第二节　表面活性剂

为了保证染整加工的顺利进行，经常要使用各种表面活性剂。纺织品染整中的润湿渗透剂、洗涤剂、匀染剂、分散剂等都是表面活性剂。为了合理地选择和使用表面活性剂，必须对它的结构、性质、作用原理和用途有所了解。

一、表面活性剂的基本知识

（一）表面张力、表面活性与表面活性剂

液体表面最基本的特性是倾向于收缩，力求使其表面积缩小。如将水滴在石蜡表面，水滴呈球形，水银珠和荷叶上的水珠等都呈球形，因为球形的表面积最小，产生这一现象的原因是因为液体表面存在表面张力。从液膜自动收缩实验可以更好地认识这一现象。用玻璃丝或细金属丝弯成一个一边可以活动的方框（图2 1），使液体在此框内形成液膜abcd，其中cd为活动边，长度为l。若活动边与框架之间的摩擦很小，则欲保持液膜就必须施加一适当的外力于活动边上，否则cd边将自动移向ab边。这说明液体表面存在收缩力。实验表明，当活动边与框间的摩擦力忽略不计时，为保持液膜所施加之外力F与活动边的长度l成正比，可以表示为F=2γl，其中γ代表液体的表面张力系数，是垂直通过液体表面上任一单位长度、与液面相切并使液面收缩的力，常简称作表面张力。式中有系数2是因为液膜有两个表面。

表面张力产生的原因是因为液体表面层分子受力不均衡。如图2-2所示，若不考虑重力的作用，液体内部的分子虽然受到各个方向相邻分子的作用，但作用力大小相等，方向相反，合力为零，在液体内部移动不做功。而液体表面层的分子虽然也受到各个方向相邻分子的作用，但与空气分子的作用力小于液体同种分子的作用力，使液体表面层的分子受到一向下的合力，从而使液面自发收缩，这一合力就是液体的表面张力。

水与绝大多数液体有机物质相比有较大的表面张力，在水中加入某种物质时，水溶液的表面张力会发生变化。根据大量实验结果，我们可以把各种物质水溶液的表面张力与浓度的关系归结为三种类型，如图2-3所示。

第一类是在较低浓度时，表面张力随浓度的增加而急剧下降（图2-3中曲线1），肥皂及合成洗涤剂等的水溶液具有此类性质；第二类是表面张力随浓度的增加而逐渐下降（图2-3中曲线2），乙醇、醋酸等的水溶液具有此类性质；第三类是表面张力随浓度的增加而稍有上升（图2-3中曲线3），NaCl、HCl、NaOH等无机物的水溶液具有此类性质。

原则上讲，凡能降低表面张力的物质都具有表面活性，因此第一、第二类物质均可称为表面活性物质。而第三类物质不具有表面活性，称之为非表面活性物质。第一类物质的明显特点是当其以极低浓度存在于水溶液中时，能自动吸附在溶液的表面或界面，显著降低水溶液的表面张力，并改变体系的表面或界面状态，从而产生润湿、乳化、分散、增溶、起泡、消泡、洗涤（净洗）等一系列作用，这种性质称为表面活性，具有这种性质的物质称为表面活性剂。表面活性剂广泛地应用于纺织、染整、食品、采矿及日用化工等诸多领域，在纺织品染整加工中，表面活性剂可用作润湿剂、渗透剂、乳化剂、分散剂、匀染剂、柔软剂、洗涤剂、固色剂、整理剂等，是染整加工助剂的主要成分。

（二）表面活性剂的结构特征

表面活性剂的种类很多，但它们的分子结构有一个共同特点，即表面活性剂分子都是两亲化合物。分子结构由两部分组成，一部分易溶于水，是具有亲水性质的极性基团，称为亲水基；另一部分不溶于水而易溶于油，是具有亲油性质的非极性基团，称为亲油基，又称疏水基或憎水基。表面活性剂的这种结构特征可用图2-4表示。表面活性剂的亲油基一般由长链烃基构成，结构上差别较小，而亲水基部分的基团种类繁多，差别较大。

（三）表面活性剂溶液的性质

表面活性剂溶于水中时，其特有的两亲结构中的亲水基被水分子吸引而留在水中，疏水基与水分子排斥而指向空气，这使得表面活性剂分子有排列在液体表面的趋势，在水和空气界面上形成定向吸附，吸附作用的结果使原来空气——水的界面逐步被空气——疏水基的界面所代替，从而使溶液的表面张力大大降低，如图2-5（a）所示。

如果使表面活性剂的浓度增加到一定程度，则在空气——水的界面上聚集了更多的表面活性剂分子，并毫无间隙地密布于界面上，形成一紧密的单分子膜，即界面吸附达到饱和状态。此时空气——水的界面完全被空气——疏水基的界面所代替，使溶液的表面张力降至最低值，接近于油的表面张力。

继续增加表面活性剂的浓度，溶液的表面张力不再继续下降，而在溶液内部的表面活性剂分子则相互聚集在一起，形成疏水基向内，亲水基向外的胶束，如图2-5（b）所示。表面活性剂形成胶束所需要的最低浓度称为临界胶束浓度（简称CMC）。当表面活性剂浓度大于临界胶束浓度时，胶束数量随之增加，但水溶液的表面张力不会降低。不同的表面活性剂具有不同的临界胶束浓度，CMC除与表面活性剂本身的结构有关外，还受温度、电解质的加入等外界因素的影响。

表面活性剂的CMC是一个重要的指标，溶液的某些重要性质如电导率、折光率、渗透压、蒸汽压、密度、黏度、表面张力及洗涤作用等，在CMC前后都有显著的变化。因此，使用表面活性剂时，其浓度应稍大于CMC，才能充分发挥其作用。表面活性剂的CMC一般不高，多在0.02%～0.4%之间。

二、表面活性剂的基本作用

表面活性剂在染整加工中应用十分广泛。下面就表面活性剂的润湿、渗透、乳化、分散、增溶、洗涤、起泡和消泡等作用原理加以讨论。

（一）润湿和渗透作用

在一块洁净的玻璃上滴一滴水，水滴在玻璃表面上迅速展开，这种现象说明水能润湿玻璃。若在玻璃表面涂上一层薄薄的石蜡，则水滴仍保持球状而不在石蜡表面展开，说明水不能润湿石蜡表面。如果在石蜡表面滴一滴含有少量渗透剂JFC等表面活性剂的水溶液，则石蜡表面也能被水溶液润湿，这种情况下表面活性剂所起的作用称为润湿作用。

将水滴滴在坯布上，水滴呈球状，也属于不润湿。若将含有少量渗透剂JFC等表面活性剂的水溶液滴在坯布上，则水滴很快在坯布上展开并渗透到坯布的内部，把空气取代出去，这种情况下表面活性剂所起的作用称为渗透作用。

润湿作用与渗透作用并无本质上的区别。前者作用在物体的表面，后者作用在物体内部，两者可使用相同的表面活性剂，因而润湿剂也可称为渗透剂。

表面活性剂之所以具有润湿和渗透作用，是由于表面活性剂显著地降低了水的表面张力的缘故。下面就液滴在固体平面上的润湿作一简要分析。液滴在固体平面上达到平衡时的情况如图2-6所示。

设O点是空气、液滴和固体三相交界处上的任意一点，该点受到固体表面张力γS，液体表面张力γL和固—液界面张力γSL的作用。自O点沿液滴表面作一切线，该切线与固体平面的夹角θ称为接触角。当液滴在固体平面上平衡时，若忽略液滴重力的影响，作用于O点上的力应保持下面关系：

式（2-1）也叫润湿方程。

接触角可以衡量液体对固体的润湿程度。润湿越好，液滴在固体表面展开得越大，接触角越小；润湿越差，液滴在固体表面展开得越小，接触角越大。即：

当θ=0时，液滴在固体表面铺展，称为完全润湿；

θ=180°时，液滴呈球状，称为完全不润湿；

0＜θ＜90°时，液滴在固体表面上呈凸透镜状，称为润湿；

θ＞90°时，称不润湿。

由式（2-1）可知，θ受三个力γS、γSL和γL支配。其中固体表面张力γS为一常数，由固体的种类决定。因此，γL和γSL越小，cosθ越大，θ越小，越有利于润湿。当水中加入表面活性剂，一方面，水的表面张力γL显著下降，另一方面，表面活性剂还能在水和固体的界面上起着类似桥梁的作用，增加了两者之间的相互吸引力，从而使固——液界面张力γSL降低。从润湿方程可以看出，这将使θ减小，故能显著提高对固体的润湿性。

但是，织物与一般固体平面不同，它是一个多孔体系，在织物内部、纱线之间、纤维之间，甚至纤维的巨原纤之间都分布着无数相互贯通、大小不同的毛细管。在印染加工过程中，织物的润湿情况往往用毛细管效应来衡量。在典型的毛细管效应中，液柱在毛细管中的向上拉力在数值上与液柱压力P相等。液柱压力P和液体表面张力γL、润湿角θ、毛细管半径r间的关系如下：

由式（2 2）可知，若液体能润湿管壁，θ＜90°，cosθ＞0，P为正值，液体能在毛细管内上升。如果液体对管壁的润湿情况很差，θ＞90°，cosθ＜0，P为负值，则液体在毛细管内不能上升。要使管内液面上升，需借助于润湿剂的作用。由式（2-1）和式（2-2）可得P=2（γS-γSL）/r，润湿剂可以降低γSL，使P值增大，从而增进了织物的润湿性能。对织物来说，只要能产生良好的润湿，液体便能通过相互贯通的毛细管自动发生渗透作用，从而有利于染整加工的进行。以上讨论是大大简化了的情况，由于纤维表面并不是平滑的，织物的空隙也不是规则有序的，因此织物润湿的实际情况要复杂得多。

（二）乳化和分散作用

将一种液体以极细小的液滴均匀分散在另一种与其互不相溶的液体中所形成的分散体系，称为乳液或乳状液，这种作用称为乳化作用。将不溶性固体物质的微小粒子均匀地分散在液体中所形成的分散体系，称为分散液或悬浮液，这种作用称为分散作用。乳液和分散液的分散介质均为液体，只不过前者的内相（分散相）为液体，而后者的内相（分散相）为固体。

乳液有两种类型，一种是油呈细小的液滴分散在水中，水是连续相（外相），油是不连续相，称为水包油型或油/水型，以O/W表示；另一种是水呈细小的液滴分散在油中，油是连续相（外相），而水是不连续相，称为油包水型或水/油型，以W/O表示。在一定情况下，两者可以相互转化，称为转相。在染整加工中以油/水型乳液应用较广，下面重点讨论这方面的内容。

油和水接触时，两者分层，不能相溶。如果加以搅拌或振动，虽然油能变成液滴分散在水中，但由于两者的接触面积增加，表面能增大，从能量最低原理来看是一种很不稳定的体系，较小的油滴在相互碰撞时有自动聚集成较大油滴而减小其表面能的倾向，以致一旦停止搅拌或振荡，不需要静置多久，便又重新分为两层。因此乳液分层是一个自发过程。如果在油、水中加入一定量适当的表面活性剂（乳化剂），再加以搅拌或振荡，由于乳化剂在油——水界面上产生定向吸附，亲水基伸向水，亲油基伸向油，把两相联系起来，使体系的界面能下降，在降低界面张力的同时，乳化剂分子紧密地吸附在油滴周围，形成具有一定机械强度的吸附膜。当油滴碰撞时，吸附膜能阻止油滴的聚集。如果选用离子型的乳化剂，还会在油——水界面上形成双电层和水化层，都可防止油滴的相互聚集，从而使乳液稳定。如乳化剂肥皂在水包油型乳液中，肥皂分子的亲水基—COONa电离，使油滴周围带负电，而Na+分布在其周围，形成双电层。由于油滴的双电层间有排斥作用，可防止油滴的互相聚集，使乳液稳定。肥皂作乳化剂时，其乳液情况如图2-7所示。若使用非离子型乳化剂，则会在油滴周围形成比较牢固的水化层，也具有类似的作用。

（三）增溶作用

一些非极性的碳氢化合物如苯、矿物油等在水中的溶解度是非常小的，但却可以溶解在表面活性剂的胶束中，形成类似于透明的真溶液。表面活性剂的这种作用称为增溶作用。增溶作用实际上是根据性质相似相溶原理，使非极性的碳氢化合物溶解于胶束内疏水基团集中的地方。增溶与真正的溶解不同，真正的溶解是使溶质分散成分子或离子，而增溶则是以分子聚集体溶入的。

（四）洗涤作用

某些表面活性剂具有良好的洗涤去污能力，常被用作洗涤剂。但到目前为止，人们对洗涤作用的本质尚未彻底了解清楚，亦未能较精确地描述。通常将对织物洗涤作用的基本过程用下面的关系式描述：

洗涤过程中，织物浸在含有洗涤剂的水溶液中，洗涤剂与污垢、污垢与固体表面之间发生一系列物理化学作用（润湿、渗透、乳化、增溶、分散和起泡等），并借助于机械搅动或揉搓作用，使污垢从织物表面脱离下来，分散、悬浮于水溶液中，再经漂洗除去，这是洗涤的主过程。洗涤过程是一个可逆过程，分散、悬浮于水溶液中的污垢也有可能从水溶液中重新沉积于织物表面，使织物变脏，这种现象称为污垢再沉积（或织物再沾污）。因此，一种优良的洗涤剂应具备两种作用：一是降低污垢与织物表面的结合力，具有使污垢脱离织物表面的能力；二是具有防止污垢再沉积的能力。

一般污垢可分为固体污垢（如尘土、砂、铁锈等）和液体污垢（如动、植物油和矿物油），两种污垢经常出现在一起，以混合污垢形式沾污织物。一般情况下，污垢与织物表面接触后不再分开，通过机械力、分子间力和化学键力三种方式中的一种或几种黏附于织物表面，而不同材料的织物表面与不同性质的污垢有不同的黏附强度。

固体污垢的去除主要是靠表面活性剂在固体质点（污垢）及织物表面吸附，使两者所带电荷相同，从而在两者之间发生排斥，特别是阴离子表面活性剂能增强纤维和污垢的负电荷，增加斥力，使黏附强度减弱，固体质点（污垢）变得易于从织物上去除。一般说来，固体污垢的质点越小，越不易去除。上述作用适用于无机固体污垢，对于有机固体污垢的去除，可用扩散溶胀机理来解释：表面活性剂与水分子渗入有机固体污垢后不断扩散，并使污垢发生溶胀、软化，再经机械作用，在水流冲击下脱落下来，经乳化洗除掉。

液体污垢及混合污垢是以铺展的油膜形式黏附于织物表面上的油性物质污垢，在洗涤时，由于洗涤剂的润湿作用，使其逐渐卷缩成油珠，然后在机械作用下脱离织物表面，如图2-8所示。图中θ为油污膜在水中的接触角，γWO、γSW和γSO分别为油—水、固—水、固—油的界面张力。

设织物表面为平滑的固体表面，由图2-8（a）可以看出，平衡时满足下列关系式：

在水中加入洗涤剂，由于洗涤剂中的表面活性剂在固体表面和油污表面上吸附，使γSW和γWO降低，而γSO未变。为维持新的平衡，cosθ值必须增大，即接触角θ从小于90°变为大于90°。在某种适宜条件下，接触角接近180°，即洗涤剂几乎完全润湿固体表面时，油污膜变为油珠自行脱离，从固体表面除去。接触角90°＜θ＜180°时，油珠在液流冲带下亦可完全除去，如图2-9（a）所示。若液体油污与固体表面的接触角小于90°，即使有运动液流的冲击，仍有少部分油污残留于表面，如图2-9（b）所示。要除去残留的油污，需施以更大的洗液冲击力，或通过表面活性剂胶束的增溶作用来实现。

在实际洗涤中，衣物材料和油性污垢对表面活性剂的吸附量与去污效果有密切关系。当表面活性剂在油污上的吸附量大于在衣物材料上的吸附量时，γWO较γSO降低得很显著，油污容易去除。

衣物表面是不平整的，当油污进入穴孔时，即使θ为180°，油污也不会被除掉。

（五）起泡和消泡作用

气体分散在液体中所形成的分散体系称为泡沫。泡沫实际上是由少量液体薄膜包围着气体所组成的气泡聚集体。用力搅拌水时虽有气泡产生，但这种气泡是不稳定的，一旦停止搅拌，则气泡立即消失。这是因为空气—水界面张力大，相互之间的作用力小，气泡很容易被内部的空气冲破。若液体中含有表面活性剂，则形成的液膜不易破裂，因此在搅拌时就可以形成大量泡沫。例如，肥皂的水溶液经搅拌或吹入空气就可以形成较稳定的泡沫。

泡沫的形成是由于空气进入表面活性剂溶液中的瞬间而形成的疏水基伸向气泡内部，亲水基指向液相的具有一定强度的吸附膜。被吸附的表面活性剂对液膜有保护作用，使生成的泡沫比较稳定。形成的泡沫密度小于溶液密度而上升至液面。如果条件适当，当气泡溢出液面时，便形成双分子膜。被双分子膜包围起来的气泡浮于液面，甚至释入空气中。如图2-10所示。

在染整加工中起泡作用有其有利的一面，比如泡沫能增强洗涤剂的携污能力，减少再沾污现象，对洗涤起到一定的辅助作用。但在一般染整加工中，染液、色浆中的泡沫会造成染色和印花疵病，需加消泡剂破坏或抑制泡沫。消泡有两种方式，一种是破泡，即将生成的泡沫破除；另一种是抑泡，即抑制泡沫的产生。工业上常用的消泡剂都是表面张力小、易于在溶液表面铺展的液体。其消泡机理一般认为是由于消泡剂在液膜表面铺展时，会带走邻近表面的一层溶液，使液膜局部变薄，表面张力分布不匀，产生薄弱环节，从而使液膜破裂，泡沫消失。

表面活性剂除了具有上述主要作用外，还有其他一些派生作用，如柔软、匀染、抗静电、杀菌防霉等作用，将在本书后面有关章节中论及。

三、表面活性剂的分类和常用表面活性剂的性能

表面活性剂的种类很多，分类方法也各不相同，如按溶解性分类，按相对分子质量分类，按用途分类等。但最常用的是按表面活性剂的亲水基在水中是否离解以及离解后的离子类型来分类。

表面活性剂溶于水后，按离解和不离解分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂两大类。前者又可按其在水中生成的离子种类分为阴离子型、阳离子型和两性离子型表面活性剂。此外，还有一些特殊类型的表面活性剂。

（一）阴离子表面活性剂

阴离子表面活性剂是表面活性剂中的一个大类。近年来，聚氧乙烯型非离子表面活性剂的发展较快，使阴离子表面活性剂的使用量有所降低，但仍占表面活性剂总量的40%以上。

阴离子表面活性剂是指在溶液中离解后，亲水基团带有负电荷的一类表面活性剂，主要用作乳化剂、扩散剂、渗透剂、润湿剂、净洗剂等，按亲水基的不同可分为羧酸盐类、硫酸酯盐类、磺酸盐类、磷酸酯盐类四大类。

1.羧酸盐类

这类表面活性剂的亲水基是羧基（—COO），根据亲油基与亲水基的连接方式可分为两类，一类是亲油基与亲水基直接相连，另一类是亲油基与羧基通过中间键如酰胺键相连。

（1）脂肪羧酸盐。这类表面活性剂也称为皂，如最常用的肥皂，结构通式为R—COONa，在软水中具有丰富的泡沫和良好的洗涤能力，但在硬水中会与钙、镁离子形成不溶性的钙皂、镁皂，不仅洗涤能力降低，还会再沾污洗涤物，不耐硬水是其最大的弱点。当pH＜7时，皂类表面活性剂会生成不溶性的游离脂肪酸，因此，只能在中性或碱性条件下使用。皂类表面活性剂除用作洗涤剂外，还具有乳化、润湿、起泡等作用。

（2）烷基酰胺羧酸盐。这类表面活性剂的中间键为酰胺键，酰胺键增加了分子中亲水基的总数，可以提高抗硬水性能。如雷米邦A（洗涤剂613），对钙皂有很好的分散能力，耐碱、耐硬水，可作为乳化剂、分散剂和洗涤剂，但在酸性介质中易分解。其结构式如下：

（3）烷基醚羧酸盐。这类表面活性剂既可以归为阴离子表面活性剂，也可以归为非离子表面活性剂，在酸性介质中具有非离子的特征，在中性和碱性范围内具有阴离子羧酸盐的特征，抗硬水能力强，是优良的乳化剂，也是洗涤剂、分散剂、抗静电剂、润湿剂和渗透剂的主要成分。其结构式为：

2.硫酸酯盐

（1）脂肪醇硫酸盐。这类表面活性剂的结构通式为：ROSO3M+，其中，R为烷基，M+为碱金属离子或铵离子，具有优良的润湿、乳化、去污性能，可用作润湿剂和洗涤剂。

（2）仲烷基硫酸盐。这类表面活性剂的结构通式为：R1C（R2）HOSO3Na，润湿性和洗涤性好，可用作洗涤剂、润湿剂、分散剂等。

（3）脂肪醇醚硫酸盐。这类表面活性剂的抗硬水性能大大提高，润湿性较好，主要用于洗涤剂，其结构通式为：

3.磺酸盐类

磺酸盐类表面活性剂是阴离子表面活性剂中品种最多，产量最大的一类产品。这类表面活性剂的结构与硫酸酯盐类不同，不会像硫酸酯盐类那样发生水解。此外，由于磺酸系强酸，有较强的亲水性，所以，即使在酸性介质中也不会分解影响溶解度。

（1）烷基磺酸钠（净洗剂AS）。烷基磺酸钠的分子结构可用如下通式表示：

烷基磺酸钠的表面活性强，具有良好的润湿、乳化、分散和去污能力，被广泛用作柔软剂、匀染剂和乳化剂等。

（2）烷基苯磺酸钠。其分子结构可用如下通式表示：

R为C10～C16的直链或支链烃基，其中以C12占多数，因此又常称为十二烷基苯磺酸钠。十二烷基苯磺酸钠对酸、碱和硬水都很稳定，乳化和洗涤能力均较烷基磺酸钠强，主要用作洗涤剂，是家用洗衣粉、液体洗涤剂和工业洗涤剂的最主要的活性成分。十二烷基苯磺酸钠的碱性比烷基磺酸钠低，可用于棉织物、毛织物和丝织物的洗涤，其去污能力是合成洗涤剂中较强的一种，但携污能力比肥皂低。

（3）烷基萘磺酸盐的甲醛缩合物。这类表面活性剂中最常见的是分散剂NNO。分散剂NNO又名扩散剂NNO，学名为亚甲基双萘磺酸钠，其结构式为：

分散剂NNO易溶于水，对酸、碱、硬水及盐稳定，无渗透性和起泡性，具有很好的分散性能。分散剂NNO是一种特异的阴离子表面活性剂，能将各种固体粒子分散于水中，主要用于还原染料悬浮体轧染、隐色体染色、分散染料和可溶性还原染料染色的分散剂和印花色浆的稳定剂，在染料工业中用作分散染料的分散剂。

（4）木质素磺酸盐。木质素磺酸盐是原木造纸亚硫酸制浆过程中废水的主要成分，结构相当复杂，主要用作分散染料和还原染料的扩散剂、匀染剂，具有分散性好，耐热稳定性高，泡沫少，沾色低，还原性低等优点。

（5）磺酸基与疏水基通过连接基连接的磺酸盐表面活性剂。这类表面活性剂常用的主要有下面两种。

①胰加漂T（209洗涤剂）：胰加漂T的学名为N, N′油酰甲基牛磺酸钠，其结构式为：

胰加漂T易溶于水，呈中性，对硬水、酸、碱、双氧水及次氯酸钠等均较稳定，具有优良的润湿、渗透、乳化、洗涤以及对钙皂的分散能力，尤其是洗涤能力更为突出，主要用于洗呢、缩呢、染色及丝绸精练处理。

②渗透剂T：渗透剂T又称快速渗透剂T，学名为琥珀酸二异辛酯磺酸钠，其结构式如下：

渗透剂T可溶于水，水溶液呈乳白色，由于其分子结构中含有酯基，因而不耐强酸、强碱、还原剂和重金属盐。渗透剂T分子中的亲水基位于疏水基之间，具有良好的渗透性，且渗透迅速而均匀。

（6）磷酸酯盐类。磷酸酯盐类表面活性剂包括烷基磷酸单酯、双酯盐，脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸单酯、双酯盐和烷基酚聚氧乙烯醚磷酸单酯、双酯盐。脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸单酯钠盐的分子结构可用如下通式表示：

这类表面活性剂具有优良的分散、渗透、洗涤性能，起泡力小，耐碱、耐硬水、耐高温，并耐还原剂和氧化剂，生物降解性好，刺激性低，主要用于棉及其混纺织物的高温高压煮练，也具有优良的抗静电性能，被广泛用于化纤油剂的抗静电剂。

（二）阳离子表面活性剂

阳离子表面活性剂指在溶液中离解后，亲水基团是带有正电荷的一类表面活性剂。阳离子表面活性剂的亲水基主要为氮原子，也有磷、硫等原子，亲水基可以直接与疏水基相连，也可以通过酯键、醚键和酰胺键相连。

阳离子表面活性剂一般不作洗涤剂，因为被洗涤物的表面通常带有负电荷，而阳离子表面活性剂带正电荷，由于静电引力，阳离子表面活性剂会在织物表面形成亲水基向内，非极性疏水基向外的排列，结果使织物表面疏水而不利于洗涤，甚至有反作用。但这种特性有许多特殊用途，可以作为抗静电剂、柔软剂。

在阳离子表面活性剂中，最重要的是含氮的表面活性剂。根据氮原子在分子中的位置，可以分为直链烷基胺盐、季铵盐和环状的吡啶型、咪唑啉型四类。

1.烷基胺盐类

各类伯、仲、叔胺与酸反应后得到的胺盐都是阳离子表面活性剂，其结构式如下：

其中R为C12～C18的烷基，R1，R2一般为CH3，HX为无机酸或有机酸。这类产品可用作分散剂、乳化剂、抗静电剂、固色剂和柔软剂等。但烷基胺盐类表面活性剂遇碱会析出不溶于水的原料胺。

如萨帕明A，主要用作柔软剂，其结构式为：

2.季铵盐类

这类表面活性剂的结构式如下：

季铵盐类表面活性剂的水溶性与碳链长度和长碳链的个数有关，含有一个长链烷基的季铵盐能溶于水，含有两个长链烷基的季铵盐不能溶于水。这类表面活性剂柔软性好，杀菌力强，广泛用作纤维的柔软剂、抗静电剂、抗菌剂和防水剂。其中，单长链烷基的季铵盐主要用作抗静电剂、抗菌剂，双长链烷基的季铵盐主要用作织物的柔软剂。

匀染剂1227为十二烷基二甲基苄基氯化铵，结构式为：

匀染剂1227溶于水，耐酸、硬水和无机盐，但不耐碱，可与非离子表面活性剂同浴使用，但不能与阴离子染料或阴离子表面活性剂同浴使用。1227在阳离子染料腈纶染色中作为匀染剂，并具有柔软、平滑和抗静电作用，此外，还可用作消毒杀菌剂。

抗静电剂SN为十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐，其结构式为：

抗静电剂SN易溶于水，对5%的酸、碱稳定，但不耐高温，当温度升至180℃以上时会分解，可与阳离子、非离子表面活性剂混用，但不宜与阴离子表面活性剂混用。具有优良的静电消除作用，常用作合成纤维及其混纺织物的抗静电剂。

3.杂环类阳离子表面活性剂

这类表面活性剂的分子中含有咪唑啉、吗啉、吡啶等杂环，主要用作织物的柔软剂、染料固色剂、杀菌剂和防水剂。

防水剂PF属于这类表面活性剂，化学组成为亚甲基硬脂酰胺氯化吡啶盐，结构式为：

防水剂PF能耐酸和硬水，但不耐碱及大量的硫酸盐、磷酸盐等无机盐，不耐100℃以上的高温，可与阳离子、非离子表面活性剂及树脂初缩体混用，不能与阴离子染料或阴离子表面活性剂混用。防水剂PF具有活性基团，能与纤维素纤维上的羟基发生化学反应通过共价键结合，从而赋予织物耐久的防水效果和柔软性能。

（三）非离子表面活性剂

非离子表面活性剂在水溶液中不能电离，亲水基团不带电荷，其表面活性是由分子中的极性部分和非极性部分体现出来的。它的亲水性由分子中含有的多个极性基团如羟基、醚基、氨基、酰胺基和酯基的水合作用提供，亲油性由分子中的疏水性基团提供。当分子中含有足够多的极性结构单元时，非离子表面活性剂通过氢键获得水溶性。

非离子表面活性剂在水溶液中以分子状态存在，稳定性高，不易受强电解质的影响，耐酸、碱，与其他类型的表面活性剂相容性好，在水及有机溶剂中均具有良好的溶解性，在固体表面不发生强烈吸附。具有良好的洗涤、分散、乳化、润湿、发泡、增溶、抗静电、匀染等作用，广泛应用于染整加工的各个工序。

非离子表面活性剂按亲水基的不同可分为聚乙二醇型和多元醇型两大类，本节简要介绍聚乙二醇型非离子表面活性剂。

1.聚乙二醇型非离子表面活性剂

（1）脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）类。这类表面活性剂的结构通式为R（OCH2CH2）nOH，其中R=C10～C18，是非离子表面活性剂中最重要的一类产品。环氧乙烷（EO）的加成数n对表面活性剂的性质有极大影响，加成数小的，难溶于水，随着加成数的增加，溶解度增大。这类表面活性剂一般用作洗涤剂、匀染剂、乳化剂、剥色剂、纺丝油剂等。当n较小时，适用于纤维素纤维的洗涤；n为中等时，适用于羊毛的净洗、润湿和矿物油的乳化；n较大时，适用于作精练、漂白、染色助剂，钙皂分散剂，乳化剂。

渗透剂JFC是脂肪醇与环氧乙烷的加成物，其结构式为：

渗透剂JFC易溶于水，能耐酸、碱、硬水、次氯酸钠和重金属盐，具有良好的润湿渗透性能，可与各类表面活性剂、染料及树脂初缩体同浴使用，主要用作渗透剂。

平平加O是十八烯醇或十八醇与环氧乙烷的加成物，其结构式为：

匀染剂O是十二醇与环氧乙烷的加成物，其结构式为：

平平加O与匀染剂O的性质极为相似，都易溶于水，对酸、碱、硬水和重金属盐都很稳定，对各种纤维无亲和力，但对各种染料都有较强的匀染性和缓染性，也具有优良的乳化、分散性能，可与各类表面活性剂和染料同浴使用。

平平加O在染整加工中应用较广，可用作乳化剂、匀染剂、分散剂、剥色剂、防染剂等。匀染剂O可用作匀染剂和润湿剂等。

有机硅型高效分散剂WA的结构式为：

具有低泡性、高分散力，对悬浮液和乳状液的稳定性有特效，能防止染色时染料的聚集，也经常用作真丝的精练助剂。

（2）烷基酚聚氧乙烯醚（APEO）类。烷基酚聚氧乙烯醚的结构通式为：

在非离子表面活性剂中的重要性仅次于脂肪醇聚氧乙烯醚，乳化剂OP或TX系列就属于这类表面活性剂。

与脂肪醇聚氧乙烯醚相似，烷基酚聚氧乙烯醚分子中的环氧乙烷加成数n的大小直接决定它的物化性质和表面活性。当n=1～6，在水中不易溶解，为脂溶性；n＞8，可溶于水；n=8～10，表面张力可降低很多，润湿性和去污力都好，乳化性也不错，用途广泛；n＞10，表面张力逐渐升高，润湿性和去污力逐渐下降。

乳化剂OP又称匀染剂OP，是烷基酚与环氧乙烷的加成物，其结构式为：

乳化剂OP易溶于水，对酸、碱、硬水、氧化剂、还原剂和重金属盐都很稳定，具有优良的润湿、渗透、乳化、分散、助溶、洗涤和匀染等性能，可与各类表面活性剂和染料、树脂初缩体等混用，在染整加工中应用较广泛，可用作乳化剂、匀染剂、分散剂、洗涤剂等。

但烷基酚聚氧乙烯醚具有较强的生物毒性。以聚合度为9～10的壬基酚聚氧乙烯醚为例，其LD50（半数致死量）为1600mg/kg，对藻类的ECD50为50mg/L，对水蚤的ECD50为42mg/L。同时烷基酚聚氧乙烯醚对鱼类毒性很大，已接近强毒性。而且，烷基酚聚氧乙烯醚的聚合度越低，其毒性和环境激素效应越强。

烷基酚聚氧乙烯醚的生物降解性非常缓慢，其初始生物降解度仅为4%～40%，而且其降解产物对环境具有潜在的威胁。

烷基酚聚氧乙烯醚具有环境激素效应，是被国际列为禁止使用的70种环境激素之一。此外，烷基酚聚氧乙烯醚对人的皮肤和眼睛也有一定的刺激性，会对人身体健康造成危害。

（3）脂肪酸聚氧乙烯酯。这类表面活性剂的结构通式为RCOO（CH2CH2O）nH，水溶性随着环氧乙烷加成数n的增大而增加，当n=15时即有较好的水溶性。这类表面活性剂中含有酯键，不耐水解，而且润湿性和去污性也较前两类表面活性剂差，主要用作乳化剂、分散剂、柔软剂和纤维油剂。

（4）聚氧乙烯脂肪胺。聚氧乙烯脂肪胺是由胺与环氧乙烷进行反应后得到的一类表面活性剂。低加成数的聚氧乙烯脂肪胺具有阳离子表面活性剂的一些特性，如耐酸，不耐碱，有一定的杀菌力。随着环氧乙烷加成数的增加，非离子表面活性剂的特性逐渐显露出来。如匀染剂DA，是羊毛和锦纶染色优异的匀染剂，其结构式如下（p+q=15）：

（5）聚氧乙烯脂肪酰胺。聚氧乙烯脂肪酰胺的结构通式为：

当n=m=1时为烷醇酰胺，是聚氧乙烯脂肪酰胺中最简单的品种，也是最重要的品种之一，净洗剂6501、净洗剂6502就属于这一类。这类表面活性剂具有较强的脱脂性，对纤维的吸附性强，洗后手感好，具有一定的抗静电作用，可用作柔软剂、抗静电剂和洗涤剂中的添加剂。

（6）聚醚型非离子表面活性剂。聚醚型非离子表面活性剂是近年来新发展起来的一类高分子表面活性剂，相对分子质量在数千以上，亲水基和疏水基可根据要求加长或缩短，其分子结构通式可表示为：

R为烷基，X=O、COO等，b＞15，（C2H4O）a+c为化合物总质量的10%～80%，a可以为零。聚醚型非离子表面活性剂具有良好的低泡、润湿、渗透、乳化、分散、洗涤等性能，对酸、碱和硬水较稳定，可用作乳化剂和丝、棉及其混纺织物前处理的润湿剂、渗透剂。

2.非离子表面活性剂的性能

（1）协同效应。非离子表面活性剂由于在水中不电离，因而混溶性较好，能与阴离子、阳离子表面活性剂同浴使用，混用后可明显提高其性能，这种现象称为“协同效应”。染整加工中使用的许多助剂都是非离子型表面活性剂与阴、阳离子表面活性剂的复配物，目前以非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂复配为主。

（2）浊点。聚乙二醇型非离子表面活性剂是由既含有疏水基（烃基）又含有活泼H原子的化合物（如R-OH、RCONH2、RCOOH等）与多个环氧乙烷进行加成反应制得的含有聚氧乙烯醚（CH2CH2O）n的化合物。在水溶液中，聚氧乙烯分子链呈曲折状，亲水性的醚键处于分子链的外侧，疏水性的亚甲基处于分子链的内侧，这样的结构使水分子易于与外侧的醚键形成氢键结合（图2-11）。分子中的氧乙烯基越多，醚键越多，亲水性越强，从而表现出较大的水溶性。由于醚键与水分子形成氢键是放热反应，且这种氢键结合力很弱，当温度升高后，水分子的热运动加剧，导致氢键断裂，水分子逐渐脱离醚键，表面活性剂在水中的溶解度逐渐降低。当温度升高到一定程度时，表面活性剂成为另一相析出，从而产生混浊。这种现象称为“浊点”。慢慢加热聚乙二醇型非离子表面活性剂的水溶液（浓度为0.5%～2.0%），当溶液由透明转变为混浊时的温度称为该表面活性剂的浊点。浊点是反映聚氧乙烯型非离子表面活性剂亲水性能的一个重要指标，当温度高于浊点，此类表面活性剂不溶于水，当温度低于浊点则溶于水。所以聚乙二醇型非离子表面活性剂的使用温度必须控制在浊点以下。

（3）HLB值。表面活性剂亲水性的强弱主要决定于疏水基疏水性的大小和亲水基亲水性的大小。由于疏水基多由长链烃基构成，结构上差别较小，当表面活性剂亲水基不变时，疏水基越大，即相对分子质量越大，则水溶性越差。但亲水基的亲水性大小主要由亲水基种类决定，不能用相对分子质量来衡量，如COONa和SO3Na的亲水性大小显然无法用相对分子质量大小来衡量。但对于聚乙二醇型非离子表面活性剂来说，显然亲水基聚氧乙烯基的相对分子质量越大，表面活性剂的亲水性也越大。葛里芬（W.C.Griffin）提出采用亲水亲油平衡值（又称亲疏平衡值，简称HLB值）来衡量表面活性剂的亲水、疏水性能。聚乙二醇型非离子表面活性剂的HLB值可用下式计算：

石蜡无亲水基，HLB=0；聚乙二醇无疏水基，HLB=20。所以聚乙二醇型非离子表面活性剂的HLB值介于0～20之间。

（四）两性表面活性剂

两性表面活性剂是指在溶液中离解后，亲水基团既带有负电荷又带有正电荷的一类表面活性剂。两性表面活性剂分子与单一的阴离子型或阳离子型表面活性剂不同，在分子的一端同时存在酸性基和碱性基，酸性基大多是羧基、磺酸基或磷酸基，碱性基则为胺基或季铵基，它能与阴离子、阳离子、非离子表面活性剂混配，耐酸、碱、盐，耐硬水，钙皂分散能力强。

两性表面活性剂以其独特的多功能著称，除了具有良好的表面活性和去污、乳化、分散性能以外，还具有抗菌、抗静电和柔软性能，刺激性低，生物降解性好，并能使带正电荷或负电荷的物体表面成为亲水性。此外，两性表面活性剂还有良好的配伍性和低毒性，使用十分安全，因此发展很快。

两性表面活性剂按其结构可以分为氨基羧酸型、甜菜碱型和咪唑啉型等几类，本节仅对甜菜碱型两性表面活性剂作一简单介绍。

甜菜碱是从甜菜中提取出来的天然含氮有机化合物，化学名称为三甲基乙酸铵，分子式为：（CH3）3N+CH2COO-。天然甜菜碱不具有表面活性，只有当其中的一个甲基被长链烷基取代后才具有表面活性，这类物质称为甜菜碱型两性表面活性剂，包括羧酸基甜菜碱、磺酸基甜菜碱，其中最典型的是N烷基二甲基甜菜碱。

与其他两性表面活性剂不同，甜菜碱型两性表面活性剂在碱性溶液中不具有阴离子性，等电点时也不会降低水溶性而沉淀，它们在较宽的pH范围内都有较好的水溶性，与其他阴离子表面活性剂的混溶性也较好，在强电介质中也有较好的溶解度，且耐硬水。

磺酸基甜菜碱在应用上有许多优点，在硬水中，其润湿性、起泡性和去污性均较好，尤其与肥皂等阴离子表面活性剂混合使用时，具有良好的协同作用，即使用量很少，效果也很显著。甜菜碱型两性表面活性剂的抗静电性能优良，还具有消毒杀菌作用。

两性表面活性剂在染整加工中可以用作柔软剂、抗静电剂和金属络合染料的匀染剂等。抗静电剂BS-12的化学名称为十二烷基二甲基乙羧基季铵盐，结构式为：

BS-12易溶于水，耐酸、碱和硬水，可与各种表面活性剂混用，具有抗静电、去污、稳泡、柔软和钙皂分散以及防锈、杀菌等作用，可用作抗静电剂、柔软剂、杀菌消毒剂和缩绒剂。

（五）特种表面活性剂

除了上述四大类常用表面活性剂以外，还有一些特殊类型的表面活性剂，称之为特种表面活性剂。这类表面活性剂主要有硅表面活性剂、含氟表面活性剂、天然高分子表面活性剂和生物表面活性剂等。特种表面活性剂虽然在整个表面活性剂中数量不大，但用途特殊，颇为人们重视，近年来已开发出许多品种，在染整加工中常用作柔软剂、渗透剂、消泡剂、易去污整理剂、拒水拒油整理剂和抗静电整理剂等。