染整用水及表面活性剂
染整工艺原理
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§1 染整用水及其处理
一、水和水质
1．自然界中的水源
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地面水：流入江、河、湖泊中贮存的雨水，含较多可溶性有机物和少量无机物 地下水：深地下水（深井水，不含有机物，有较多矿物质） 浅地下水（深度<15m的浅泉水、井水，有可溶性有机物和较多的二氧化碳） 天然水 |
自来水：加工后的天然水，质量较高。
2．水中的杂质
悬浮物（泥沙）、胶体物（硅、铝等化合物），过滤可除去。
可溶性杂质：Ca、Mg、Fe、Mn盐，处理难度高。
3．水的硬度及表示方法
①硬水：含较多钙镁盐的水。
软水：含较少钙镁盐的水。
②硬度：用度数表示钙镁盐含量的指标，代表水中钙镁杂质总量。
暂时硬度：水中含Ca、Mg重碳酸盐的量。
永久硬度：水中含Ca、Mg的氯化物、硝酸盐和硫酸盐的量。
③表示硬度的方法：
a) ppm：1升水中所含Ca、Mg盐类相当于1mg CaCO₃称为1ppm。
b）德国度：1升水中所含钙镁盐类相当于10mg CaO称为1德度。
二、染整用水的要求
1．水质要求
（1）无色、透明、无臭；
（2）pH=6.5~7.4；
（3）铁、锰离子含量<0.1ppm；
（4）硬度<60ppm。
2．硬水对染整加工的影响
（1）练漂加工中消耗肥皂，织物生成钙、镁皂，影响手感与色泽；
（2）漂白时降低织物白度、光泽；
（3）染色时与阴离子染料生成沉淀，消耗染料，产生色斑，降低摩擦牢度，改变色光；
（4）锅炉使用危害：水垢增加燃料消耗，易引发爆炸，恶化蒸汽品质，加速锅炉腐蚀。
三、硬水的软化
1．沉淀法：使用石灰、纯碱处理，使水中Ca²⁺、Mg²⁺生成沉淀物析出，过滤得到软水，同时可去除锰、铁等离子。
2．软水剂
（1）磷酸钠：3CaSO₄+2Na₃PO₄→Ca₃(PO₄)₄↓+3Na₂SO₄
（2）六偏磷酸钠：Na₄[Na₂(PO₃)₆]+Ca²⁺→Na₄[Ca(PO₃)₆]+2Na⁺
（3）胺的醋酸衍生物（EDTA）：可与Ca²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺等离子生成稳定螯合物
3.离子交换法
（1）原理：无机或有机物混合凝胶构成交换剂基体，外围形成两层不同电荷双电层，水流经过发生离子交换。
阳离子交换剂：带有H⁺、Na⁺固体基团，可与Ca²⁺、Mg²⁺交换
阴离子交换剂：带有碱性基团，可吸附水中各类阴离子
（2）常用交换剂：
a. 泡沸石：水化硅酸钠铝
Na₂O·Z+Ca(HCO₃)₂→CaO·Z+2NaHCO₃
Na₂O·Z+CaSO₄→CaO·Z+Na₂SO₄
b. 磺化煤：
2Na(K)+CaSO₄→Ca(K)₂+Na₂SO₄
2H(K)+CaSO₄→Ca(K)₂+Na₂SO₄
c.离子交换树脂
4．电渗析法：
以直流电源为动力，水中离子可选择性透过专用树脂交换膜，实现水质软化。
5．磁化法：
水流通过磁场后，钙、镁盐分子间作用力降低，不易生成坚硬水垢。
§2 表面活性剂
一、表面张力和表面吸附现象
1．表面张力
数值定义：将液-气界面扩展单位面积所需做功，或是拉伸单位长度液面需要的拉力。
表面张力影响：液体表面张力越大，纤维越难以被润湿渗透。
2．表面吸附现象
二、表面活性剂结构特征及其溶液的性质
1．表面活性剂
低浓度溶于水，能够显著降低水溶液表面张力的化学物质。
2．结构特征（双亲结构）
不对称极性分子，由大分子疏水基团与小分子亲水基团组合而成。
3．分类：依据水溶液中电离带电类型划分
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离子型 阴离子：R-COO-Na⁺ 阳离子：R-NH₃⁺Cl⁻ |
非离子型：聚氧乙烯醚 R-O-(CH₂CH₂O)nH
4 表面活性剂浓度与表面张力的关系
表面活性剂在水中排布形态受浓度控制；达到特定浓度后，分子才能在液面聚集形成完整单分子膜。继续提升浓度无法进一步降低表面张力，但会促使分子聚集形成胶束。
CMC：临界胶束浓度，是溶液表面张力达到最低值所需表面活性剂最低浓度，也是体系刚形成胶束的浓度。
实际使用时，表面活性剂浓度略高于CMC，润湿、乳化等作用才能充分发挥。
三、表面活性剂的主要作用
1．润湿和渗透
2．乳化
一种液体以微小液滴均匀分散在互不相溶的另一液体中的现象。
水分散在油中——油包水（W/O）
油分散在水中——水包油（O/W）
3．分散
不溶性固体微粒均匀分散于液体介质的作用。
4．增溶
乳化、分散的极限状态，不溶于水的油脂进入胶束内部，形成透明均一溶液。
5．去污
四、表面活性剂的化学结构与性能的关系
1．亲疏平衡值与性能之间的关系
HLB值：亲水亲油平衡值（Hydrophile-Lipophile Balance），用于表征表面活性剂亲水、疏水强弱。
具备界面活性的表面活性剂，疏水基与亲水基比例需要维持平衡。
石蜡HLB值=0（无亲水基团），聚乙二醇HLB值=20（完全亲水）
阴离子表面活性剂可通过标准油乳化试验测定HLB值。
HLB值区间对应用途：
15~18：增溶剂；13~15：洗涤剂；8~18：O/W型乳化剂；7~9：润湿剂；3.5~6：W/O乳化剂；1.5~3：消泡剂
HLB值是筛选表面活性剂的重要参考指标。
2．疏水基种类与性能
疏水基常用四类：
（1）脂肪烃
（2）芳烃
（3）混合烃
（4）带有弱亲水性基团
（5）全氟烃基
疏水性强弱排序：（5）>（1）>（3）>（2）>（4）
3．亲水基的位置与性能
亲水基位于分子末端：净洗力强，润湿性能弱；亲水基位于分子中间则效果相反。
4．分子量与性能
HLB、亲水/疏水基团相同时，分子量越小润湿越好、去污偏弱；分子量越大润湿差、去污力更强。
5．浊点
非离子表面活性剂亲水性依靠醚键与水分子结合，结合过程放热。
温度升高后水分子脱离醚键，溶液出现浑浊，该临界温度称为浊点；达到浊点后表面活性剂失效，浊点越高适用温度范围越广。
五、常用的表面活性剂
（一）阴离子型
1．肥皂
优点：润湿、去污力强；洗涤后织物手感柔软，光泽佳。
缺点：不耐硬水、不耐酸。
2．渗透剂BX（拉开粉）
原料：异丁醇、萘缩合磺化产物，外观淡黄色固体
优点：水溶性好，耐酸、耐碱、耐硬水，润湿性能优异
缺点：吸潮后易结块
3．红油（太古油）
优良润湿剂，耐硬水，不受pH影响，水溶性良好。
4．净洗剂AS
耐酸、耐硬水，价格低廉；润湿、去污弱于肥皂，洗后织物手感偏粗糙。
5．工业洗衣粉（烷基苯磺酸钠ABS）
净洗专用，耐酸、耐硬水，成本偏高
（二）非离子型
1．润湿剂JFC
耐酸、耐碱、耐硬水
2．平平加O
3．TX-10
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