第二章 表面活性剂作用原理.ppt

* 污垢通过化学吸附产生的化学结合力与固体表面的粘附，例如金属表面的锈就是通过化学键粘附于金属表面。 4分子间力粘附 被洗涤物品和污垢以分子间范德华力(包括氢键)结合，例如，油污在各种非极性高分子板材上的粘附，油污的疏水基通过与板材间的范德华相吸力将油垢吸附于高分子板材的表面上，污垢与表面一般无氢键形成，但若形成时，则污斑难以去除【1】。天然纤维织品如：棉、麻和丝织品与血渍的粘附，棉麻织物中的纤维上有大量羟基存在，丝织物的主要成分是蛋白质，含有大量的多肽，血渍可以通过氢键与织物粘附，这是很难除去的。 不同性质的表面与不同性质的污垢，有不同的粘附强度。在水为介质的洗涤过程中，非极性污垢（炭黑、石油等），比极性污垢(如粘土、粉尘、脂肪等)不容易洗涤。疏水表面(如聚脂、聚丙烯)上的非极性污垢，比亲水表面(如棉花、玻璃)上的非极性污垢更不容易去除；而在亲水表面上的极性污垢则比疏水表面上的极性污垢不易洗涤[2，3]。如果从纯粹机械作用考虑，固体污垢在纤维性物品表面上，较光滑表面上易粘附，固体污垢质点越小则越不易去除。 * 1洗涤剂对油污及纤维表面吸附作用 洗涤剂分子或离子在污垢及纤维的界面上定向吸附。 2污垢的润湿和渗透 由于洗涤剂的定向吸附和表(界)面张力的降低，使污垢与纤维润湿，从而使洗涤剂渗透到污垢和纤维之间，因而减弱了污垢在纤维上的附着力。 3污垢的脱落 洗涤剂提高了纤维和污垢的负性电荷(阴离子表面活性剂)，使其产生静电排斥，加上机械作用，促使污垢从纤维上脱落下来。 4污垢的乳化分散 由于洗涤剂的定向吸附中胶体性质使脱离纤维表面的污垢分散在洗液中，并形成稳定的分散体系，已经乳化分散的污垢就不再附着于纤维。此时，也有的污垢能够进入到洗涤剂的胶束中，从而发生增溶。洗涤基本过程如图9-2所示。 * 由式9-1看出，在洗涤过程中，洗涤剂是不可缺少的。洗涤剂在洗涤过程中具有以下作用，一是除去固体表面的污垢，另一种作用是使已经从固体表面脱离下来的圬垢能很好的分散和悬浮在洗涤介质中，分散、悬浮于介质中的污垢经漂洗(用水清洗)后，随水一起除去。得到纯洁的物品，这是洗涤的主过程。洗涤过程是一个可逆过程，分散和悬浮于介质中的污垢也有可能从介质中重新沉积于固体表面（使被洗物变脏），这叫作污垢在物体表面的再沉积。因此，一种优良的洗涤剂应具有两种基本作用，一是降低污垢与物体表面的结合力，具有使污垢脱离物体表面的能力；二是具有防止污垢再沉积的能力。 洗涤过程使用的介质，通常是水。若洗涤所用的介质是有机溶剂，如干洗，用汽油或氯代烃。 * 1降低水的表面张力改善水对洗涤物表面的润湿性 洗涤液对洗涤物品的润湿是洗涤过程的第一步，洗涤液对洗涤物品必须具备较好润湿性，否则洗涤液的洗涤作用不易发挥。 水在一般天然纤维上的润湿性较好（如棉、毛纤维），但对于人造纤维(如聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈等)和未经脱脂的天然纤维等因其具有的临界表面张力γC低于水的表面张力，因而水在其上的润湿性较差。例如，原棉纤维的疏水性很强，水在其表面的接触角可达1050，与在石蜡表面上的接触角几乎相同。经乙醇及乙醚处理后，其接触角可分别降至650及100～300【4】。 加入了洗涤剂后一般都能使水的表面张力降至30mN·m-1以下。因此除聚四氟乙烯外，洗涤剂的水溶液在其物品的表面都会有很好的润湿性，促使污垢脱离其物品表面，而产生洗涤效果。上述情况表明，在一般条件中，表面活性剂水溶液的表面张力可以低于一般纤维材料的润湿临界张力，所以纤维的润湿在洗涤过程中不是什么严重问题。 * 2洗涤剂能增强污垢的分散和悬浮能力 洗涤剂具有乳化能力能将从物品表面脱落下来的液体油污乳化成小油滴而分散悬浮于水中，若是阴离子型洗涤剂还能使油-水界面带电而阻止油珠的并聚增加其在水中的稳定性，对于已进入水相中的固体污垢也可使固体污垢表面带电，会因污垢表面存在同种电荷当其靠近时产生静电斥力而提高了固体污垢在水中的分散稳定性。对于非离子型洗涤剂可以通过较长的水化聚氧乙烯链产生空间位阻来使得油污和固体污垢分散稳定于水中。因此洗涤剂可起到阻止污垢再沉积于物品表面的作用。 * 液体油污的去除是通过卷缩机形实现的，即洗涤液优先润湿固体表面，而使油污卷缩起来【6，7】。液体油污是以一铺展的油膜存在于表面的，在洗涤液对物品表面的优先润湿作用下，油膜逐渐进缩成油珠，最后被冲洗而离开固体表面，如图(9.3)所示。(a)表示：在物品表面上的油膜有一接触角θ，油-水、固-水、固-油的界面张力分为γWO、γSW、γSO，于是平衡时有下列关系： * 液体油污的去除是通过卷缩机形实现的，即洗涤液优先润湿固体表面，而使油污卷缩起来【6，7】。液体油污是以一铺展的油膜存在于表面的，在洗涤液对物品表面的优先润湿作用下，油膜逐渐进缩成油珠，最后被冲洗而离开