清洗剂的清洗原理详解
清洗剂清洗原理包括：（1）洗涤剂溶液对被洗基质和污垢的润湿及对二者界面之间的渗透；（2）清洗剂中的表面活性剂使油性污垢乳化、增溶、分散，使污垢与固体表面分离，并分散或乳化于洗涤介质中（通常是水）；（3）防止已被乳化的油性污垢和已被分散的固体污垢重新再沉积于基质表面。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重新沉积于固体表面，这一过程称为污垢再沉积作用。一、润湿作用凡固体表面被液体覆盖的现象称为润湿。影响润湿性能的其他因素有以下几种。（1）表面活性剂的结构分子结构中疏水基烃链如有几个短支链，润湿性应比仅有一个长烃链为强；亲水基位于烃链中央应比位于末端为强；表面活性剂疏水基烃链的碳原子在C8～C12润湿性好；非离子表面活性剂中，EO=10～12时润湿性好。（2）温度一般情况下，温度升高有利于润湿，但也有例外。（3）浓度一般表面活性剂的浓度增加，润湿性提高，但有一定限度，即浓度大于CMC范围，则润湿性下降。（4）pH值一般认为，在中性-碱性溶液中，用阴离子表面活性剂，润湿性较好；在中性-酸性溶液中，用非离子表面活性剂，润湿性较好。其他如固体表面的结构和粗糙程度、液体的黏度、电解质的加入等因素也都能影响表面活性剂的润湿性能。 二、乳化作用两种互不相溶的液体混合后（如水和煤油、豆油），经剧烈振荡，油层被粉碎成细滴，互相混合，成为混合体；但停止振荡，水和油又重新分为油层和水层。如果在水中加入少许表面活性剂，再用力振荡，则油滴被分散成极细的液滴，分散了的粒子间包覆一层吸附薄膜，可防止粒子凝聚，而形成一种稳定的乳液，这种现象称为乳化。 水和油两种互不相溶的液体，为什么加入表面活性剂后便成为稳定的乳液呢?因为在未加入表面活性剂前，油中的疏水性液体变成微小的粒子，扩大了它和水的接触面，由于油-水两相界面的张力比较大，它们之间的相斥力增大，疏水性的微粒相吸而聚集，最终形成油、水分层。加入表面活性剂后，降低了水-油间的表面张力，使疏水性液体微粒相聚集的机械能减少。乳液的类型① O／W型油在水中叫油／水相或称水包油型，在这种乳液中油是内相，是不连续相，水是外相，是连续相。② W／O型 水在油中叫水/油相或称油包水型，这种乳液中水是内相，是不连续相，油是外相，是连续相。③［0（W／O）W］型 多重型，即油、水互为内相或外相。 三、分散作用 一般不溶性固体，如尘土、烟灰、污粒在水中是易于下沉的。当加入洗涤剂后，洗涤剂活性物分子就能使固体粒子分割成无数微细的微粒而完全分散悬浮在溶液中，这是因为活性物的疏水基烃链可吸附在固体粒子表面，而另一端亲水基伸入水中，在固体粒子周围形成一层亲水性吸附膜，由于洗涤剂与固体粒子之间的表面张力小于固体颗粒内部之间的表面张力，洗涤剂分子的润湿力破坏了固体微粒之间的内聚力，因此，洗涤剂分子进入固体粒子的缝隙而使粒子破裂成微小质点，分散在水中。 四、增溶作用表面活性剂在水溶液中形成胶束，具有能使不溶或微溶于水的有机化合物的溶解度显著增大的能力，且溶液呈透明状，这种作用称为增溶作用。 影响增溶作用的主要因素① 增溶剂的分子结构和性质在同系表面活性剂中，碳氢链越长，胶束行为出现的浓度越小。这是因为碳氢链增长，分子的疏水性增大，因而表面活性剂聚集成胶束的趋势增高，即CMC降低，胶束数目增多，在较小的浓度下即能发生增溶作用，增溶能力增大。② 被增溶物的分子结构和性质被增溶物不论以何种方式增溶，其增溶量均与分子结构和性质（如碳氢链长、支链、取代基、极性、电性、摩尔体积及被增溶物的物理状态等）有关。③ 电解质的加入在表面活性剂溶液中加入无机盐可增加烃类的增溶量，减小极性有机物的增溶量。加入无机盐可使表面活性剂的CMC下降，胶束数量增多，所以增溶能力增大。加入盐的种类不同，对增溶能力的影响也不同，钠盐的影响比钾盐大。非离子表面活性剂中加入无机盐，其浊点降低，增溶量增大。④ 有机添加剂在表面活性剂溶液中加入非极性有机化合物（烃类），会使胶束增大，有利于极性化合物插入胶束的“栅栏”间，使极性被增溶物的增溶量增大。⑤ 温度的影响温度变化可导致胶束本身的性质发生变化，温度变化可引起被增溶物在胶束中溶解情况发生变化，其原因可能是热运动使胶束中能发生增溶的空间增大。五、起泡和消泡作用泡沫是空气分散在液体中的一种现象。在肥皂或洗涤剂溶液中，通过搅拌等作用，空气浸入溶液中，洗涤剂的活性分子或离子能定向地吸附在空气-溶液的界面上，亲水基被水化（被水分子包围），在界面上生成由水化的活性物形成的薄膜，即泡沫。 表面活性剂的类型是决定起泡性的主要因素。阴离子表面活性剂的起泡力最大，其中以十二醇硫酸钠、烷基苯磺酸钠的泡沫最为丰富，非离子表面活性剂次之，脂肪酸酯型非离子表面活性剂起泡力最小。影响起泡力的因素还有温度、水的硬度、溶液的pH值和添加剂等。 要使洗涤剂活性物的起泡性降低，同时又不影响去污能力，可以加入泡沫抑制剂，常用的有肥皂、脂肪酸、脂肪酸酯、聚三乙醇脂肪酸酯、聚醚、有机硅消泡剂等。有些低级醇如甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇等虽有消泡效果，但只有暂时破泡功能。有机极性化合物如失水山梨醇三油酸酯、聚丙二醇等消泡效果还可以，多用于纤维、涂料、金属、无机药品及发酵等工业。表3-3为有机极性化合物消泡剂的消泡效果。六、清洗的过程大多数洗涤过程是在水溶液中进行的。首先是洗涤液能润湿固体表面（事实上，洗涤液的表面张力较低，绝大多数固体表面能被润湿），若固体表面已吸附油污，即使完全被油污覆盖，其临界表面张力一般也不会低于30mN／m，所以表面活性剂溶液能很好地润湿固体表面，而污垢之所以牢固地附着在固体或纤维之间，主要是依靠它们之间的相互结合力。洗涤剂的去污，就是要破坏污垢与固体或织物间的黏附键，降低或削弱它们之间的引力。洗涤剂活性物分子中有良好的表面活性，其疏水基一端能吸附在污垢的表面，且可渗入污垢微粒的内部，同时又能吸附在织物纤维分子上，并将细孔中的空气顶替出来，液体污垢通过“卷缩”，逐渐形成油珠，最后被冲洗或因机械作用离开固体表面。 除了上述所说液体污垢的去除主要依靠洗涤剂活性物的润湿作用外，还有增溶和乳化作用机理。增溶作用的机理认为，液体污垢在表面活性剂胶束中增溶是去除油污的重要机制。当洗涤剂的浓度达到CMC以上时，从织物表面去除油污的作用才是明显的，低于CMC时，增溶发生在细小的珠状胶束中，也就是说此时只有少量的油污被增溶。只有当洗涤剂的浓度高于CMC时，才能形成更大的胶束。同时，洗涤剂中有不少无机盐也能促进胶束的形成，增强洗涤剂的去污效果。
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