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1、染整助劑之原理與應用,技 術 研 討 會,目 錄,一、界面活性劑之原理1.界面活性劑之定義與分類2.界面活性劑之特性3.界面活性劑之應用4.乳化與分散5.滲透二、前處理工程1.退漿2.精練,三、染色工程1.均染2.固色3.皂洗及還原劑四、後整理加工1.撥水加工2.吸水加工3.柔軟加工,一、界面活性劑之原理,1.界面活性劑之定義與分類1.1界面活性劑之定義界面活性劑係一種兩性分子，同時具有親水基與疏水基的結構，以能降低表面張力為其主要特徵。具有起泡、乳化、分散、濕潤、清潔、平滑、柔軟等作用。,1.2界面活性劑之分類,界面活性劑之特性2.1界面微胞濃度(cmc,critical micell co
2、ncentration),親水基部份的分子量HLB=界面活性劑的分子量例:NP-104410HLB=20=13.3 220+4410,2.2HLB值,2.3濁點(Cloud Point),當聚乙二醇型界面活性劑之水溶液加熱時，隨著溫度的上升，結合的水分子開始逐步脫離，親水性逐漸減弱，當加熱至某一溫度時，轉變為不溶於水，並自溶液中折出呈乳濁液，這就是濁點現象。,壬基苯酚EOA的露點之說明,3.界面活性劑之應用,定義:互不相容的兩液體，將其中分散相均勻分散於連續相中，稱為乳化(若分散相為固體則稱為分散)。O/W W/O型,4.乳化與分散,乳化劑的選擇:離子性乳化劑:受水質及鹽類影響。非離子性乳化劑
3、:乳液是否需耐高溫cloud point問題。HLB值選擇:HLB值的計算:參考被乳化物的HLB。乳化劑的濃度:乳化劑對被乳化物影響的程度。,被乳化物HLB值HLB值,乳化劑HLB,固著層與擴散層之間存在一靜電位差，稱為電雙層的擴散相電位差。,固 擴著 散層 層,疏水性大 親水性(HLB)遠 近 水被乳化物 HLB較大的 乳化分散劑(a)乳化分散劑較易溶於水而不能獲得良好的乳化效果之例子 近 近 近 水 被乳化物 HLB較小的 HLB較大的 乳化分散劑 乳化分散劑(b)HLB較小的乳化劑由連繫兩種物質而產生良好的乳化效果之例子 圖 乳化分散劑的配合原理,Surfactant Phase Dia
4、gram,織物結構和潤濕,5.滲 透,5.1陰離子型滲透劑,(1)磺基琥珀酸酯類(2)烷基磷酸脂鹽類(3)脂肪醇硫酸鹽類ROSO3Na(4)烷基苯磺鹽類,(5)脂肪醯胺烷基磺酸鹽類(6)磺基脂肪酸烷基酯類(7)蓖麻油硫酸鹽類,5.2非離子型滲透劑,烷基苯酚環氧乙烷縮合物聚丙二醇環氧乙烷縮合物,脂肪醇環氧乙烷縮合物脂肪醇氧乙烷環氧丙烷縮合物,5.3滲透劑與其結構,同一系列表面活性劑的潤濕性，隨其烷基碳數而變化，在某一碳數顯示出最高的潤濕性能，此碳數一般比作為淨洗劑的碳數要小得多。同一系列相同碳數的潤濕劑，支鏈多的潤濕效果要好得多。親水基結合予分子的中心部位，一般都有良好的潤濕性，但如果再引入第二
5、個親水基則潤濕性一般都低。作為親水性基團如果其離子性比適予作淨洗劑的離子弱者，則潤濕性優良。,5.4界面活性劑的特性比較,非離子活性劑洗滌能力比陰離子強。非離子活劑CMC低，使用濃度低，即可發揮優良之洗滌作用。陰離子活性劑耐鹼性強，防止再附著性良好。,二、前處理工程,1.退漿1.1 常用的上漿劑 經紗上漿用主要漿料的應用性能對 比,1.2 常用的退漿劑,酸或鹼。澱粉酶(-mylase)。氧化劑。界面活性劑。特性要求:濕潤。滲透。乳化。分散。洗淨。,聚丙烯酸酯漿料之水解:,2.精練,界面活性劑使洗淨液與油劑之間的界面張力降低，藉著濕潤、浸透作用，使鹼及氧化劑與不存純物接觸、分解。精練劑促使不純物
6、及分解物乳化、分散，從纖維中除去藉著界面活性劑Micell的形成，使不純物乳化於溶液，並防止其再附著。,濕潤、浸透 乳化、分散 可溶化 油劑吸咐布與洗滌作用模型圖,Rolling up與大油滴之不完全去除,界限Roll-up與粗大乳化之過程由主油滴陸續浮上小油滴(1)(5)，而最後變成完全清潔表面(6),Rolling-up機構,陰離子型精練劑,脂肪酸鹽類RCOONa烷基硫酸鹽類ROSO3Na(3)烷基苯磺酸鹽類,聚氧乙烯烷基(或烷基苯基)醚硫酸鹽類聚氧乙烯烷基(或烷基苯基)醚磷酸鹽類,非離子型精練劑,聚氧乙烯烷基醚類RO(CH2CH2O)n H聚氧乙烯烷基苯基醚類聚氧乙烯、氧丙烯烷基醚類脂肪
7、酸二乙醇胺,兩性型精練劑,甜菜鹼型聚氧乙烯烷基苯基醚類RNHCH2CH2COONa混合型精練劑陰離型與非離子型混合使用,良好的精練劑需具備下列功能:,濕潤性、滲透性。乳化力、溶解力。防止不純物再沉積。洗淨力。耐鹼性。低泡沫。,三、染色工程,1.分散均染劑1.1染料與纖維結合之式(1)共價鍵(2)離子鍵(3)配位鍵(4)氫鍵(5)Van der Walls force,與不均染有關之要因,1.3均染機構,Levelling effect with fibre affinity type(纖維親和型均染劑),Migrating effect with dye-affinity type(染料親和型
8、均染劑),Retarding effect with dye-affinity type(染料親和型緩染劑),Complex between dye and levelling agent,Formation of complex results in lower rate of dyeing,纖維親和型均染劑均染劑與染料具有同樣電荷，可與染料競爭纖維之染色席以防止染料急速染著。其與纖維結合速度比染料快，然而隨溫度升高，再漸次被染料取代。亦可能染著速度比染料慢，但可將纖維上多染之染料取代下來，均染劑能從纖維表面順次向部擴散而與纖維結合，促使染料亦易向纖維內部擴散而達均染目的。染料親和型均染劑使
9、已染著之染料與之結合，再移染於淺色部份，例如聚氧乙烯基醚，其氧乙烯部份，可與染料起氫結合，而使其無法進入纖維之微細間隙內，再徐徐分解而被吸收，終達均染之效果。染料親和型緩染劑應用與染料帶相反電荷或非離子之界面活性劑，先與染料產生氫鍵，分子引力或離子之結合形成較大之分子，可以減低染料與纖維之親和加或降低其染色速度，再因溫度升高而染料分離，對纖維產生緩慢之染色。,1.4分散均染劑之種類,非離子型(1)PEG脂肪酸酯類RCOO(CH2CH2O)n OCR，或RCOO(CH2CH2O)n H(2)脂肪醇環氧乙烷縮合物RO(CH2CH2O)n H(3)EOPO脂肪酸酯類(4)NP脂肪酯類,陰離子型(1)
10、脂肪醇硫酸酯類ROSO3Na(2)磺酸甲醛縮合物(3)脂肪酸環氧乙烷縮合物硫酸酯類RO(CH2CH2O)nSO3Na(4)脂肪酸環氧乙烷縮合物磷酸酯類RO(CH2CH2O)nSO3Na2),PEG脂肪酸酯硫酸酯類RCOO(CH2CH2O)nSO3NaNP硫酸酯類烷基苯磺酸類,陽離子型(1)四級胺鹽類(2)聚氧乙烯類脂肪胺,2.固色劑,2.1固色劑固色劑的作用是使染料結成不溶於水的染料鹽，或使染料分子增大而難溶於水，借以提高染料的牢度。對直接及反應性染料(陽離子樹脂固色)陽離子樹脂和染料之間形成離子鍵和凡德瓦爾力，固色劑本身也和纖維有著一定的結合作用。對酸性染料(合成丹寧固色)在纖維表面上形成吸
11、附膜及藉由在合成單寧染料間形成氫鍵合來固著染料。,2.2固色劑的分類陽離子表面活性劑無表面活性的季銨鹽樹脂系固色劑,2.3尼龍用固色劑天然單寧吐酒石合成單寧苯磺酸福馬林縮合物二羥基二苯磺酸福馬林縮合物,2.4耐光堅牢度提高劑,屬於偶氮甲鹼(AZOMETHINE)衍生物體的銅絡合物屬於磺酸之銅、鈷鉻合物苯酚、水楊酸系的銅絡合物紫外線吸收劑、氧化防水劑胍化合物,3.皂洗與還原洗,目的:去除殘餘、附著之染料。皂洗劑之種類:分散劑界面活性劑還原洗淨劑之種類:還原劑(酸浴、鹼浴)皂洗劑,四、整理加工,1.撥水加工1.1撥水劑之原理,1.2氟素撥水撥油劑的一般性質外 觀:乳白色水系乳化液組 成:氟素樹脂1
12、030%;丙酮010%;丙二醇010%比 重:1.01.10引 火 點:550凍 結 點:-5-20乳化粒子徑:0.3以下離 子 性:非離子，陽離子性pH:酸性,1.3氟素撥水劑之加工(A)PADDING AQUEOUS LAYER WITH FC-EMULSION PARTICLES,YARN/FIBER,YARN/FIBER,(B)Drying,(C)CURING(1)PARTICLE FLOW,YARN/FIBER,(2)FC ORIENTATION,1.4.氟素撥水劑之製造,Fluoroacrylate monomerComonomerCrosslinking monomerSurfa
13、ctantsDDI waterCosolventChain transferring agentInitiatorOthers,Fluoroacrylate monomer:,Ranges of Concentrations of PFOS(ng/g,wet wet,for Liver and Muscle Tissues and ng/mL for Blood Plasma)in Wildlife;Mean Concentrations Are Given in Parentheses,Comonomer:,Crosslinking monomer:,Miniemulsion polymer
14、ization,Ostwald RipeningCollision and Coalescence,Miniemulsification Polmerization(high pressure homogenizeror ultrasound).,Figure:The principle of miniemulsion polymerization.,吸水加工2.1吸水性構成,液體在纖維表面擴散時，表面張力自由能源可以近似值的下式表示之。S=F L(1)S:擴張係數 F:纖維的表面張力 L:液體的表面張力若S0時，則液體會在纖維表面產生擴散。若纖維表面為多孔質，當液體浸透至纖維間時，起毛細管現
15、象，可達到濕潤效應。而液體因毛細管現象其滲透性公其上昇時之高度H，以下式來表示。2 FL COS H=g RFL:纖維與液體間的界面張力 g:重力加速:液體的密度 R:毛細管的半徑於合成纖維上，水與其接觸角過大，故水很難滲透，但在親水化加工品上，其接觸角COS 增大則水經毛細管而滲透上昇。,高分子構造單位及其平衡水份率,平衡水分率(%),RH%,NH,聚丙烯酸系聚乙二醇型HO(CH2 CH2 O)n C C O CH2CH2OC C m O(CH2CH2 O)n H對苯二甲酸酯鏈可與PET面起共晶作用，經140180高溫處理，即能在PET表面形成耐洗的結晶覆蓋層。壓克力單體聚合,2.2 吸水加
16、工劑,3.柔軟加工,3.1柔軟劑的化學結構與性能之關係柔軟加工乃對布或紗賦予柔軟或滑溜感，以得到平滑之觸感、良好的風格。柔軟加工可用柔布機械之物理處理或柔軟劑進行加工處理。用柔軟劑加工主要是調整纖維間或纖維與人體間的摩擦阻力，而得到柔軟效果。柔軟劑是減少靜摩擦係數而賦予柔軟之觸感。,(1)疏水性基團礦物油和柔軟劑的柔軟平滑作用，主要來自直鏈脂肪烷烴結構。有機矽樹脂的柔軟平滑作用，則是由於其甲基定向排列，帶有支鏈的烷烴和苯環的芳香烴，原則上都不適宜作為柔軟劑的疏水性基團。,(2)親水性基團柔軟劑的親水性基團不僅有陽離子、陰離子、非離子、兩性離子之分，而且同一離子類型中不同親水性基團的柔軟劑，在性
17、質上也會出現很大差異，例如陰離子型柔軟劑中，脂肪醇硫酸脂、脂肪醇磷酸酯、磺基琥珀酸二烷基酯的性質就各不相同。由下圖可看出不同親水基柔軟劑與摩擦係數之關係。,3.1柔軟劑的分類,陽離子型柔軟劑非離子型柔軟劑陰離子型柔軟劑兩性型柔軟劑矽樹酯型柔軟劑反應型柔軟劑水性PU,常用柔軟劑性能之比較,陽離子型柔軟劑,非離子型柔軟劑,礦物油、蠟高級脂肪醇、酯脂肪醇環氧乙烷縮合物RO(CH2 CH2 O)n H聚乙二醇脂肪酸酯R COO(CH2 CH2 O)n H,(5)多元醇脂肪酸酯甘油脂肪酸酯、季戊四醇脂肪酸酯、山梨糖醇酐脂肪酸酯等。,陰離子型柔軟劑高級醇硫酸酯ROSO3Na高級醇磷酸酯磺基琥珀酸酯,兩性型柔軟劑,矽樹酯型柔軟劑,反應型柔軟劑,
