表面活性劑的功能及作用洗滌作用主講鐘巖亮2生活中污垢課程重難點3了解洗滌過程與污垢分類污垢去除原理洗滌過程4表面活性劑應用最為廣泛、具有最大實用意義的基本特性。定義：將浸在某種介質（一般為水）中的固體表面的污垢去除的過程。

洗滌的過程可以表示為：物體表面·污垢＋洗滌劑＋介質?物體表面·洗滌劑·介質＋污垢·洗滌劑·介質

污垢再沉積洗滌劑特點5良好的潤濕性能能有效的降低被清洗固體與水及污垢與水的界面張力有一定的起泡或增溶作用能在潔凈固體表面形成保護膜而防止污垢再沉積污垢種類6（1）油性污垢纖維織物的主要污垢是油性污垢，它們大多是油溶性的液體或半固體，其中包括動植物油脂、脂肪酸、脂肪醇、膽固醇和礦物油（如原油、燃料油、煤焦油等）。

動物油脂、脂肪酸類與堿作用經皂化溶于水。而脂肪醇、膽固醇和礦物油則不為堿所皂化，它們的疏水基與纖維表面有較強的范德華引力，可牢固地吸附在纖維上而不溶于水，但能溶于某些醚、醇和烴類有機溶劑。7（2）固體污垢固體污垢有煤煙、灰塵、泥土、皮屑和鐵銹等。液體污垢和固體污垢經常混合在一起形成混合污垢，往往是油污包住固體微粒，粒徑一般為10-20μm，粘附在物品表面。這種混合污垢與物品表面的粘附性質，基本上與液體油污相似。8除此以外，有一些污垢被稱為特殊污垢，如：砂糖、淀粉、食鹽、食物碎屑和人體分泌物（汗、血液、蛋白質、無機鹽），它們在常溫下能溶于纖維中，有些能通過化學吸附，牢固地吸附在纖維上難以脫落。污垢的粘附9（1）機械粘附機械粘附主要表現在固體塵土的粘附現象上。由衣料紡織的粗細程度、紋狀及纖維特性不同，結合力有所不同。這種污垢幾乎可以用單純的攪拌和振動力將其去除。但當污垢粒子小于0.1μm時，就很難去除。夾在纖維中間和凹處的污垢有時也難以去除10（2）靜電力粘附在水介質中，靜電引力一般較弱，但有時污垢也可以通過靜電引力粘附。例如，纖維素和蛋白質纖維的表面在堿性溶液中帶有負電（靜電），而炭黑、氧化鐵等固體污垢粒子在此條件下帶有正電，它們可以通過靜電引力產生粘附。

靜電結合力比機械結合力強，因此污垢去除較困難。11（3）化學結合力

極性固體污垢（如粘土）、脂肪酸、蛋白質等與纖維素的羥基之間通過形成氫鍵或離子鍵的化學結合力而粘附在纖維上。

這類污垢用通常的洗滌方法很難去除，需要采取特殊的化學處理，使之分解、去除。12（4）分子間力粘附物品和污垢以分子間范德華力（包括氫鍵）結合。例如，油污在各種非極性板材上的粘附，油污的疏水基通過與板材間的范德華力，將油污吸附在高分子板材的表面，污垢與表面一般無氫鍵形成，但若形成氫鍵，則污垢難以去除。天然纖維制品如：棉、麻和絲織品與血漬的粘附，棉麻織物的纖維上有大量羥基存在，絲織物的主要成分是蛋白質，含有大量的多肽，血漬可以通過氫鍵與織物粘附，很難去除。13不同性質的表面和不同性質的污垢，有不同的黏附強度以水為介質的洗滌，非極性污垢比極性污垢難以洗凈疏水表面的非極性污垢比親水表面的非極性污垢難以洗凈親水表面的極性污垢比疏水表面的極性污垢難以去除液體污垢的去除14第一步：洗滌液（介質加洗滌劑）潤濕被洗物表面，否則洗滌液的洗滌作用難以發揮。水在一般天然纖維（棉、毛等）上的潤濕性較好，在人造纖維（如聚丙烯、聚酯等）上的潤濕性往往較差。一般洗滌液在濃度稍大（cmc）時，能很好地潤濕纖維表面。15第二步：油污的去除液體油污的去除是通過“卷縮”機理實現的。液體油污原來以鋪展的油膜存在于表面，將被洗物浸入洗滌液后，洗滌液優先潤濕固體表面，而使鋪展的油膜卷縮成油珠，如圖所示。A界面上的油膜b.有表面活性劑時油膜卷縮成油珠16

非離子表面活性劑雖然不能改變界面電勢，但被吸附的非離子表面活性劑往往可以在表面上形成空間阻礙，有利于防止污垢的再沉積。因此，非離子表面活性劑的洗滌效果并不差。

陽離子表面活性劑一般不能用作洗滌劑。由于陽離子表面活性劑使界面電勢降低或消除，不利于洗滌。甚至有“反洗滌”作用，即它的洗滌作用比純水還差，這是因為表面活性劑正離子被牢固地吸附于負電表面固體污垢的去除17固體粘附的影響因素：范德華力、靜電力、濕度去除機理：表面活性劑在固體污垢和固體表面上的吸附，大幅降低固體污垢和固體表面的黏附強度，可能會提高污垢與固體表面的表面電勢（帶電），同種電荷相互排斥，易于除垢。通常，固體或纖維在水中帶負電，污垢固體在水中也多為負電荷18固體污垢的去除，與污垢質點大小有很大關系。污垢質點越大，就越容易除去，小于0.1μm的質點很難除去。對于固體污垢，即使有表面活性劑存在，如果不加機械作用也很難除去。這是因為污垢質點不是流體，由于污垢與固體表面粘附，溶液很難滲入質點與表面之間，必須加機械作用來幫助溶液滲透，從而減弱污垢與表面的結合力，使污垢易于除去。污垢質點越大，在洗滌過程中承受水力的沖擊越大，而且離表面較遠處的液流速度更高，沖擊力會更大，所以大質點易于除去。影響表面活性劑洗滌作用的因素19表面或表面張力表面活性劑在界面上的吸附狀態表面活性劑的分子結構乳化與起泡作用表面活性劑的增溶作用黏附強度表面或表面張力20表面活性劑是洗滌液的主要成分，降低體系表面張力是表面活性劑非常重要的性質，大多數性能優良的表面活性劑都具有顯著降低體系表面張力的作用。在洗滌過程中，表面活性劑能使洗滌液具有較低的表面張力，這有利于洗滌液產生潤濕作用，從而才有可能進一步起洗滌作用。

較低的表面張力有利于液體油污的清除，也有利于油污的乳化、分散，防止油污再沉積。吸附作用21表面活性劑在界面上的吸附是影響洗滌效果的重要因素。由于表面活性劑在界面上的吸附，使界面和表面的各種性質（如體系的能量、電性質、化學性質及機械性質）發生變化。22對于液體油污，表面活性劑在油-水界面和固-水界面的吸附主要導致界面張力降低，從而有利于油污的去除。對于固體污垢，表面活性劑在固體污垢質點上的吸附，與表面活性劑的類型和固體粒子的電性質有關。

231、陰離子表面活性劑在界面上的吸附：主要取決于污垢表面的電性質。在水介質中，一般污垢質點帶負電，不易吸附陰離子表面活性劑。若質點的非極性較強，則可通過質點與表面活性劑碳氫鏈間的范德華引力克服電斥力而發生吸附。此時質點表面由于吸附了陰離子表面活性劑，負電荷密度增加，這樣質點間的斥力及質點與固體表面（在水介質中一般也帶負電）間的斥力也相應增加，從而提高了洗滌效果。24污垢質點帶正電（如BaSO4質點可以帶正電），用陰離子表面活性劑作洗滌劑，首先會產生靜電吸引，使質點電荷減少，表面活性劑疏水基包裹在質點外面，使表面變得疏水，降低了質點在洗滌液中的分散穩定性，質點容易聚沉，不利于洗滌。要使質點重新分散并穩定地懸浮于水中，需要加入大量的表面活性劑。+25水溶液中的表面活性劑碳氫鏈與吸附在質點上的表面活性劑碳氫鏈之間，可以通過范德華力吸附，這樣在第一吸附層上又吸附了第二層表面活性劑，此時表面活性劑極性基朝向水相，質點表面變得親水，并且帶負電。262、非離子表面活性劑：自身不帶電，因此在質點表面的吸附基本不受質點電性影響。質點吸附非離子表面活性劑后，體系的穩定性大大增加。27在非極性纖維上的吸附：通過碳氫鏈與碳氫鏈間的疏水效應來實現的，疏水基朝向非極性纖維，親水基朝向水中，使纖維變得親水，易于洗滌；28在親水性強的棉纖維上的吸附：通過聚氧乙烯鏈中的醚鍵氧原子與棉纖維表面的羥基形成氫鍵，而吸附于棉纖維表面的，因此在纖維-水界面上是以親水的聚氧乙烯鏈吸附于纖維表面，而疏水鏈朝向水中，使原來親水的纖維表面變得疏水，因此非離子表面活性劑不宜用于洗滌棉纖維。29兩性表面活性劑：靜電吸附與排斥，不易聚沉陰離子表面活性與非離子表面活性劑洗滌效果好陽離子表面活性劑不宜做洗滌劑表面活性劑的分子結構30表面活性劑同系物中，碳氫鏈長與表面活性、潤濕性、乳化作用等物理化學性質有密切關系，也與洗滌性能有一定關系。一般情況下，碳氫鏈較長的，洗滌效果較好。

乳化與起泡作用31乳化作用在洗滌過程中是相當重要的。因為液體油污“卷縮”成油珠，從固體表面脫落進入洗滌液后，還有很多與固體表面接觸而再沉積的機會，為了防止再沉積發生，最好的辦法是將油污乳化，使其穩定地分散懸浮于洗滌液中。要使乳化順利進行，需要考慮洗滌劑本身的乳化性能，乳化能力不夠的，可適當添加乳化劑32

一種洗滌液的性能好壞與其起泡作用之間沒有直接相應的關系。有時采用低泡性洗滌劑，洗滌效果也很好。但這并不是說泡沫在洗滌中完全無用，在某些時候，泡沫有助于去除污垢。例如，洗滌液形成的泡沫可以把從玻璃等硬表面洗下的油滴帶走；擦洗地毯時，泡沫有助于帶走塵土污垢。增溶作用33

表面活性劑的加溶作用是在表面活性劑溶液濃度大于cmc時發生的。實際上，一般洗滌過程添加的表面活性劑的量并不多，通常在cmc以下，加之被洗織物具有較大的表面積，將從溶液中吸附大量的表面活性劑，因此會使溶液中表面活性劑濃度進一步降低，更達不到cmc。這就是說，加溶作用沒有存在的前提條件。34許多試驗結果表明，洗滌作用與表面活性劑的其他性質（如表面張力的降低）相似，在溶液濃度未達cmc以前，隨濃度而變，但在cmc以后，則基本不再有顯著變化。這就說明，在洗滌過程中，加溶作用并非主要因素。35但當使用cmc較小的一些非離子表面活性劑時，油污的去除程度隨表面活性劑濃度（cmc以上）增加而顯著增加。另外，在局部洗滌時（如衣物抹上洗滌劑搓洗，香皂洗臉等），加溶作用可能是去除油污的主要原因。黏附強度36固體表面與洗滌劑間的黏附作用越強，越有利于污垢從固體表面的去除。洗滌劑與污垢的黏附作用越強，則越有利于阻止污垢的再沉積。表面活性劑在洗滌劑中的應用37用于合成洗滌劑的表面活性劑主要有三大類：陰離子表面活性劑非離子表面活性劑兩性表面活性劑381、陰離子表面活性劑

在洗滌劑中，陰離子型表面活性劑是最早使用的一類表面活性劑，也是使用最廣泛的一類。陰離子表面活性劑作為洗滌劑的類型主要有：脂肪酸鹽（肥皂）、烷基苯磺酸鹽（ABS）、脂肪醇硫酸鹽(AS)、脂肪醇聚氧乙烯硫酸鹽(AES)、脂肪醇聚氧乙烯羧酸鹽(AEC)和脂肪酸甲酯磺酸鹽(MES)等。392、非離子表面活性劑

有較好的去污性能，耐硬水性、耐高濃度電解質的能力較強。常用的有：聚氧乙烯烷基醇醚、聚氧乙烯烷基酚醚、烷基糖苷等。403、兩性離子表面活性劑

具有低毒性、低刺激性的優點，且有良好的生物降解性和配伍性。常用的有：N-酰基氨基酸型、甜菜堿型、咪唑啉型等。助洗劑41在合成洗滌劑中，作為重要成分的表面活性劑約占10%-30%，助洗劑約占30%-80%。助洗劑中，主要是無機鹽，如磷酸鹽、碳酸鈉、硫酸鈉、硅酸鈉等，此外還有少量其他有機添加劑。通常洗滌助劑應具有以下功能：增強表面活性，鰲合高價陽離子，軟化硬水，增加污