第九章洗滌作用1課件

第九章洗滌作用洗滌定義：將浸在某種介質(zhì)(一般為水)中的固體表面的污垢去除的過程稱為洗滌。洗滌劑作用：減弱污垢與固體表面的粘附作用洗滌作用：

在洗滌劑的作用下施以機械力攪動，借助于介質(zhì)（水）的沖力將污垢與固體表面分離而懸浮于介質(zhì)中，最后將污垢沖洗干凈。2023/7/23§9.1洗滌作用的簡介9.1.1污垢

1.液體污垢皮脂、動植物油、礦物油。(原油、燃料油、潤滑油、煤焦油等)。液體污垢在洗滌過程被清除的難易程度，取決于洗滌液存在時液體污垢與基物的接觸角，接觸角越大越易清除。

2.固體污垢塵埃、粘土、砂、鐵銹、灰、碳黑。這些顆粒表面有時帶正電、有時帶負電。固體污垢通常以vander

Waals力粘附在基物表面。

混合污垢2023/7/239.1.2污垢的粘附1.機械力結(jié)合

主要表現(xiàn)為固體塵土的粘附現(xiàn)象。機械力較弱，這種污垢幾乎可用單純的攪動和振動力將其除去。污垢粒子＜0.1μm，難去除。夾在纖維中間和凹處的污垢有時也較難去除。2.靜電力結(jié)合表9.1纖維在水中的帶電纖維/mv纖維/mv羊毛-48棉-38醋酸酯纖維-36絲-1炭黑、氧化鐵等固體污垢的粒子在一定條件下帶正電荷，因此，帶有負電荷的纖維表現(xiàn)出極強的靜電引力。2023/7/23圖9-1氧離子的橋梁作用另外，水中含有的多價陽離子Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+等在帶負電的纖維和帶負電的污垢粒子之間，可以形成所謂多價陽離子橋。如圖9.1所示。

有時，多價陽離子橋可能成為纖維上附著污垢的主要原因。2023/7/233.化學力結(jié)合

通過化學吸附產(chǎn)生化學結(jié)合力與固體表面的粘附。例如金屬表面的銹就是通過化學鍵粘附于金屬表面。4.分子間力粘附分子間范德華力(包括氫鍵)

例：油污在各種非極性高分子材料上的粘附，油污的疏水基通過范德華力吸附于高分子材料的表面上。污垢與表面一般無氫鍵形成，但若形成時，則污斑難以去除。例：天然纖維織品如：棉、麻和絲織品與血漬的粘附，棉麻織物中的纖維上有大量羥基存在，絲織物的主要成分是蛋白質(zhì)，含有大量的多肽，血漬可以通過氫鍵與織物粘附，這是很難除去的。2023/7/23

不同性質(zhì)的表面與不同性質(zhì)的污垢，有不同的粘附強度。

水為介質(zhì)時，非極性污垢（炭黑、石油等），比極性污垢(如粘土、粉塵、脂肪等)不容易洗滌；對于非極性污垢，疏水表面(如聚脂、聚丙烯)比親水表面(如棉花、玻璃)更不容易去除；對于極性污垢，親水表面比疏水表面更不易洗滌。從純粹機械作用考慮，固體污垢在纖維性物品表面上，較光滑表面上易粘附，固體污垢質(zhì)點越小則越不易去除。5.油性結(jié)合

在塑料制品上的油性污垢，具有把污垢和塑料本身粘附在一起的作用，這種粘附作用可認為是油性結(jié)合。污垢形成一種固溶體而滲透到非極性纖維（如聚酯纖維）內(nèi)部，使污垢不易洗滌，是一種重要的粘附形式。

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圖9-2洗滌基本過程9.1.3洗滌過程2023/7/23洗滌作用的基本過程

1.洗滌劑對油污及纖維表面吸附作用

洗滌劑分子或離子在污垢及纖維的界面上定向吸附。2.污垢的潤濕和滲透

由于洗滌劑的定向吸附和表面張力的降低，使污垢在纖維上潤濕并在兩者間滲透，減弱污垢在纖維上的附著力。3.污垢的脫落

洗滌劑提高了纖維和污垢的負性電荷（陰離子表面活性劑），使其產(chǎn)生靜電排斥，在機械作用下，促使污垢脫落。4.污垢的乳化分散

形成穩(wěn)定的分散體系，污垢能夠進入洗滌劑的膠團中，從而發(fā)生增溶。2023/7/23一是降低污垢與物體表面的結(jié)合力，具有使污垢脫離物體表面的能力；二是具有防止污垢再沉積的能力。

洗滌劑的作用Mcbain對肥皂洗滌機理提出污垢反應式

洗滌過程是一個可逆過程，分散和懸浮于介質(zhì)中的污垢可能從介質(zhì)中重新沉積于固體表面（使被洗物變臟），為污垢在物體表面的再沉積。干洗2023/7/239.1.4洗滌劑的作用1.改善水對洗滌物表面的潤濕性纖維材料臨界潤濕表面張力（γc，達因/厘米）接觸角（θ，度）聚四氟乙烯18，16108，124聚丙烯2990聚乙烯31，3294，92聚苯乙烯33，30，3691，90聚酯43，42.581尼龍664670聚丙烯腈4448纖維素（再生）440～32，33表9-2

一些纖維材料的臨界表面張力和水在其表面上的接觸角潤濕2023/7/232.增強污垢的分散和懸浮能力

洗滌劑具有乳化能力能將從物品表面脫落下來的液體油污乳化成小油滴而分散懸浮于水中。陰離子型洗滌劑—使油水界面帶電阻止油珠的并聚；水相中的固體污垢表面帶電，產(chǎn)生靜電斥力提高了分散穩(wěn)定性非離子型洗滌劑—較長的水化聚氧乙烯鏈產(chǎn)生空間位阻使得油污和固體污垢分散穩(wěn)定于水中。2023/7/239.2液體污垢的去除

液體油污的去除是通過卷縮機理實現(xiàn)的，即洗滌液優(yōu)先潤濕固體表面，而使油污卷縮起來。洗滌作用第一步，是洗滌液(介質(zhì)加洗滌劑)潤濕物表面在一般條件下，表面活性劑水溶液的表面張力可以低于一般纖維材料的臨界表面張力(即可以鋪展)，纖維的潤濕在洗滌過程中不是什么嚴重問題。另外，粗糙表面比光滑表面更易潤濕，所以，洗滌液對纖維表面的潤濕更不會發(fā)生困難。鋪展的油膜存于表面2023/7/23卷縮機理圖9-3a表面上的油膜；b．c在有表面活性劑存在時卷縮成油珠

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由此可看出，兩種液體在固體表面上的粘附張力是油污液體被洗滌液從固體表面卷縮成油珠的重要參數(shù)。可推導出：2023/7/23圖9-4a表面上的油膜，水溶液接觸角θθ＝0，或不存在，油污卷縮成球狀，則油污將被徹底洗去。此條件可用下式表示：2023/7/23圖9-5油滴（θ>900）圖9-6較大油滴（θ<900）油污去除的程度決定于接觸角θ：

許多研究證明，降低油/水界面張力和增加油與固體表面的接觸角對洗滌作用有良好的促進作用2023/7/239.3固體污垢的去除9.3.1固體污垢的去除機理圖9-7污垢粒子P從固體表面S到洗滌液L的分段去除與液體污垢去除機理不同，因粘附性質(zhì)不同復雜范德華力2023/7/23I段:固體污垢P直接粘附于固體表面S的狀態(tài)。

式中：

WSP為固體與固體污垢間得粘附能；

為固體的表面能；

為固體污垢的表面能；

為固體與固體污垢間的表面能。固體污垢去除機理可依據(jù)蘭格的分段去污過程表示2023/7/23II段:洗滌液L在固體表面S與固體污垢P的固固界面SP上的鋪展

SW/S＞0，則洗滌液能在污垢點及被洗物表面鋪展，也能浸濕。2023/7/23

洗滌液在固體表面S和固體污垢P間固-固界面中存在的微縫隙(即毛細管)中的滲透過程附加壓力：

當ΔP＞0，洗滌劑就可滲入固體污垢P和固體表面S的固-固界面中的微縫隙中。若接觸角θL=0，洗滌液就能在其固-固界面上鋪展形成一層水膜，使固體污垢脫離固體表面進入洗滌液中，實際上此時固-固界面的鋪展系數(shù)SL/P/S>0。2023/7/239.3.2固體污垢分段去除過程中體系的能量圖9-8污垢粒子的勢能范德華相吸能博恩相斥能雙電層相斥能固體污垢粘附于固體表面的狀態(tài)過渡狀態(tài)的最大能壘固體污垢完全脫離的狀態(tài)為防止再附著Vmax應該盡量高，若Vmax/Vmax+Vmin大，則污垢易脫離，且可阻止再附著，對洗滌有利2023/7/239.3.3表面活性劑在固體污垢去除中的作用

圖9-9表面活性劑在固體污垢去除中的潤濕作用Ⅱ段—固固界面的鋪展溶有表面活性劑的洗滌液滲入微縫中，表面活性劑以疏水基吸附于固體和固體污垢表面，親水基滲入洗滌液中，形成單分子膜。

若洗滌液為水，γ大，θL較大，不利于滲透，加入水溶性表面活性劑，γ減小，θL減小，附加壓力增大有利于滲透。2023/7/239.4洗滌作用的影響因素1.被洗織物和污垢的性質(zhì)，以及污垢與織物之間的結(jié)合狀態(tài)2.洗滌液的組成（洗滌劑溶液的性質(zhì)）1）表面活性劑的性質(zhì)和濃度；2）助洗劑的性質(zhì)和濃度；3）洗滌液中由被洗織物帶入的懸浮物質(zhì)(如泥土等)

的性質(zhì)和濃度；4）洗滌液的pH值；5）洗滌液的組成和性質(zhì)在洗滌過程中發(fā)生的變化.—各種污垢以不同形式（懸浮、乳化、增溶）進入洗滌液中，洗滌劑成分被織物、污垢等吸附，洗滌液中的組分與污垢發(fā)生化學反應等。2023/7/234.污垢、被洗物和洗滌液之間的相對數(shù)量等。

3.洗滌過程的物理和機械條件。

如：洗滌溫度、洗滌時間、洗滌方式等。

5.洗滌溫度6.污垢質(zhì)點大小污垢質(zhì)點越大，越容易從表面除去。小于0.1μm的指點很難出去。固體污垢必須加以機械作用除去，因為固體的污垢質(zhì)點不是流體，由于污垢與被洗物表面粘附，洗滌液很難發(fā)生滲透作用，故須機械作用幫助洗滌液滲透，從而減弱表面與污垢間的結(jié)合力，使污垢易脫離提高洗滌溫度一般來說對去污是有利的。

未洗滌的衣物，忌用開水浸泡，因為衣物污垢中含有一些由于人體新陳代謝而積聚的蛋白質(zhì)，這種污垢遇到高溫后會發(fā)生蛋白質(zhì)的變性作用，而變性蛋白質(zhì)污垢很難除去，如長期下去，可使衣物發(fā)黃發(fā)暗，遇潮還易發(fā)霉。冷水洗滌的去污效果較差，但過高的洗滌溫度可能會由于臨界膠束濃度的提高，以及污垢與纖維間粘合的增加而影響洗滌效果。2023/7/23圖9-10液流中表面上不同大小質(zhì)點受力的情況

越靠近固體表面，液流的速度愈小，在固體表面處，液體流量為零，而離開表面的距離(d)越大，則流速(u)越大。因此大的質(zhì)點不僅因截面積大而承受較大的沖擊力，而且因離表面較遠處的液流速度高，沖擊力更大一些，而容易洗掉。2023/7/239.4.1表面張力大多數(shù)優(yōu)良的洗滌劑溶液均具有較低的表面張力與界面張力。在洗滌過程中，表面活性劑能使洗滌液也具有較低的表面張力，洗滌液的潤濕性能好。

在液體油污的去除過程中，較低的表面張力和界面張力有利于油污的乳化、加溶等作用，因而有利于洗滌。在固體污垢的去除過程中，具有低的表面張力和界面張力的洗滌液能更好的深入固體污垢于固體的固-固界面中，有利于洗滌液在固-固界面的鋪展，使固體污垢容易去除。陽離子表面活性劑雖有較低的表面張力，表面活性也較好，但在多數(shù)情況下易吸附于固體表面，使固體表面疏水，不易潤濕，易粘附油污，有反洗滌作用，故不宜作洗滌劑組分。2023/7/239.4.2吸附作用

表面活性劑在污垢和被洗物表面吸附，對洗滌作用有重要影響,使表面或界面的各種性質(zhì)均發(fā)生變化。對液體污垢的洗滌作用可產(chǎn)生有利的影響:洗滌液優(yōu)先潤濕固體表面,導致界面張力降低，使油污“卷縮”，從而有利于油污的清洗，也有利于形成分散度較大的乳狀液；同時所形成的界面膜強度較大，形成的乳狀液穩(wěn)定性較高，不易再沉積。表面活性劑在固體污垢質(zhì)點上的吸附比較復雜，它與質(zhì)點表面的性質(zhì)和表面活性劑的類型、結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。2023/7/231.陰離子表面活性劑圖9-11炭黑在表面活性劑溶液中的電泳性質(zhì)【14】1－C14H29SO3Na；2－C14H29O(C2H4)OH；3－C14H29N(CH3)3Cl2023/7/23污垢質(zhì)點在水中帶正電荷，如硫酸鋇質(zhì)點。圖9-12C12H25SO4Na對BaSO4固體污垢去除的過程2023/7/232.陽離子表面活性劑（不適合作洗滌劑）

一般固體在水中帶負電，陽離子表面活性劑的吸附會使污垢質(zhì)點與被洗物表面的表面電勢降低或消除，不利于洗滌，甚至其洗滌作用比純水的還要差，即“反洗滌”作用。此外，陽離子表面活性劑在固體表面的吸附，可能會使固體表面變得疏水，而不利于潤濕，不利于洗滌。吸附了陽離子表面活性劑的固體表面更易吸引污垢質(zhì)點和油污，不利于抗污垢再沉積作用。若將污垢質(zhì)點重新帶正電荷，須耗費大量的價格高的陽離子表面活性劑。第二層吸附是物理吸附，濃度低時，易脫附。因此，陽離子表面活性劑。2023/7/233.非離子表面活性劑

非離子表面活性劑在各種不同纖維上的吸附情況也有不同。

a.非極性纖維(如聚丙烯纖維)上的吸附,通過碳氫鏈間疏水作用，疏水基朝向纖維表面，親水基朝向水中，有利于纖維的潤濕，有利于洗滌。b.親水性強的纖維（如棉纖維）上的吸附，親水基上的醚鍵氧原子與棉纖維表面的羥基形成氫鍵，疏水基朝向水中，表面變得疏水，不利于洗滌。

非離子表面活性劑本身不帶電，不受固體表面的電性影響。以聚氧乙烯鏈作為親水基的非離子表面活性劑，聚氧乙烯鏈可通過醚鍵與水分子形成氫鍵，因而聚氧乙烯周圍易形成一層溶劑化的水膜，空間障礙較大，有利于防止污垢質(zhì)點再沉積。2023/7/234.兩性離子表面活性劑

非極性強的固體表面可通過范德華力以疏水基吸附于非極性固體的表面，以親水的陰離子頭和季銨陽離子頭伸進水相，使非極性疏水表面變?yōu)橛H水表面。

無論污垢固體的表面帶何種電荷它都能吸附于其表面上，而不會產(chǎn)生聚沉現(xiàn)象。2023/7/23從表面活性劑的類型來看陰離子表面活性劑的洗滌性能較全面，性能最好；非離子表面活性劑次之；而陽離子型表面活性劑不宜用作洗滌劑。2023/7/239.4.3加溶作用表面活性劑膠團對油污的增溶作用是自被洗物表面去除少量的液體油污的最重要的機理。不溶于水的物質(zhì)，因其性質(zhì)各異而加溶于膠團的不同部位，形成透明、穩(wěn)定的溶液。膠團對于油污的增溶作用，實際上是將油污溶解于洗滌液中，從而使油污不可能再沉積，這將大大提高洗滌效果。但是，除油污通過增溶作用的機理與事實不相符。膠團的加溶作用并不是去污的主要因素，而表面活性才是影響洗滌的主要因素。

油污的加溶過程是經(jīng)“卷縮”機理脫離表面，形成懸浮的油滴，然后再加溶于膠團中。即加溶作用發(fā)生在油污卷縮之后。濃度大于cmc濃度在cmc以下2023/7/23注：非離子表面活性劑作洗滌劑時，cmc很低，洗滌過程中油污去除程度在cmc以上時隨表面活性劑濃度增加，油污去除程度增加，這表明，加溶作用在洗滌過程中是重要的影響因素；在局部集中使用較大量的洗滌劑時(如在衣物上抹肥皂，或在某一部位灑上干的洗衣粉搓洗，以及用香皂洗臉、洗手)，加溶作用可能成為洗滌油污的主要因素?？傊ǔ５南礈爝^程中使用cmc較大的陰離子表面活性劑作洗滌劑時，表面活性劑膠團的加溶作用往往不是影響液體油污去除的主要因素。當使用臨界膠團濃度較小的非離子表面活性劑作洗滌劑時，加溶作用可能是影響液體油污去除的重要因素。2023/7/23

具有高表面活性的表面活性劑，可以最大限度地降低油/水界面張力，只要很小的機械功(略作攪動)即可乳化。在降低界面張力的同時，發(fā)生界面吸附，有利于乳狀液的穩(wěn)定，油污質(zhì)點不再沉積于固體表面。因此，最好選用陰離子表面活性劑做洗滌劑，由于界面吸附作用使界面帶電，有助于通過電性斥力阻止油污液體再吸附于固體表面。油污質(zhì)點的乳化和分散不足以有效完成洗滌過程，洗滌過程必須著眼于降低污垢和被洗物之間的結(jié)合力。乳化和加溶僅在防止污垢再沉積方面起作用。9.4.4乳化作用2023/7/239.4.5液晶形成機理

水合后的表面活性劑在洗滌過程中能滲入脂肪醇類極性油污內(nèi)，形成三組分液晶，從而使油污很容易被洗滌液溶解而除去。形成的這種液晶是粘度相當大的透明物體，為了順利除去油污，應施以一定的機械力。

表面活性劑與極性油污形成的液晶可看作低共熔物，其低共榮點遠低于洗滌溫度。2023/7/239.4.7化學反應去污機理

粘附在衣服上的脂肪酸類油污在堿性洗滌液中能發(fā)生皂化反應，生成水溶性脂肪酸鹽，從衣服上脫落下來溶入洗滌液而被除去，并且還可乳化、增溶、形成液晶等作用從衣服上帶走與脂肪酸共存的其他油性油污。9.4.6結(jié)晶聚合體破壞機理

粘附在衣服上的烴和甘油形成結(jié)晶集合體，它不能與表面活性劑水溶液形成液晶，但表面活性劑水溶液可滲入這種結(jié)晶集合體內(nèi)，使結(jié)晶破壞，導致污垢分散而除去。2023/7/239.4.8泡沫作用

洗滌作用與泡沫作用沒有直接關(guān)系，但在某些場合下，泡沫還是有助于去除油污的。例：手洗餐具時，洗滌液的泡沫可把洗下來的油滴攜帶走；擦洗地毯時，地毯香波的泡沫有助于帶走塵土等固體粒子樣的污垢。泡沫有時可以作為洗滌液是否有效的—個標志。

因為脂肪性油污對洗滌液的起泡力有抑制作用，當脂肪性油污過多而洗滌劑的加入量不夠時，洗滌液就不會生成泡襪，并使原有的泡沫消失，這標志洗滌液中的洗滌劑量不夠，應添加或另外配制洗滌液。2023/7/239.4.9表面活性劑疏水基鏈長圖9-13烷基硫酸鈉的洗滌曲線（55℃）

一般，碳氫鏈愈長者，洗滌性能愈好。鏈過長者，溶解度度變差，洗滌性能也降低。2023/7/23圖9-14鈉皂的洗滌曲線(38℃)圖9-15鈉皂的洗滌曲線(55℃)

為達到良好的洗滌作用，表面活性劑親水基與親油基應達到適當?shù)钠胶狻Ｗ飨礈靹┑谋砻婊钚詣?，HLB值在13～15為宜。2023/7/239.4.10洗滌劑的濃度濃度過低，將影響洗滌過程中織物的潤濕，污垢的取代、分散和乳化增溶，從而降低洗滌效果。但洗滌劑的濃度也不是越高越好，因為過高的濃度不但造成浪費，而且洗滌效果還不