表面活性剂：降低水的表面张力，助于润湿油蜡表面的作用

1.润湿和渗透作用　在一个洁净的玻璃平面上滴一滴水，水滴能很快地在玻璃表面上铺开，这种现象称为润湿。若玻璃表面上涂上一薄层石蜡，则水滴不能在石蜡面上展开，几乎以圆珠状存在，这种现象说明水不能润湿石蜡表面。但如果将四氯化碳一类的有机溶剂滴到石蜡表面，则会迅速铺开而不形成珠状。因此，亲水性表面可以被水润湿，而疏水性的表面能被疏水性的有机溶剂润湿。

织物的情况比一般固体表面要复杂得多。织物中纤维的内部、纤维和纱线之间有大小不同的空隙，常称作毛细管，形成了多孔体系，毛细管中充满了空气。将未精练的亚麻布等纤维素纤维织物投入水中，由于含有太多的杂质，如蜡状物质等，以至于水不易在纤维表面展开，当然也就不易透入纤维和纱线之间的空隙中，更不用说纤维内部的空隙了，而使织物久久地浮在水面上。若在水中加入润湿剂，织物便能迅速润湿，并沉入水下。所以在退浆、煮练、染色或整理的工作液中，常常加入一些润湿剂，以利于溶液与纤维的接触，加速作用的进行。虽然润湿剂只有加速液体在固体表面铺开的作用，但对许多有空隙的纺织品来说，实际上在被润湿的同时，液体也渗入各种空隙中，因而润湿剂也可称为渗透剂。

液体在固体表面，由于润湿程度不同，可以从完全展开到球珠状之间呈现不同的外貌，如图5-3所示。从液滴的形状可以看出，图5-3（a）比（b）润湿性好，（c）不润湿，接触角与界面张力之间的关系如图5-4所示。

图5-3　液体在固体表面上的不同润湿情况

在图5-4中，A点是空气、固体和液体三者相交处的一点，该点受到液体的表面张力γL、液固界面张力γLS和固体表面张力γS的作用。自A点沿液滴表面做一切线，该切线与固体平面间的夹角（θ），叫作接触角。液滴的重量忽略不计，作用于A点的力应满足下面的关系：

图5-4　接触角与界面张力之间的关系

接触角越小（cosθ越大），说明润湿情况越好；反之，润湿情况不好。θ＝0时，液体铺开，θ＝180°时，液滴呈球珠状，处于完全不润湿状态。对于某物体来说，γS是不变的，因此γLS和γL越小，越有利于润湿。

水滴滴在未经煮练的布上，由于水对蜡状物质的引力较小，即γLS较大，水的表面张力也较大，即γL较大，蜡状物质的表面张力较小，即γS较小，这样，cosθ值很小，为负值，水在布面上呈球珠状，不能被水润湿。

水中加入表面活性剂后，水的表面张力下降，即γL变小，表面活性剂还降低了水和油蜡类杂质之间的界面张力，即γLS也减小，这样，cosθ值增大，θ角变小，有利于润湿。γLS值减小的原因是表面活性剂的分子在水和油蜡的界面上起着类似架桥的作用，增加了两者之间的相互吸引力。

综上所述，表面活性剂有使水的表面张力降低的作用，因而有助于水在油蜡表面的铺开，尽管在未精练布中的纤维含有一定量的油蜡，但含有润湿剂的水溶液能使它迅速润湿。

纺织物的表面与一般的固体不同，它是一个多孔体系，有无数相互连通、大小不等的毛细管，在典型的毛细管中，液体在毛细管中上升的液柱压力p与液体表面张力γL、接触角θ、毛细管半径r之间有下列关系：

若液体对管壁的润湿情况很差，即θ＞90°时，cosθ为负值，毛细管里的液体不上升，而且低于管外液面；反之，液体能润湿管壁，即θ＜90°时，液体便能在管内上升，使管内液面高于管外液面。因此，对于纺织品来说，只要使之发生良好的润湿，液体便能通过相互连通的毛细管，自动发生良好的渗透作用，从而有利于染整加工的进行。

2.乳化和分散作用　一种液体或固体以极小的粒子均匀地分散在另一种互不相溶的液体体系，统称为分散体系。前者称为分散相或内相，后者称为分散介质或外相。但通常将一种液体分散在另一不相溶的液体中的作用叫乳化作用，得到的溶液叫乳浊液、乳状液、乳化液。将固体分散在不相溶的液体中的作用叫分散作用，得到的液体叫分散液或悬浮液。

大部分乳浊液和悬浮液是以水为介质的。在染整加工中主要用水溶解或者分散化学药品，在以后的论述中除特殊情况外，都是以水为介质。乳浊液有两种，一种是水分散在油中的，称为油包水型；另一种是油分散在水中的，称为水包油型。两者在一定条件下可以相互转化，称为转相。

油与水接触时，不能相互混溶，有尽量缩小两者接触面积的倾向。油浮在水上，分为上下两层，接触面积最小，因此也最稳定。如果加以搅拌和振荡，虽然油会变成微粒分散在水中，但由于油与水的接触面积增大，是一种不稳定的分散体系，较小的油粒有聚集成较大油粒、减小其表面能的趋势，以至于一旦停止搅拌和振荡，不需静置多久，就又重新分为上下两层。

但如果在水、油中加入一定量适当的表面活性剂（乳化剂），并加以搅拌、振荡，由于乳化剂对油和水都有一定的亲和力，以至于它能将油和水两相连接起来，组成比较稳定的乳液。若使用的乳化剂为离子型的，将会在油水界面上形成双电层和水化层，有防止油粒相互聚集的作用，从而使乳液获得比较稳定的状态。若使用的乳化剂为非离子型的，则会在油粒表面形成比较牢固的水化层，也具有类似的作用。

乳化剂和分散剂都是表面活性剂，但不是所有的表面活性剂都能成为良好的乳化剂和分散剂，视它们在水中形成胶束的稳定性而定，这与分子中疏水基、亲水基有很大关系。一般来说，疏水基在C12～C18范围内有较好的分散乳化性能，例如肥皂、平平加O都是比较良好的乳化剂和分散剂。

当非水溶性的油，如苯和矿物油进入表面活性剂的水溶液时，能溶于表面活性剂胶束内，即分散和乳化的极限阶段，叫增溶现象。所形成的溶液，类似于透明的真溶液。(www.xing528.com)

3.匀染和促染的作用　匀染剂又叫缓染剂，主要起延长上染时间、降低上染速率、防止由于上染速率太快或上染百分率太高而产生染色不匀不透的现象。例如，在直接染料、活性染料以及还原染料隐色体钠盐的水溶液中加入一些阴离子型的表面活性剂，一方面它们会和这些染料的阴离子发生竞染作用，但该表面活性剂的相对分子质量要小于染料的相对分子质量，扩散性要好于染料的扩散性，与织物的亲和力要小于染料分子对于纤维的亲和力，这样它们才能优先于染料的色素阴离子扩散到纤维织物上，而后随着染料分子进入织物后最终被染料的分子取代，从而起到延缓上染时间、降低上染速率的目的，达到匀染的效果。

另一方面，这些表面活性剂在溶液中会和染料的色素阴离子产生一种不稳定的结合，降低溶液中单分子分散状态染料的数目，从而降低染料的上染速率。随着溶液中单分子分散状态的染料不断上染到纤维上，这种不稳定的结合逐渐释放出单分子分散状态的染料分子，并不断上染到纤维上，这种不稳定的结合逐渐破坏、逐渐释放出单分子分散状态的染料分子，直到上染结束。它可以防止由于上染速率太快，在短时间内大量单分子分散状态的染料离子被纤维的表面吸附，来不及向纤维内部扩散，导致纤维表面的染料由于浓度的增高而发生聚集，造成染色不匀不透，影响染色产品的质量和档次。表面活性剂所起到的这种作用叫匀染或缓染作用。

在亚麻织物的染色中，除了阴离子型表面活性剂可以起到匀染作用外，阳离子型或非离子型表面活性剂也可以通过和溶液中的染料的色素离子产生不稳定的结合而起到匀染的作用，但加入阳离子型表面活性剂容易引起染料的色素阴离子与之结合生成沉淀，发生不利于染色进行的变化。

促染剂起到的是增进染料上染的作用，在直接染料、活性染料、还原染料隐色体钠盐等阴离子型染料的染液中，常加入食盐或元明粉作为促染剂。在上染的过程中，亚麻等纤维素纤维在中性或碱性的条件下表面带有负电荷，如果在染浴中加入氯化钠或硫酸钠，依靠Na＋离子对亚麻纤维表面负电荷的遮蔽作用，可减少亚麻纤维表面负电荷对染料色素阴离子的排斥作用，降低染料上染到亚麻纤维表面的活化能，从而增进染料对亚麻纤维的上染，起到增进染料上染的作用，即促染，作用的离子是Na＋离子。

4.净洗作用　人们日常生活中经常洗衣服，洗衣服实际上就是去污的过程。如果衣服上的污垢都是水溶性物质，只需将衣服在水中浸泡或搓洗多次就可以了。然而，通常都是把衣服浸在皂液中或在湿衣服上擦上肥皂，然后加以搅拌或搓擦，使污物脱离衣服转入溶液，再用清水将肥皂和污物洗去。

（1）洗涤剂的洗涤过程。洗涤剂的去污作用不是单一的一种作用，而是润湿、分散、乳化和增溶等共同作用的结果。一般纺织材料的洗涤过程包括三个主要步骤：

①依靠洗涤剂的润湿作用，使水润湿纺织材料，使不溶于水的油性污物与织物的黏着力减弱，界面逐渐缩小。

②依靠机械力作用，使污物从织物上下来，并通过乳化、分散作用，使污垢以极细的微粒稳定地分散在洗涤液中，或通过增溶作用发生部分的溶解。

③由于水溶液中的表面活性剂的存在，使形成的乳化或悬浮的污物在净洗液中具有良好的表面活性，不至于重新黏到被处理的织物上，因此具有良好的洗涤效果。

（2）影响洗涤效果的因素。洗涤效果的好坏，只与洗涤剂的表面活性有关，或者说与表面活性相关的界面强度（乳化、分散、胶体）有关，洗涤过程中最重要的就是这些性能，影响洗涤效果的因素有：

①污物的性质会影响洗涤效果。污物具有不对称性、低极性，则不容易被洗掉，甚至用非离子型表面活性剂也不易洗去；含极性基的动植物油脂比不含极性基的矿物油易于洗去。要除去这些难以去掉的油污，可增加这些油污的极化程度，例如，矿物油不易洗去，如果加入一些与矿物油相溶的油酸，再将油酸皂化，就易于洗去了。

②纤维材料的性质会影响洗涤效果。纤维材料中有未饱和的表面层，会增加洗涤效果。纤维的孔隙越小，吸附保留污物的能力越大，会降低洗涤效果。

③温度的影响。提高温度，会增强洗涤效果，因为增加温度，会使聚合在一起的污物分散成更小的颗粒或胶粒；增加温度，会使含有12～14碳氢基净洗剂的净洗能力下降，而使含有16～18碳氢基净洗剂的净洗能力增强。

④洗涤时间的影响。净洗过程的平衡可以表示为：

洗涤时间以刚达到上述平衡为好。洗涤时间短，平衡仍在左边，洗涤时间长，平衡反而向左进行，污物又会重新回到纤维上。其原因如下：

a.洗涤时间过长，污物中的固体颗粒去除了油脂（污物表面的油脂被乳化），这种污物对纤维的亲和力增强了。

b.由于胶粒在净洗过程中进一步被分散，界面增加，增加了胶粒量，即使稳定膜变弱了，降低了胶粒的稳定性，造成部分污物的粒子沉淀。所以净洗过程应刚好达到平衡为止，以避免进一步发生胶溶过程。

c.洗涤时间长，由于污物分解的更细，较细的污物更易分散到纤维上，纤维对细粒子具有强烈的吸引力。

d.洗涤时，净洗液中有各种粒子：中性粒子、离子、胶束、带电荷的胶束、中性胶粒，随着时间的推移，这个系统就要发生变化，变化的倾向是界面增大，由于胶粒分散成为带电胶粒或为中性胶粒，因此洗涤能力下降。

⑤泡沫的影响。它除了能起到除去纤维上杂质的机械作用，还具有净洗作用，其净洗作用是因为它对污物具有毛细管作用。