第一章水和表面活性剂

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1、染整工艺原理（一） （练漂整）,学时数：40主讲教师：陆必泰,第一章 水和表面活性剂,在染整加工过程中是以水为介质的，水质的好坏直接影响染化药剂的稳定性以及加工产品的质量，因此，必须熟悉和掌握：水的性质水的处理方法衡量水质的基本指标,2 染整用水,一、水和水质 1、水 据印染厂调查统计，平均每生产103M织物，约耗水20吨左右，其中练漂用水量占一半以上。 水源：地面水：江、河、湖水等。水质受流量、季节及周围环境的影响，并含有较多的悬浮物。地下水：井水、泉水等。水质稳定，但受地质的影响，并含有较多的矿物质。 2、水质 天然水并不纯净，通常含有以下杂质：（1）有机悬浮物、泥沙；（2）矿物质如钙、镁

2、、铁、铝、锰、氯、硫酸根等离子化合物；如果水中含有上述杂质通常称为硬水。,3、硬水对染整加工的影响,1）F 其一：会使织物泛黄，而产生锈斑，影响织物的白度；其二：双氧水漂白时，F能催化双氧水分解，易使棉纤维脆损；2）CL 影响漂白织物的白度；3）Ca、Mg 其一：能与阴离子表面活性剂如肥皂等形成沉淀，不仅使其失去原有作用，而且还会造成加工疵点；其二：能与染料形成沉淀，而使鲜艳度变差，牢度降低；,4）硬水,其一：对锅炉的安全形成隐患，严重时会引发爆炸； 其二：形成的锅垢对燃料的节约影响很大； 其三：会引起锅炉的腐蚀，水中的氧及二氧化碳和铁作用形成碳酸亚铁，然后进一步水解成氢氧化亚铁即,二、染整厂

3、对水质的要求,外 观： 无色、无臭、透明 pH值： 6.57.4 总硬度（）： 025 铁（）： 0.020.1 锰（）：0.02 总碱度（）： 3564 总含固量（）： 65150,三、 衡量水质的重要指标,1、硬度暂时硬度：由Ca、Mg所形成的重碳酸盐而造成的硬度称为暂时硬度；这些物质加热煮沸能被除去。Ca（HCO3）2CaCO3 + CO2+ H2OMg（HCO3）2MgCO3 + CO2+ H2O 永久硬度：由Ca、Mg所形成的氧化物、氯化物、硫酸盐等而造成的硬度称为永久硬度。这些物质经加热煮沸时，不会发生沉淀而被去除。 总硬度：暂时硬度和永久硬度之和。水中杂质量越多，总硬度也就越高，

4、水质就越差。,2、硬度常用的表示方法,水的硬度表示方法各国尚不统一，我国常用ppm来表示。ppm：每一百万份水中钙镁盐含量换算成CaCO3的份数，即每升水中所含CaCO3的毫克数（mg/L）。,四、水质的分析方法,1、 总硬度的测定（EDTA法） 1）测定原理 在H10的条件下，指示剂铬黑T（EBT）能和水中的Ca、Mg形成红色的络合物，滴定时加入乙二氨四羧酸二钠盐（EDTA）后，转变成EDTA与Ca、Mg的络合物而放出铬黑T指示剂本身的纯兰色，这时即为终点。 2）操作方法 (1) 取水样100ml，置于250ml的锥形瓶中；(2)加入5mlNH4OHNH4CL缓冲液，控制H10；(3) 加入

5、5滴0.5%EBT指示剂；(4) 用0.05N的EDTA标准溶液进行滴定，瓶中的颜色变化过程为：红色紫色蓝色（终点），记录消耗的EDTA的毫升数即：VEDTA（ml）；,3）计算,总硬度（以CaCO3、ppm计） 25VEDTA（ml）,4）硬水和软水的区别,水 质 ppm以CaCO3计软 水 057略硬水 57100硬 水 100286极硬水 286,2、总碱度（对甲基橙指示剂）,是指水中碳酸盐以及氢氧化物等碱性物质含量而言的。 1）测定原理 在水中加入适量甲基橙指示剂，用标准酸溶液来滴定，可以测定出上述物质的总含量。 2）操作方法 （1）取水样100ml，置于100ml的锥形瓶中；（2）加

6、入3滴甲基橙指示剂；（3）用0.1N的H2SO4标准溶液进行滴定，瓶中的颜色变化过程为：橘黄色橘红色（终点），记录消耗的H2SO4的毫升数即：V H2SO4（ml）；,3）计算,总碱度（以CaCO3、ppm计） 50VH2SO4（ml）,3、总含固量,指水中可溶性固体和悬浮固体的总和。测定时，取一定量（100 ml）水样，置于预先已称量的蒸发皿中，移于烘箱内，于1050C烘至恒重，冷却至室温后，迅速称取其重量。 总含固量（以CaCO3、ppm计）式中：W蒸发皿与总固体总量之和；W1蒸发皿重量；,3 水的软化,一、石灰-纯碱沉淀法1、石灰的作用 去除造成暂时硬度的重碳酸盐Ca(HCO3)2Ca(

7、OH)2 2CaCO32H2Og(HCO3)2Ca(OH)2 gCO3 CaCO32H2O2、纯碱的作用 去除造成永久硬度的硫酸盐使用该法软化水，可使水的硬度降到10ppm以下。,二、离子交换法,即利用固型物体中的钠离子来交换水中的钙镁离子。1、泡沸石法使用该法软化水，可使水的硬度降到2ppm以下。,2、磺化煤法,将褐煤用浓硫酸在1501800C下处理后得到的产物为H型产品；若再用烧碱处理得到的为N型产品。可分别用H（K）、N（K）表示。其软化作用如下所示。,3、离子交换树脂,1）阳离子交换树脂 如国产732离子交换树脂，是具有磺酸基的强酸性阳离子交换树脂，能交换水中的钙、镁等阳离子。,2）阴

8、离子交换树脂,如国产的717离子交换树脂，是具有季铵盐结构的强碱性阴离子交换树脂，具有与水中阴离子交换的能力。,3）交换树脂的再生 阳离子或阴离子交换树脂使用一定时间后即失效，因此必须让其再生。通常阳离子交换树脂可用4%盐酸溶液处理，而阴离子交换树脂可用4%的烧碱溶液处理，使其再生后反复利用。,三、化学软化法（软水剂）,1、磷酸三钠 通过化学反应使水中的钙、镁盐转变成磷酸的钙盐或镁盐而沉淀。,2、纯碱 作为软水剂主要去除水中的钙、镁离子,3、六偏磷酸钠 能与钙、镁离子形成比较稳定的络合物，而不再具有硬水的性质。,4、胺的醋酸衍生物 1）EDTA,2）氨三乙酸钠,染整生产加工过程中，在配制染化料

9、溶液时一般要加入软水，如果没有软水，就必须要加入上述软水剂。 使用成本：纯碱、磷酸三钠六偏磷酸钠EDTA 软化效果：纯碱、磷酸三钠六偏磷酸钠EDTA,4 表面张力和表面吸附现象,一、表面张力当一滴水或其它液体从滴管中掉下来时，有形成球形的倾向，并使液滴保持最小的表面积，而获得相对稳定的状态。这是因为水或其它液体表面有一种“力”，通常将其称为表面张力。图11 液体分子受力作用示意图 图12 液体的表面张力,三、表面吸附现象,当一液体中溶有另一种物质时，它的表面张力要发生一定的变化。其变化规律可用吉布斯（Gibbs）等温吸附公式来表述即式中：溶液与空气或其蒸汽接触的单位表面层内溶质的量；表面张力；

10、 R理想气体常数； 浓度； T绝对温度； 讨论： 当在溶液中加入溶质后，可能出现的情况如下：1）若0，则0，表明表层溶质浓度大于溶液内部浓度，这种现象为表面正吸附现象；2）若0，则0，表明表层溶质浓度小于溶液内部浓度，这种现象为表面负吸附现象；,5 表面活性剂的结构特征及其溶液的性质,一、定义表面活性剂(S.A.A) （Surface Active Agent ） 是指在液体中，添加少量或 极稀浓度的便能显著地降低 液体的表面张力一（）和 界面张力的物质。图13 S.A.A浓度与的关系,二、结构特征,尽管表面活性剂种类很多，但它们都有一个共同的特征，都是由亲水基和疏水基两部分组成，其示意图如下

11、：图14 S.A.A结构示意图,表面活性剂分类：,三、临界胶束浓度（Critical Micelle Concentration）,当表面活性剂溶解在水中后，由于它的结构特征使其形成如下排列：,表面活性剂在溶液中的排列情况又与浓度有关：,当浓度达到一定大小后，表面活性剂在溶液表面形成单分子膜，将水和空气隔开；此时，如果继续提高表面活性剂的浓度，则有利于表面活性剂分子在溶液内部相互聚集在一起，形成疏水基在内，亲水基向外的胶束。,S.A.A在溶液中形成胶束所需的最低浓度，称为临界胶束浓度。,CMC值的大小，主要与下列因素有关， 1）疏水基的碳链越长，越饱和，CMC赿小； 2）温度越高，CMC越大；

12、 3）加入电解质，CMC下降；,S.A.A胶束的形状：,6 常用的表面活性剂及应用分类,一、应用分类根据应用性能，表面活性剂可作为润湿剂、乳化剂、分散剂、净洗剂等。 1、前处理助剂 主要有渗透剂、精练剂、退浆剂、氧漂稳定剂、渗透剂、洗涤剂等。 2、染色、印花助剂主要有匀染剂、消泡剂、无醛固色剂、粘合剂、糊料、增稠剂、交联剂等。 3、后整理助剂主要有柔软剂、抗静电剂等。,二、常用的表面活性剂,1、高级脂肪酸的钠盐或钾盐 如肥皂（Soap） 2、磺酸盐类 如十二烷基苯磺酸钠（Alkylbenzosulfonate简称ABS）,3、烷基硫酸酯盐类,如土耳其红油，是蓖麻油经硫酸作用而形成的硫酸酯盐。4

13、、烷基磷酸酯盐类 主要做前处理助剂的复配成分。,5、阳离子S.A.A,如1227表面活性剂 ：6、非离子S.A.A1）平平加O,2）乳化剂 EL (Emulsifying agent EL),3）渗透剂 JFC（Dispersing agent JFC）,7、两性表面活性剂,如十二烷基甜菜碱（洗涤剂、柔软剂、抗静电剂）,8、绿色表面活性剂,利用天然资源开发的表面活性剂。如烷基多糖苷又称APG（Alkyl Polyglycoside）,是以淀粉或葡萄糖和天然脂肪醇为原料合成的一种新型表面活性剂，具有无毒、无刺激和生物降解而彻底的优点。APG可以作为浆洗剂、精练剂、乳化剂、润湿剂、分散剂、消泡剂、

14、增稠剂等使用。采用非离子S.A.A取代阴离子S.A.A也是一个重要的发展方向。,习题和思考题,1、什么叫硬度、碱度？并简述硬水对染整加工有何影响？ 2、什么叫ppm？根据其值的大小怎样来划分水的级别？ 3、什么叫化学软化法？说明常用的3类软化剂的软化原理及特点。 4、 什么叫S.A.A？并简述其结构特征及溶液性质。 5、说明一般情况下雨水、地表水、浅地下水和深地下水中杂质的组成及其来源。 6、为什么通常见到的液滴都是类似球状的?粉状固体(如面粉)长期储存为什么会有结块现象? 7、分别进行下列操作: 在肥皂稀水溶液的表面用刀片飞快地刮下一薄层溶 液； 在上述肥皂溶液中通入空气后形成泡沫。将上述薄

15、层溶液收集,并将泡沫收 集待其破裂后形成另一溶液。分别对上述两溶液进行浓度测试,所测得的浓度值与肥皂溶液本体浓度之间应当有什么不同?说明不同的原因。,8、在实际测定液体在固体表面上的接触角时为什么要确保固体表面的洁净? 9、采用一些特殊手段在纤维(如聚醋纤维)表面形成微小的刻蚀后为什么可以提高水对该纤维的润湿性能? 10、以油/水型乳状液体系为例,论述混合表面活性剂的应用对体系稳定性的作用及影响。 11、在水为介质的洗涤过程中,为什么非极性油污在疏水性固体表面上比在亲水性固体表面上难以去除 ? 12、举出增溶发挥重要作用的去污过程的实例,并从理论上给以说明。 13、与传统表面活性剂相比,绿色表面活性剂应当具有哪些主要特点?,