第五章润湿剂与渗透剂.PPT

第五章　润湿剂与渗透剂 第一节　概述 　　　 润湿是固体表面上一种流体被另一种流体取代的过程。因此，润湿作用至少涉及三相，其中两相是流体，一相是固体。一般指固体表面上的气体被液体取代，有时是一种液体被另一种液体所取代。水或水溶液是常见的取代气体的液体。 　一、润湿剂 　　　 对纺织品而言，由于纤维是一种多孔性物质，具有巨大的表面积，使溶液沿着纤维迅速展开，渗入纤维的空隙，把空气取代出去，将空气－纤维表面的接触代之以液体－纤维表面的接触，这个过程叫做润湿。用来增进润湿现象的助剂叫润湿剂。 二、渗透剂 　　织物由无数纤维组成，纤维之间存在着众多毛细管，如果液体润湿了毛细管壁，则液体就能够在毛细管内沿毛细管壁上升到一定高度，从而使高出的液柱产生静压强，促使溶液渗透到纤维内部，此即为渗透。 　　　 纺织品在染整加工过程中不但要润湿织物表面，还需要使溶液渗透到纤维空隙中。 　　　凡是能促使液体表面润湿的物质，也能促使液体向织物内部渗透；也就是说大部分情况下润湿剂就是渗透剂。 第二节　润湿机理 一、接触角与杨氏方程 　　1、接触角 图 5－1　固体（S）、液体（L）和气体（V）间三相平衡示意图 　　式中：θ－接触角； 2、杨氏方程 　　 　　　图 5－2　液滴在固体表面达到平衡状态时示意图 　　如果液滴在空气中达到平衡后，则满足Young公式： 　 　　 从润湿角度考虑：θ＜900，且越小润湿效果越好； 　　从拒水作用考虑：θ＞900，且越大拒水效果越好； 　　当　θ＝0 时，液滴在固体表面铺平； 　　当　θ＝1800时，液滴在固体表面上呈球状，而滚动； 　　　 从Young公式可以看出：在拒水过程中γL是不变的，从拒水要求来说，θ越大（COSθ值赿小）越有利于水滴的滚动流失，也就是说γS－γLS越小越好。 　　　因此，可选用表面张力较低的拒水整理剂如含氟的化学物质，将其整理到织物的表面，降低织物的表面张力γS来达到拒水整理的效果。 二、润湿过程 　　　 润湿包括沾湿、浸湿和铺展三种过程。当液体与固体接触，润湿过程发生时，体系的自由能总是降低的，因此可以用自由能降低值来表示润湿的程度。 　1、沾湿过程及其自发进行的条件　 　　　沾湿就是当液体与固体接触后，将液－气和固－气界面变为固－液界面的过程。 　　　在日常生活中常见的如大气中的露珠附着在植物的叶子上；雨滴粘附在塑料雨衣上等，均是沾湿过程。 图 5－3　沾湿过程示意图 　　　　　　　－ 　　 　　将Young公式代入上式可得： 2、浸湿过程及其自发进行的条件 　　　 浸湿是指固体浸入液体中的过程，其实质是固固－气界面被固－液界面所代替。 　　　1）硬固体表面的浸湿　 　　　 硬固体表面即为非孔性固体的表面。其实质是固－气界面完全被固－液界面所代替，而液体表面在浸湿过程中无变化，如图2－4所示。 　　　　　图 5－4　硬固体润湿过程示意图 　　此过程体系自由能的降低为： 　　　　＿ 　　　　　 　　2）软固体表面的浸湿　　 　　　软固体表面即为孔性固体的表面，它的浸湿过程常称之为渗透过程，可与毛细现象联系在一起。 　　　　　　图 5－5　软固体润湿过程示意图 　　3）铺展过程及其自发进行的条件 　　　铺展过程是气－固界面被固－液界面代替的过程，这个过程的能量变化可用铺展系数 S 来表示： 　　　　　图 5－6　液体在固体上铺展过程示意图 三、水介质中的表面活性剂 　　　图 5－6　表面活性剂在水中的状态示意图 第三节　润湿剂的分类 　一、润湿剂的分子结构特征　　 　　　 润湿剂： 能使液体润湿或加速润湿固体表面的表面活性剂称为润湿剂； 　　　 渗透剂：能使液体渗透或加速渗入孔性固体内表面的表面活性剂称为渗透剂。 　　　 润湿剂和渗透剂主要是通过降低γL和γSL而起作用的。 　分子结构特征： 　　　1）疏水链为碳氢链较短的直链，亲水基位于分子的末端； 　　　 　　2）疏水链应具有侧链，且亲水基应位于分子的中部； 　　　　　　图 5－7　润湿剂的分子结构示意图 二、润湿剂的分类 　　1、阴离子表面活性剂 　　　　　　　　　　 烷基硫酸盐或脂肪醇硫酸盐 　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　磺酸盐 　　阴离子S.A.A　　　 磷酸盐 　　　　　　　　　　　脂肪酸酯硫酸盐 　　　　　　　　　　　羧酸皂类 　　　　　　　　烷基苯磺酸碱金属盐和胺盐 　　　　　　　　α－烯烃磺酸钠 　　　　　　　　烷基萘磺酸钠 　　　　　　　　二丁