Поверхностно-активными называют химические вещества, способные снижать поверхностное натяжение жидкости на границе двух фаз. Известно, что в поверхностном слое, на границе двух любых соприкасающихся фаз, сосредоточен избыток энергии — так называемая поверхностная энергия. Этот избыток энергии создается из-за того, что молекулы вещества, находящиеся внутри фазы и на ее поверхности, испытывают различное воздействие со стороны окружающих их молекул. Если молекулы внутри фазы (например, жидкости) испытывают равное притяжение со всех сторон и их равнодействующая равна нулю, то молекулы на поверхности испытывают сильное притяжение со внутренней стороны жидкости, стремящееся втянуть эти молекулы внутрь; в результате образуется как бы пленка, стремящаяся сократиться.
Все связанные с соприкосновением твердой и жидкой фаз процессы, которые протекают при обработке волокнистых материалов в отделочных операциях, неизменно связаны с преодолением поверхностной энергии, с необходимостью понижения поверхностного натяжения. Достигают этого введением в ванны поверхностно-активных веществ. Находясь в растворе, данные вещества способны обволакивать твердые тела, создавая на них тончайший мономолекулярный слой. Образование этого слоя на поверхности волокнистых материалов, частиц загрязняющих веществ и веществ, подлежащих диспергированию, способствует отделению последних от волокон и переход их в ванну, где они находятся во взвешенном состоянии.
Снижение поверхностного натяжения облегчает также проникание жидкой фазы внутрь твердого вещества, способствуя лучшему смачиванию его.
Синтетические поверхностно-активные вещества, получившие широкое распространение в процессах отделочного производства, разделяют по химическим свойствам на две группы — ионогенные (анионактивные и катионактивные) и неионогенные. Первые способны диссоциировать в водных растворах на анион или катион в компенсирующие ионы. Вторые проявляют свои свойства в недиссоциированном состоянии.
Исходными продуктами для получения ионогенных продуктов являются алифатические или ароматические углеводороды, получаемые на базе продуктов переработки нефти, либо высокомолекулярные жирные спирты. При сульфировании углеводородов и последующей их нейтрализации образуются соли сульфокислот (контакт), сульфонаты и сульфанолы. Из высокомолекулярных жирных спиртов после их сульфирования и нейтрализации получаются натриевые соли сульфоэфиров этих спиртов.
Неионогенные поверхностно-активные вещества получают на основе продуктов конденсации окиси этилена с алкилфенолами. В них отсутствуют солеобразные группы, растворы их нейтральны и полностью устойчивы к действию кислот, щелочей и минеральных солей.
Поверхностно-активным веществом, которое уже очень много лет широко применяется в шелкоотделочном производстве, является олеиновое мыло—натриевая соль олеиновой кислоты. Растворы мыла обладают смачивающими, моющими, диспергирующими и эмульгирующими свойствами. По химическим свойствам мыла относятся к ионогенным (анионактивным) веществам. Мыльные растворы неустойчивы к действию кислот и минеральных солей. В жесткой воде образуются нерастворимые кальциевые и магниевые мыла, осаждающиеся на волокнистых материалах и трудно удаляемые в процессе обработки. Поскольку, однако, источником получения мыл являются жиры и жирные кислоты, пригодные для использования в пищевой промышленности, мыла постепенно вытесняются синтетическими поверхностно-активными веществами, о которых речь шла выше.
В шелкоотделочном производстве при подготовке к крашению и печатанию используют главным образом поверхностно-активные вещества, указанные в табл. 4.
Таблица 4
Вещество | Химическая характеристика | Основные свойства | Области использования |
Препарат ТМС | Натриевые соли сульфатов высших спиртов | Анионактивное, хорошо растворимо, рН растворов равен 7—8 | Смачивающий и моющий препарат при отваривании и промывке |
Смачиватель НБ | Натриевая соль бутилнафталин-1-сульфокислоты | Анионактивное, хорошо растворимо в теплой воде, рН растворов равен 9—10 | Смачиватель при крашении и печатании |
Сульфонат | Смесь натриевых солей алкилсульфокислот | Анионактивное, хорошо растворимо в воде | Моющий и эмульгирующий препарат при отваривании и удалении загрязнений |
Сульфанол | Натриевые соли алкилбеизолсульфокислот | Анионактивное, хорошо растворимо в теплой воде, рН растворов равен 7—7,5 | Смачивающий и моющий препарат при отваривании и промывке |
ОП-4 | Продукт конденсации алкилфенола с четырьмя молекулами окиси этилена | Неионогенное, хорошо растворимо в воде, рН растворов равен 6—8 | Хороший эмульгатор минеральных масел |
ОП-7 | Продукт конденсации алкилфенола с семью молекулами окиси этилена | Неионогенные жидкости или пасты, хорошо растворимые в воде | В отварке, промывке, приготовлении эмульсий; как антистатики, в операциях беления, диспергирования красителей, и др. |
ОП-10 | Продукт конденсации алкилфенола с десятью молекулами окиси этилена | рН растворов равен 6—8 | тo же |
Синтанол ДС-10 | Продукт конденсации смеси жирных спиртов с десятью молекулами окиси этилена | Белая паста, хорошо растворимая в воде при температуре 35° С | тo же |
Приведенный перечень естественно далеко не исчерпывает всего многообразия синтетических поверхностно-активных веществ. Их количество непрерывно возрастает, а качество улучшается.