第3章 洗涤和去污作用

3.5

洗涤和去污作用洗涤：将浸在某种介质（一般为水）中的固体表面的污垢去除的过程称为洗涤。洗涤过程：加入洗涤剂以减弱污垢与固体表面的粘附作用并施以机械力搅动，借助介质（水）的冲力将污垢与固体表面分离而悬浮于介质中，最后将污垢冲洗干净。特点：多相分散体系。

分散介质种类、成分固体表面或界面污垢种类、性质现状：用表面科学和胶体科学的理论对洗涤作用本质尚未研究清楚。3.5.1污垢的类型按形态分：（1）液体污垢皮脂、动植物油、矿物油（原油、燃料油、润滑油、煤焦油等）液体污垢被去除的难易程度，取决于在洗涤液存在时污垢与基物的接触角θ。θ越大越易清除。（2）固体污垢尘埃、粘土、砂、铁锈、灰、炭黑。颗粒表面有时带正电、有时带负电。固体污垢以范德华力粘附在基物表面。（3）混合污垢常常是液体污垢包围固体污垢，粘附在物品表面，去除类似与液体油类污垢。按使用环境及情况分：（1）纤维织物上①油性污垢，大都是油溶性的液体或半固体，包括动植物油脂、脂肪酸、脂肪醇、胆固醇、矿物油及其氧化物。②固体污垢。③特殊污垢，如砂糖、淀粉、食盐、食物碎屑及人体分泌物（汗、尿、血、蛋白质、无机盐）等，渗透溶于或化学吸附在纤维上。

（2）住宅污垢（3）餐具污垢（4）其他3.5.2污垢的粘附（1）机械力粘附固体尘土的粘附（2）分子间力粘附范德华力（包括氢键）

油污在非极性高分子板材上的粘附。若污垢和基物之间形成氢键，则很难清除。（3）静电力粘附带正电荷的炭黑、氧化铁之类的污垢附着在带负电的纤维素或蛋白质纤维表面上。（4）化学结合力粘附化学吸附黏土类极性固体、脂肪酸、蛋白质等均为电负性较大的物质，能与纤维素纤维上的羟基形成氢键或离子键；果汁、墨水、丹宁、血污、重金属盐和铁锈等在纤维上形成稳定的色斑。（5）油性结合

塑料制品上的油性污垢：污垢形成一种固溶体渗透到非极性纤维（如聚酯纤维）内部

3.5.3

洗涤过程洗涤过程复杂：润湿、渗透、吸附、乳化、分散、增溶、解吸、起泡等物理化学反应。Mcbain提出洗涤过程的反应式：固体表面·污垢+洗涤剂+介质=固体表面·洗涤剂·介质+污垢·洗涤剂·介质洗涤剂的作用（1）降低水的表面张力，改善水对洗涤物的润湿性。洗涤剂对洗涤物品的润湿是洗涤的第一步。合成纤维的表面：聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯、尼龙66、聚丙烯腈等（2）对污垢的分散和悬浮作用。阴离子型表面活性剂：

静电作用非离子表面活性剂：通过水化聚氧乙烯链产生的空间位阻来阻止污垢的聚集。3.5.4

洗涤去污原理1、液体污垢的去除（1）卷缩机理（2）乳化机理（3）增溶机理（4）液晶形成机理（5）结晶集合体破坏机理（6）化学反应去污机理洗涤去污原理——液体污垢的去除（1）卷缩机理水中加入表面活性剂，γOW和γSW降低，γSO不变

cosθW须变大，即θW变小

液体油污的去除程度与油污在固体表面的接触角θO（θO=180-θW）有关。（2）乳化机理乳化去污通常借助于机械力的作用，但也有自发乳化的情形。脂肪酸、脂肪醇和胆固醇等极性油和矿物油的混合物与表面活性剂的水溶液接触时，极性油与表面活性剂发生作用而自发乳化。洗涤过程中是否泡沫越多洗涤效果越好？（3）增溶机理增溶作用条件：

洗涤剂中表面活性剂浓度>cmc

非极性简单烃类油污

极性有机物油污（脂肪醇、脂肪酸及各种极性染料等）

一些高分子物质、甘油、蔗糖以及不溶于烃的染料油污

苯、苯酚等油污在洗涤过程中使用的洗涤剂溶液，其中表面活性剂的浓度往往不超过cmc

离子型表面活性剂其增溶去污作用微乎其微

非离子型表面活性剂，大量的油污被增溶除去（4）液晶形成机理

水合后的表面活性剂在洗涤过程中能渗入脂肪醇和高级醇极性油污内，形成三组分液晶，很容易被洗涤液溶解而除掉。（5）结晶集合体破坏机理黏附在衣物上的烃和甘油（6）化学反应去污机理脂肪酸类油污在碱性洗涤液中发生皂化反应，生成水溶性脂肪酸皂而被溶解除去。2、固体污垢的去除固体污垢通常在一些点上与表面接触和黏附，黏附作用主要来自范德华力，其它力（静电力）则次要得多。

静电引力可加速空气中灰尘在固体表面的黏附，但不增加黏附强度。固体污垢与固体表面的黏附强度受多种因素的影响

随接触时间的延长和空气湿度的增大而增强；处于水中的被洗涤物，其表面与固体污垢的黏附力比在空气中小得多。（1）润湿机理

无机固体污垢，形成双电层（2）扩散溶胀机理

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，经机械作用，即在水流冲击下而脱落下来，再经乳化清除。

固体污垢越大越易被去除，而小于0.1μm的污垢颗粒，由于牢固地吸附在固体表面很难去除。Lange分段去污过程：

第Ⅰ阶段：固体污垢P直接黏附于固体表面S的状态；

第Ⅱ阶段：洗涤液L在固体表面S与固体污垢P的固-固界面上铺展；

洗涤液能否在物体和污垢表面铺展或润湿与各界面的表面张力有关。

>0，洗涤液可以在固-固界面上铺展。

第Ⅲ阶段：固体污垢P分散、悬浮于洗涤液L中。3.5.5影响作用的因素（1）表面（或界面）张力

液体油污的去除：乳化和分散，防止油污再沉积

固体油污的去除：洗涤剂的表面张力和织物与污垢之间的固-固界面张力（2）表面活性剂在界面上的吸附状态

没有吸附就没有洗涤剂的洗涤功能。（3）表面活性剂的结构

表面活性剂在界面上的吸附状态处于固液界面上被吸附的表面活性剂分子的方向性对洗涤起重要作用。

非极性固体表面（聚酯或尼龙）：阴离子和非离子表面活性剂性能良好；

亲水性表面（棉等）：阴离子型好于非离子型。

非离子表面活性剂在低浓度下，去除油污和防止油污再沉积能力高于具有类似结构的阴离子表面活性剂。

两性型表面活性剂：吸附行为与离子型和非离子型表面活性剂相似。具有抗硬水性好、温和、生物降解性、抗静电性和杀菌性能优异等优点。

一般很少采用阳离子表面活性剂做洗涤剂。

（3）表面活性剂的结构①在溶解度允许的范围内，表面活性剂的洗涤能力随疏水链增长而提高；②疏水链的碳原子数给定后，直链的表面活性剂比支链的有更大的洗涤能力；③亲水基团在端基上的表面活性剂较亲水基团在链内的洗涤效果好；④对于非离子表面活性剂，当洗涤液的温度略低于表面活性剂的浊点时可达到最佳洗涤效果；⑤对于聚氧乙烯型非离子表面活性剂，聚氧乙烯链长度增大，洗涤能力下降。3.5.6表面活性剂在洗涤剂中的应用（1）阴离子型最早使用的一类。需求量占所有表面活性剂的50%以上。品种主要有：脂肪酸盐、烷基苯磺酸盐（ABS）、脂肪醇硫酸酯盐（AS）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯（AES）、α-烯烃磺酸盐（AOS）、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸酯（AEC）和脂肪酸甲酯磺酸盐（MES）等。（2）非离子型较好的洗净力、对油性污垢的去污力良好、对合成纤维防止油污再沉积的能力强、耐硬水性和耐高浓度电解质的能力较强。疏水基和亲水基部分可调性。常用品种有：脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚。（3）两性特点：低毒性、温和、易生物降解、配伍性、润湿性、洗涤性和发泡性等性能良好。氨基酸型、甜菜碱型和咪唑型。一、粉状洗涤剂（1）民用洗涤剂

①衣用②厨房用洗涤剂③住宅用洗涤剂（2）工业洗涤剂二、液体洗涤剂粉状洗涤剂洗衣粉（1）民用洗涤剂①衣用a.轻垢型洗涤剂污垢类型：灰尘、少量油污洗涤剂成分：12%~20%的表面活性剂（相当于11或12的烷基苯磺酸钠和脂肪酸聚氧乙烯醚磺酸酯等阴离子表面活性剂），烷基酰醇胺和氧化胺等泡沫促进剂。b.重垢型洗涤剂对洗涤剂要求：去污力强、使用方便、不伤衣物和皮肤。洗涤剂配方：表面活性剂、助剂、有机螯合剂、抗再沉积剂、消泡剂、荧光增白剂、防结块剂、酶和香精等。（二）液体洗涤剂优点：①以水为介质。②节约能源和资源。不需加入芒硝，不需要干燥成型。③配方易调整④使用方便，适用性强。手洗、机洗⑤生产工艺简单中小企业（1）重垢型液体洗涤剂非离子和阴离子表面活性剂，含量一般为15%~30%。非离子和阴离子的用量为3：1。非离子表面活性剂：二十烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯和烯基磺酸盐等。（2）轻垢型液体洗涤剂表面活性剂的平均含量在12%左右，不超过20%。阴离子表面活性剂：脂肪醇硫酸盐，且多为乙醇胺盐；非离子表面活性剂：脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯。柔软性，添加椰油酰二乙醇胺。（3）餐具液体洗涤剂阴离子表面活性剂：脂肪醇硫酸钠、LAS、α-烯