江蘇省海安石油化工廠
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新聞動態
表活洗滌原理
1 洗滌過程
去污過程包括復雜的表面現象、機械流體力學和化學或生物學等作用。去污過程大致為液體油污的去除，這是借潤濕、卷離、乳化、增溶等作用，輔以機械力使，其懸浮于介質中而除去；固體污垢的去除則通過潤濕、界面電荷分散使污垢除去。
在洗滌過程中，洗滌劑是不可缺少的。洗滌劑在洗滌過程中具有以下作用：一是降低水的表面張力改善水對洗滌物表面的潤濕性。洗滌液對洗滌物品的潤濕是洗滌過程是否可以完成的先決條件，洗滌液對洗滌物品必須具備較好潤濕性，否則洗滌液的洗滌作用不易發揮。對于人造纖維（如聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈等）、未經脫脂的天然纖維等因其具有的臨界表面張力低于水的表面張力，因而水在其上的潤濕性就不能達到令人滿意的裎度。加入了洗滌劑后一般可使水的表面張力降低至30mN／m。因此除聚四氟乙烯外，洗滌劑的水溶液在其物品的表面都會有很好的潤濕性，促使污垢脫離其物品表面，而產生洗滌效果。另一種作用是使已經從固體表面脫離下來的污垢能很好的分散和懸浮在洗滌介質中，使其不再沉積在固體表面。洗滌過程可以表示為：固體表面污垢+洗滌劑+介質=固體表面·洗滌劑·介質+污垢·洗滌劑·介質。
在洗滌過程中，影響洗滌效率的因素有固體與污垢的黏附強度、固體表面與洗滌劑的黏附強度以及洗滌劑與污垢間的黏附強度。固體表面與洗滌劑間的黏附作用強，有利于污垢從固體表面的去除，而洗滌劑與污垢的黏附作用強，有利于阻止污垢的再沉積。此外不同性質的表面與不同性質的污垢之間有不同性質的結合力。因此三者間有不同的黏附強度。在水介質中，非極性污垢由于其疏水性不易被水洗凈。在非極性表面的非極性污垢，由于可通過范德華力吸附于非極性物品表面上，三者間有較高的黏附強度，因此比在親水的物品表面難于去除。極性的污垢在疏水的非極性表面上比在極性強的親水表面上容易去除。
2 表面活性劑的結構與洗滌作用的關系
因受污垢和表面活性劑之間發生復雜作用的影響，表面活性劑的冼滌力與其化學結構之間的關系非常復雜。對于液體油性污垢的去污來說，由于油性污垢的去除過程主要服從增溶作用機理，所以可以說，凡是有利于提高增溶空間結構的表面活性劑都能很好地增溶油污并將其除去。同樣如果污垢的去除過程主要服從乳化機理，對乳化作用有適宜HLB值的表面活性劑，較其他表面活性劑乳化去污能力強。非離子表面活性劑在低濃度下，去除油污和防止油污再沉積能力高于陰離子具有類似結構的表面活性劑，其原因是非離子表面活性劑的cmc很低。
如前所述，處于固-液界面上被吸附的表面活性劑分子的方向性對洗滌起重要作用。在洗滌過程中，表面活性劑發生定向排列，其親水基朝向水相，否則就不能除去污垢和防止再沉積。因此洗滌液中表面活性劑的洗滌行為與固體表面的極性及表面活性劑的離子性質有密切關系。例如無論是陰離子表面活性劑，還是非離子表面活性劑，都能在非極性固體表面（如聚酯或尼龍）上有良好的性能。在棉或纖維素這類親水性大的物體上，陰離子表面活性劑比非離子表面活性劑的性能要好，這是因為固體表面親水性大，與表面活性劑的聚氧乙烯單元產生極性吸引和氫鍵作用，從而迫使其定向排列，使更多的疏水基暴露在水相中，或使表面活性劑分子沿固體表面平行排列。這種定向排列能增高或至少不降低污垢-水和固體-水界面的自由能從而阻止污垢的去除。一般很少采用陽離子表面活性劑作洗滌劑，因為它在固體表面上能反向排列形成拒水型表面，當固體表面帶負電時，尤為容易形成拒水膜。
顯然表面活性劑分子在固體表面上的吸附程度和定向排列方式對于表面活性劑在洗滌過程中的行為影響非常大。因此可以通過改變表面活性劑的結構來改善洗滌力。如前所述，碳氫鏈長的增大將會提高表面活性劑的去污能力。具有支鏈和親水基團處于碳鏈中間的表面活性劑，其洗滌能力較低。對于給定碳原子數和端基的表面活性劑，當碳鏈為直鏈結構、而親水基團處于端基位置時，它們具有最大的洗滌能力。通常隨著親水基長度增大和從鏈中間向端基移動，表面活性劑的洗滌能力增高。但如果鏈長過大，表面活性劑的溶解性降低，洗滌效果反而下降。
雖然端基具有親水基團結構的直鏈表面活性劑在理想條件下表現出最佳的洗滌能力，但當洗滌液中存在電解質和高價陽離子時，使表面活性劑的溶解度降低，從而影響洗滌能力，達不到最佳洗滌效果。在這種情況下，親水基團位于鏈內的表面活性劑具有較高的洗滌能力。
表面活性劑親水基的屬性對洗滌能力也有很大的影響。如飽和碳鏈被包圍時，影響吸附的定向排列，從而影響洗滌能力。對聚氧乙烯型非離子表面活性劑來說，聚氧乙烯鏈增大，在固體表面上的吸附效應減小，導致洗滌能力下降，甚至消失。當聚氧乙烯鏈插入到疏水基和陰離子基團之間時（如脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽），這種表面活性劑的洗滌特性優于沒有嵌入聚氧乙烯鏈的硫酸鹽。
綜上所述可歸納如下。
①在溶解度允許的限度內，表面活性劑的洗滌能力隨疏水鏈增大而增高。
②疏水鏈的碳原子數給定后，直鏈的表面活性劑比支鏈的有更大的洗滌能力。
③親水基團在端基上的表面活性劑較親水基團在鏈內的洗滌效果好。
④對于非離子表面活性劑來說，當表面活性劑的濁點稍高于溶液的使用溫度時，可達到最佳的洗滌效果。
去污過程包括復雜的表面現象、機械流體力學和化學或生物學等作用。去污過程大致為液體油污的去除，這是借潤濕、卷離、乳化、增溶等作用，輔以機械力使，其懸浮于介質中而除去；固體污垢的去除則通過潤濕、界面電荷分散使污垢除去。
在洗滌過程中，洗滌劑是不可缺少的。洗滌劑在洗滌過程中具有以下作用：一是降低水的表面張力改善水對洗滌物表面的潤濕性。洗滌液對洗滌物品的潤濕是洗滌過程是否可以完成的先決條件，洗滌液對洗滌物品必須具備較好潤濕性，否則洗滌液的洗滌作用不易發揮。對于人造纖維（如聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈等）、未經脫脂的天然纖維等因其具有的臨界表面張力低于水的表面張力，因而水在其上的潤濕性就不能達到令人滿意的裎度。加入了洗滌劑后一般可使水的表面張力降低至30mN／m。因此除聚四氟乙烯外，洗滌劑的水溶液在其物品的表面都會有很好的潤濕性，促使污垢脫離其物品表面，而產生洗滌效果。另一種作用是使已經從固體表面脫離下來的污垢能很好的分散和懸浮在洗滌介質中，使其不再沉積在固體表面。洗滌過程可以表示為：固體表面污垢+洗滌劑+介質=固體表面·洗滌劑·介質+污垢·洗滌劑·介質。
在洗滌過程中，影響洗滌效率的因素有固體與污垢的黏附強度、固體表面與洗滌劑的黏附強度以及洗滌劑與污垢間的黏附強度。固體表面與洗滌劑間的黏附作用強，有利于污垢從固體表面的去除，而洗滌劑與污垢的黏附作用強，有利于阻止污垢的再沉積。此外不同性質的表面與不同性質的污垢之間有不同性質的結合力。因此三者間有不同的黏附強度。在水介質中，非極性污垢由于其疏水性不易被水洗凈。在非極性表面的非極性污垢，由于可通過范德華力吸附于非極性物品表面上，三者間有較高的黏附強度，因此比在親水的物品表面難于去除。極性的污垢在疏水的非極性表面上比在極性強的親水表面上容易去除。
2 表面活性劑的結構與洗滌作用的關系
因受污垢和表面活性劑之間發生復雜作用的影響，表面活性劑的冼滌力與其化學結構之間的關系非常復雜。對于液體油性污垢的去污來說，由于油性污垢的去除過程主要服從增溶作用機理，所以可以說，凡是有利于提高增溶空間結構的表面活性劑都能很好地增溶油污并將其除去。同樣如果污垢的去除過程主要服從乳化機理，對乳化作用有適宜HLB值的表面活性劑，較其他表面活性劑乳化去污能力強。非離子表面活性劑在低濃度下，去除油污和防止油污再沉積能力高于陰離子具有類似結構的表面活性劑，其原因是非離子表面活性劑的cmc很低。
如前所述，處于固-液界面上被吸附的表面活性劑分子的方向性對洗滌起重要作用。在洗滌過程中，表面活性劑發生定向排列，其親水基朝向水相，否則就不能除去污垢和防止再沉積。因此洗滌液中表面活性劑的洗滌行為與固體表面的極性及表面活性劑的離子性質有密切關系。例如無論是陰離子表面活性劑，還是非離子表面活性劑，都能在非極性固體表面（如聚酯或尼龍）上有良好的性能。在棉或纖維素這類親水性大的物體上，陰離子表面活性劑比非離子表面活性劑的性能要好，這是因為固體表面親水性大，與表面活性劑的聚氧乙烯單元產生極性吸引和氫鍵作用，從而迫使其定向排列，使更多的疏水基暴露在水相中，或使表面活性劑分子沿固體表面平行排列。這種定向排列能增高或至少不降低污垢-水和固體-水界面的自由能從而阻止污垢的去除。一般很少采用陽離子表面活性劑作洗滌劑，因為它在固體表面上能反向排列形成拒水型表面，當固體表面帶負電時，尤為容易形成拒水膜。
顯然表面活性劑分子在固體表面上的吸附程度和定向排列方式對于表面活性劑在洗滌過程中的行為影響非常大。因此可以通過改變表面活性劑的結構來改善洗滌力。如前所述，碳氫鏈長的增大將會提高表面活性劑的去污能力。具有支鏈和親水基團處于碳鏈中間的表面活性劑，其洗滌能力較低。對于給定碳原子數和端基的表面活性劑，當碳鏈為直鏈結構、而親水基團處于端基位置時，它們具有最大的洗滌能力。通常隨著親水基長度增大和從鏈中間向端基移動，表面活性劑的洗滌能力增高。但如果鏈長過大，表面活性劑的溶解性降低，洗滌效果反而下降。
雖然端基具有親水基團結構的直鏈表面活性劑在理想條件下表現出最佳的洗滌能力，但當洗滌液中存在電解質和高價陽離子時，使表面活性劑的溶解度降低，從而影響洗滌能力，達不到最佳洗滌效果。在這種情況下，親水基團位于鏈內的表面活性劑具有較高的洗滌能力。
表面活性劑親水基的屬性對洗滌能力也有很大的影響。如飽和碳鏈被包圍時，影響吸附的定向排列，從而影響洗滌能力。對聚氧乙烯型非離子表面活性劑來說，聚氧乙烯鏈增大，在固體表面上的吸附效應減小，導致洗滌能力下降，甚至消失。當聚氧乙烯鏈插入到疏水基和陰離子基團之間時（如脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽），這種表面活性劑的洗滌特性優于沒有嵌入聚氧乙烯鏈的硫酸鹽。
綜上所述可歸納如下。
①在溶解度允許的限度內，表面活性劑的洗滌能力隨疏水鏈增大而增高。
②疏水鏈的碳原子數給定后，直鏈的表面活性劑比支鏈的有更大的洗滌能力。
③親水基團在端基上的表面活性劑較親水基團在鏈內的洗滌效果好。
④對于非離子表面活性劑來說，當表面活性劑的濁點稍高于溶液的使用溫度時，可達到最佳的洗滌效果。
⑤對于聚氧乙烯型非離子表面活性劑來說，聚氧乙烯鏈長度增大（只要達到足夠的溶解度），常導致洗滌能力下降。
此文章出自江蘇省海安石油化工廠 www.bcjp.com.cn
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