表面活性剂不仅有洗涤去污作用，而且有润湿、分散、乳化、增溶、起泡、柔软、抗静电和杀菌等多种功能，因此以表面活性剂为主要成分的清洗剂广泛应用在工业清洗中。

1.表面活性剂的有关概念

按物理化学定义，在体系内部物理性质与化学性质完全均匀的一部分称为相，相与相之间的接触面称为界面。在固、液、气相之间都存在界面，但习惯上将气体与固体以及气体与液体之间的界面称为表面。

物体相界面上的分子与相内部分子受力情况是不同的，如液体水放在空气中时，水内某分子受到周围分子的吸引力是平衡的，而在界面上的分子受空气的吸引力要比受水的吸引力小得多，处于不平衡状态，受到指向内部的拉力使表面收缩，这个收缩力称为表面张力。将不同性质的物质溶于水时，水的表面张力会发生变化，第一种是随溶质深度增加而加大，第二种是逐渐减小，第三种是在稀溶液时随溶质浓度的增加而急剧下降，下降至一定程度后缓慢下来或不再下降，把物质能使溶剂表面张力降低的性质称为表面活性。

普通的碳氢表面活性剂的分子结构是由长链的疏水基团和亲水基团或极性基团组成的，如肥皂的主要成分是硬脂酸钠（C₁₇H₃₅COONa），碳氢基团组成的长链（C₁₇H₃₅—）与油的结构相似，与油接触时容易相互吸引而溶解，所以称这部分为亲油基，同时它对水有排斥作用，所以又称疏水基，而羟酸钠部分（—COONa）在水中电离成羧酸根离子与钠离子，所以称为亲水基。所以这种活性剂的分子结构是双亲结构。

表面活性剂分子在水中是以下列三种形式存在的：

（1）以分子状态溶解 因表面活性剂分子难溶于水，只有在浓度极低时，才有微量表面活性分子真正以分子状态溶解于水。

（2）吸附于相界面 当表面活性剂在水中浓度逐渐提高时，因水分子与表面活性剂分子中亲油基间存在斥力，活性剂分子为保持稳定而力图向水与其他物质界面运动。

（3）以胶束状态存在于水中 表面活性剂为使其亲油基在水中不被排斥而能保持稳定，让亲油基互相靠在一起，尽可能减少亲油基与水的接触而只把亲水基朝向水中，这种由几十到几百个表面活性剂组成的分子聚集体称为胶束。表面活性剂浓度较高时，其大部分分子是以胶束形式存在的。

2.表面活性剂水溶液的性能

表面活性剂的洗涤去污原理是多种性能如吸附、润湿、渗透、乳化、分散、起泡、增溶等性能综合作用的结果。

（1）润湿、渗透作用 当固体与液体接触时，原来的固-气和液-气表面消失而形成新的固-液界面，这种现象称为润湿。如纺织纤维，当溶液沿着纤维铺展时会渗到纤维的空隙并将空气驱赶出去，把原空气-纤维接触面变成液体-纤维的界面，同时液体会进入纤维内部，即渗透。

图4-2 润湿与接触角

不同液体滴在固体表面会有两种情况，一种是液滴很快在固体表面铺展形成新的固-液界面，如图4-2a、b所示，在气、液、固三相交界处的气-液界面与固-液界面之间的夹角称为接触角（θ），润湿时接触角小于90°；另一种情况是液滴在固体表面缩成一液珠，即不润湿，此时接触角是大于90°，如图4-2V、d所示。

当水滴中含有表面活性剂时，由于表面活性剂在界面上的吸附并降低表面张力作用，结果水滴就可以使原来不铺展而成展开的了，由不润湿转变成润湿，表面活性剂的洗涤去污作用往往是首先从润湿洗涤物表面开始的。

（2）乳化作用 乳化作用是指两种不相混溶的液体（如油和水）中一种以极小的粒子（粒径为1～10μm）均匀地分散到另一种液体中形成乳化液的作用，有水包油型和油包水型乳化液。把能起乳化作用的表面活性剂称为乳化剂，它有两种主要作用：一是降低两种液体间界面张力的稳定作用，因为当油在水中分散成许多微小粒子时，它与水的斥力随与水的接触面增加而增加，处于不稳定，加入乳化剂后，乳化剂分子的亲油基一端吸附在油滴微粒表面，亲水基一端伸入水中，并在油滴表面定向排列组成一层亲水性分子膜，使油水界面张力降低；二是保护作用，形成的分子膜能防止油滴碰撞时相互聚集。

附着在物体表面的液状油垢浸没在表面活性剂水溶液中，表面逐渐被润湿，原来在表面铺展开的油性薄膜凝集成一个个被表面活性剂乳化的油滴，然后这些乳化的油滴离开物体表面被分散到水中，物体表面被乳化剂分子占据，油污粒子不会再沉积，如有机械力或在水流的冲击下，可洗净物体表面。

（3）悬浮分散作用 把固体以极小微粒分散到液体中形成悬浮体的作用称为分散作用。把有促进固体分散形成稳定悬浊液作用的表面活性剂称为分散剂。

固体污垢粘附在物体表面主要靠分子间作用力的吸附作用。一方面，在洗涤过程中表面活性剂水溶液首先把固体污垢及物体表面润湿，接着表面活性分子会吸附到固体污垢和物体表面上，由于表面活性剂吸附层的形成加大了污垢粒子与物体表面间的距离，削弱了它们分子间的吸引力，由于污垢粒子与物体表面所带电荷一般相同，从而增强了它们间的排斥力并使污垢在表面上的粘附强度减弱，在机械力作用下就容易从表面上去除。另一方面，一般物体表面在水中带有负电荷，固体污垢也带负电荷，当使用阴离子表面活性剂时会增加污垢与物体表面间的斥力，有利于污垢从表面洗脱。

（4）发泡作用 气体分散在液体中的状态称为气泡，它被液体薄膜包围着，如液体容易成膜且不易破坏，在搅拌时就会产生许多泡沫。泡沫产生后，体系中气-液表面积大为增加使体系变得不稳定，因此泡沫易于破裂，当加入表面活性剂后，其分子吸附在气体与液体的界面形成定向排列的单分子膜，降低了气-液间的表面张力，且由于薄膜具有一定力学强度使泡沫不易破灭。

表面活性剂有程度不同的发泡作用，产生的泡沫表面对污垢有强烈的吸附作用，使洗涤剂的耐久力提高，也防止污垢在洗涤物表面再沉积。

（5）增溶作用 增溶作用指表面活性剂有增加难溶性或不溶性物质在水中的溶解度的作用。增溶作用的发生与表面活性剂在水中形成胶束有关，胶束内部实际上是液态的碳氢化合物，因此苯、矿物油等不溶于水的非极性有机溶质较易溶解在胶束内部的碳氢化合物中，增溶现象是胶束对亲油物质的溶解过程，只有溶液中表面活性剂浓度在临界胶束浓度以上时，即存在较大较多胶束时才有增溶作用。

亲油污垢脱离洗涤物表面，被增溶到表面活性剂胶束中并稳定地分散在水溶液中，并能防止污垢在洗涤物表面再沉积。

表面活性剂还有柔软、抗静电、杀菌性等性能。

3.表面活性剂分类(www.daowen.com)

表面活性剂种类很多，分类方法也有多种，常见的是根据在水溶液中的电离特性将其分为阴离子、阳离子、两性离子及非离子四大类。

（1）阴离子表面活性剂 将在水中电离后起表面活性作用的、部分带负电荷的表面活性剂称为阴离子表面活性剂。阴离子表面活性剂从结构上分为脂肪酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐和磷酸酯盐四大类。

1）脂肪酸盐：是亲水基为羧基的阴离子表面活性剂，如肥皂、亲油基通过中间键与羧基相连的羧酸盐。

2）磺酸盐：在水中电离后生成起表面活性作用，阴离子为磺酸根者为磺酸盐型阴离子表面活性剂，包括烷基苯磺酸盐、α-烯烃磺酸盐、烷基磺酸盐、α-磺基单羧酸酯、脂肪酸磺烷基酯和石油磺酸盐等类型。

3）硫酸酯盐：主要有脂肪醇硫酸酯盐和仲烷基硫酸酯盐两类。

4）磷酸酯盐：常见的是烷基磷酸单、双酯盐。

（2）阳离子表面活性剂 阳离子表面活性剂在水溶液中电离时生成的表面活性离子带正电荷，其疏水性与阴离子表面活性剂相似，其亲水基离子中含有氮原子，根据氮原子在分子中的位置不同可分为胺盐、季铵盐和杂环类三类。

胺盐：根据胺的不同分为脂肪胺盐、乙醇胺盐和聚乙烯多胺盐。

季铵盐：一般由叔胺与醇、卤代烃、硫酸二甲酯等烃基化试剂反应制得，品种较多。

杂环类：可以有咪唑啉类、吗啉胍类、三嗪类衍生物等。

（3）两性表面活性剂 通常把亲水基结构中同时含有阳、阴离子的表面活性剂称为两性表面活性剂，它除了有良好的表面活性、去污、乳化、分散和润湿作用外，同时具备杀菌、抗静电和柔软等特性。有咪唑啉型、氨基酸型、磷脂、淀粉、蛋白质衍生物等类型。

（4）非离子表面活性剂 非离子表面活性剂在水中不发生电离，是以羟基或醚键为亲水基的两亲结构分子，由于羟基和醚键亲水性弱，所以分子中必须含有多个这样的基团才表现出一定的亲水性。正是在水中不电离的特点，使它在某些方面比离子型优越，如在水中和有机溶剂中都有较好的溶解性，在溶液中稳定性高，不易受强电解质无机盐和酸、碱的影响。因与其他类型活性剂相容性好，所以常可很好地混合复配使用。非离子表面活性剂有良好的耐硬水能力，有低起泡性的特点，具有分散、乳化、泡沫、润湿和增溶多种性能。

非离子表面活性剂按亲水基分成聚氧乙烯型、多元醇型、烷基醇酰胺型、氧化胺和烷基苷等几类。

4.表面活性剂洗涤剂成分

表面活性剂洗涤剂又称水剂清洗剂，一般是由表面活性剂、洗涤助剂和添加剂组成的。

（1）表面活性剂 它是水剂清洗剂的主要成分，常用的有阴离子表面活性剂（如肥皂、直链烷基苯磺酸钠盐）、非离子表面活性剂（如脂肪醇聚氧乙烯醚）。

（2）洗涤助剂 把本身没有明显洗涤能力但添加在洗涤剂配方中可使表面活性剂的洗涤去污能力提高的物质称为洗涤助剂。这种洗涤助剂有无机物，如三聚磷酸钠、硅酸钠、碳酸钠、硫酸钠等，还有有机物包括氮川三乙酸盐、柠檬酸钠、聚丙烯酸等。

洗涤助剂的作用如下：

1）螯合金属离子的作用。为了抑制洗涤剂中钙镁离子对表面活性剂洗涤作用的不良影响，为把污垢成分中金属离子结合成不易解离的水溶性络盐，在洗涤剂配方中加入有螯合作用的洗剂助剂，如三聚磷酸钠、柠檬酸钠、酒石酸钾钠等。

2）碱性介质作用。洗涤剂中加入一些显碱性物质的洗涤助剂，可提高表面活性剂对污垢特别是油性污垢的洗净能力，且天然油脂污垢中含有30%左右的游离脂肪酸，碱与之反应生成肥皂，有利于把油脂乳化、分散达到去污目的。此种洗涤助剂有碳酸钠、三聚磷酸钠和硅酸钠等。

3）活性胶体的吸附分散作用。分散在水中的由几十个到几百个分子聚集而成的胶体，由于粒子很小，总表面积很大，且表面常带静电，因此胶体粒子表面有很强的吸附作用，可吸附污垢粒子使它们稳定地分散在水中，从而防止污垢再沉积到已洗净的表面。无机盐中的硅酸盐和聚合磷酸盐在水中可形成胶体。

4）增强表面活性剂的表面活性作用。氯化钠和硫酸钠等中性电解质加入表面活性剂水溶液会促使表面活性剂临界胶束浓度降低，促进胶束形成、表面活性的提高，使表面活性水溶液的表面张力降低，使表面活性剂在污垢和清洗物体表面的吸附能力增强，从而使洗涤能力提高。

5）防止污垢再沉积作用。硅酸钠等在水中形成活性胶体能吸附污垢并防止污垢再沉积。另外这些活性胶体带有负电荷，当它们吸附在物体表面和污垢上后，加大了物体表面和污垢间的静电斥力，这些作用都能防止污垢再沉积在洗净物体表面。

（3）添加剂 为改进其他性能而加入表面活性剂中的少量物体称为添加剂。通常只在衣物洗涤剂中才加入添加剂，主要有再污染防止剂、泡沫抑制剂或泡沫稳定剂、漂白剂、荧光增白剂、钙皂剂、柔软剂、增溶剂、酶制剂、增稠剂、结块防止剂和杀菌剂等。