洗滌是指當(dāng)固體表面與某種液體介質(zhì)(一般為溶劑和水)接觸過(guò)程中固體表面污垢被去除的過(guò)程。清洗過(guò)程中,借助于清洗劑中多種化學(xué)物質(zhì)協(xié)同作用,通過(guò)減弱污物與固體表面的粘附,再借助清洗劑的滲透潤(rùn)濕、溶解或增溶、分散作用,并施以機(jī)械力攪動(dòng),清洗液的沖刷,使固態(tài)和液態(tài)污垢與固體表面分離而分散懸浮于液體介質(zhì)中,最后通過(guò)漂洗徹底將污物洗去。
(一)洗滌作用的大致過(guò)程
在清洗過(guò)程中,表面活性劑作為作為清洗劑中最關(guān)鍵的成分,其作用是對(duì)底物上的污垢參透液化、乳化、懸浮、分散,使之脫離底物表面不讓臟物再沉積,整個(gè)過(guò)程是在介質(zhì)(一般是水)中進(jìn)行的。清洗過(guò)程是平衡可逆的。若洗滌劑性能甚差,如使污垢與物品表面分離的能力差,乳化、分散、懸浮污垢的能力差,易于再沉積,則清洗不干凈,洗滌過(guò)程不能很好的完成。底物和污垢的不同,洗滌過(guò)程也會(huì)千差萬(wàn)別,很難用基于同一機(jī)理開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品來(lái)對(duì)待。
污垢一般可分為液體污垢及固體污垢。前者包括動(dòng)、植物油及礦物油(如原油、燃料油、煤焦油)、炭黑及聚合脂等,后者主要為塵土、泥灰、無(wú)機(jī)鹽、鐵銹等。液體污垢和固體污垢經(jīng)常一起構(gòu)成混合污垢,相互包裹并粘附于物品表面。因此這種混合污垢與物品表面粘附的本質(zhì),基本上與液體油類(lèi)污垢的情形相似。液體污垢與固體污垢在物理及化學(xué)性質(zhì)上存在較大差異,故二者自表面上去除的機(jī)理亦不相同。兩類(lèi)污垢與表面的粘附主要是通過(guò)范德華引力;在水介質(zhì)中,靜電引力一般要弱得多。污垢與表面一般無(wú)氫鍵形成,但若形成時(shí),則污斑難以去除。
不同性質(zhì)的表面與不同性質(zhì)的污垢有不同的粘附強(qiáng)度,在水為介質(zhì)的洗滌過(guò)程中,非極性污垢(如炭黑與石油等非極性油污)比極性污垢(如極性脂肪物質(zhì)、粉塵、粘土)不容易洗凈。在疏水表面(如聚丙烯、聚酯等塑料)上的非極性污垢,比在親水表面(如棉紡、玻璃)上者更不易去除;而在親水表面上的極性污垢則比在疏水表面上者不易洗滌。如果從純粹機(jī)械作用考慮,則固體在纖維性物品表面上較易粘附,固體污垢質(zhì)點(diǎn)越小,則越不容易沖洗去除。
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不同的污垢在不同的底物上附著是通過(guò)不同的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的,因而污垢的去除機(jī)理也不相同。下面討論的是關(guān)于表面活性劑起主要作用的污垢去除,不包括機(jī)械作用、化學(xué)試劑作用如漂白劑、還原劑及酶等作用。應(yīng)用表面活性劑去除的污垢一般是通過(guò)物理吸附(范德華力,偶極相互作用)或是靜電作用附著于基底上的。污垢去除作用涉及介質(zhì)中表面活性劑與污垢及基底表面相互作用效應(yīng)。表面活性劑的吸附滲透改變了污垢/介質(zhì)界面及基底/介質(zhì)界面的界面張力和電勢(shì),減弱了污垢和底物的粘附力,也降低了污垢分子間的相互作用力,使污垢易于從底物上脫離并分散于溶液中。根據(jù)不同的去除污垢機(jī)理,污垢的去除可分為液體和固體污垢的去除。
1.液體污垢的去除
洗滌作用的第一步是洗滌液潤(rùn)濕表面,否則洗滌液的洗滌作用不易發(fā)揮。水在一般在極性表面上的潤(rùn)濕性較好,在非極性表面潤(rùn)濕性則較差。結(jié)合底物表面及污垢的性質(zhì)選擇合適的表面活性劑,使污垢和材料表面均能得到充分濕潤(rùn)。
洗滌作用的第二步就是油污的去除,即潤(rùn)濕了表面的洗滌液如何把油污頂替下來(lái)。液體和固體有機(jī)污垢的去除是通過(guò)液化、卷縮和界面的頂替機(jī)理而實(shí)現(xiàn)的,即洗滌液先潤(rùn)濕污垢和固體表面,油污液化并卷縮成為油珠,在吸附于底物/污垢界面的表面活性劑的頂替作用下,最后因分子運(yùn)動(dòng)、清洗的沖洗力或浮力而離開(kāi)固體表面。
洗滌作用的第三步就是污垢的抗沉積。離開(kāi)固體表面通過(guò)乳化增溶而懸浮于洗滌劑中。
2.固體無(wú)機(jī)污垢的去除
對(duì)于固體污垢的去除,主要是由于表面活性劑在固體質(zhì)點(diǎn)(污垢)及固體表面上的吸附而使污垢與底物粘附力減弱,或起粘結(jié)作用的有機(jī)污垢被去除。表面活性劑自溶液中吸附于污垢質(zhì)點(diǎn)及固體表面,不僅使粘附功降低,同時(shí)也可能增加質(zhì)點(diǎn)與固體表面的表面電勢(shì)(特別是離子性表面活性劑),由于同電荷相斥,使質(zhì)點(diǎn)更容易自表面除去。陰離子表面活性劑增加質(zhì)點(diǎn)與固體表面的負(fù)表面電勢(shì),非離子表面活性劑不能明顯地改變界面電勢(shì),可以預(yù)計(jì),其去除表面粘附質(zhì)點(diǎn)的能力將低于陰離子表面活性劑。然而,被吸附的非離子表面活性劑往往可以在固體表面上形成空間阻礙,對(duì)于防止污垢質(zhì)點(diǎn)的再沉積有利。因此,非離子表面活性劑洗滌作用總的效果不錯(cuò)。
許多陽(yáng)離子表面活性劑也有很好洗滌作用,一般通過(guò)復(fù)配來(lái)消除陽(yáng)離子的不利影響。