表面活性剂的特性及与染厂的9大关系

在染厂生产中,经常要用到各种各样的助剂,也许有些染厂同事知道是怎么用的,但是不知道具体有什么作用,那么有必要来了解下助剂的基础知识,有利于生产的需要。

表面活性剂的特性


01

表面张力

把液体表面任意单位长度的收缩力称为表面张力,单位为N•m-1。



02

表面活性和表面活性剂

将能降低溶剂表面张力的性质称为表面活性,而具有表面活性的物质称为表面活性物质。

把能在水溶液中分子发生缔合且形成胶束等缔合体,并具有较高的表面活性,同时还具有润湿﹑乳化﹑起泡﹑洗涤等作用的表面活性物质称为表面活性剂。


03

表面活性剂的分子结构特点

表面活性剂是一种具有特殊结构和性质的有机化合物,它们能明显地改变两相间的界面张力或液体(一般为水)的表面张力,具有润湿﹑起泡﹑乳化﹑洗涤等性能。

就结构而言,表面活性剂都有一个共同的特点,即其分子中含有两种不同性质的基团,一端是长链非极性基团,能溶于油而不溶于水,亦即所谓的疏水基团或憎水基,这种憎水基一般都是长链的碳氢化合物,有时也为有机氟﹑有机硅﹑有机磷﹑有机锡链等。另一端则是水溶性的基团,即亲水基团或亲水基。亲水基团必须有足够的亲水性,以保证整个表面活性剂能溶于水,并有必要的溶解度。由于表面活性剂含有亲水基和疏水基,因而它们至少能溶于液相中的某一相。表面活性剂的这种既亲水又亲油的性质称为两亲性。


04

表面活性剂的类型

表面活性剂是一种既有疏水基团又有亲水基团的两亲性分子。表面活性剂的疏水基团一般是由长链的碳氢构成,如直链烷基C8~C20,支链烷基C8~C20,烷基苯基(烷基碳原子数为8~16)等。疏水基团的差别主要是在碳氢链的结构变化上,差别较小,而亲水基团的种类则较多,所以表面活性剂的性质除与疏水基团的大小﹑形状有关外,主要还与亲水基团有关。亲水基团的结构变化较疏水基团大,因而表面活性剂的分类一般以亲水基团的结构为依据。这种分类是以亲水基团是否是离子型为主,将其分为阴离子型﹑阳离子型﹑非离子型﹑两性离子型和其他特殊类型的表面活性剂。


05

表面活性剂水溶液的特性


① 表面活性剂在界面上的吸附

表面活性剂分子中具有亲油基和亲水基,为两亲分子。水是强极性液体,当表面活性剂溶于水中时,根据极性相似相引﹑极性相异相斥原理,其亲水基与水相引而溶于水,其亲油基与水相斥而离开水,结果表面活性剂分子(或离子)吸附在两相界面上,使两相间的界面张力降低。表面活性剂分子(或离子)在界面上吸附越多,界面张力降低越大。


② 吸附膜的一些性质

吸附膜的表面压力: 表面活性剂在气液界面吸附形成吸附膜,如在界面上放置一无摩擦可移动浮片,以浮片沿溶液面推动吸附质膜,膜对浮片产生一压力,此压力称为表面压力。

表面黏度:与表面压力一样,表面黏度是由不溶性分子膜表现出的一种性质。以细金属丝悬吊一白金环,令其平面接触水槽的水表面,旋转白金环,白金环受水的黏度阻碍,振幅逐渐衰减,据此可测定表面黏度,方法是:先在纯水表面进行实验,测出振幅衰减,然后测定形成表面膜后的衰减,从两者的差值求出表面膜的黏度。

表面黏度与表面膜的牢固度密切有关,由于吸附膜有表面压力和黏度,它必定具有弹性。吸附膜的表面压力越大,黏度越高,其弹性模量就越大。表面吸附膜的弹性模量在稳泡过程中有重要意义。


③ 胶束的形成

表面活性剂的稀溶液服从理想溶液所遵循的规律。表面活性剂在溶液表面的吸附量随溶液浓度增高而增多,当浓度达到或超过某值后,吸附量不再增加,这些过多的表面活性剂分子在溶液内是杂乱无章的,抑或以某种有规律的方式存在。实践和理论均表明,它们在溶液内形成缔合体,这种缔合体称为胶束。

临界胶束浓度: 表面活性剂在溶液中形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。

④常见表面活性剂的cmc值。


06

亲水亲油平衡值


HLB是hydrophile lipophile balance的缩写,表示了表面活性剂的亲水基团和亲油基团具有的亲水亲油平衡值,即表面活性剂HLB值。HLB值大,表示分子的亲水性强,亲油性弱;反之亲油性强,亲水性弱。

① HLB值的规定

HLB值是个相对值,故在制定HLB值时,作为标准,规定无亲水性能的石蜡的HLB值为0,而水溶性较强的十二烷基硫酸钠的HLB值为40。因此表面活性剂的HLB值一般在1~40范围以内。通常来说,HLB值小于10的乳化剂为亲油性的,而大于10的乳化剂则是亲水性的。因此,由亲油性到亲水性的转折点约为10。

  根据表面活性剂的HLB值,可大致了解其可能的用途,如表1-3所示。

表1-3  HLB范围及其应用性能

HLB值

用途

HLB值

用途

1.5~3

W/O型消泡剂

8~18

O/W型乳化剂

3.5~6

W/O型乳化剂

13~15

洗涤剂

7~9

润湿剂

15~18

增溶剂

  由上表可知,适合于作油包水型乳化剂的表面活性剂的HLB值为3.5~6,而水包油型乳化剂的HLB值为8~18。

② HLB值的确定(略)。


07

乳化作用和增溶作用

两种互不溶的液体,一种以微粒(液滴或液晶)分散于另一种中形成的体系称为乳状液。形成乳状液时由于两液体的界面积增大,所以这种体系在热力学上是不稳定的,为使乳状液稳定需要加入第三组分—乳化剂以降低体系的界面能。乳化剂属于表面活性剂,其主要功能是起乳作用。乳状液中以液滴存在的那一相称为分散相(或内相﹑不连续相),连成一片的另一相叫做分散介质(或外相﹑连续相)。


①乳化剂和乳状液

常见的乳状液,一相是水或水溶液,另一相是与水不相混溶的有机物,如油脂﹑蜡等。水和油形成的乳状液,根据其分散情形可分为两种:油分散在水中形成水包油型乳状液,以O/W(油/水)表示:水分散油中形成油包水型乳状液,以W/O(水/油)表示。此外还可能形成复杂的水包油包水W/O/W型和油包水包油O/W/O型的多元乳状液。

乳化剂是通过降低界面张力和形成单分子界面膜使乳状液稳定的。

在乳化作用中对乳化剂的要求:a:乳化剂必须能吸附或富集在两相的界面上,使界面张力降低;b:乳化剂必须赋予粒子以电荷,使粒子间产生静电排斥,或在粒子周围形成一层稳定的﹑黏度特别高的保护膜。所以,用作乳化剂的物质必须具有两亲基团才能起乳化作用,表面活性剂能满足这种要求。


 ②乳化液的制备方法和影响乳状液稳定性的因素

制备乳状液的方法有两种:一种是采用机械法使液体以微小的粒子分散于另一种液体中,工业上多采用这种方法制备乳状液;另一种是将液体以分子状态溶于另一液体中,然后使其适当地聚集而形成乳状液。

乳状液的稳定性是指反抗粒子聚集而导致相分离的能力。乳状液在热力学上是不稳定的体系,有较大的自由能。因此所谓乳状液的稳定性实际上是指体系达到平衡状态所需要的时间,即体系中一种液体发生分离所需要的时间。

当界面膜中有脂肪醇﹑脂肪酸和脂肪胺等极性有机物分子时,膜强度显著增高。这是因为,在界面吸附层中乳化剂分子与醇﹑酸和胺等极性分子发生作用形成“复合物”,使界面膜强度增高的缘故。

由两种以上表面活性剂组成的乳化剂称为混合乳化剂。混合乳化剂吸附在水/油界面上,分子间发生作用可形成络合物。由于分子间强烈作用,界面张力显著降低,乳化剂在界面上吸附量显著增多,形成的界面膜密度增大,强度增高。

液珠的电荷对乳状液的稳定性有明显的影响。稳定的乳状液,其液珠一般都带有电荷。当使用离子型乳化剂时,吸附在界面上的乳化剂离子其亲油基插入油相,亲水基处于水相,从而使液珠带电。由于乳状液的液珠带同种电荷,它们之间相互排斥,不易聚结,使稳定性增高。可见,液珠上吸附的乳化剂离子越多,其带电量越大,防止液珠聚结能力也越大,乳状液体系就越稳定。

乳状液分散介质的黏度对乳状液的稳定性有一定影响。一般,分散介质的黏度越大,乳状液的稳定性越高。这是因为分散介质的黏度大,对液珠的布朗运动阻碍作用强,减缓了液珠之间碰撞,使体系保持稳定。通常能溶于乳状液的高分子物质均能增高体系的黏度,使乳状液的稳定性增高。此外高分子还能形成坚固的界面膜,使乳状液体系更加稳定。

在某些情况下加入固体粉未也能使乳状液趋于稳定。固体粉未处于水﹑油中或界面上,取决于油﹑水对固体粉未的润湿能力,若固体粉未完全为水润湿,又能被油润湿,才会滞留于水油界面上。

 固体粉未使乳状液稳定的原因在于,聚集于界面的粉未增强了界面膜,这与界面吸附乳化剂分子相似,故固体粉未料子在界面上排列得越紧密,乳状液越稳定。

表面活性剂在水溶液中形成胶束后具有能使不溶或微溶于水的有机物的溶解度显著增大的能力,且此时溶液呈透明状,胶束的这种作用称为增溶。能产生增溶作用的表面活性剂叫做增溶剂,被增溶的有机物称为被增溶物。


08

泡沫

泡沫在洗涤过程中起着重要的作用。泡沫是指气体分散在液体或固体中的分散体系,气体为分散相,液体或固体为分散介质,前者称为液体泡沫,而后者称为固体泡沫,如泡沫塑料,泡沫玻璃,泡沫水泥等。


(1) 泡沫的形成

我们这里所说的泡沫,是指被液体薄膜隔开的气泡的聚集物。这种泡沫由于分散相(气体)和分散介质(液体)的密度相差较大,加之液体的黏度低,因此气泡总是能很快地升到液面。

形成泡沫的过程是将大量气体带入液体,液体中的气泡又很快返回到液面,形成由少量液气隔开的气泡聚集体

泡沫在形态上具有两个显著的特点:其一是作为分散相的气泡常常是呈多面体形状,这是因为在气泡的相交处,有一种液膜变薄的趋势使气泡成为多面体,当液膜变薄到一定程度,则导致气泡破裂;其二是,纯净液不能形成稳定的泡沫,能形成泡沫的液体,至少是两个以上的组分。表面活性剂的水溶液是典型的易产生泡沫的体系,其生成泡沫的能力与其他性能也有一定的关系。

起泡力好的表面活性剂称为起泡剂。起泡剂尽管具有良好的泡沫能力,但形成的泡沫不一定能维持较长的时间,即其稳定性不一定良好。为了保持泡沫的稳定,常在起泡剂中加入能增加泡沫稳定性的物质,这种物质称为稳泡剂,常用的稳泡剂有月桂酰二乙醇胺和十二烷基二甲基胺的氧化物。


(2) 泡沫的稳定性

泡沫是一种热力学不稳定体系,最后的趋势是破泡之后体系内液体的总表面积减小,自由能降低。消泡过程就是隔开气体的液膜由厚变薄,直至破裂的过程。因此,泡沫的稳定程度主要是由排液快慢和液膜的强度决定的。其影响因素还有以下几种。




①表面张力

从能量观点考虑,低表面张力对于泡沫的形成比较有利,但不能保证泡沫稳定。表面张力低,压差小,排液速度变慢,液膜变薄较慢,有利于泡沫的稳定。

②表面黏度

决定泡沫稳定性的关键因素在于液膜强度,而液膜强度主要决定于表面吸附膜的坚固性,以表面黏度为其量度。实验证明,表面黏度较大的溶液所生成的泡沫寿命较长。这是因为表面吸附分子间的相互作用导致膜强度增大,从而提高泡沫的寿命。

③溶液黏度

当液体本身的黏度增大时,液膜中的液体不易排出,液膜厚度变薄的速度较慢,延缓了液膜破裂的时间,增加了泡沫的稳定性。

④表面张力的“修复”作用

表面活性剂吸附于表面的液膜,有反抗液膜表面扩张或收缩的能力,我们将这一能力称为修复作用。这是因为有表面活性剂在表面上吸附的液膜,扩张其表面积将降低表面吸附分子的浓度,增大表面张力。进一步扩大表面将需要做更大的功。反之表面积收缩将增加表面吸附分子的浓度,即减小表面张力,不利于进一步的收缩。

⑤气体通过液膜的扩散

由于毛细压力的存在,泡沫中小泡的压力要比大泡压力高,会造成小泡中的气体透过液膜扩散到低压的大泡中,造成小泡变小,大泡变大,最终泡沫破裂的现象。如果加入表面活性剂,发泡时则可使泡沫均匀细密,不易消泡。由于表面活性剂紧密排列在液膜上,透气困难,而使泡沫更加稳定。

⑥表面电荷的影响

如果泡沫液膜带有相同符号的电荷,液膜两个表面将互相排斥,防止了液膜变薄乃至破坏。离子型表面活性剂可起这种稳定作用。

综上所述,液膜强度是决定泡沫稳定性的关键因素。作为起泡剂和稳泡剂的表面活性剂,其表面吸附分子排列的紧密性和牢固性是最重要的因素。表面吸附分子相互作用强时,吸附分子排列结构紧密,这不仅使表面膜本身具有较高的强度,而且因表面黏度较高使邻近表面膜的溶液不易流动,液膜排液相对困难,液膜的厚度易于维持。此外,排列紧密的表面分子还能减低气体分子的透过性从而也可增加泡沫的稳定性。



(3) 泡沫的破坏

破坏泡沫的基本原则就是改变产生泡沫的条件或消除泡沫的稳定因素,因而有物理和化学两种消泡方法。


物理消泡就是在维持泡沫溶液的化学成分不变的情况下改变泡沫产生的条件,如外力的扰动﹑温度或压力的改变以及超声处理等都是消除泡沫的有效物理方法。

化学消泡法是加入某些物质与起泡剂发生作用,降低泡沫中液膜的强度进而降低泡沫的稳定性以达到消泡的目的,这样的物质称为消泡剂。消泡剂大多数为表面活性剂。因此根据消泡的作用机理,消泡剂应当具有较强的降低表面张力的能力,容易吸附在表面上,且表面吸附分子间的相互作用较弱,吸附分子排列结构较为疏松。

消泡剂的种类多种多样,但基本上都为非离子表面活性剂。非离子表面活性剂在其浊点附近或浊点以上时具有防泡性能,常用作消泡剂。醇类,特别是有分支结构的醇﹑脂肪酸及脂肪酸酯﹑多酰胺﹑磷酸酯﹑硅油等也是常用的优良消泡剂。


(4) 泡沫与洗涤

泡沫与洗涤作用并没有直接的联系,泡沫量的多少并不表示洗涤效果的好坏。例如非离子表面活性剂的起泡性能远不如肥皂,但其去污力却比肥皂优异得多。

在某些情况下,泡沫在去除污垢方面还是有帮助的。例如:家庭洗涤餐具时,洗涤液的泡沫可以将洗下来的油滴带走;擦洗地毯时,泡沫有助于带走尘土﹑粉未等固体污垢。另外,泡沫有时可以作为洗涤液是否有效的一个标志,因为脂肪性油污对洗涤液的泡沫有抑制作用,当油污过多﹑洗涤剂量少时,就不会有泡沫生成,或使原来的泡沫消失。泡沫有时还可以作为漂洗是否干净的指示剂,因为漂洗液中泡沫量往往随洗涤剂含量的减少而减少,因此可以泡沫量的多少来评价漂洗的程度。


09

洗涤过程


从广义上讲,洗涤是从被洗涤对象中除去不需要的成分并达到某种目的的过程。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)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用如下简单关系表示

    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。


(1) 污垢的种类

即使是同一种物品,如果使用环境不同,则污垢的种类﹑成分和数量也会不同。油体污垢主要是一些动﹑植物油及矿物油(如原油﹑燃料油﹑煤焦油等),固体污垢主要是烟尘﹑灰土﹑铁锈﹑炭黑等。就衣服的污垢而言,有来自人体的污垢,如汗﹑皮脂﹑血等;来自食品的污垢,如水果渍﹑食用油渍﹑调味品渍﹑淀粉等;有化妆品带来的污垢,如唇膏﹑指甲油等;从大气中来的污垢,如烟尘﹑灰尘﹑泥土等;其他如墨水﹑茶水﹑涂料等。可以说形形色色,种类繁多。


各种各样的污垢通常可分为固体污垢﹑液体污垢和特殊污垢三大类。


①固体污垢  常见的固体污垢有灰﹑泥﹑土﹑铁锈和炭黑等颗粒。这些颗粒表面大多带有电荷,多数带负电,容易吸附在纤维物品上。一般固体污垢较难溶于水,但可被洗涤剂溶液分散﹑悬浮。质点较小的固体污垢,除去较为困难。


②液体污垢  液体污垢大都是油溶性的,包括动植油﹑脂肪酸﹑脂肪醇﹑矿物油及其氧化物等。其中动植物油﹑脂肪酸类能与碱发生皂化作用,而脂肪醇 ﹑矿物油则不为碱所皂化,但能溶于醇﹑醚和烃类有机溶剂,并被洗涤剂水溶液乳化和分散。油溶性液体污垢一般与纤维物品具有较强的作用力,在纤维上吸附较为牢固。


③特殊污垢  特殊污垢有蛋白质﹑淀粉﹑血﹑人体分泌物如汗﹑皮脂﹑尿以及果汁﹑茶汁等。这类污垢大多能通过化学作用而较强地吸附在纤维物品上。故洗涤起来比较困难。

各种污垢很少单独存在,往往是混在一起,共同吸附在物品上。污垢有时在外界的影响下还会氧化﹑分解或腐败,从而产生新的污垢。


(2) 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。

①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。

A:机械力黏附  这一类黏附主要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。

B:静电力黏附  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。


(3) 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

  A:润湿  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。为说明方便,可将纤维的表面看成是平滑的固体表面。

  B:油污的脱离-卷缩机理  洗涤作用的第二步是油污的去除,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,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

  液体污垢的去除,主要是通过洗涤液对污垢载体的优先润湿,而对于固体污垢的去除机理则有所不同,在洗涤过程中,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。

  像奶油﹑鸡蛋﹑血液﹑牛奶﹑皮肤排泄物等蛋白质污垢容易在纤维上凝结变性,黏附较为牢固。对于蛋白质污垢,可以利用蛋白酶将其除去。其中的蛋白酶能将污垢中的蛋白质分解成水溶性氨基酸或低聚肽。

  淀粉污垢主要来自于食品,其他的如肉汁﹑糨糊等,淀粉酶对淀粉类污垢的水解有催化作用,使淀粉分解成糖类。

  脂肪酶能催化分解一些用通常方法难以除去的三脂肪酸甘油酯类污垢,如人体分泌的皮脂﹑食用油脂等,使三脂肪酸甘油酯分解成可溶性的甘油和脂肪酸。

  一些来自果汁﹑茶汁﹑墨水﹑唇膏等有颜色的污渍,即使反复洗涤也常常难以彻底洗干净。此类污渍可以通过一些像漂白粉之类的氧化剂或还原剂进行氧化还原反应,破坏生色基团或助色基团的结构,使之降解成较小的水溶性成分而除去。


(4) 干洗的去污机理

  以上所说实际上是针对以水为介质的洗涤作用。实际上,由于衣物的种类和结构不同,某些衣物采用水洗方式不方便或不容易洗干净,有的衣物水洗后甚至变形﹑褪色等,例如:大部分天然纤维吸水易于膨胀,而干燥后又容易缩水,因此经水洗后会变形;经水洗的羊毛制品也常出现缩水现象,一些毛纺制品用水洗后还容易起球﹑颜色走样;一些丝绸用水洗后手感变差﹑失去光泽等。对于这些衣物常常采用干洗的方法进行去污。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。

  从干洗角度来说,各种污垢大致有以下三种。

①油溶性污垢  油溶性污垢包括各种油和油脂,是液体或油腻状,可溶于干洗溶剂。

②水溶性污垢  水溶性污垢可溶于水溶液,但不溶于干洗剂,是以水溶液状态吸附在衣物上,水挥发后析出颗粒状固体,如无机盐﹑淀粉﹑蛋白质等。

③油水不溶性污垢  油水不溶性污垢既不溶于水,也不溶于干洗溶剂,如炭黑﹑各种金属的硅酸盐和氧化物等。

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。


(5) 影响洗涤作用的因素

表面活性剂在界面上的定向吸附以及表面(界面)张力的降低是液体或固体污垢去除的主要因素。但洗涤过程较为复杂,即使同一类洗涤剂的洗涤效果还受到其他许多因素的影响。这些因素包括洗涤剂的浓度﹑温度﹑污垢的性质﹑纤维的种类﹑织物的组织结构等。

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。

总之,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。研究结果表明,洗涤效果与泡沫的多少并没有直接关系。例如,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。

羊毛纤维的鳞片和棉纤维弯曲的扁平带状结构比光滑的纤维更易积累污垢。例如,沾在纤维素膜(黏胶薄膜)上的炭黑容易去除,而沾在棉织物上的炭黑就难以洗脱。又如聚酯的短纤维织物比长纤维织物容易积聚油污,短纤维织物上的油污也比长纤维织物上的油污难以去除。

紧捻的纱线和紧密织物,由于纤维之间的微隙较小,能抗拒污垢的侵入,但同样也能阻止洗涤液把内部污垢排除出去,故紧密织物开始时抗污性好,但一经沾污洗涤也比较困难。

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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