十二烷基硫酸酯鈉等），加入少量后，水溶液的表面張力會急劇下降，并隨本體相濃度的增加，表面相濃度迅速趨于飽和，表面張力降至極小并趨于定值，繼續(xù)加入，該類物質(zhì)分子還會在本體相中相互締合生成膠團(tuán)、膠束。為極端的正吸附物質(zhì)，稱為表面活性劑。47

Definitionofsurfactant能在相界面上進(jìn)行有效的定向吸附，降低界面能，從而使界面的活性提高的一類物質(zhì)——表面活性劑。更確切地說，表面活性劑應(yīng)該叫做界面活性劑(Interfaceactiveagents)，因為我們平常所要討論的絕大多數(shù)都是兩相之間的界面，只有其中一個相為真空時才可算做“表面”。平時為方便起見，多把與氣相之間的界面叫做“表面”。因為相對說來，分子與氣相分子的作用力非常小，可以不去考慮。48Chemically,surfactantsareamphipathicmolecules.Thatis,theyhavetwodistinctlydifferentcharacteristics,polarandnonpolar,indifferentpartsofthesamemolecule.Therefore,asurfactantmoleculehasbothlyophilic(solvent-loving)andlyophobic(solvent-hating)characteristics.Ifthesolventiswater,thesurfactanthasbothhydrophilic(water-loving)andhydrophobic(water-hating)characteristics.

Structuralcharacteristics49Fortwoantipathicphasessuchasoilandwater,oleophilicpartofsurfactanthasastrongfunctionandcandissolveinoilwithoutaformationofinterphase.Intheotherside,thehydrophilicpartofsurfactanthasastrongfunctionandcandissolveinwaterwithoutaformationofinterphase.Surfactantscannaturallystayonthephasewhentwophasescontact.Oleophilicandhydrophilicpartspointthephaseswiththeirdifferentproperties.50Itshydrophilicoroleophobicgroupsarethegroupswithverystrongpolarityandmanydifferentkindsofstructuressuchascarboxyl(-COONa),sulfonic(-SO3Na),sulfate(-OSO3Na),halogen(-X),aether(-O-),hydroxy(-OH),amine(-NH2,=NH-,≡N-),sulfhydryl(-SH),nitryl(-NO2)andphosphorous(-OPO(OH)2)groupsandsoon.Customarilyitcanbeshowedasadotorcircle.51Currently,oleophilic(organic)partofsurfactantconsistsofdifferentalkylwithlongchain,arylandtheirmodifiedgroups.Oleophilicgroupwasexpressedas“R”,ortraditionallyalonglinewasdrawntoshowitandthismeansitisalonggroup.52hydrophobicgroup：極性弱而非極性強(qiáng)，具有親油性hydrophilicgroup：極性強(qiáng)而非極性弱，具有親水性53陰離子表面活性劑AnionicSurfactant陽離子表面活性劑CationicSurfactant

兩性表面活性劑AmphotericSurfactant非離子表面活性劑NonionicSurfactant

Classification：親水基團(tuán)的電荷性質(zhì)雙子表面活性劑GeminiSurfactant連接基54AnionicSurfactantHydrophilicheadisnegativelychargedCationicSurfactantHydrophilicheadispositivelychargedAmphotericSurfactantMoleculehasbothpotentialpositiveandnegativegroups,chargedependsonpHofthemediumNonionicSurfactantHydrophilicheadispolarbutnotfullycharged55如前所述：加入表面活性劑后，溶液表面張力降低；表面活性劑在溶液表面相的濃度比本體相的高（發(fā)生表面正吸附）。根據(jù)著名的吉布斯等溫吸附公式來說明。56

Phenomenonofsurfaceabsorption吉布斯等溫吸附公式(Gibbs1875)：

R－氣體常數(shù)；

C－溶液本體的濃度；

e－溶質(zhì)的表面吸附量或表面超量surfaceexcess，表示單位面積表面層所含溶質(zhì)的量與同量溶劑在溶液本體所含溶質(zhì)的量之差。57＞0，溶質(zhì)加入后，引起液體表面張力的升高＜0，溶質(zhì)加入后，引起液體表面張力的降低溶質(zhì)在液體表面富集溶質(zhì)在液體表面貧乏58

(a)

(b)

(c)圖1-5表面活性劑在水表面及水溶液中的分布狀態(tài)

Distribution59表面活性劑在水溶液中的存在方式符合“親者相近，疏者相斥”原理。（a）親水基團(tuán)與水接觸，疏水基團(tuán)則垂直于水面且指向水面的外側(cè)；部分界面由原來的水分子變?yōu)楸砻婊钚詣┑氖杷曰鶊F(tuán)，使表面張力下降（b）表面活性劑分子完全占據(jù)水表面，水溶液的表面張力達(dá)到最低值；即使再進(jìn)一步增加表面活性劑的濃度，水溶液的表面張力也無明顯變化，此時表面活性劑的濃度為臨界膠束濃度(CMC，CriticalMicelleConcentration)60（c）在臨界膠束濃度以上時，繼續(xù)加入的表面活性劑只能存在于水的本體之中（無法占據(jù)水的表面）。由于表面活性劑的疏水性基團(tuán)與水之間具有較強(qiáng)的相斥作用，為了保持最低能態(tài)，必須盡量減少與水的接觸，最終結(jié)果形成聚集體“膠束”、“膠團(tuán)”。在界面上發(fā)生定向吸附和在溶液中形成膠束是表面活性劑最重要的特征。

61PositiveabsorptionandCriticalMicelleConcentration

(CMC)圖1-6表面活性劑水溶液濃度與表面張力的關(guān)系62臨界膠束濃度CMC(CriticalMicelleConcentration)CMC是表面活性劑溶液的一個重要特征。當(dāng)濃度非常小時，表面活性劑都是以分子狀態(tài)在體相中分散著，此時可能僅發(fā)生界面或表面上的定向吸附。當(dāng)濃度逐漸增高，達(dá)到某一濃度時，由于溶液的化學(xué)位不斷提高，體系穩(wěn)定性下降，直至突然出現(xiàn)新的存在形式——膠束；此時整個溶液的物理性質(zhì)如表面張力、當(dāng)量電導(dǎo)、滲透壓、凈洗效率等等都會產(chǎn)生突變。63圖1-7表面活性劑（十二烷基硫酸鈉）水溶液的性質(zhì)隨濃度的變化64在一定條件下，每一個特定的表面活性劑的CMC都是固定的。CMC受到表面活性劑分子結(jié)構(gòu)的制約，就象無機(jī)物的溶解度一樣。在選擇和使用時，一定要保證用量在CMC的濃度之上。（當(dāng)然CMC也受到溫度等環(huán)境條件的影響）。表面活性劑的CMC一般在0.001～0.02mol/L或0.02%～0.4%。65Micellesconsistofhydrophobicinteriorregions,wherehydrophobictailsinteractwithoneanother.Thesehydrophobicregionsaresurroundedbythehydrophilicregionswheretheheadsofthesurfactantmoleculesinteractwithwater.Thenumberofsurfactantmoleculesinamicelleiscalledtheaggregationnumber（聚集數(shù)）.Theaggregationnumbervariesfromonlyafewmoleculestoseveralthousandmoleculesdependingonthechemicalstructureofthesurfactantandotherfactorssuchastemperatureandthepresenceofimpuritiesinthemixture.66所有膠束基本由兩部分組成，其內(nèi)部通常由彼此靠攏的疏水基團(tuán)構(gòu)成，而其外部則由水化的極性基團(tuán)構(gòu)成。（陰）離子型和非離子型表面活性劑在其水溶液中所形成的膠束見圖1-8。67（陰）離子型表面活性劑膠束圖1-8膠束結(jié)構(gòu)非離子型表面活性劑膠束68表面活性劑在水溶液中形成的膠束的形狀與表面活性劑在溶液中的濃度及其分子外觀構(gòu)型有關(guān)。一般認(rèn)為，當(dāng)表面活性劑在水溶液中的濃度小于其臨界膠束濃度10倍時，溶液中的膠束呈現(xiàn)球狀；當(dāng)表面活性劑濃度大于其臨界膠束濃度10倍時，膠束則呈現(xiàn)非球狀，可以是棒狀、層狀以及其它形狀，如圖1-9所示。形成各種形狀膠束的目的是盡量減少表面活性劑分子疏水基團(tuán)與水的接觸面積。69六角狀球狀棒狀層狀圖1-9膠束或膠團(tuán)形狀70此外，隨著親水性基團(tuán)與疏水性基團(tuán)所占體積相對大小的不同，表面活性劑的分子構(gòu)型也有所不同，可以是錐形、截頭錐形、圓柱形和其它一些形狀。711.2.3Wettingandpenetration（表面活性劑的潤濕與滲透作用）Wettingphenomenonandwettingprinciple

潤濕：液體取代固體表面氣體的過程。Wetting:adhesion,immersion,spreading.沾濕浸濕鋪展72

Adhesion

沾濕沾濕是指液體與基質(zhì)固體接觸，變液/氣界面和固/氣界面為固/液界面的過程。例如：黏合、涂層整理等。

－△Ga＝γsg＋γlg－γsl＝Wa

粘附功

Wa≥0，沾濕過程自發(fā)進(jìn)行Wa

(work

of

adhesion)

：反映了液/固界面結(jié)合能力的大小73

Immersion

浸濕浸濕是指固體浸入液體中的過程，該過程中固/氣界面為固/液界面所代替，而液體表面在過程中無變化。例如：洗衣時將衣服泡在水中的過程。

－△Gi＝γsg－γsl＝Wi

浸潤功

Wi≥0，浸濕過程自發(fā)進(jìn)行Wi

(work

of

immersion)

：反映液體在固體表面上取代氣體的能力74

Spreading鋪展液體與固體表面接觸后液體自動在固體表面展開并排擠掉原有的氣體。氣/固界面消失的面積與增加的液/固界面面積相等，同時形成相等面積的液/氣界面。例如：在化學(xué)纖維生產(chǎn)中和毛紡梳理工程之前，將油劑附著在纖維表面上時，不僅要求油劑不脫落，而且希望能自行鋪展，成為均勻的油膜。

－△Gs＝γsg－γsl－γlg＝S

鋪展系數(shù)S(spreading

coefficient)≥0，鋪展過程自發(fā)進(jìn)行75（沾濕）粘附功Wa＝（γsg－γsl）＋γlg

≥0（浸濕）浸潤功Wi＝γsg－γsl

≥0（鋪展）鋪展系數(shù)S＝（γsg－γsl）－γlg

≥0對于同一體系，Wa＞W(wǎng)i＞S

能夠自發(fā)鋪展的體系，其它兩種潤濕過程均可自發(fā)進(jìn)行，故通常以鋪展系數(shù)S作為體系潤濕性的指標(biāo)。Wi越大，潤濕過程越容易進(jìn)行；γlg增大對沾濕過程有利，對鋪展過程不利，對浸濕過程無影響。76液相、固相和氣相三相相交點(diǎn)處(A)作液滴的切線，切線與固體平面之間的夾角θ稱為液體與固體表面之間的接觸角，接觸角的大小反映了潤濕程度的高低。γls＋γlgcosθ＝γsg

cosθ＝(γsg－γls)/γlg

θ＝0°,cosθ＝1

θ＝90°,cosθ＝0

θ＝180°,cosθ＝-1圖1-10接觸角與界面張力間的關(guān)系

接觸角θ77Theformula（楊氏方程）wassuggestedbyThomasYoungin1805.Contactangleofwaterongraygoods(rawcotton)is105°

(θ＝105°).γsg－γls＝γlgcosθ

接觸角θ78

接觸角θ圖1-11液體對固體表面的潤濕程度和接觸角79粘附功Wa＝γlg（cosθ＋1）浸潤功Wi＝γlgcosθ鋪展系數(shù)S＝γlg（cosθ－1）

θ≤180°,Wa≥0,沾濕過程自發(fā)進(jìn)行

θ≤90°,Wi≥0,浸濕過程自發(fā)進(jìn)行

θ＝0°,S＝0,鋪展過程自發(fā)進(jìn)行一般：θ＞90°,不潤濕

θ＜90°,潤濕

θ＝0°,鋪展80Acontactanglelessthan90°(lowcontactangle)usuallyindicatesthatwettingofthesurfaceisveryfavorable,andthefluidwillspreadoveralargeareaofthesurface.Contactanglesgreaterthan90°(highcontactangle)generallymeansthatwettingofthesurfaceisunfavorablesothefluidwillminimizecontactwiththesurfaceandformacompactliquiddroplet.Forwater,awettablesurfacemayalsobetermedhydrophilicandanon-wettablesurfacehydrophobic.Superhydrophobicsurfaceshavecontactanglesgreaterthan150°,showingalmostnocontactbetweentheliquiddropandthesurface.Thisissometimesreferredtoasthe"Lotuseffect".81固體表面不均勻性和不平整性的影響接觸角滯后(contactanglehysteresis)

液滴在固體表面上前進(jìn)時的接觸角θA（Advancing，液體擴(kuò)張或取代固/氣界面時的接觸角）較后退接觸角θR（Receding，界面縮小或被固/氣界面取代時的接觸角）要大，兩者的差值稱為接觸角滯后(differencebetweenthecontactangleintherecedingandadvancingmodes)。82圖1-12液滴在固體表面上的前進(jìn)角和后退角83

潤濕性能粗度因子r：粗糙化固體表面的真實(shí)面積(A0)與表觀面積(Ar)之比

r＝A0

/

Ar

=

cosθ’/cosθ＞1

θ’：粗糙表面上的接觸角

θ：平滑表面上的接觸角

試比較固體表面粗糙化對其潤濕性能的影響（θ＞90°和θ＜90°兩種情況下分別比較θ’

和θ的大?。?4

潤濕性能粗度因子r：粗糙化固體表面的真實(shí)面積(A0)與表觀面積(Ar)之比

r＝A0

/

Ar

=

cosθ’/cosθ＞1

θ’：粗糙表面上的接觸角

θ：平滑表面上的接觸角

θ＞90°,

表面粗糙化使接觸角變大（θ’＞θ）不可潤濕的固體表面的粗糙化將使其潤濕性能更差

θ＜90°,

表面粗糙化使接觸角變小（θ’＜θ）可潤濕的固體表面的粗糙化將使其潤濕性能更好85

毛細(xì)管效應(yīng)對于半徑為R的毛細(xì)管來說，表面張力為γlg的溶液在其中上升的液柱壓強(qiáng)P與接觸角θ的關(guān)系符合：

P＝2γlgcosθ/Rθ值越小，液體的潤濕性能越強(qiáng)

cosθ值越大，毛細(xì)管中的上升距離越大861.2.4Emulsification,dispersionandsolubilization（表面活性劑的乳化、分散和增溶作用）

PrincipleofEmulsificationandDispersionEmulsificationandDispersion在紡織印染加工過程中乳化和分散是非常重要的。大凡染色、精練、整理、洗滌等無不包含上述兩個過程。從本質(zhì)上講，乳化與分散并無區(qū)別，都是兩個不相溶的相在表面活性劑的作用下以一定的形式相互混合與包含。為敘述方便，將液體對液體的混合叫乳化，固體在液體中的混合叫分散。

87在分散體系中，一般固體總是形成分散相（內(nèi)相），液體總是連續(xù)相（外相）；而在乳液體系中，兩種液相（油和水）都有可能成為內(nèi)相或外相。這要看形成乳化體系時的條件而定，一般說來，水溶性大的乳化劑則水為外相，形成所謂水包油(O/W)型乳液；油溶性大的乳化劑則油為外相，形成油包水型(W/O)乳液。W/O型乳化液的乳化劑，HLB值在3～6之間；O/W型乳化液的乳化劑，HLB值在7～18之間。88乳化與分散過程都是界面擴(kuò)大的過程，從熱力學(xué)講，都是不穩(wěn)定的(thermodynamicunstablesystem)，因為這是個系統(tǒng)能量增大的過程。表面活性劑的定向吸附，大大降低表面張力或界面張力，從而降低了體系的自由能，形成穩(wěn)定的分散體系。89圖1-13表面活性劑分子在油/水界面間的定向吸附離子型表面活性劑作為乳化劑靜電斥力阻止液滴合并；非離子型表面活性劑液滴表面存在比較厚的水化層，可以有效減少液滴相互聚集的傾向。乳化體系的穩(wěn)定性取決于乳液中分散相液滴的合并速度90圖1-14混合表面活性劑分子在油/水界面膜上的定向吸附離子型表面活性劑與非離子型表面活性劑復(fù)配作為乳化劑在油/水界面上非離子型表面活性劑分子插入到離子型表面活性劑分子之間，減小離子基團(tuán)之間的靜電斥力，提高油/水界面上表面活性劑分子的密度，增強(qiáng)了界面膜的強(qiáng)度，從而提高乳液穩(wěn)定性。91FoamingProcessinTextileTreatment泡沫印花漿的制備：陰離子型表面活性劑與非離子型表面活性劑形成穩(wěn)定的泡沫體系中加入染料，有利于提高體系的穩(wěn)定性。圖1-15泡沫印花漿中的泡沫液膜92InfluenceofInterfacialElectricCharge

離子型表面活性劑作為乳化劑被乳化的液滴表面帶有電荷，與相應(yīng)的反離子形成擴(kuò)散雙電層；帶有同種電荷的液滴之間由于靜電斥力，可以防止液滴的聚集，提高乳液的穩(wěn)定性。非離子型表面活性劑作為乳化劑被乳化的液滴表面雖然不帶有電荷，但由于表面活性劑分子的定向嵌入，在液滴表面存在著比較厚的水化層，可以減小液滴相互聚集的傾向。93InfluenceofViscosity分散介質(zhì)粘度的提高，可以使分散相在其中的運(yùn)動速度有所抑制，使液滴聚集機(jī)會減少，從而提高乳液體系的穩(wěn)定性。一般可以通過加入高分子溶質(zhì)來實(shí)現(xiàn)。94與乳狀液體系一樣，固體微粒在液體中形成的分散體系也是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。巨大的比界面和由此而來的較高的界面自由能導(dǎo)致被分散點(diǎn)具有自發(fā)聚集的傾向。在水為介質(zhì)的分散體系中，分散體系與乳狀液體系相似，表面活性劑在分散質(zhì)點(diǎn)的表面發(fā)生親水基朝向水相的定向吸附，降低了分散質(zhì)點(diǎn)與水之間的界面張力，從而提高體系的穩(wěn)定性。95

增溶solubilization當(dāng)水中表面活性劑的濃度超過其臨界膠束濃度(CMC)以后，不溶或微溶于水的有機(jī)物質(zhì)在水中的表觀溶解度明顯提高，膠束的這種作用叫做“增溶”或“加溶”。96（a）被增溶物質(zhì)完全進(jìn)入膠束非極性的飽和脂肪烴、環(huán)烷烴等有機(jī)化合物非極性物質(zhì)完全進(jìn)入膠束，遠(yuǎn)離水（b）被增溶物質(zhì)分子在膠束“柵欄”之間長鏈醇、胺、脂肪酸和一些染料等極性有機(jī)物以非極性部分插入膠束；極性部分靠近表面活性劑極性基位置膠束結(jié)構(gòu)不同，被增溶有機(jī)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)性能不同，造成增溶方式各異。97（c）一些小的極性較強(qiáng)的分子的增溶苯二甲酸二甲酯和一些染料既不溶于水也不溶于非極性烴，一般吸附于膠束表面區(qū)域（d）在聚氧乙烯鏈間的增溶當(dāng)膠束主要由具有聚氧乙烯鏈的非離子型表面活性劑形成時，苯、乙基苯和苯酚類有機(jī)物質(zhì)被增溶并包藏于膠束外層的聚氧乙烯鏈內(nèi)98增溶與乳化、分散有著本質(zhì)不同：乳化、分散作用形成熱力學(xué)不穩(wěn)定體系；增溶作用形成熱力學(xué)穩(wěn)定體系。991.2.5

Decontamination（表面活性劑的去污作用）紡織品前處理過程中，紡織品的凈化（去除紡織品纖維上共生的或者是外來的油脂類雜質(zhì)）非常重要。凈化過程實(shí)際上是借助表面活性劑作用的一個去污過程：纖維·雜質(zhì)+表面活性劑纖維·表面活性劑+雜質(zhì)·表面活性劑在表面活性劑的作用下，纖維和雜質(zhì)發(fā)生分離。100圖1-16水－油－纖維間的界面張力γos＋γowcosθ＝γws

cosθ＝(γws－γos)/γow

θ＝0°,cosθ＝1

θ＝90°,cosθ＝0

θ＝180°,cosθ＝1用楊氏方程說明去除油污的原理101γos＋γowcosθ＝γws

γos＝γws－γowcosθ表面活性劑加入后，在水/油界面和水/固界面發(fā)生定向吸附，從而降低γow和γws。由于在此過程中γos不發(fā)生變化，所以－cosθ變大，即θ變大。在表面活性劑的作用下，接觸角θ由小變大。102圖1-17油脂膜的“卷縮”和脫落過程纖維·雜質(zhì)＋表面活性劑纖維·表面活性劑＋雜質(zhì)·表面活性劑去污過程：油脂膜與固體表面的接觸逐漸減少，最終在固體表面形成油脂珠（接觸角θ由小變大的過程）。103圖1-18在洗滌劑作用下污物脫離纖維過程示意圖1041.2.6Commonlyusedsurfactantsandtheirapplicationintextiletreatment（常見表面活性劑及其在染整加工中的應(yīng)用）在染整加工過程中主要應(yīng)用陰離子、陽離子和非離子型表面活性劑，兩性表面活性劑的應(yīng)用較少，雙子表面活性劑由于其價格昂貴，目前主要用于實(shí)驗室研究。10Anionicsurfactant陰離子型表面活性劑一般分為：（1）高級脂肪酸鹽類；（2）磺酸鹽類；（3）烷基硫酸酯鹽類；（4）烷基磷酸酯鹽類。1061.

高級脂肪酸鹽類肥皂是此類表面活性劑中的代表。它是以油脂為主要原料，通過與堿的水溶液加熱水解（皂化，saponification）生成的：107脂肪碳鏈中的碳原子數(shù)：10～18碳原子數(shù)小于10：親水性太強(qiáng)，表面活性不明顯；碳原子數(shù)大于18：水中的溶解度太小，影響使用。

不適于在酸性溶液（酸性條件下，羧酸鹽形成游離的脂肪酸而失去表面活性）、硬水（高價金屬離子與脂肪酸鹽形成水不溶性羧酸鹽而失去表面活性）中應(yīng)用。1082.

磺酸鹽類

烷基苯磺酸鹽類烷基苯磺酸鹽是一類重要的陰離子表面活性劑，其應(yīng)用十分廣泛。生產(chǎn)烷基苯磺酸鹽的基本原料來源于石油，其基本合成路線如下：109十二烷基苯磺酸鈉(ABS)是此類表面活性劑的代表。外觀為白色粉末，易溶于水，有良好的洗滌去污性能和發(fā)泡性能。除了在洗滌用品中廣泛應(yīng)用外，在紡織品染整加工中可作為精練劑、洗滌劑和染色助劑使用。LASdetergents:linearalkylbenzenesulfonates（線型烷基苯磺酸鹽）LASdetergentsresistdegradationunderanaerobic（厭氧）conditionsbutaredegradableunderaerobic（有氧）conditions.110

烷基萘磺酸鹽類

此類表面活性劑的典型品種為異丁基萘磺酸鈉或雙異丁基萘磺酸鈉，俗名為“拉開粉BX”，其分子式結(jié)構(gòu)如下：異丁基萘磺酸鈉雙異丁基萘磺酸鈉拉開粉BX具有良好的潤濕、乳化和分散能力，在染整加工中應(yīng)用比較廣泛。例如，在分散染料、還原染料、偶氮染料和硫化染料染色時經(jīng)常采用拉開粉BX作為潤濕和分散劑使用。111

烷基磺酸鹽類正構(gòu)直鏈烷基磺酸鹽與烷基苯磺酸鹽相比，其洗滌能力和去污能力大致相同，但前者的生物降解性要優(yōu)于后者。正構(gòu)直鏈烷基磺酸鹽的生產(chǎn)方法主要是磺氧法。將正烷烴在紫外線照射下與二氧化硫和氧反應(yīng)，在生成烷基磺酸的同時，二氧化硫、氧與水反應(yīng)生成硫酸。上述過程的反應(yīng)式為：將上述過程中生成的烷基磺酸用燒堿溶液中和，即可得到烷基磺酸鈉鹽。112琥珀酸酯磺酸鈉屬烷基磺酸鹽類，其基本合成路線如下：

上式中R基團(tuán)中的碳原子數(shù)為4～8，其代表產(chǎn)物為二辛基(C8)琥珀酸酯磺酸鈉，易溶解于水，在硬水中穩(wěn)定，有良好的洗滌和發(fā)泡能力，在染整加工中由于其良好的滲透性能得以應(yīng)用。例如：用于棉紡織品的前處理加工（滲透劑）。

succinicanhydride1133.

烷基硫酸酯鹽類

烷基硫酸酯鹽類表面活性劑一般是由直鏈脂肪醇與硫酸反應(yīng)并經(jīng)堿中和形成的產(chǎn)物，脂肪醇的脂肪直鏈一般有8～18個碳原子。其基本合成反應(yīng)是酯化，然后再加堿中和：114最具有代表性的產(chǎn)品是十二烷基硫酸酯鈉，又叫做月桂醇硫酸酯鈉，其英文簡稱為SDS

(sodiumdodecylsulfate)

或SLS(sodiumlaurylsulfate)，易溶于水，有良好的凈洗和乳化作用。在紡織品的泡沫染整加工中是良好的發(fā)泡劑，在十二醇的協(xié)同作用下可產(chǎn)生穩(wěn)定性很高的泡沫體系。在雙氧水漂白加工過程中，通過脂肪醇硫酸酯鹽的添加可以有效地控制雙氧水的分解，同時使硅酸鹽在溶液中均勻分散，可以有效避免“硅垢”的形成。115土耳其紅油，又稱紅油，是蓖麻油經(jīng)硫酸作用而形成的硫酸酯鹽。它是紡織品加工過程中最為常用的潤濕劑之一。這種產(chǎn)品最早是作為土耳其紅染料的染色助劑使用的，所以俗稱土耳其紅油。該產(chǎn)品在水中的溶解度大，相對肥皂而言其耐酸和耐硬水性能好，潤濕、乳化和滲透性能都很好。在紡織品染整加工中，紅油常作為纖維的潤濕劑、柔軟劑和染色助劑應(yīng)用。1164.

烷基磷酸酯鹽類烷基磷酸酯鹽類表面活性劑是通過磷酸化劑和脂肪醇反應(yīng)生成的，磷酸化劑除聚磷酸外還有五氧化二磷和磷酰氯。由于磷酸為三元酸，所以產(chǎn)品中存在著單酯、雙酯和三酯三種物質(zhì)。三酯化合物為非離子表面活性劑，但由于其常與單酯和雙酯組成混合物，一般不單獨(dú)使用。上述三種化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)如下：磷酸單酯鹽磷酸雙酯鹽磷酸三酯117烷基磷酸酯鹽類表面活性劑一般較少單獨(dú)使用，大多數(shù)是作為各種用途的配合成分使用。例如，在紡織品的前處理加工中作為前處理助劑的復(fù)配成分得到應(yīng)用。1Cationicsurfactant陽離子表面活性劑的品種一般有胺鹽和季銨鹽兩種。胺鹽型陽離子表面活性劑中多數(shù)可以用做紡織品的柔軟劑。其它常用的陽離子表面活性劑多為季銨鹽型。季銨鹽型陽離子表面活性劑分子中，銨的四個氫原子皆被有機(jī)基團(tuán)取代。其中一個或兩個有機(jī)取代基團(tuán)為長碳?xì)滏?，此碳?xì)滏溕系奶荚訑?shù)一般為8～16個。除此之外，以吡啶為基礎(chǔ)的烷基吡啶鹽也是一類重要的季銨鹽。119烷基三甲基銨鹽型陽離子表面活性劑是將高級脂肪胺在烷基化劑氯甲烷的作用下，同時在加壓加熱條件下制備的：此類表面活性劑代表性的品種為十二烷基三甲基氯化銨(C12)，其表面活性良好，在紡織品染整加工過程中可以用作纖維抗靜電劑、勻染劑、破乳劑和分散劑等。120二烷基二甲基氯化銨可以通過二烷基胺、一氯甲烷和燒堿在加壓加熱的條件下反應(yīng)獲得：

此類表面活性劑作為紡織品的柔軟劑得到了廣泛的應(yīng)用。121

烷基二甲基芐基銨鹽型陽離子表面活性劑是在紡織品染整加工過程中應(yīng)用得比較多的品種，可以通過烷基二甲基叔胺和氯化芐反應(yīng)制備：此類產(chǎn)品中有代表性的品種為十二烷基二甲基芐基氯化銨。這種產(chǎn)品在腈綸染色中作為勻染劑得到廣泛的應(yīng)用，作為促進(jìn)劑也廣泛應(yīng)用于滌綸紡織品的堿減量加工。這種表面活性劑對紡織品還具有良好的柔軟、抗靜電和抗菌作用。122許多紡織纖維在水溶液中往往帶負(fù)電荷，陽離子表面活性劑可以定向地在纖維表面發(fā)生吸附，即親水基團(tuán)與纖維接觸，而疏水基團(tuán)則指向纖維外側(cè)，表面活性劑脂肪烴鏈的特殊性能因此可以賦予紡織纖維柔軟光滑的手感；陽離子表面活性劑與陰離子型染料的作用可以降低染料在水中的溶解度，因此，對染品具有一定的固色作用；此類表面活性劑的另一個顯著的特性是具有很強(qiáng)的抑菌和抗菌性能。123Krafft點(diǎn)當(dāng)溫度升高至某一溫度時，離子型表面活性劑在水中的溶解度急劇升高，該溫度稱為Krafft點(diǎn)，相對應(yīng)的溶解度即為該離子型表面活性劑的臨界膠束濃度(CMC)。升至此溫度后溶解度的迅速增加是由于膠團(tuán)的大量生成。對于同系列表面活性劑，碳鏈越長Krafft點(diǎn)越高。124在區(qū)域I（AK線以下）為溶液狀態(tài)；在區(qū)域II（AKB線以上）有表面活性劑析出；此時再升高溫度，區(qū)域III（KB曲線以下）體系為表面活性劑的膠束溶液。125

Krafft點(diǎn)是離子型表面活性劑應(yīng)用溫度的下限，只有高于Krafft點(diǎn)，離子型表面活性劑才能充分發(fā)揮作用。十二烷基硫酸鈉的Krafft點(diǎn)為28℃，而十二烷基磺酸鈉的Krafft點(diǎn)為70℃，在室溫條件下使用，前者作增溶劑為好，后者不夠理想（Krafft點(diǎn)高）。126兩性表面活性劑主要是指同時具有陰離子性和陽離子性的品種。在其等電點(diǎn)以上和以下的水溶液中它們分別表現(xiàn)出陰離子和陽離子表面活性劑的性能，而在其等電點(diǎn)的水溶液中則表現(xiàn)出類似非離子表面活性劑的性能。Zwitterionicsurfactantsarecompatiblewithallotherclassesofsurfactantsandaresolubleandeffectiveinthepresenceofhighconcentrationsofelectrolytes,acidsandalkalis.TheyexhibitcationicbehaviornearorbelowtheirisoelectricpointsandanionicbehaviorathigherpH.Theisoelectricpointdependsonthestructureofthesurfactant.

Amphotericsurfactant(Zwitterionicsurfactant)127兩性表面活性劑分子的陰離子部分為羧酸鹽基團(tuán)，陽離子部分由胺鹽構(gòu)成的叫做氨基酸型兩性表面活性劑；而由季銨鹽構(gòu)成的則叫做甜菜堿型兩性表面活性劑。128十二烷基氨基丙酸甲酯屬于氨基酸型兩性表面活性劑，將十二胺與丙烯酸甲酯在加熱條件下形成十二烷基氨基丙烯酸甲酯，之后用堿進(jìn)行皂化反應(yīng)制備而成：

丙氨酸型兩性表面活性劑有良好的去污、起泡性能，可以作為染色助劑使用。其缺點(diǎn)是當(dāng)水溶液的pH值接近其等電點(diǎn)時溶解性有所降低，甚至可能出現(xiàn)沉淀。129十二烷基甜菜堿是甜菜堿型兩性表面活性劑中具有代表性的一個品種，可以通過十二烷基二甲基叔胺與一氯醋酸鈉（水溶液）反應(yīng)制備：

它可被用作紡織品的洗滌劑、縮絨劑、染色助劑、柔軟劑和抗靜電劑，在其等電點(diǎn)時仍然有良好的溶解性能。130兩性表面活性劑在染整加工領(lǐng)域的應(yīng)用不如陰離子、陽離子和非離子表面活性劑那樣廣泛。在蛋白質(zhì)纖維染色過程中，兩性表面活性劑的陽離子基團(tuán)和陰離子型染料結(jié)合，而其陰離子基團(tuán)則可以與帶正電荷的蛋白質(zhì)纖維結(jié)合，從而有利于染料在纖維上的均勻吸附，達(dá)到促染和勻染的目的。

131非離子型表面活性劑在水溶液中不發(fā)生電離，其親水基團(tuán)主要由一定數(shù)量含氧的醚基和羥基組成。其產(chǎn)量和用量在表面活性劑的總產(chǎn)量和總用量中的比例逐漸增加，有超過其它類型表面活性劑的趨勢。Nonionicsurfactants132由于在水溶液中不以離子形態(tài)存在，非離子表面活性劑不受到電解質(zhì)的影響，對酸和堿類物質(zhì)不敏感，與各種染料和助劑都有良好的相容性。非離子表面活性劑一般有聚乙二醇型、脂肪酰胺型和多元醇型。在紡織品染整加工過程中，聚乙二醇型非離子表面活性劑的應(yīng)用比較廣泛；而多元醇型多作為柔軟劑使用。133聚乙二醇型非離子型表面活性劑是將具有活潑氫原子的疏水性化合物在酸或堿催化下與環(huán)氧乙烷通過加成反應(yīng)制備的。根據(jù)疏水性基團(tuán)種類的不同，一般可分為長鏈脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、烷基胺聚氧乙烯醚等。134上式中的脂肪醇通常為十二醇、油醇、棕櫚醇、硬脂醇等。具有此類結(jié)構(gòu)的表面活性劑由于其良好的潤濕、滲透、乳化和分散性能，在紡織品染整加工中得到廣泛應(yīng)用。在染整行業(yè)廣泛應(yīng)用的平平加O是由18碳脂肪醇和環(huán)氧乙烷加成聚合而成的產(chǎn)物。長鏈脂肪醇聚氧乙烯醚135烷基酚聚氧乙烯醚中的烷基酚主要有辛基酚和壬基酚，烷基酚與環(huán)氧乙烷的反應(yīng)如下：

具有良好的分散、乳化和去污性能，但由于烷基酚聚氧乙烯醚化合物(APEO,alkylphenol

ethoxylate)的生物降解性能較差，屬禁用產(chǎn)品。136無水條件下的鋸齒狀

在水中呈曲折狀非離子表面活性劑的濁點(diǎn)圖1-19

聚乙二醇型非離子表面活性劑分子及其與水分子之間的氫鍵結(jié)合137聚乙二醇非離子表面活性劑在水中的溶解度是由于分子中的聚乙二醇鏈段中的氧原子與水分子之間形成氫鍵的緣故，即水化作用。一般來說，隨著聚乙二醇鏈段長度的增加，其在水中的溶解度得以提高。隨著水溶液溫度的升高和相應(yīng)的分子熱運(yùn)動加劇，表面活性劑分子與水分子之間的氫鍵結(jié)合會受到破壞，導(dǎo)致兩者之間的脫離，最終使表面活性劑在水中無法溶解，從而喪失表面活性。138由于溶解度的喪失會使溶液由澄清狀態(tài)變?yōu)闇啙釥顟B(tài)，上述使聚乙二醇型非離子表面活性劑水溶液性能發(fā)生突變的溫度稱為“濁點(diǎn)”，也叫做“霧點(diǎn)”(cloudpoint)。體系溫度降低可以使其溶解性能恢復(fù)（可逆）?！皾狳c(diǎn)”是這類表面活性劑使用溫度的上限。濁點(diǎn)的高低與乙氧基化非離子型表面活性劑的結(jié)構(gòu)有關(guān)。乙氧基所占比重愈大，濁點(diǎn)愈高；親油基中碳原子數(shù)愈多，濁點(diǎn)愈低。表面活性劑的濃度、電解質(zhì)、有機(jī)添加物均對濁點(diǎn)產(chǎn)生影響。139雙子表面活性劑分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是采用連接基將兩個表面活性劑分子連接起來。組成Gemini表面活性劑的親水基可以是陽離子、陰離子、兩性離子和非離子。連接基團(tuán)可以是短鏈（2個原子）或長鏈（20多個原子）；剛性鏈（如二苯乙烯）或柔性鏈（如多個亞甲基）；極性鏈（如聚醚）或非極性鏈（如脂肪族和芳香族）等。Geminisurfactants（雙子表面活性劑）140普通表面活性劑分子結(jié)構(gòu)中的親水基團(tuán)之間的靜電斥力以及親水基團(tuán)水化層的存在對其分子之間的接近可形成阻礙，影響了吸附界面層上表面活性劑分子的排列密度，從而影響了表面活性。Gemini表面活性劑分子中具有兩個疏水性基團(tuán)，在水溶液中其舍棄水相而趨向于氣/水界面的能力更強(qiáng)；分子中連接基團(tuán)使親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)之間存在著牢固的束縛，使疏水基團(tuán)之間更容易產(chǎn)生強(qiáng)烈的相互作用，使親水基團(tuán)的排斥力減小，從而可使表面活性劑分子在吸附界面層中的排列更加緊密。141與普通表面活性劑相比，Gemini表面活性劑的乳化、分散、潤濕以及增溶性能更為優(yōu)異。近年來，Gemini表面活性劑在紡織印染行業(yè)的應(yīng)用研究有了一定的進(jìn)展，如：Gemini表面活性劑在聚酯纖維染色過程中能夠與分散染料形成復(fù)合物，對染料有良好的分散作用，可以有效地降低染料對纖維的上染速率；陽離子型Gemini表面活性劑可作為滌綸纖維堿減量的促進(jìn)劑等。142

概括起來：表面活性劑可廣泛用于凈洗、乳化、分散、滲透、潤濕、柔軟、平滑、防水、防蝕、抗靜電、殺菌、消泡、起泡、助溶、勻染、浮選等。1431.2.7Relationbetweenchemicalconstructionofsurfactantanditsproperty（表面活性劑化學(xué)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系）

表面活性劑的親水和疏水性能表面活性劑分子中親水性基團(tuán)和疏水性基團(tuán)各自的親水和疏水性能決定整體分子的親水和疏水性能。1949年格里芬(Griffin)提出用親疏平衡值HLB(Hydrophile-LipophileBalance)表示表面活性劑的親水和疏水性能。144

Calculation

聚乙二醇和多元醇類非離子表面活性劑

HLB＝100E/5E：氧乙烯基(C2H4O)在整個表面活性劑分子中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)石蠟：E＝0，HLB＝0聚氧乙烯醚：E＝1，HLB＝20HLB：0～20離子型表面活性劑的計算復(fù)雜145在乳化過程中，根據(jù)“親者相近”的原理，表面活性劑分子的疏水性基團(tuán)必須與被乳化的疏水性材料之間的界面張力小到一定程度時才能有良好的接觸。針對不同的被乳化物質(zhì)，對表示表面活性劑分子整體親水和疏水性能的HLB值必然有不同的要求。一般說來：高HLB值的表面活性劑，如7～18，適于O/W(oilinwater)

型乳液的制備；低HLB值的表面活性劑，如3～6，適于W/O(waterinoil)

型乳液的制備。146147148圖1-20

表面活性劑HLB值與性能的對應(yīng)關(guān)系149表面活性劑疏水基團(tuán)的結(jié)構(gòu)與其性能間的關(guān)系Relationbetweenhydrophobicgroupandtheirproperties1.aliphatichydrocarbon;脂肪類

2.aliphatichydrocarbonconnectedwitharomatichydrocarbon;帶脂肪鏈的芳香烴

3.aromatichydrocarbon;芳香烴

4.weakhydrophilicgroupsinthehydrophobicgroups帶弱親水基

Intensityofthehydrophobicproperty:1＞2＞3＞4150表面活性劑分子結(jié)構(gòu)和相對分子質(zhì)量與其性能間的關(guān)系Relationbetweenchemicalconstruction,molecularweightandproperties1.siteofhydrophilicgroupsinthemolecular（相對分子質(zhì)量相近）潤濕、滲透性能：親水性基團(tuán)在疏水鏈中間＞親水性基團(tuán)在分子末端乳化、去污性能：親水性基團(tuán)在疏水鏈中間＜親水性基團(tuán)在分子末端1512.embranchmento