表面活性剂的洗涤和去污作用
摘要：表面活性剂是一类重要的精细化学品，早期主要应用于洗涤、纺织等行业，现在其应用范围几乎覆盖了精细化工的所有领域。
关键词：表面活性剂 洗涤 去污 作用原理 影响因素 应用实例
表面活性剂的洗涤和去污的作用原理：
洗涤和去污作用：洗涤：自浸在某种介质（一般为水）中的待洗物体表面去除污垢的过程。 洗涤过程中加入洗涤剂可使污垢与固体表面的粘附作用减弱而易于从固体表面脱除，在机械力的作用下污垢与固体分离并悬浮于介质中，最后将污垢洗干净。洗涤过程实际是润湿、渗透、吸附、乳化、分散、增溶、解吸、起泡等一系列过程的综合。
洗涤过程可表示为：物体表面·污垢+洗涤剂+介质物体表面·洗涤剂·介质+污垢·洗涤剂·介质
一、污垢的去除
污垢与物品的附着是通过不同的相互作用来实现的，因而污垢去除机理也是不同的。 如：机械作用、化学试剂作用（如漂白剂、还原剂及酶等作用）、表面活性剂作用
应用表面活性剂去除的污垢一般是通过物理吸附（范德华力、偶极相互作用）或是静电作用而附着于基质（物品）上的。
去除污垢一般涉及表面活性剂自介质中吸附于污垢及基质表面的效应。
吸附改变了污垢/介质界面及基质/介质界面的界面张力和电势，可促进污垢的去除。 据不同的去除污垢机理，污垢的去除可分为液体和固体污垢的去除。
1、 液体污垢的去除
a 、 在固（S ）油（O ）气（G ）三相界面上的油污的接触角近于0°（油污铺展） 洗涤时，固、油、气→固、油、水
由原来γSGγOG和γSO变为γSWγOW和γSO
根据杨氏方程，水介质中存在如下公式：
γSO－γSW＝γOWcosθw
洗涤剂作用 γSW ↓ γOW↓
一般情况洗涤剂不溶于油，故不能在固－油界面吸附 γSO不变。 因此根据γSO－γSW＝γOWcosθw
cosθw＝(γSO－γSW )/γOW ↑
θw ↓ → 油垢卷缩
液体油垢的去除程度与油污在固体表面的接触角θo有关。
θo为180° 污垢自发脱离
90°＜θo＜180°不能自发脱离，但可被水力冲走
θo＜90° 即使运动液冲击，仍然会有一小部分油残留于固体表面
1、 固体污垢的去除
物质表面的固体污垢与扩大成一片的液体油污不同，往往仅在较少的一些点与表面接触粘附。
发生粘附的主要作用是分子间的范德华力，其他力则弱得多。静电引力可以加速空气中灰尘在固体表面的粘附，但并不影响粘附强度。
固体污垢与固体表面的粘附强度受各种因素的影响，随接触时间的延长和空气湿度的增大而增强。溶于水中的洗涤物品，其表面与固体污垢的粘附力比在空气中小得多。
固体污垢得去除主要由于表面活性剂在固体污垢及待洗物体表面吸附，其过程如图：
污垢从固体表面到洗涤液的分段去除
第Ⅰ阶段：固体污垢P 直接粘附于固体表面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－固界面上的铺展，这个过程是通过洗涤液在固－固界面中存在毛细管微缝中的渗透完成。
第Ⅲ阶段：固体污垢P 分散悬浮与洗涤液L 中。
对于固体污垢的去除，主要是由于表面活性剂在固体质点（污垢）及固体表面上的吸附而使二者分离。
关键取决于第Ⅱ阶段中，洗涤液能否在物体和污垢表面铺展或润湿。
洗涤液能否在固体表面S 和固体污垢P 表面铺展或润湿与体系中各界面的表面（界面）张力有关。
洗涤液在固体表面和污垢间的固－固界面SP 的铺展系数SL/SP=γSP-γSL-γPL
当SL/SP＞0洗涤液可以固固界面铺展。
表面活性剂作为洗涤剂在固体污垢去除作用，主要体现在
分段去除过程中的Ⅱ阶段中，即洗涤液L 在固体表面S 与固体污垢P 固－固界面上的铺展过程中。
当溶有表面活性剂的洗涤液渗入缝隙后，表面活性剂将疏水基分别吸附与待洗固体和固体污垢的表面，其亲水基伸入洗涤液中，形成单分子吸附膜。
把固体污垢的表面变成亲水性强的表面，从而与洗涤液有很好的相容性，导致洗涤液在固体表面与固体污垢间的固固界面上铺展，形成一层水膜使固体污垢与固体表面间的固固界面变成两个新的固液界面。如a ，即固体表面和洗涤液，固体污垢与洗涤液间的固－液界面，最终使固体污垢与固体表面发生脱离。
洗涤剂在洗涤过程中的作用：一方面：降低水的表面张力，改善水对洗涤物表面的润湿性，从而去除固体表面的污垢。
另一方面：对油污的分散和悬浮作用，从而避免二次污染固体表面。
对于液体污垢通过降低固液表面张力，而使液体卷缩，由大液滴变为小液滴，从而易于从固体表面脱附；对于固体污垢，通过表面活性剂进入到固体污垢与固体物质之间从而使得固体污垢易于从物质表面脱除。
表面活性剂的洗涤和去污的影响因素：
1. 表面或表面张力
洗涤液具有较低的表面张力有利于污垢的脱除，故表面活性剂的表面张力越低越有利于洗涤。且低的表面张力还有利于液体油污的乳化和分散，防止油污再沉积于洗涤物表面，提高了洗涤效率。
2. 表面活性剂在界面上的吸附状态
当表面活性剂处于以疏水基吸附于固液界面、以极性头伸入水相的吸附状态时能够提高固体表面的润湿性，有利于洗涤过程进行。
阴离子的洗涤性最好，非离子次之，阳离子则不宜用于洗涤剂。近20年发展起来的两性离子表面活性剂具有耐硬水性好，对皮肤和眼睛的刺激性低，生物降解性、抗静电性和杀菌性优异等优点，故所占份额越来越大。
3. 表面活性剂的分子结构
非极性疏水链的长度增加洗涤效果增加。
4. 乳化与起泡作用
表面活性剂的乳化作用可以防止污垢的再沉积而造成二次污染。
表面活性剂洗涤和去污的应用
1. 粉状洗涤剂
（1）民用洗涤剂
包括衣用洗涤剂、厨房用洗涤剂和住宅用洗涤剂。
按污染程度，衣用洗涤剂分为轻垢型和重垢型两类。轻垢型主要用于洗涤外衣和毛衣等不与人体皮肤直接接触、污垢主要是灰尘和少量油污的衣物。重垢型洗涤剂主要用于洗涤内衣、衬衣、工作服、袜子等污垢较多、难以除去或直接与人体皮肤接触的衣物。重垢型洗衣粉具有去污力强、使用方便、不损伤衣料和皮肤等特点。 厨房用洗涤剂用于洗涤餐具、炊具、蔬菜瓜果和鱼、肉等。这类洗涤剂应具有良好的去除油脂、淀粉、蛋白质和烟灰等污垢的性能，在洗涤过程中不损伤用具等。洗涤蔬菜等食品的洗涤剂，应具有良好的去除残留农药、微生物、虫卵、泥土和各种固体附着污垢的性能，洗涤后不能影响食品的外观和风味。同时，对厨房用洗涤剂的共同要求是，其所含成分应对人体安全、无害。
住宅用洗涤剂主要是能够去除灰尘及夹杂油污和各类微生物、皂渣等。
（2）工业洗涤剂
要求能够去除特定环境下的特定污垢。
2. 液体洗涤剂
优点：
（1）以水作介质，具有良好的流动性、均匀性和透明度。
（2）节约资源和能源。
（3）配方易于调整
（4）使用方便，不需事先溶解，并且对冷水洗涤、手洗、机洗都具有较好的适用性。
（5）生产工艺较简单，设备投资较少，适宜中小型企业生产。
四种类型：
（1）重垢液体洗涤剂：适用于洗涤被严重脏污的衣服。如矿质污垢、人体分泌物、牛奶、饮料等。
（2）轻垢液体洗涤剂：主要用于洗涤精纺织品，如羊毛、羊绒、丝绸等纤细织物，洗涤剂
通常呈中性或弱碱性， 不损伤织物，洗涤后织物保持柔软的手感，不发生收缩、起毛、泛黄等现象。
（3）餐具洗涤剂：对人体无毒、无刺激性，不残留；手洗用产品发泡性良好，机洗产品无泡或低泡等。
（4）洗发香波：是一种以表面活性剂为主的加香产品。在洗发过程中，不但要去除油垢、头屑，不损伤头发，不刺激头皮，而且洗后头发要发亮、飘柔、美观。通常对洗发香波的要求主要包括四方面：具有适当的洗净力和柔和的脱脂作用；应能够形成丰富的泡沫，并具有良好的梳理性；洗后的头发应具有光泽和柔软性；应易于冲洗，并适应不同水质等。 参考文献：
1 王世荣，李祥高，刘东志，表面活性剂化学. 北京：化学工业出版社，2010