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抗紫外线、抗黄变

表面活性剂与洗涤作用,谈谈表面活性剂的那些基本理论(三)


      通常意义的洗涤是指从载体表面去除污垢的过程。在洗涤时,通过一些化学物质(如洗涤剂等表面活性剂物质)的作用以减弱或消除污垢与载体之间的相互作用,使污垢与载体的结合转变为污垢与洗涤剂的结合,最终使污垢与载体脱离,因被洗涤对象和要清除的污垢是多种多样的,因此洗涤是一个十分复杂的过程,洗涤作用的基本过程可简单关系表示:载体·污垢+洗涤剂=载体+污垢•洗涤剂。

       洗涤过程通常可分为两个阶段:一是在洗涤剂的作用下,污垢与其载体分离;二是脱离的污垢被分散﹑悬浮于介质中。洗涤过程是一个可逆过程,分散、悬浮于介质中的污垢也有可能从介质中重新沉淀到被洗物上。因此,一种优良的洗涤剂除了具有使污垢脱离载体的能力外,还应有较好的分散和悬浮污垢、防止污垢再沉积的能力。

       一、污垢的黏附作用。衣服、手等之所以能沾上污垢,是因为物体与污垢之间存在着某种相互作用。污垢在物体上的黏附作用多种多样,但不外乎物理性黏附和化学黏附两种。烟灰、尘土、泥沙、炭黑等在衣物上的黏附属物理黏附。一般来说,通过这种黏附的污垢,与被沾污的物体之间的作用相对较弱,污垢的去除也比较容易。依作用力的不同,污垢的物理黏附又可分为机械力黏附和静电力黏附。

       1、机械力黏附指的是一些固体污垢(如尘土﹑泥沙)的黏附作用。机械力黏附是污垢比较弱的一种黏附方式,几乎可以用单纯的机械方法将污垢去除掉,但当污垢的质点比较小时(<0.1um),去除起来比较困难;静电力黏附主要表现在带电的污垢粒子在异性电荷物体上的作用。大多数纤维性物品在水中带负电,很容易被某些带正电荷的污垢,如石灰类所黏附。有些污垢尽管带负电荷,如水溶液中的炭黑粒子,但可以通过水中的正离子(如Ca2+﹑Mg2+等)所形成的离子桥(离子在多个异性电荷之间,与它们共同作用,起类似桥梁的作用)附着在纤维上。静电作用比简单的机械作用要强,因而污垢去除相对困难些。

       2、化学黏附。化学黏附是指污垢通过化学键或氢键作用到物体上的现象。如极性固体污垢、蛋白质、铁锈等在纤维物品上的黏附,纤维中含有羧基、羟基、酰胺等基团,这些基团和油性污垢的脂肪酸、脂肪醇容易形成氢键。化学作用力一般比较强,因而污垢在物体上结合得较为牢固。这类污垢用通常的方法很难去除,需采用特殊的方法来处理。污垢黏附的牢固程度与污垢本身的性质和被黏附物的性质有关。一般颗粒容易在纤维性物品上黏附。固体污垢质点越小,则黏附得越牢固。亲水性物体如棉花、玻璃等表面上的极性污垢要比非极性污垢黏附得更牢固。而非极性污垢的黏附强度比极性污垢如极性脂肪、灰尘、黏土等要大,更不容易去除和清洗。

       二、污垢的去除机理。洗涤的目的在于去除污垢。在一定温度的介质中(主要以水为介质),利用洗涤剂所产生的各种物理化学作用,减弱或消除污垢与被洗物品的作用,在一定的机械力作用下(如手搓﹑洗衣机的搅动﹑水的冲击),使污垢与被洗物品脱离,达到去污的目的。

       1、液体污垢的去除机理。液体污垢大多为油性污垢,油污能润湿大部分的纤维物品,在纤维材料的表面上或多或少扩散成一层油膜。洗涤作用的第一步,是洗涤液润湿表面,可将纤维的表面看成是平滑的固体表面。液体污垢的去除是用一种卷缩的方式来实现的。液体污垢原来是以铺开的油膜形式存在于表面上,在洗涤液对固体表面,即纤维表面优先润湿作用下(润湿剂的作用),逐级卷缩成为油珠,被洗涤液替换下来,在一定外力作用下最终离开表面。

       2、固体污垢的去除机理。主要是洗涤液对污垢质点及其载体表面的润湿。由于表面活性剂在固体污垢及其载体表面的吸附,减小了污垢与表面之间的相互作用,降低了污垢质点在表面的黏附强度,因而污垢质点容易从载体表面上除去。不仅如此,表面活性剂,尤其是离子型表面活性剂,在固体污垢及其载体表面上的吸附有可能增加固体污垢及其载体表面的表面电势,更有利于污垢的去除。固体或一般纤维表面在水介质中通常带负电,因此,在污垢质点或固体表面上能形成扩散双电层。由于同性电荷相斥,因此,水中污垢质点在固体表面上的黏附强度会有所减弱。当加入阴离子表面活性剂时,由于阴离子表面活性剂能同时提高污垢质点及固体表面的负表面电势,使它们之间的排斥力更为增强,因而,质点的黏附强度更加降低,污垢更易于除去。

       非离子表面活性剂在一般带电的固体表面上都能产生吸附,尽管不能明显改变界面电势,但吸附的非离子表面活性剂往往在表面上形成一定厚度的吸附层,有助于防止污垢再沉积。对于阳离子表面活性剂,由于它们的吸附会使污垢质点及其载体表面的负表面电势降低或消除,这使得污垢与表面之间的排斥降低,因而不利于去除污垢;再者,阳离子表面活性剂在固体表面吸附以后,往往将固体表面变成疏水性,因而不利于表面的润湿,也就不利于洗涤。

      3、特殊污垢的去除。蛋白质、淀粉、人体分泌物、果汁、茶汁等这类污垢用一般的表面活性剂难以除去,需采用特殊的处理方法。

      三、干洗的去污机理。以上介绍是针对以水为介质的洗涤作用,所谓的干洗一般是指在有机溶剂特别是在非极性溶剂中的洗涤方式。相对于水洗,干洗是一种比较温和的洗涤方式。因为干洗并不需要太大的机械作用,对衣物不至于造成损伤﹑起皱和变形,同时干洗剂不像水那样,很少产生膨胀和收缩作用。只要技术处理得当,就可以使衣物干洗后达到不变形﹑不褪色和延长使用寿命等优良效果。

      由于各种污垢的性质不同,因而在干洗过程中对于污垢的去除存在不同的作用方式。油溶性污垢,如动植油、矿物油和油脂等,易溶于有机溶剂,在干洗中较容易除去。干洗溶剂对油和油脂极好的溶解能力实质上来自分子间的范德华作用力。对于水溶性污垢如无机盐﹑糖类﹑蛋白质、汗等的去除,还必须在干洗剂中加入适量的水,否则水溶性污垢难以从衣物中去除。但水较难溶于干洗剂中,因此为增加水的量,还需加入表面活性剂。干洗剂中存在的水能使污垢及衣物的表面水化,从而容易与表面活性剂的极性基团发生相互作用,有利于表面活性剂在表面的吸附。此外,在表面活性剂形成胶束时,水溶性污垢及水能被增溶进胶束中。表面活性剂除能增加干洗溶剂中水的含量外,还能起到防止污垢再沉积的作用,以增强去污效果。少量水的存在对去除水溶性污垢是必要的,但过量的水会导致一些衣物变形﹑起皱等,故干洗剂中水的含量必须适度。

       既非水溶性也非油溶性的污垢,如灰、泥、土和炭黑等固体颗粒一般以静电力吸附或与油污结合附着在衣物上。在干洗中,溶剂的流动﹑冲击能使以静电力吸附的污垢脱落下来,而干洗剂能溶解油污,使与油污相结合并附着在衣物上的固体颗粒脱落于干洗剂中,干洗剂中的少量水和表面活性剂,则使那些脱落下来的固体污垢粒子能稳定地悬浮﹑分散,防止其再沉积到衣物上。

      四、 影响洗涤作用的因素。

      1、表面活性剂的浓度。溶液中表面活性剂的胶束在洗涤过程中起到重要作用。当浓度达到临界胶束浓度(cmc)时,洗涤效果急剧增加。因此溶剂中洗涤剂的浓度应高于cmc值,才有良好的洗涤效果。但是当表面活性剂的浓度高于cmc值后,洗涤效果递增就不明显了,过多的增加表面活性剂的浓度是没有必要的。借助增溶作用去除油污时,即使浓度在cmc值以上,增溶作用仍随表面活性剂浓度的提高而增加。这时就宜在局部集中使用洗涤剂,例如在衣服的袖口和衣领处污垢较多,洗涤时可先涂沫一层洗涤剂,以提高表面活性剂对油污的增溶效果。

       2、温度对去污作用有很重要的影响。总的来说,提高温度有利于污垢的去除,但有时温度过高也会引起不利因素。温度提高有利于污垢的扩散,固体油垢在温度高于其熔点时易被乳化,纤维也因温度提高而增加膨化程度,这些因素都有利于污垢的去除。但是对于紧密织物,纤维膨化后纤维之间的微隙减小了,这对污垢的去除是不利的。

      温度变化还影响到表面活性剂的溶解度、cmc值、胶束量大小等,从而影响洗涤效果。长碳链的表面活性剂温度低时溶解度较小,有时溶解度甚至低于cmc值,此时就应适当提高洗涤温度。温度对cmc值及胶束量大小的影响,对于离子型和非离子型表面活性剂是不同的,对离子型表面活性剂,温度升高一般能使cmc值上升而胶束量减小,这就意味着在洗涤溶液中要提高表面活性剂的浓度。对于非离子型表面活性剂,温度升高,导致其cmc值减小,而胶束量显著增加,可见适当提高温度,有助于非离子型表面活性剂发挥其表面活性作用。但温度不宜超过其浊点。最适宜的洗涤温度与洗涤剂的配方及被洗涤的对象有关。有些洗涤剂在室温下就有良好的洗涤效果,而有些洗涤剂冷洗和热洗的去污效果相差很多。

      3、泡沫。人们习惯上往往把发泡能力与洗涤效果混为一谈,认为发泡力强的洗涤剂洗涤效果好。其实洗涤效果与泡沫的多少并没有直接关系,用低泡洗涤剂进行洗涤,其洗涤效果并不比高泡洗涤剂差。

      泡沫虽与洗涤没有直接关系,但在某些场合下,泡沫还是有助于去除污垢的,例如,手洗餐具时洗涤液的泡沫可以将洗下来的油滴携带走。擦洗地毯时,泡沫也可以带走尘土等固体污垢粒子,地毯污垢中尘土占很大比例,因此地毯清洗剂应具有一定的发泡能力。发泡力对于洗发香波也是重要的,洗发或沐浴时液体产生的细密泡沫使人感到润滑舒适。

      4、纤维的品种和纺织品的物理特性。除了纤维的化学结构影响污垢的黏附和去除外,纤维的外观形态以及纱线和织物的组织结构对污垢去除的难易均有影响。

       5、水的硬度。水中Ca2+﹑Mg2+等金属离子的浓度对洗涤效果的影响很大,特别是阴离子表面活性剂遇到 Ca2+﹑Mg2+离子形成的钙﹑镁盐溶解性均较差,会降低它的去污能力。在硬水中即使表面活性剂的浓度较高,其去污效果仍比在蒸馏中差得多。要使表面活性剂发挥最佳洗涤效果,水中 Ca2+离子浓度要降到1×10-6mol/L(CaCO3要降到0.1mg/L)以下。这就需要在洗涤剂中加入各种软水剂。

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