可以认为,洗涤作用是污垢、物体与溶剂之间发生一系列界面现象的结果。大多数洗涤过程是在水溶液中进行的,首先是洗涤液能润湿固体表面(事实上洗涤液的表面张力较低,绝大多数固体表面能被润湿),若固体表面已吸附油污,即使完全被油污覆盖,其临界表面张力一般也不会低于30mN/m,所以表面活性剂溶液能很好地润湿固体表面,而污垢之所以牢固地附着在固体或纤维之间,主要是依靠它们之间的相互结合力。洗涤剂的去污,就是要破坏污垢与固体或织物间的粘附键,降低或削弱它们之间的引力。
洗涤剂活性物分子中有良好的表面活性,其疏水基一端能吸附在污垢的表面,且可渗入污垢微粒内部,同时又能吸附在织物纤维分子上,并将细孔中的空气顶替出来,液体污垢通过“卷缩”,逐渐卷缩成油珠,最后被冲洗或因机械作用离开固体表面,如图4-4所示。
图4-4 液体污垢在洗涤剂溶液中脱落示意图
a)油污在界面上展开 b)在洗涤剂水溶液中,活性物疏水基吸附在污垢表面 V)吸附在污垢表面的疏水基将污垢顶替出来,液体污垢逐渐卷缩 d)卷缩成珠状的污垢粒子离开界面
Kling 和 Lange曾研究了油滴卷缩和脱落的过程。在固体表面上与油膜有一个接触角,水-油、固体-水和固体-油的界面张力分别用γWO、γSW、γSO表示,在平衡条件下满足下列关系式:
γSW=γSO+γWOVosθ(www.daowen.com)
或 γSO=γSW-γWOVosθ(4-1)
在水溶液中加入表面活性剂后,由于表面活性物容易吸附于固体-水界面和水-油界面,于是γSW、γWO降低。为了维持平衡,Vosθ负值变大,即θ角变大。当θ接近180°时,表面活性剂水溶液完全润湿固体表面时,油膜便变为油珠而离开固体表面。
由此可见,当液体污垢与固体表面接触角为180°时,油污便可离开固体表面。若在90°和180°之间,油污没有完全脱落,但在机械作用或流动水冲击下,仍有部分油污残留在固体表面。为彻底去除残留油污,此时需要增加洗涤剂的浓度或提高机械功。
除了上述所说液体污垢的去除,主要依靠洗涤剂活性物的润湿作用外,还有增溶和乳化作用机理。增溶作用的机理认为,液体污垢在表面活性剂胶束中增溶是去除油污的重要机制。当洗涤剂的浓度达到CMC(表面活性剂在水中形成胶束所需的最低浓度称为临界胶束浓度CMC)以上,从织物表面去除油污的作用才是明显的,低于CMC时,增溶发生在细小的珠状胶束中,也就是说此时只有少量的油污被增溶。只有当洗涤剂的浓度高于CMC浓度时,能形成更大的胶束。同时,洗涤剂中有不少无机盐也能促进胶束的形成,增强洗涤剂的去污效果。
乳化作用与许多表面活性剂的洗涤力似乎无多大直接关系,但通常洗涤剂都有不同程度的乳化性质,油污在表面活性剂的作用下,能分散成液滴,分散在水中形成乳白色,一旦油污液珠在液体中形成,界面增大将加速增溶,或油污液珠吸附更多的表面活性物而被乳化。
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