第二節　表面活性劑

為了保證染整加工的順利進行，經常要使用各種表面活性劑。紡織品染整中的潤濕滲透劑、洗滌劑、勻染劑、分散劑等都是表面活性劑。為了合理地選擇和使用表面活性劑，必須對它的結構、性質、作用原理和用途有所了解。

一、表面活性劑的基本知識

（一）表面張力、表面活性與表面活性劑

液體表面最基本的特性是傾向于收縮，力求使其表面積縮小。如將水滴在石蠟表面，水滴呈球形，水銀珠和荷葉上的水珠等都呈球形，因為球形的表面積最小，產生這一現象的原因是因為液體表面存在表面張力。從液膜自動收縮實驗可以更好地認識這一現象。用玻璃絲或細金屬絲彎成一個一邊可以活動的方框（圖2 1），使液體在此框內形成液膜abcd，其中cd為活動邊，長度為l。若活動邊與框架之間的摩擦很小，則欲保持液膜就必須施加一適當的外力于活動邊上，否則cd邊將自動移向ab邊。這說明液體表面存在收縮力。實驗表明，當活動邊與框間的摩擦力忽略不計時，為保持液膜所施加之外力F與活動邊的長度l成正比，可以表示為F=2γl，其中γ代表液體的表面張力系數，是垂直通過液體表面上任一單位長度、與液面相切并使液面收縮的力，常簡稱作表面張力。式中有系數2是因為液膜有兩個表面。

表面張力產生的原因是因為液體表面層分子受力不均衡。如圖2-2所示，若不考慮重力的作用，液體內部的分子雖然受到各個方向相鄰分子的作用，但作用力大小相等，方向相反，合力為零，在液體內部移動不做功。而液體表面層的分子雖然也受到各個方向相鄰分子的作用，但與空氣分子的作用力小于液體同種分子的作用力，使液體表面層的分子受到一向下的合力，從而使液面自發收縮，這一合力就是液體的表面張力。

水與絕大多數液體有機物質相比有較大的表面張力，在水中加入某種物質時，水溶液的表面張力會發生變化。根據大量實驗結果，我們可以把各種物質水溶液的表面張力與濃度的關系歸結為三種類型，如圖2-3所示。

第一類是在較低濃度時，表面張力隨濃度的增加而急劇下降（圖2-3中曲線1），肥皂及合成洗滌劑等的水溶液具有此類性質；第二類是表面張力隨濃度的增加而逐漸下降（圖2-3中曲線2），乙醇、醋酸等的水溶液具有此類性質；第三類是表面張力隨濃度的增加而稍有上升（圖2-3中曲線3），NaCl、HCl、NaOH等無機物的水溶液具有此類性質。

原則上講，凡能降低表面張力的物質都具有表面活性，因此第一、第二類物質均可稱為表面活性物質。而第三類物質不具有表面活性，稱之為非表面活性物質。第一類物質的明顯特點是當其以極低濃度存在于水溶液中時，能自動吸附在溶液的表面或界面，顯著降低水溶液的表面張力，并改變體系的表面或界面狀態，從而產生潤濕、乳化、分散、增溶、起泡、消泡、洗滌（凈洗）等一系列作用，這種性質稱為表面活性，具有這種性質的物質稱為表面活性劑。表面活性劑廣泛地應用于紡織、染整、食品、采礦及日用化工等諸多領域，在紡織品染整加工中，表面活性劑可用作潤濕劑、滲透劑、乳化劑、分散劑、勻染劑、柔軟劑、洗滌劑、固色劑、整理劑等，是染整加工助劑的主要成分。

（二）表面活性劑的結構特征

表面活性劑的種類很多，但它們的分子結構有一個共同特點，即表面活性劑分子都是兩親化合物。分子結構由兩部分組成，一部分易溶于水，是具有親水性質的極性基團，稱為親水基；另一部分不溶于水而易溶于油，是具有親油性質的非極性基團，稱為親油基，又稱疏水基或憎水基。表面活性劑的這種結構特征可用圖2-4表示。表面活性劑的親油基一般由長鏈烴基構成，結構上差別較小，而親水基部分的基團種類繁多，差別較大。

（三）表面活性劑溶液的性質

表面活性劑溶于水中時，其特有的兩親結構中的親水基被水分子吸引而留在水中，疏水基與水分子排斥而指向空氣，這使得表面活性劑分子有排列在液體表面的趨勢，在水和空氣界面上形成定向吸附，吸附作用的結果使原來空氣——水的界面逐步被空氣——疏水基的界面所代替，從而使溶液的表面張力大大降低，如圖2-5（a）所示。

如果使表面活性劑的濃度增加到一定程度，則在空氣——水的界面上聚集了更多的表面活性劑分子，并毫無間隙地密布于界面上，形成一緊密的單分子膜，即界面吸附達到飽和狀態。此時空氣——水的界面完全被空氣——疏水基的界面所代替，使溶液的表面張力降至最低值，接近于油的表面張力。

繼續增加表面活性劑的濃度，溶液的表面張力不再繼續下降，而在溶液內部的表面活性劑分子則相互聚集在一起，形成疏水基向內，親水基向外的膠束，如圖2-5（b）所示。表面活性劑形成膠束所需要的最低濃度稱為臨界膠束濃度（簡稱CMC）。當表面活性劑濃度大于臨界膠束濃度時，膠束數量隨之增加，但水溶液的表面張力不會降低。不同的表面活性劑具有不同的臨界膠束濃度，CMC除與表面活性劑本身的結構有關外，還受溫度、電解質的加入等外界因素的影響。

表面活性劑的CMC是一個重要的指標，溶液的某些重要性質如電導率、折光率、滲透壓、蒸汽壓、密度、黏度、表面張力及洗滌作用等，在CMC前后都有顯著的變化。因此，使用表面活性劑時，其濃度應稍大于CMC，才能充分發揮其作用。表面活性劑的CMC一般不高，多在0.02%～0.4%之間。

二、表面活性劑的基本作用

表面活性劑在染整加工中應用十分廣泛。下面就表面活性劑的潤濕、滲透、乳化、分散、增溶、洗滌、起泡和消泡等作用原理加以討論。

（一）潤濕和滲透作用

在一塊潔凈的玻璃上滴一滴水，水滴在玻璃表面上迅速展開，這種現象說明水能潤濕玻璃。若在玻璃表面涂上一層薄薄的石蠟，則水滴仍保持球狀而不在石蠟表面展開，說明水不能潤濕石蠟表面。如果在石蠟表面滴一滴含有少量滲透劑JFC等表面活性劑的水溶液，則石蠟表面也能被水溶液潤濕，這種情況下表面活性劑所起的作用稱為潤濕作用。

將水滴滴在坯布上，水滴呈球狀，也屬于不潤濕。若將含有少量滲透劑JFC等表面活性劑的水溶液滴在坯布上，則水滴很快在坯布上展開并滲透到坯布的內部，把空氣取代出去，這種情況下表面活性劑所起的作用稱為滲透作用。

潤濕作用與滲透作用并無本質上的區別。前者作用在物體的表面，后者作用在物體內部，兩者可使用相同的表面活性劑，因而潤濕劑也可稱為滲透劑。

表面活性劑之所以具有潤濕和滲透作用，是由于表面活性劑顯著地降低了水的表面張力的緣故。下面就液滴在固體平面上的潤濕作一簡要分析。液滴在固體平面上達到平衡時的情況如圖2-6所示。

設O點是空氣、液滴和固體三相交界處上的任意一點，該點受到固體表面張力γS，液體表面張力γL和固—液界面張力γSL的作用。自O點沿液滴表面作一切線，該切線與固體平面的夾角θ稱為接觸角。當液滴在固體平面上平衡時，若忽略液滴重力的影響，作用于O點上的力應保持下面關系：

式（2-1）也叫潤濕方程。

接觸角可以衡量液體對固體的潤濕程度。潤濕越好，液滴在固體表面展開得越大，接觸角越小；潤濕越差，液滴在固體表面展開得越小，接觸角越大。即：

當θ=0時，液滴在固體表面鋪展，稱為完全潤濕；

θ=180°時，液滴呈球狀，稱為完全不潤濕；

0＜θ＜90°時，液滴在固體表面上呈凸透鏡狀，稱為潤濕；

θ＞90°時，稱不潤濕。

由式（2-1）可知，θ受三個力γS、γSL和γL支配。其中固體表面張力γS為一常數，由固體的種類決定。因此，γL和γSL越小，cosθ越大，θ越小，越有利于潤濕。當水中加入表面活性劑，一方面，水的表面張力γL顯著下降，另一方面，表面活性劑還能在水和固體的界面上起著類似橋梁的作用，增加了兩者之間的相互吸引力，從而使固——液界面張力γSL降低。從潤濕方程可以看出，這將使θ減小，故能顯著提高對固體的潤濕性。

但是，織物與一般固體平面不同，它是一個多孔體系，在織物內部、紗線之間、纖維之間，甚至纖維的巨原纖之間都分布著無數相互貫通、大小不同的毛細管。在印染加工過程中，織物的潤濕情況往往用毛細管效應來衡量。在典型的毛細管效應中，液柱在毛細管中的向上拉力在數值上與液柱壓力P相等。液柱壓力P和液體表面張力γL、潤濕角θ、毛細管半徑r間的關系如下：

由式（2 2）可知，若液體能潤濕管壁，θ＜90°，cosθ＞0，P為正值，液體能在毛細管內上升。如果液體對管壁的潤濕情況很差，θ＞90°，cosθ＜0，P為負值，則液體在毛細管內不能上升。要使管內液面上升，需借助于潤濕劑的作用。由式（2-1）和式（2-2）可得P=2（γS-γSL）/r，潤濕劑可以降低γSL，使P值增大，從而增進了織物的潤濕性能。對織物來說，只要能產生良好的潤濕，液體便能通過相互貫通的毛細管自動發生滲透作用，從而有利于染整加工的進行。以上討論是大大簡化了的情況，由于纖維表面并不是平滑的，織物的空隙也不是規則有序的，因此織物潤濕的實際情況要復雜得多。

（二）乳化和分散作用

將一種液體以極細小的液滴均勻分散在另一種與其互不相溶的液體中所形成的分散體系，稱為乳液或乳狀液，這種作用稱為乳化作用。將不溶性固體物質的微小粒子均勻地分散在液體中所形成的分散體系，稱為分散液或懸浮液，這種作用稱為分散作用。乳液和分散液的分散介質均為液體，只不過前者的內相（分散相）為液體，而后者的內相（分散相）為固體。

乳液有兩種類型，一種是油呈細小的液滴分散在水中，水是連續相（外相），油是不連續相，稱為水包油型或油/水型，以O/W表示；另一種是水呈細小的液滴分散在油中，油是連續相（外相），而水是不連續相，稱為油包水型或水/油型，以W/O表示。在一定情況下，兩者可以相互轉化，稱為轉相。在染整加工中以油/水型乳液應用較廣，下面重點討論這方面的內容。

油和水接觸時，兩者分層，不能相溶。如果加以攪拌或振動，雖然油能變成液滴分散在水中，但由于兩者的接觸面積增加，表面能增大，從能量最低原理來看是一種很不穩定的體系，較小的油滴在相互碰撞時有自動聚集成較大油滴而減小其表面能的傾向，以致一旦停止攪拌或振蕩，不需要靜置多久，便又重新分為兩層。因此乳液分層是一個自發過程。如果在油、水中加入一定量適當的表面活性劑（乳化劑），再加以攪拌或振蕩，由于乳化劑在油——水界面上產生定向吸附，親水基伸向水，親油基伸向油，把兩相聯系起來，使體系的界面能下降，在降低界面張力的同時，乳化劑分子緊密地吸附在油滴周圍，形成具有一定機械強度的吸附膜。當油滴碰撞時，吸附膜能阻止油滴的聚集。如果選用離子型的乳化劑，還會在油——水界面上形成雙電層和水化層，都可防止油滴的相互聚集，從而使乳液穩定。如乳化劑肥皂在水包油型乳液中，肥皂分子的親水基—COONa電離，使油滴周圍帶負電，而Na+分布在其周圍，形成雙電層。由于油滴的雙電層間有排斥作用，可防止油滴的互相聚集，使乳液穩定。肥皂作乳化劑時，其乳液情況如圖2-7所示。若使用非離子型乳化劑，則會在油滴周圍形成比較牢固的水化層，也具有類似的作用。

（三）增溶作用

一些非極性的碳氫化合物如苯、礦物油等在水中的溶解度是非常小的，但卻可以溶解在表面活性劑的膠束中，形成類似于透明的真溶液。表面活性劑的這種作用稱為增溶作用。增溶作用實際上是根據性質相似相溶原理，使非極性的碳氫化合物溶解于膠束內疏水基團集中的地方。增溶與真正的溶解不同，真正的溶解是使溶質分散成分子或離子，而增溶則是以分子聚集體溶入的。

（四）洗滌作用

某些表面活性劑具有良好的洗滌去污能力，常被用作洗滌劑。但到目前為止，人們對洗滌作用的本質尚未徹底了解清楚，亦未能較精確地描述。通常將對織物洗滌作用的基本過程用下面的關系式描述：

洗滌過程中，織物浸在含有洗滌劑的水溶液中，洗滌劑與污垢、污垢與固體表面之間發生一系列物理化學作用（潤濕、滲透、乳化、增溶、分散和起泡等），并借助于機械攪動或揉搓作用，使污垢從織物表面脫離下來，分散、懸浮于水溶液中，再經漂洗除去，這是洗滌的主過程。洗滌過程是一個可逆過程，分散、懸浮于水溶液中的污垢也有可能從水溶液中重新沉積于織物表面，使織物變臟，這種現象稱為污垢再沉積（或織物再沾污）。因此，一種優良的洗滌劑應具備兩種作用：一是降低污垢與織物表面的結合力，具有使污垢脫離織物表面的能力；二是具有防止污垢再沉積的能力。

一般污垢可分為固體污垢（如塵土、砂、鐵銹等）和液體污垢（如動、植物油和礦物油），兩種污垢經常出現在一起，以混合污垢形式沾污織物。一般情況下，污垢與織物表面接觸后不再分開，通過機械力、分子間力和化學鍵力三種方式中的一種或幾種黏附于織物表面，而不同材料的織物表面與不同性質的污垢有不同的黏附強度。

固體污垢的去除主要是靠表面活性劑在固體質點（污垢）及織物表面吸附，使兩者所帶電荷相同，從而在兩者之間發生排斥，特別是陰離子表面活性劑能增強纖維和污垢的負電荷，增加斥力，使黏附強度減弱，固體質點（污垢）變得易于從織物上去除。一般說來，固體污垢的質點越小，越不易去除。上述作用適用于無機固體污垢，對于有機固體污垢的去除，可用擴散溶脹機理來解釋：表面活性劑與水分子滲入有機固體污垢后不斷擴散，并使污垢發生溶脹、軟化，再經機械作用，在水流沖擊下脫落下來，經乳化洗除掉。

液體污垢及混合污垢是以鋪展的油膜形式黏附于織物表面上的油性物質污垢，在洗滌時，由于洗滌劑的潤濕作用，使其逐漸卷縮成油珠，然后在機械作用下脫離織物表面，如圖2-8所示。圖中θ為油污膜在水中的接觸角，γWO、γSW和γSO分別為油—水、固—水、固—油的界面張力。

設織物表面為平滑的固體表面，由圖2-8（a）可以看出，平衡時滿足下列關系式：

在水中加入洗滌劑，由于洗滌劑中的表面活性劑在固體表面和油污表面上吸附，使γSW和γWO降低，而γSO未變。為維持新的平衡，cosθ值必須增大，即接觸角θ從小于90°變為大于90°。在某種適宜條件下，接觸角接近180°，即洗滌劑幾乎完全潤濕固體表面時，油污膜變為油珠自行脫離，從固體表面除去。接觸角90°＜θ＜180°時，油珠在液流沖帶下亦可完全除去，如圖2-9（a）所示。若液體油污與固體表面的接觸角小于90°，即使有運動液流的沖擊，仍有少部分油污殘留于表面，如圖2-9（b）所示。要除去殘留的油污，需施以更大的洗液沖擊力，或通過表面活性劑膠束的增溶作用來實現。

在實際洗滌中，衣物材料和油性污垢對表面活性劑的吸附量與去污效果有密切關系。當表面活性劑在油污上的吸附量大于在衣物材料上的吸附量時，γWO較γSO降低得很顯著，油污容易去除。

衣物表面是不平整的，當油污進入穴孔時，即使θ為180°，油污也不會被除掉。

（五）起泡和消泡作用

氣體分散在液體中所形成的分散體系稱為泡沫。泡沫實際上是由少量液體薄膜包圍著氣體所組成的氣泡聚集體。用力攪拌水時雖有氣泡產生，但這種氣泡是不穩定的，一旦停止攪拌，則氣泡立即消失。這是因為空氣—水界面張力大，相互之間的作用力小，氣泡很容易被內部的空氣沖破。若液體中含有表面活性劑，則形成的液膜不易破裂，因此在攪拌時就可以形成大量泡沫。例如，肥皂的水溶液經攪拌或吹入空氣就可以形成較穩定的泡沫。

泡沫的形成是由于空氣進入表面活性劑溶液中的瞬間而形成的疏水基伸向氣泡內部，親水基指向液相的具有一定強度的吸附膜。被吸附的表面活性劑對液膜有保護作用，使生成的泡沫比較穩定。形成的泡沫密度小于溶液密度而上升至液面。如果條件適當，當氣泡溢出液面時，便形成雙分子膜。被雙分子膜包圍起來的氣泡浮于液面，甚至釋入空氣中。如圖2-10所示。

在染整加工中起泡作用有其有利的一面，比如泡沫能增強洗滌劑的攜污能力，減少再沾污現象，對洗滌起到一定的輔助作用。但在一般染整加工中，染液、色漿中的泡沫會造成染色和印花疵病，需加消泡劑破壞或抑制泡沫。消泡有兩種方式，一種是破泡，即將生成的泡沫破除；另一種是抑泡，即抑制泡沫的產生。工業上常用的消泡劑都是表面張力小、易于在溶液表面鋪展的液體。其消泡機理一般認為是由于消泡劑在液膜表面鋪展時，會帶走鄰近表面的一層溶液，使液膜局部變薄，表面張力分布不勻，產生薄弱環節，從而使液膜破裂，泡沫消失。

表面活性劑除了具有上述主要作用外，還有其他一些派生作用，如柔軟、勻染、抗靜電、殺菌防霉等作用，將在本書后面有關章節中論及。

三、表面活性劑的分類和常用表面活性劑的性能

表面活性劑的種類很多，分類方法也各不相同，如按溶解性分類，按相對分子質量分類，按用途分類等。但最常用的是按表面活性劑的親水基在水中是否離解以及離解后的離子類型來分類。

表面活性劑溶于水后，按離解和不離解分為離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑兩大類。前者又可按其在水中生成的離子種類分為陰離子型、陽離子型和兩性離子型表面活性劑。此外，還有一些特殊類型的表面活性劑。

（一）陰離子表面活性劑

陰離子表面活性劑是表面活性劑中的一個大類。近年來，聚氧乙烯型非離子表面活性劑的發展較快，使陰離子表面活性劑的使用量有所降低，但仍占表面活性劑總量的40%以上。

陰離子表面活性劑是指在溶液中離解后，親水基團帶有負電荷的一類表面活性劑，主要用作乳化劑、擴散劑、滲透劑、潤濕劑、凈洗劑等，按親水基的不同可分為羧酸鹽類、硫酸酯鹽類、磺酸鹽類、磷酸酯鹽類四大類。

1.羧酸鹽類

這類表面活性劑的親水基是羧基（—COO），根據親油基與親水基的連接方式可分為兩類，一類是親油基與親水基直接相連，另一類是親油基與羧基通過中間鍵如酰胺鍵相連。

（1）脂肪羧酸鹽。這類表面活性劑也稱為皂，如最常用的肥皂，結構通式為R—COONa，在軟水中具有豐富的泡沫和良好的洗滌能力，但在硬水中會與鈣、鎂離子形成不溶性的鈣皂、鎂皂，不僅洗滌能力降低，還會再沾污洗滌物，不耐硬水是其最大的弱點。當pH＜7時，皂類表面活性劑會生成不溶性的游離脂肪酸，因此，只能在中性或堿性條件下使用。皂類表面活性劑除用作洗滌劑外，還具有乳化、潤濕、起泡等作用。

（2）烷基酰胺羧酸鹽。這類表面活性劑的中間鍵為酰胺鍵，酰胺鍵增加了分子中親水基的總數，可以提高抗硬水性能。如雷米邦A（洗滌劑613），對鈣皂有很好的分散能力，耐堿、耐硬水，可作為乳化劑、分散劑和洗滌劑，但在酸性介質中易分解。其結構式如下：

（3）烷基醚羧酸鹽。這類表面活性劑既可以歸為陰離子表面活性劑，也可以歸為非離子表面活性劑，在酸性介質中具有非離子的特征，在中性和堿性范圍內具有陰離子羧酸鹽的特征，抗硬水能力強，是優良的乳化劑，也是洗滌劑、分散劑、抗靜電劑、潤濕劑和滲透劑的主要成分。其結構式為：

2.硫酸酯鹽

（1）脂肪醇硫酸鹽。這類表面活性劑的結構通式為：ROSO3M+，其中，R為烷基，M+為堿金屬離子或銨離子，具有優良的潤濕、乳化、去污性能，可用作潤濕劑和洗滌劑。

（2）仲烷基硫酸鹽。這類表面活性劑的結構通式為：R1C（R2）HOSO3Na，潤濕性和洗滌性好，可用作洗滌劑、潤濕劑、分散劑等。

（3）脂肪醇醚硫酸鹽。這類表面活性劑的抗硬水性能大大提高，潤濕性較好，主要用于洗滌劑，其結構通式為：

3.磺酸鹽類

磺酸鹽類表面活性劑是陰離子表面活性劑中品種最多，產量最大的一類產品。這類表面活性劑的結構與硫酸酯鹽類不同，不會像硫酸酯鹽類那樣發生水解。此外，由于磺酸系強酸，有較強的親水性，所以，即使在酸性介質中也不會分解影響溶解度。

（1）烷基磺酸鈉（凈洗劑AS）。烷基磺酸鈉的分子結構可用如下通式表示：

烷基磺酸鈉的表面活性強，具有良好的潤濕、乳化、分散和去污能力，被廣泛用作柔軟劑、勻染劑和乳化劑等。

（2）烷基苯磺酸鈉。其分子結構可用如下通式表示：

R為C10～C16的直鏈或支鏈烴基，其中以C12占多數，因此又常稱為十二烷基苯磺酸鈉。十二烷基苯磺酸鈉對酸、堿和硬水都很穩定，乳化和洗滌能力均較烷基磺酸鈉強，主要用作洗滌劑，是家用洗衣粉、液體洗滌劑和工業洗滌劑的最主要的活性成分。十二烷基苯磺酸鈉的堿性比烷基磺酸鈉低，可用于棉織物、毛織物和絲織物的洗滌，其去污能力是合成洗滌劑中較強的一種，但攜污能力比肥皂低。

（3）烷基萘磺酸鹽的甲醛縮合物。這類表面活性劑中最常見的是分散劑NNO。分散劑NNO又名擴散劑NNO，學名為亞甲基雙萘磺酸鈉，其結構式為：

分散劑NNO易溶于水，對酸、堿、硬水及鹽穩定，無滲透性和起泡性，具有很好的分散性能。分散劑NNO是一種特異的陰離子表面活性劑，能將各種固體粒子分散于水中，主要用于還原染料懸浮體軋染、隱色體染色、分散染料和可溶性還原染料染色的分散劑和印花色漿的穩定劑，在染料工業中用作分散染料的分散劑。

（4）木質素磺酸鹽。木質素磺酸鹽是原木造紙亞硫酸制漿過程中廢水的主要成分，結構相當復雜，主要用作分散染料和還原染料的擴散劑、勻染劑，具有分散性好，耐熱穩定性高，泡沫少，沾色低，還原性低等優點。

（5）磺酸基與疏水基通過連接基連接的磺酸鹽表面活性劑。這類表面活性劑常用的主要有下面兩種。

①胰加漂T（209洗滌劑）：胰加漂T的學名為N, N′油酰甲基牛磺酸鈉，其結構式為：

胰加漂T易溶于水，呈中性，對硬水、酸、堿、雙氧水及次氯酸鈉等均較穩定，具有優良的潤濕、滲透、乳化、洗滌以及對鈣皂的分散能力，尤其是洗滌能力更為突出，主要用于洗呢、縮呢、染色及絲綢精練處理。

②滲透劑T：滲透劑T又稱快速滲透劑T，學名為琥珀酸二異辛酯磺酸鈉，其結構式如下：

滲透劑T可溶于水，水溶液呈乳白色，由于其分子結構中含有酯基，因而不耐強酸、強堿、還原劑和重金屬鹽。滲透劑T分子中的親水基位于疏水基之間，具有良好的滲透性，且滲透迅速而均勻。

（6）磷酸酯鹽類。磷酸酯鹽類表面活性劑包括烷基磷酸單酯、雙酯鹽，脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸單酯、雙酯鹽和烷基酚聚氧乙烯醚磷酸單酯、雙酯鹽。脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸單酯鈉鹽的分子結構可用如下通式表示：

這類表面活性劑具有優良的分散、滲透、洗滌性能，起泡力小，耐堿、耐硬水、耐高溫，并耐還原劑和氧化劑，生物降解性好，刺激性低，主要用于棉及其混紡織物的高溫高壓煮練，也具有優良的抗靜電性能，被廣泛用于化纖油劑的抗靜電劑。

（二）陽離子表面活性劑

陽離子表面活性劑指在溶液中離解后，親水基團是帶有正電荷的一類表面活性劑。陽離子表面活性劑的親水基主要為氮原子，也有磷、硫等原子，親水基可以直接與疏水基相連，也可以通過酯鍵、醚鍵和酰胺鍵相連。

陽離子表面活性劑一般不作洗滌劑，因為被洗滌物的表面通常帶有負電荷，而陽離子表面活性劑帶正電荷，由于靜電引力，陽離子表面活性劑會在織物表面形成親水基向內，非極性疏水基向外的排列，結果使織物表面疏水而不利于洗滌，甚至有反作用。但這種特性有許多特殊用途，可以作為抗靜電劑、柔軟劑。

在陽離子表面活性劑中，最重要的是含氮的表面活性劑。根據氮原子在分子中的位置，可以分為直鏈烷基胺鹽、季銨鹽和環狀的吡啶型、咪唑啉型四類。

1.烷基胺鹽類

各類伯、仲、叔胺與酸反應后得到的胺鹽都是陽離子表面活性劑，其結構式如下：

其中R為C12～C18的烷基，R1，R2一般為CH3，HX為無機酸或有機酸。這類產品可用作分散劑、乳化劑、抗靜電劑、固色劑和柔軟劑等。但烷基胺鹽類表面活性劑遇堿會析出不溶于水的原料胺。

如薩帕明A，主要用作柔軟劑，其結構式為：

2.季銨鹽類

這類表面活性劑的結構式如下：

季銨鹽類表面活性劑的水溶性與碳鏈長度和長碳鏈的個數有關，含有一個長鏈烷基的季銨鹽能溶于水，含有兩個長鏈烷基的季銨鹽不能溶于水。這類表面活性劑柔軟性好，殺菌力強，廣泛用作纖維的柔軟劑、抗靜電劑、抗菌劑和防水劑。其中，單長鏈烷基的季銨鹽主要用作抗靜電劑、抗菌劑，雙長鏈烷基的季銨鹽主要用作織物的柔軟劑。

勻染劑1227為十二烷基二甲基芐基氯化銨，結構式為：

勻染劑1227溶于水，耐酸、硬水和無機鹽，但不耐堿，可與非離子表面活性劑同浴使用，但不能與陰離子染料或陰離子表面活性劑同浴使用。1227在陽離子染料腈綸染色中作為勻染劑，并具有柔軟、平滑和抗靜電作用，此外，還可用作消毒殺菌劑。

抗靜電劑SN為十八烷基二甲基羥乙基季銨硝酸鹽，其結構式為：

抗靜電劑SN易溶于水，對5%的酸、堿穩定，但不耐高溫，當溫度升至180℃以上時會分解，可與陽離子、非離子表面活性劑混用，但不宜與陰離子表面活性劑混用。具有優良的靜電消除作用，常用作合成纖維及其混紡織物的抗靜電劑。

3.雜環類陽離子表面活性劑

這類表面活性劑的分子中含有咪唑啉、嗎啉、吡啶等雜環，主要用作織物的柔軟劑、染料固色劑、殺菌劑和防水劑。

防水劑PF屬于這類表面活性劑，化學組成為亞甲基硬脂酰胺氯化吡啶鹽，結構式為：

防水劑PF能耐酸和硬水，但不耐堿及大量的硫酸鹽、磷酸鹽等無機鹽，不耐100℃以上的高溫，可與陽離子、非離子表面活性劑及樹脂初縮體混用，不能與陰離子染料或陰離子表面活性劑混用。防水劑PF具有活性基團，能與纖維素纖維上的羥基發生化學反應通過共價鍵結合，從而賦予織物耐久的防水效果和柔軟性能。

（三）非離子表面活性劑

非離子表面活性劑在水溶液中不能電離，親水基團不帶電荷，其表面活性是由分子中的極性部分和非極性部分體現出來的。它的親水性由分子中含有的多個極性基團如羥基、醚基、氨基、酰胺基和酯基的水合作用提供，親油性由分子中的疏水性基團提供。當分子中含有足夠多的極性結構單元時，非離子表面活性劑通過氫鍵獲得水溶性。

非離子表面活性劑在水溶液中以分子狀態存在，穩定性高，不易受強電解質的影響，耐酸、堿，與其他類型的表面活性劑相容性好，在水及有機溶劑中均具有良好的溶解性，在固體表面不發生強烈吸附。具有良好的洗滌、分散、乳化、潤濕、發泡、增溶、抗靜電、勻染等作用，廣泛應用于染整加工的各個工序。

非離子表面活性劑按親水基的不同可分為聚乙二醇型和多元醇型兩大類，本節簡要介紹聚乙二醇型非離子表面活性劑。

1.聚乙二醇型非離子表面活性劑

（1）脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）類。這類表面活性劑的結構通式為R（OCH2CH2）nOH，其中R=C10～C18，是非離子表面活性劑中最重要的一類產品。環氧乙烷（EO）的加成數n對表面活性劑的性質有極大影響，加成數小的，難溶于水，隨著加成數的增加，溶解度增大。這類表面活性劑一般用作洗滌劑、勻染劑、乳化劑、剝色劑、紡絲油劑等。當n較小時，適用于纖維素纖維的洗滌；n為中等時，適用于羊毛的凈洗、潤濕和礦物油的乳化；n較大時，適用于作精練、漂白、染色助劑，鈣皂分散劑，乳化劑。

滲透劑JFC是脂肪醇與環氧乙烷的加成物，其結構式為：

滲透劑JFC易溶于水，能耐酸、堿、硬水、次氯酸鈉和重金屬鹽，具有良好的潤濕滲透性能，可與各類表面活性劑、染料及樹脂初縮體同浴使用，主要用作滲透劑。

平平加O是十八烯醇或十八醇與環氧乙烷的加成物，其結構式為：

勻染劑O是十二醇與環氧乙烷的加成物，其結構式為：

平平加O與勻染劑O的性質極為相似，都易溶于水，對酸、堿、硬水和重金屬鹽都很穩定，對各種纖維無親和力，但對各種染料都有較強的勻染性和緩染性，也具有優良的乳化、分散性能，可與各類表面活性劑和染料同浴使用。

平平加O在染整加工中應用較廣，可用作乳化劑、勻染劑、分散劑、剝色劑、防染劑等。勻染劑O可用作勻染劑和潤濕劑等。

有機硅型高效分散劑WA的結構式為：

具有低泡性、高分散力，對懸浮液和乳狀液的穩定性有特效，能防止染色時染料的聚集，也經常用作真絲的精練助劑。

（2）烷基酚聚氧乙烯醚（APEO）類。烷基酚聚氧乙烯醚的結構通式為：

在非離子表面活性劑中的重要性僅次于脂肪醇聚氧乙烯醚，乳化劑OP或TX系列就屬于這類表面活性劑。

與脂肪醇聚氧乙烯醚相似，烷基酚聚氧乙烯醚分子中的環氧乙烷加成數n的大小直接決定它的物化性質和表面活性。當n=1～6，在水中不易溶解，為脂溶性；n＞8，可溶于水；n=8～10，表面張力可降低很多，潤濕性和去污力都好，乳化性也不錯，用途廣泛；n＞10，表面張力逐漸升高，潤濕性和去污力逐漸下降。

乳化劑OP又稱勻染劑OP，是烷基酚與環氧乙烷的加成物，其結構式為：

乳化劑OP易溶于水，對酸、堿、硬水、氧化劑、還原劑和重金屬鹽都很穩定，具有優良的潤濕、滲透、乳化、分散、助溶、洗滌和勻染等性能，可與各類表面活性劑和染料、樹脂初縮體等混用，在染整加工中應用較廣泛，可用作乳化劑、勻染劑、分散劑、洗滌劑等。

但烷基酚聚氧乙烯醚具有較強的生物毒性。以聚合度為9～10的壬基酚聚氧乙烯醚為例，其LD50（半數致死量）為1600mg/kg，對藻類的ECD50為50mg/L，對水蚤的ECD50為42mg/L。同時烷基酚聚氧乙烯醚對魚類毒性很大，已接近強毒性。而且，烷基酚聚氧乙烯醚的聚合度越低，其毒性和環境激素效應越強。

烷基酚聚氧乙烯醚的生物降解性非常緩慢，其初始生物降解度僅為4%～40%，而且其降解產物對環境具有潛在的威脅。

烷基酚聚氧乙烯醚具有環境激素效應，是被國際列為禁止使用的70種環境激素之一。此外，烷基酚聚氧乙烯醚對人的皮膚和眼睛也有一定的刺激性，會對人身體健康造成危害。

（3）脂肪酸聚氧乙烯酯。這類表面活性劑的結構通式為RCOO（CH2CH2O）nH，水溶性隨著環氧乙烷加成數n的增大而增加，當n=15時即有較好的水溶性。這類表面活性劑中含有酯鍵，不耐水解，而且潤濕性和去污性也較前兩類表面活性劑差，主要用作乳化劑、分散劑、柔軟劑和纖維油劑。

（4）聚氧乙烯脂肪胺。聚氧乙烯脂肪胺是由胺與環氧乙烷進行反應后得到的一類表面活性劑。低加成數的聚氧乙烯脂肪胺具有陽離子表面活性劑的一些特性，如耐酸，不耐堿，有一定的殺菌力。隨著環氧乙烷加成數的增加，非離子表面活性劑的特性逐漸顯露出來。如勻染劑DA，是羊毛和錦綸染色優異的勻染劑，其結構式如下（p+q=15）：

（5）聚氧乙烯脂肪酰胺。聚氧乙烯脂肪酰胺的結構通式為：

當n=m=1時為烷醇酰胺，是聚氧乙烯脂肪酰胺中最簡單的品種，也是最重要的品種之一，凈洗劑6501、凈洗劑6502就屬于這一類。這類表面活性劑具有較強的脫脂性，對纖維的吸附性強，洗后手感好，具有一定的抗靜電作用，可用作柔軟劑、抗靜電劑和洗滌劑中的添加劑。

（6）聚醚型非離子表面活性劑。聚醚型非離子表面活性劑是近年來新發展起來的一類高分子表面活性劑，相對分子質量在數千以上，親水基和疏水基可根據要求加長或縮短，其分子結構通式可表示為：

R為烷基，X=O、COO等，b＞15，（C2H4O）a+c為化合物總質量的10%～80%，a可以為零。聚醚型非離子表面活性劑具有良好的低泡、潤濕、滲透、乳化、分散、洗滌等性能，對酸、堿和硬水較穩定，可用作乳化劑和絲、棉及其混紡織物前處理的潤濕劑、滲透劑。

2.非離子表面活性劑的性能

（1）協同效應。非離子表面活性劑由于在水中不電離，因而混溶性較好，能與陰離子、陽離子表面活性劑同浴使用，混用后可明顯提高其性能，這種現象稱為“協同效應”。染整加工中使用的許多助劑都是非離子型表面活性劑與陰、陽離子表面活性劑的復配物，目前以非離子表面活性劑與陰離子表面活性劑復配為主。

（2）濁點。聚乙二醇型非離子表面活性劑是由既含有疏水基（烴基）又含有活潑H原子的化合物（如R-OH、RCONH2、RCOOH等）與多個環氧乙烷進行加成反應制得的含有聚氧乙烯醚（CH2CH2O）n的化合物。在水溶液中，聚氧乙烯分子鏈呈曲折狀，親水性的醚鍵處于分子鏈的外側，疏水性的亞甲基處于分子鏈的內側，這樣的結構使水分子易于與外側的醚鍵形成氫鍵結合（圖2-11）。分子中的氧乙烯基越多，醚鍵越多，親水性越強，從而表現出較大的水溶性。由于醚鍵與水分子形成氫鍵是放熱反應，且這種氫鍵結合力很弱，當溫度升高后，水分子的熱運動加劇，導致氫鍵斷裂，水分子逐漸脫離醚鍵，表面活性劑在水中的溶解度逐漸降低。當溫度升高到一定程度時，表面活性劑成為另一相析出，從而產生混濁。這種現象稱為“濁點”。慢慢加熱聚乙二醇型非離子表面活性劑的水溶液（濃度為0.5%～2.0%），當溶液由透明轉變為混濁時的溫度稱為該表面活性劑的濁點。濁點是反映聚氧乙烯型非離子表面活性劑親水性能的一個重要指標，當溫度高于濁點，此類表面活性劑不溶于水，當溫度低于濁點則溶于水。所以聚乙二醇型非離子表面活性劑的使用溫度必須控制在濁點以下。

（3）HLB值。表面活性劑親水性的強弱主要決定于疏水基疏水性的大小和親水基親水性的大小。由于疏水基多由長鏈烴基構成，結構上差別較小，當表面活性劑親水基不變時，疏水基越大，即相對分子質量越大，則水溶性越差。但親水基的親水性大小主要由親水基種類決定，不能用相對分子質量來衡量，如COONa和SO3Na的親水性大小顯然無法用相對分子質量大小來衡量。但對于聚乙二醇型非離子表面活性劑來說，顯然親水基聚氧乙烯基的相對分子質量越大，表面活性劑的親水性也越大。葛里芬（W.C.Griffin）提出采用親水親油平衡值（又稱親疏平衡值，簡稱HLB值）來衡量表面活性劑的親水、疏水性能。聚乙二醇型非離子表面活性劑的HLB值可用下式計算：

石蠟無親水基，HLB=0；聚乙二醇無疏水基，HLB=20。所以聚乙二醇型非離子表面活性劑的HLB值介于0～20之間。

（四）兩性表面活性劑

兩性表面活性劑是指在溶液中離解后，親水基團既帶有負電荷又帶有正電荷的一類表面活性劑。兩性表面活性劑分子與單一的陰離子型或陽離子型表面活性劑不同，在分子的一端同時存在酸性基和堿性基，酸性基大多是羧基、磺酸基或磷酸基，堿性基則為胺基或季銨基，它能與陰離子、陽離子、非離子表面活性劑混配，耐酸、堿、鹽，耐硬水，鈣皂分散能力強。

兩性表面活性劑以其獨特的多功能著稱，除了具有良好的表面活性和去污、乳化、分散性能以外，還具有抗菌、抗靜電和柔軟性能，刺激性低，生物降解性好，并能使帶正電荷或負電荷的物體表面成為親水性。此外，兩性表面活性劑還有良好的配伍性和低毒性，使用十分安全，因此發展很快。

兩性表面活性劑按其結構可以分為氨基羧酸型、甜菜堿型和咪唑啉型等幾類，本節僅對甜菜堿型兩性表面活性劑作一簡單介紹。

甜菜堿是從甜菜中提取出來的天然含氮有機化合物，化學名稱為三甲基乙酸銨，分子式為：（CH3）3N+CH2COO-。天然甜菜堿不具有表面活性，只有當其中的一個甲基被長鏈烷基取代后才具有表面活性，這類物質稱為甜菜堿型兩性表面活性劑，包括羧酸基甜菜堿、磺酸基甜菜堿，其中最典型的是N烷基二甲基甜菜堿。

與其他兩性表面活性劑不同，甜菜堿型兩性表面活性劑在堿性溶液中不具有陰離子性，等電點時也不會降低水溶性而沉淀，它們在較寬的pH范圍內都有較好的水溶性，與其他陰離子表面活性劑的混溶性也較好，在強電介質中也有較好的溶解度，且耐硬水。

磺酸基甜菜堿在應用上有許多優點，在硬水中，其潤濕性、起泡性和去污性均較好，尤其與肥皂等陰離子表面活性劑混合使用時，具有良好的協同作用，即使用量很少，效果也很顯著。甜菜堿型兩性表面活性劑的抗靜電性能優良，還具有消毒殺菌作用。

兩性表面活性劑在染整加工中可以用作柔軟劑、抗靜電劑和金屬絡合染料的勻染劑等。抗靜電劑BS-12的化學名稱為十二烷基二甲基乙羧基季銨鹽，結構式為：

BS-12易溶于水，耐酸、堿和硬水，可與各種表面活性劑混用，具有抗靜電、去污、穩泡、柔軟和鈣皂分散以及防銹、殺菌等作用，可用作抗靜電劑、柔軟劑、殺菌消毒劑和縮絨劑。

（五）特種表面活性劑

除了上述四大類常用表面活性劑以外，還有一些特殊類型的表面活性劑，稱之為特種表面活性劑。這類表面活性劑主要有硅表面活性劑、含氟表面活性劑、天然高分子表面活性劑和生物表面活性劑等。特種表面活性劑雖然在整個表面活性劑中數量不大，但用途特殊，頗為人們重視，近年來已開發出許多品種，在染整加工中常用作柔軟劑、滲透劑、消泡劑、易去污整理劑、拒水拒油整理劑和抗靜電整理劑等。