表面活性剂复配原理及其在 纺织印染工业中的应用.pdf

第2期 1999年4月日 用 化 学 工 业 China Surfactant Detergent 对非离子表面活性剂还采用浊点来表示亲水性大 小, HLB值愈大,浊点愈高,表面活性剂的亲水性愈 好另外,常把临界胶束浓度(cmc)作为表面活性剂 形成胶束的最低浓度,同时以cmc的倒数(1?cmc)表 示降低表面张力的效率, cmc愈低,则效率愈高此外,还将表面活性剂在cmc时的表面张力(Χcmc)作 为表面活性剂降低水表面张力的能力由此可见,表 面活性剂的HLB,浊点、cmc和 Χcmc可作为表征表 面活性剂表面特性的量度111 非2非离子表面活性剂复配后的表面特性不同结构非离子表面活性剂间复配后的表面特 性,如表1和图1所示表1 不同结构非离子表面活性剂复配后的浊点变化(℃)非离子表面活性剂醚类酯类聚醚类AEO29S240M SET220AEP213L61非面 离活 子性 表剂空白6014> 10089. 391. 543. 721. 0AEO2960. 481. 069. 185. 154. 044. 9S24081. 0> 10095. 0> 10059. 023. 0L6144. 923. 024. 524. 822. 021. 0注: (1)S240为硬脂酸聚氧乙烯醚,AEO29为脂肪醇聚氧乙烯醚,M SE为乙氧基甲基葡萄糖苷硬脂酸酯。

T220为吐温- 20,AEP213为硬脂酸聚醚,L61为pluronic聚醚2)浊点用1%表面活性剂溶液在浊点仪中测得,重复二次,取其平均值·91· © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.(a)AEO29与S240,M SE,AEP213复配后的cmc,Χcmc变化 (b)L61与S240,M SE,AEP213复配后的cmc,Χcmc变化[注]cmc,Χcmc按表面张力法测得(cmc用g?L ,Χcmc用mN?m表示)图1 非2非离子表面活性剂复配后的cmc,Χcmc变化由表121的图121可见,这些非2非离子表面活 性剂复配后,浊点, cmc和 Χcmc均介于两组分之间 由此可见,这部分非2非离子表面活性剂复配后所形 成的胶团可视为理想胶团,所形成的混合液可作为同 系物混合物,它们是一类具有相同结构的极性基或非极性基组成,仅仅在链长上有一些差别,故它们的物 理化学性质或表面特性处于各表面活性剂之间,而不 是简单平均值而且还表明非2非离子表面活性剂的 混合体系中cmc值较低,表面活性较高的组分(如A EO29、M SE等)容易在混合液中形成胶团;反之,cmc值较高、 表面活性较低的表面活性剂(如A EP213等)则不易形成胶团。

112 阴2非离子表面活性剂复配后的表面特性不同结构阴2非离子表面活性剂以等重量比复配 后的表面特性如表2和图2所示表2 阴2非离子表面活性剂复配后的浊点变化(℃)非离子表面活性剂醚类酯类聚醚类AEO29S240M SET220 AEP213L61阴面 离活 子性 表剂空白60. 9> 10087. 991. 543. 721. 0BX> 100> 100> 10098. 079. 093. 0M F67. 0> 10094. 0> 10056. 223. 012063. 0> 10094. 998. 054. 923. 0 阴? 非离子表面活性剂AES> 100> 100> 100> 10076. 038. 0注:BX为双异丁基萘磺酸钠,M F为甲基萘甲醛缩合物磺酸盐,120为碱改性木质素磺酸钠AES为十二烃基聚氧乙烯醚硫酸盐由表2和图2可见,非离子表面活性剂中加入阴(a)BX与S240,M SE,AEO29复配 (b)M F与AEP213,M SE,AEO29复配 (c)120与AEP213,M SE,AEO29复配图2 阴2非离子表面活性剂复配后的cmc,Χcmc变化离子表面活性剂后,浊点得到明显的升高, cmc值大 大降低,并低于二者数值,Χcmc值亦处于二者之间, 并接近非离子表面活性剂之数值。

亦即阴2非离子表面活性剂复配后浊点升高,降低表面张力的能力和效 率均有明显的增加,表面活性得到显著的提高这是 由于阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂混合后·02·专论与综述日 用 化 学 工 业1999年第2期© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.在溶液中形成混合胶团,阴离子表面活性剂分子插入到胶团中,使非离子表面活性剂吸附膜变得较坚实,温度对它的影响减弱,而使浊点升高同时由于形成混合胶团后,使原来的离子表面活性剂的 “离子头” 之间的电性斥力减弱,再加上两种表面活性剂分子中碳氢链间的疏水作用,而较容易形成胶团,使混合后溶液的cmc值下降但是不同类别阴离子表面活性剂对非离子表面活性剂混合后表面特性的影响是不同的 其中低分子阴离子表面活性剂(如BX)加入到不同类别的非离子表面活性剂中后,浊点升高较为明显;而高分子阴离子表面活性剂(如木质素磺酸纳120)的加入,浊点升高并不显著,一般只在10℃以下,然而对cmc值的下降却较为显著;而M F与不同结构非离子表面活性剂复配后降低表面张力的能力(Χcmc)却最小。

在非离子表面活性剂中,A EO29与各种阴离子表面活性剂复配后,降低表面张力的能力和效率均为最大113 电介质对表面活性剂的表面特性影响在工业配方中,常会在溶液中加入或带入各种无机电解质,这部分离子将会影响表面活性剂的表面特性,如表3所示表3 电解质对表面活性剂的表面特性影响电介质空白KClNaClL iCl Na2SO4M gCl2A lCl3表 面 特 性浊点(℃)6014501952195410441652155115cmc(g?41)01158 01120 01138 011390113201129 01117Χcmc(mN?m) 42. 836. 536. 036. 136. 536. 536. 1注:所用表面活性剂为AEO29由表3可见,无机电解质对非离子表面活性剂的cmc和Χcmc影响较小,只是略微下降 而对阴离子表 面活性剂,则在其溶液中加入无机电解质时cmc和Χcmc下降得较大些,亦即表面活性有一定程度的提 高从表3还可看到,三价A l7比二价M g6,比一价K+,N a+,L i+离子使cmc降低得更多 这可能由于多价及离子能压缩胶团表面双电层厚度,使胶团带电量下降,减弱排斥,而易形成胶团之故。

而且在一价正离子中,随着水合离子半径增大(K+Χ涤精炼液,涤纶上的油蜡也 会自动地收缩成油滴(即 Η为90°),然后便为表面活 性剂所乳化,而从织物上除去,因此只有选择较低表 面张力的物质(ΧLG)才能使织物润湿同时新合纤上所含的油脂,蜡质均为脂肪类物 质,从结构的相似性出发,宜采用脂肪醇聚氧乙烯醚 与烷基苯酚聚氧乙烯醚配合使用,且前者的润湿力又 超过后者,有利于降低 ΧLG及 ΧLS,从而提高润湿效果 阴离子和非离子表面活性剂复配后表面张力明 显地下降,如表5所示表5 阴2非离子表面活性剂在碱液中的表面张力,临界胶束浓度和渗透力表面活性剂无离子水NaOH浓度渗透力Χcmc(mN?m)cmc(mol?L)Χcmc(mN?m)cmc(mol?L)O(g?L)10(g?L)20(g?L)[3]AES41153116×10- 431. 57. 08×10- 53570108PENa35. 53. 47×10- 328. 51. 00×10- 3426285AEO2932. 01. 26×10- 432. 27. 58×10- 5234970 AES∶PENa∶AEO29(0. 5∶0. 4∶0. 1)36. 02. 45×10- 432. 05. 50×10- 52958883:为不同浓度下所测得的渗透力大小。

由表5可见,当A ES, PEN a和A EO29混合后, 溶液的表面张力降低,特别在水溶液中而在N aOH溶液中,由于离子型表面活性剂受电解质的作用压缩 了扩散双电层的厚度,降低了离子之间的排斥作用, 使溶液界面的离子表面活性剂排列更加紧密,而有利 于表面张力的降低,所以常采用阴2非离子表面活性 剂的复配物作为精炼剂另外,碳链较短的并有支链的表面活性剂可获得 较好的渗透力和润湿性能 而亲水基较强或扩散性能 较好的表面活性剂能在高浓度烧碱内溶解,使分散性 提高,由此可见,润湿性、 渗透性好的,其精炼效果亦 较好因此只要通过对表面活性剂的合理选择和复 配,可发挥协同效应,使它具有渗透性,乳化性,分散 性和去污能力,以满足精炼剂的要求213 润湿性与拒水性关系 防水整理使织物表面显示出拒水性,即不润湿 从润湿基本方程式(式1)可见,只有当 Η= 180° 时,液固表面产生球状液滴,完全不润湿同时从附着功 (WA) (式2)来看,附着功WA越小,拒水性愈好所 有拒水性的条件是接触角(Η)增大,附着功(WA)降低同时由于润湿方程式中 ΧSG2ΧLS项很难测定,常用COSΗ= 1时,临界表面张力Χc来表示。

所以要达到拒 水效果,必须使纤维表面在水中的临界表面张力 Χc 降低,并应远远小于水或油类等液体的表面张力,在 纤维表面形成低表面能的新表面层,或纤维表面改 性,使其表面能降低,因此应选择具有较小临界表面 张力和较大接触角的物质作为拒水整理剂,见表6表6 一些化合物的临界表面张力化合物石蜡有机硅硬脂酸聚丙烯树脂含氟类- CF3- CF2H - CH2CF3临界表面张力Χc(mN?m)292624> 22 6～1861520此外,作为拒水整理剂在纤维表面不可能整齐排 列,若采用甲基氢硅酮,二甲基硅酮,或氟代丙烯酸酯, 则其硅酮中- CH3或氟代丙烯酸酯中- CF3、- CF2 等分子末端基却能整齐地排列在纤维表面外层,故有 较好的防水效果 另外,整理剂分子若成弯曲状,甚至 倒伏在纤维表面,则其拒水效果下降因此拒水整理 剂的浓度要略高些,以便能整齐地排在表面上 由上可见,几种典型的拒水整理剂中,有机氟拒 水剂的效果较为理想·22·专论与综述日 用 化 学 工 业1999年第2期© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.3 复配表面活性剂的表面特性与高温分散性 通常分散、 还原染料或颜料在水中呈悬浮分散形 式存在,易受各种机械力或高温作用,使这些微小粒 子碰撞,形成二次集合体粒子,而发生絮凝使分散性 变差,造成染色不匀,为此常在这些溶液中添加一些分散剂,保证染料或颜料以稳定状态存在,不产生凝 聚,从而保持具有较好的分散性能。

其中分散染料在 高温染色中分散性较为重要 目前所用的高温分散剂 大都采用阴离子表面活性剂按一定比例复配而成,它 们的分散性又取决于分散剂的磺化度、HLB、 浊点等表面特性311 表面活性剂的磺化度对高温分散性的影响 分散剂大都为疏水烃基和亲水基团磺酸基组成 的阴离子表面活性剂 由于分散剂的疏水基与染料的 疏水基形成了疏水键,从而使染料颗粒周围吸附了一 层扩散剂而分散剂中带负电荷的磺酸基朝外,与水形成一层水膜成为具有双电层结构的颗粒,其外层带 相同电荷,由于同电荷的斥力和水膜的保护作用,使 染料颗粒保持稳定,不易凝聚,而起分散作用 由此可 见分散剂中磺化度或SO3N a?M之比对双电层结构 胶体颗粒的稳定性起着很重要的作用(如表7所示)表7 不同磺化度表面活性剂的高温分散性分散剂类别阴离子分散剂萘磺酸甲醛缩合物碱改性木质素磺酸钠非离子分散剂 名称BXK12M FNNO120130BANASD26020D30D700# 磺化度(SO3Na?M)0. 300. 380. 410. 43中高低高低高中高- 高。