1. 乳化
兩種不混溶的液體,其中一種以液滴的形式分散在另一種中,,稱為乳化,。
乳化通常不是自動(dòng)的或長(zhǎng)久的。例如,,將油和水一起劇烈攪拌可以形成暫時(shí)的乳化狀態(tài),,但一旦停止攪拌,油和水立即分為上下兩層,。這是因?yàn)橛秃退g有很大的界面,。油在攪拌作用下變成液滴后,油與水的接觸面積增加很多,,表面能迅速增加,,成為一個(gè)不穩(wěn)定的體系,一旦停止攪拌,,就會(huì)分裂分成兩層并恢復(fù),。成為兩相接觸面積較小的穩(wěn)定狀態(tài)。如果在油和水中加入一定量合適的表面活性劑,,然后攪拌,,由于表面活性劑具有定向吸附油水界面的能力,親水基團(tuán)延伸到水,,疏水基團(tuán)延伸到油中,,從而減少油量。 - 水之間的界面張力降低了系統(tǒng)的界面能,。
在降低界面張力的同時(shí),,表面活性劑分子緊密吸附在油滴周圍,,形成具有一定機(jī)械強(qiáng)度的吸附膜,。當(dāng)油滴相互接觸碰撞時(shí),吸附膜可以防止油滴結(jié)塊,,從而使乳液穩(wěn)定存在,。這種能夠順利乳化的表面活性劑稱為乳化劑。
如果選擇離子型表面活性劑作為乳化劑,,在油水界面上還會(huì)形成雙電層和水化層,,可以進(jìn)一步防止油滴的聚集。如果使用非離子表面活性劑作為乳化劑,,會(huì)在油滴周圍形成較牢固的水化層,,防止聚集。
乳化形成的油水分散體系稱為乳液,,乳液有兩種,。
一種是水包油型(油/水型),用O/W表示,。水包油型是水包油液體以顆粒狀分散在水中,,其中油為內(nèi)相(不連續(xù)相),,水為外相(連續(xù)相);
另一種是油包水型(水/油型),,用W/O表示,。油包水型是水以顆粒的形式分散在油中,其中水為內(nèi)相(不連續(xù)相),,油為外相(連續(xù)相),。
一般來(lái)說(shuō),親水性強(qiáng)的乳化劑容易形成油/水乳液,,而疏水性強(qiáng)的乳化劑容易形成水/油乳液,。
乳化劑都是表面活性劑,但并不是所有的表面活性劑都是好的乳化劑,。只有能在水中形成穩(wěn)定膠束的表面活性劑才具有良好的乳化分散能力,。乳化劑應(yīng)有合適的HLB值,如非離子表面活性劑,,其HLB值在8~18之間形成油/水乳液,,3~6之間形成水/油乳液;乳化劑應(yīng)具有與被乳化物料相似的分子結(jié)構(gòu),,并應(yīng)能顯著降低被乳化物料與水的界面張力,;乳化劑應(yīng)具有較強(qiáng)的水化作用,在乳化顆粒周圍形成水化層或使乳化顆粒帶上較高的電荷,,防止乳化顆粒聚集,。在染整過(guò)程中,經(jīng)常會(huì)用到一些乳化的工作液,,其中大部分是油/水乳液,。常用的乳化劑有平平O系列、Span-Tween系列,、EL等,。
2. 潤(rùn)濕滲透
剪下一塊坯布,輕輕放在水面上,,坯布會(huì)在水面上停留一段時(shí)間,,然后慢慢沉到水底。如果在水中加入少量的表面活性劑JFC,,我們發(fā)現(xiàn)放在水面上的織物會(huì)立即沉到底部,,這是測(cè)試表面活性劑潤(rùn)濕能力的常用方法。
一般來(lái)說(shuō),,潤(rùn)濕是在固體表面上一種流體被另一種流體取代的過(guò)程,。因此,潤(rùn)濕至少涉及三個(gè)相,其中兩個(gè)是流體,,一個(gè)是固體,。在染整過(guò)程中,多是纖維(固體)表面的氣體(一種流體)被水(另一種流體)置換的過(guò)程,。
坯布在純水中的潤(rùn)濕速度慢,,由于水的表面張力大,不能在纖維表面迅速鋪展,,不能迅速置換坯布中的空氣,;水中加入表面活性劑后,水的表面張力明顯下降,,使水能迅速鋪展在纖維表面,,迅速置換空氣,從而加快潤(rùn)濕過(guò)程,。因此,,能使?jié)櫇襁^(guò)程迅速發(fā)生的表面活性劑稱為潤(rùn)濕劑或滲透劑,表面活性劑在此過(guò)程中所起的作用稱為潤(rùn)濕或滲透作用,。
潤(rùn)濕和滲透沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別,。前者作用于固體表面,后者作用于固體內(nèi)部,。兩者可以使用同一種表面活性劑,,所以潤(rùn)濕劑也可以稱為滲透劑。表面活性劑的潤(rùn)濕和滲透作用是由于它們能夠顯著降低水的表面張力,。
織物不同于一般的立體平面,。這是一個(gè)多孔系統(tǒng)。紗線之間,、纖維之間以及纖維內(nèi)部的微結(jié)構(gòu)之間存在著無(wú)數(shù)大小不一,、相互連接的毛細(xì)管。因此,,在染整過(guò)程中,,織物的潤(rùn)濕能力常以毛細(xì)效應(yīng)來(lái)衡量。在染整工作液中加入少量潤(rùn)濕滲透劑后,,可顯著提高織物的毛細(xì)作用,保證染整過(guò)程的順利進(jìn)行,。
作為用作潤(rùn)濕滲透劑的表面活性劑,,其分子鏈長(zhǎng)度應(yīng)適中,HLB值應(yīng)適當(dāng),。疏水基團(tuán)中的支鏈會(huì)顯著提高其潤(rùn)濕能力,。離子型表面活性劑的親水基團(tuán)位于分子鏈中心的一個(gè),潤(rùn)濕性比較好,當(dāng)表面活性劑分子引入第二個(gè)親水基團(tuán)時(shí),,潤(rùn)濕性降低,。聚氧乙烯類非離子表面活性劑在高溫下用作滲透劑時(shí),應(yīng)與陰離子表面活性劑并用,,以提高其熱穩(wěn)定性,。在強(qiáng)酸強(qiáng)堿條件下使用的潤(rùn)濕滲透劑應(yīng)充分考慮其化學(xué)穩(wěn)定性,以免分解失敗,。
3. 起泡效果
氣體分散在液體中的狀態(tài)稱為氣泡,,大量氣泡形成的分散體系稱為泡沫,促進(jìn)泡沫形成的能力稱為起泡,。泡沫類似于乳液和懸浮液,,只是內(nèi)相是氣體而不是液體和固體。在表面活性劑的作用下,,泡沫更容易產(chǎn)生并穩(wěn)定存在,。能促進(jìn)泡沫形成的表面活性劑稱為起泡劑或起泡劑,能促進(jìn)泡沫穩(wěn)定存在的表面活性劑稱為穩(wěn)泡劑,。
所形成的泡沫也是一個(gè)熱力學(xué)不穩(wěn)定的體系,,由于氣泡之間的液膜層以及小氣泡穿透大氣泡的合并,很容易導(dǎo)致氣泡不斷破裂,,泡沫消失,。如果液體中有表面活性劑,由于氣泡表面可以吸附表面活性劑分子,,當(dāng)這些定向分子在氣泡表面達(dá)到一定程度時(shí),,氣泡壁就變成了固體薄膜,使氣泡不易產(chǎn)生,。合并,;此外,由于表面活性劑在液面上的定向排列,,使液體的表面張力顯著降低,,氣泡之間的內(nèi)部壓差減小,因此液體排出速度減慢,。表面活性劑的上述兩種作用降低了氣泡的破滅能力,,有利于泡沫的形成和穩(wěn)定存在。
泡沫對(duì)污垢的去除和懸浮有一定的作用,。在染整中也出現(xiàn)了一些依靠發(fā)泡劑的新工藝,,如泡沫染色、泡沫印花等新工藝,。但在染整過(guò)程中,,更多的場(chǎng)合要求低泡或無(wú)泡,,因此如何抑制和消泡更受人們的關(guān)注。
4. 分散
不溶性固體物質(zhì)以微小顆粒均勻分散在液體中形成的體系稱為分散液或懸浮液,。分散的固體顆粒稱為分散相(內(nèi)相),,分散的液體稱為分散介質(zhì)(外相)。乳化和分散兩種功能非常相似,,主要區(qū)別在于乳液的內(nèi)相是液體,,而分散液的內(nèi)相是固體。
表面活性劑必須具有三個(gè)作用才能成為良好的分散劑,。必須具有良好的潤(rùn)濕性,,使液體能夠充分潤(rùn)濕每一個(gè)固體顆粒,取代顆粒中的空氣,,進(jìn)一步將固體顆粒破碎成更小的晶體,。其次,它必須能夠顯著降低固液界面張力,,增加固液之間的吸附和相容性,,降低系統(tǒng)中存在的能量。必須以水合層或帶電層的形式在固體顆粒周圍形成機(jī)械強(qiáng)度高的界面膜,,以防止固體顆粒之間的聚集,。
對(duì)于分散的固體,必須盡可能減少顆粒體積,。顆粒體積越小,,越有利于表面活性劑的潤(rùn)濕、分化和吸附,,并在其周圍形成界面膜,。例如,分散染料必須經(jīng)過(guò)預(yù)處理,,研磨成2m以下的微小顆粒,,才能在分散劑的作用下形成相對(duì)穩(wěn)定的懸浮染色工作液。盡管如此,,分散體仍然是一個(gè)熱力學(xué)不穩(wěn)定的系統(tǒng),。與乳液相比,它的不穩(wěn)定因素更多,,不穩(wěn)定性更大,,更容易出現(xiàn)凝結(jié)和分層,影響正常使用,。因此,,分散工作液不宜存放太久,建議立即使用,。分散劑普遍用于染整,,如制備分散染料和還原染料。常用的分散劑有擴(kuò)散劑NNO,、分散劑WA等,,其中陰離子表面活性劑較多。
5. 洗滌動(dòng)作
將固體表面浸入某種介質(zhì)(多為水)中除去異物或污垢的過(guò)程稱為洗滌,,能起洗滌作用的化學(xué)物質(zhì)稱為洗滌劑,。
在洗滌過(guò)程中,通過(guò)以下具體方法去除土壤:
(1)洗滌劑在纖維表面和污垢表面進(jìn)行定向界面吸附,,進(jìn)一步潤(rùn)濕和滲透纖維和污垢之間(它們相互接觸的地方),。
(2)在洗滌劑分離置換作用下,污垢與纖維的結(jié)合力減弱,,在機(jī)械或水流的作用下,,纖維與纖維分離。
(3)脫離的污垢在水溶液中被洗滌劑乳化,、分散或溶解,,使其不會(huì)沉積回到織物表面。
(4)污垢和洗滌劑被水溶液沖走,,吸附在織物表面的殘留洗滌劑也一起被沖走,。
6. 增溶
完全不溶于或微溶于溶劑的物質(zhì)進(jìn)入表面活性劑形成的膠束中被溶解,成為熱力學(xué)穩(wěn)定的溶液,。這種現(xiàn)象稱為增溶,,形成的透明溶液稱為增溶溶液或膠束。溶液中,,溶解的物質(zhì)稱為增溶劑,,增溶的表面活性劑稱為增溶劑。增溶作用既不同又與乳化和分散有關(guān),。
不同的是:
(1)乳化用于液與液之間形成的分散體系,,分散用于固液之間形成的分散體系,增溶所溶解的物質(zhì)既可以是液體也可以是固體,。
(2)乳化分散形成熱力學(xué)不穩(wěn)定的多相分散體系,,增溶形成熱力學(xué)穩(wěn)定的均相體系。
(3)外觀明顯不同,,乳液和分散液多呈乳白色懸浮,,而增溶溶液透明。
公式是:
增溶可視為乳化或分散的極限階段和理想狀態(tài),,它們之間存在相互轉(zhuǎn)化的方式,。比如:乳液也可以變成微乳液——外觀由乳白色變?yōu)橥该鳎咏鋈苋芤?;?dāng)增溶增溶劑加入增溶劑至一定量時(shí),,增溶劑轉(zhuǎn)變?yōu)槿橐骸庥^由透明變?yōu)槿榘咨?br> 增溶溶液也與真溶液根本不同,。真正的解決方案是有機(jī)或無(wú)機(jī)物質(zhì)以分子或離子的形式溶解在溶劑中,而溶解在增溶劑溶液中的增溶劑是比分子大得多的“分子”,。包在膠束中的“組”形式,。用作增溶劑的表面活性劑必須在溶液中達(dá)到足夠的濃度,并在溶液中形成足夠數(shù)量的膠束,,以保證增溶效果的順利產(chǎn)生,,以及形成的棒狀、層狀等先進(jìn)膠束的數(shù)量,。越多,,增溶效果越明顯。
增溶對(duì)染整也有很多特殊作用,。例如,,分散染料在用合適的增溶劑增溶后,其在水中的溶解度會(huì)明顯提高,,有利于工作液的穩(wěn)定性和染色效果的提高,;許多含硅軟制品的整理劑需要配制成非常穩(wěn)定的微乳液和增溶溶液,才能產(chǎn)生比較好的整理效果,;在去除織物上的污垢的過(guò)程中,,增溶也起到了去污的重要作用。
|