表面活性剂水溶液的性能

    表面活性剂的洗涤去污原理是复杂的，是表面活性剂多种性能如吸附、润湿、渗透、乳化、分散、起泡、增溶等性能综合作用的结果。  
    一、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-液界面子这种现象叫润湿。如纺织纤维是一种多孔性物质，有着巨大的表面，当溶液沿着纤雏铺展时会渗到纤维的空隙里并将空气驱赶出去，把原来的空气-纤维接触面变成液体与纤维的界面就是一个典型的润湿过程。而溶液同时会进入纤维内部，把这种过程叫渗透。把帮助溶液发生润湿和渗透所使用的表面括性剂叫润湿剂和渗透剂。
    通常可用液体在固体表面受力平衡时形成的接触角大小来判断润湿与不润湿。   
   把不同液体滴在固体表面可以看到两种情况，一种是液滴很，陕在固体表面铺展形成新的固—液界面(如图7—7中a、b所示)，在气、液、固三相交界处的气-液界面与固—液界面之间的夹角叫接触角(θ)。可以看出，在润湿，的情况下接触角是小于90℃的。另一种情况是液滴不在固体表面上
   铺展，而是在固体表面上缩成一液珠，如同水滴加到固体石蜡表面时看到的现象，这种情况叫不润湿，不润湿时接触角是大于90‘的(如图7—7中c、d所示)。    
   当向水滴中加入表面活性剂之后，由于表面活性剂在界面上的吸附并降低液-气表面张力和液—固界面张力的作用，改变了界面上受力关系，结果水滴就可以在石蜡表面上铺展，由不润湿转变成润湿，表面活性剂的洗涤去污作用往往首先是从润湿洗涤物体表面开始的。 
   
    图7—7  润湿与接触角
    二、乳化作用    
    乳化作用是指两种不相混溶的液体(如油和水)中的一种以极小的粒子(粒径为10～1μm)均匀地分散到另一种液体中形成乳状液的作用。把油滴分散到水中称为水包，油型乳状液(0/W)，水滴分散到油中则称为油包水型乳状液(W/O)。把能起乳化作用—的表面活性剂称为乳化剂。作乳化剂使用的表面活性剂有两种主要作用：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于时，就扩大了它与水的接触面积，因此它和水之间的斥力也随之增加而处于不稳定状态，当加入一些表面活性剂作乳化剂时，乳化剂分子的亲油基端吸附在油滴微粒表面，而亲水基÷端伸人水中，：并在油滴表面定向排列组成层亲水性分子膜十使油水界面张力降低，并且减少油滴之间相互吸引力防止油滴聚集重新恢复水油两层的原状，二是保护作用，表面活性剂在油滴周围形成的定向排列亲水分子膜又是层坚固的保护膜，能防止油滴碰撞时相互聚集。如果是由离子型表面活性剂形成的定向排列分子膜还会使油滴带有电荷，油滴带上同种电荷后斥力增加，也可防止油滴在频繁碰撞中·发生聚集。   
    在湿法脱脂洗涤过程中和液状油性污垢的洗涤去除过程中，乳化剂有着十分重要的作用。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被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。有人把这种油性污垢被润湿、乳化、解离的过程叫作卷缩过程。图7—8b.图中。
   两种乳状液的模型。关于油i睦污垢的卷缩去除过程则表示在图7—8b．图中。    
   
    图7—8  油性污垢的乳状液和卷缩过程 a．两种类型的乳状液   b．油性污垢卷缩去除过程
    例如，液体油污一般能在固体表面很好的润湿铺展，在洗涤去污过程中向水中加入表面2活性剂之后，由于它有降低水的表面张力作用，所以很快水溶液就在固体表面铺展并润湿+结1果表面活性剂水溶液逐渐占据表面把油污顶替下来。原来铺展在物体表面上的液体油污，逐渐卷缩成油珠(接触角逐渐加大，由润湿转变为不润湿，这个过程称为卷缩)。在机械力或水流的冲击作用下，“卷缩”的油滴就会脱离表面进入水中并被表面活性剂乳化形成水包油乳滴而稳定分散在洗涤液中。由于固体表面已被表面活性剂分子所占据，所以油污粒子不会再沉积到已被洗净的物体表面造成再污染。  
    三、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叫分散作用。表面活性剂有促进固体分散形成稳定悬浊液的作用，所以添加的表面活性剂叫分散剂。实际上使半固态的油脂在水中乳化分散时很难区分是乳化还是分散，并且通常作为乳化剂或分散剂的表面活性剂往往是同一种物质，所以实用中把两者放在一起统称为乳化分散剂。
    分散剂的作用原理与乳化剂基本相同，不同之点在于被分散的固体颗粒比被乳化钓液滴的稳定性一般稍差些。图7—9为固体污垢粒子的分散。
    固体污垢从物体表面的去除过程与液体油垢的去除过程机理有些不同，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而不是靠静图7—9  固体污垢粒子的悬浮分散电引力。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，接着表面活性剂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，从而削弱了它们之间的分子间吸引力，由于污垢粒子与物体表面所带电荷÷般相同，从而增强了它们之间的排斥力使污垢在表面上的粘附强度减弱，在机械外力作用下就容易从表面上去除，并被表面活性剂稳定地分散到水溶液中。另一方面使用阴离子表面活性剂配制的洗涤剂时，由于一般表面在水中带有负电荷，固体污垢也带有负电荷，当阴离子表面活性剂的负离子吸附到物体与固体污垢表面上时会增加它们表面带的负电荷数量，从而加大了它们之间的静电斥力，有利于污垢从表面洗脱和防止再沉积到物体表面，所以使用阴离子表面活性剂做洗涤剂时对固体污垢去除效果更好。   
     固体污垢颗粒越大，越易被去除，而小于o.1μm的污垢颗粒由于牢固地吸驸在物体表面就很难被去除。在固体污垢去除过程中，除了表面活性剂的润湿、分散作用之外，机械力的作用也很重要。   
    四、发泡作用    
    “泡”是液体薄膜包围着的气体。气体分散在液体中的状态称为气泡。如果某种液体容易成膜且不易破坏，这种液体在搅拌时就会产生许多泡沫。泡沫产生之后，体系中液气表面积犬为增加使体系变得不稳定，因此泡沫易于破裂。当加人表面活性剂之后，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，不但降低了气—液两相间的表面张力，而且由于形成一层具有一定力学强度的薄膜从而使泡沫不易破灭。   
    表面活性剂的水溶液都有程度不同的发泡作用，产生的泡沫表面对污垢有着强烈的吸附作用，使洗涤剂的耐久力提高，也防止污垢在洗涤对象表面上再沉积。所以一般人们印象中起泡性好的洗涤剂去污力强，实际上虽然并非绝对如此，但确有一定的内在联系。
    但在采用机械搅拌和喷射液体的洗涤过程中，如用洗衣机洗衣物的过程中，过度的起泡作用使洗涤操作变得困难，不易漂洗干净；因此在这种不希望有过多泡沫的场合需要使用低起泡性的表面活性剂。
    五、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。例如苯在水中的溶解度仅为体积分数o.09%，如果在水中加入少量表面活性剂(油酸钠)，即可使它的溶解度增加为体积分数10%，而且溶液透明好像真溶液。增溶作用的发生与表面活性剂在水中形成胶束分不开，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，是表面活性剂胶束的一种特殊作用。只有溶液中表面活性剂浓度在临界胶束浓度以上时，即溶液中存在较大较多胶束时才有增溶作用，而且形成的胶束体积越大，增溶量越多。见图7—10。
    增溶作用与乳化作用不同。乳化作用是一种液相分散到水(或另一液相)中得到的不连续、不稳定的多相体系，而增溶作用得到的是增溶液与被增溶物处在同一相的单相均一稳定体系。有时同一种表面活性剂既有乳化作用又有增溶作用，但只有当它的浓度较大，溶液中存在较多胶束肘才有增溶作用。   
 
    图7—10 亲油性污垢的增溶过程
    由于非离子表面活性剂的临界胶柬浓度较低，—容易形成胶柬，因此非离子表面活性蝴较好的增溶作用，并且常被用到去除油污的洗涤配方中。    
    洗涤过程中通常伴有增溶作用发生。当亲油性污垢脱离洗涤对象表面，被增溶到表面谰性剂胶束之中并稳定地分散在水溶液中，此油性污垢能很好地被防止在洗释物表面的再沉秘埔而原来被油性污垢古据的表面已被表面活性剂分子所占据。
    在前面介绍混合溶剂时讲到，在表面活性剂水溶液中加入少量的亲油性溶剂，它被增溶到表面活性剂胶束中，利用这种加溶溶剂混合液能有效地去除油性污垢。同时在于洗剂中，向亲油性有机溶剂(石油溶剂或卤代烃合成溶剂)加入表面活性剂和少量水，水被增溶到亲嫩基向外、亲水基伺里的表面活性剂逆胶束中，有利于去除被干洗衣物表面上的水溶性污茹，曳些都是利用增溶作用提高洗涤能力的实例。    
    表7—6  列有在100g浓度为10%的表面活性刑水溶掖对有机溶剂的增溶量(g)。  
    表7—6  表面活性剂对有机溶剂增溶量/(g/100g)

    六、表面活性剂的其他作用    
    表面活性剂除了上述性能外，还有柔软、抗静电、杀菌性等性能。    
    1．对织物的柔软平滑作用   
     当表面活性剂分子在织物表面定向排列，可使它的相对静摩擦系数降低，如含有直链烷j基的多元醇聚氧乙烯醚、直链烷基脂肪酸的聚氧乙烯酯等非离子表面—活性剂和多种阳离子表面活性剂均有降低织物静摩擦系数的作用，所以可以做织物柔软剂。但带有支链的烷基或芳香基的表面活性剂不能在织物表面形成整齐的定向排列而不适合做柔软剂。
    2．抗静电作用    
    某些阴离子表面活性剂及季铵盐阳离子表面活性剂易吸收水分而在织物表面形成“导电”溶液层而具有抗静电作用，被用作化纤织物的抗静电剂。      
    3．杀菌作用    
    季铵盐阳离子表面活性剂和氨基酸型两性离子表面活性剂对微生物的毒性较大，表现出很强的杀菌作用而常被用作杀菌剂，应用在杀灭微生物为目的杀菌、消毒洗涤剂配方中。
    综上所述，可以知道表面活性剂水溶液具有吸附、润湿、渗透、孚L化、分散、起泡、增溶等多种性能，洗涤去污过程往往是这些功能综合作用的结果，是一个很复杂的过程，迄今还难以圆满的理论加以阐明，而只能用简单的模型来概括个别现象，如织物上污垢被去除过程，可用下式简单表示：
    织物、污垢+洗涤剂——>织物、洗涤剂+污垢、洗涤剂
    可以大致分为以下几个过程。
    (1)吸附过程  首先洗涤剂中的表面活性剂分子在污垢及纤维表面上定向吸附，表面活性剂分子的疏水基一端吸附在污垢表面并伸人其内部，同时又能吸附在织物纤维表面上将细孔中的空气顶出来。  
    (2)润湿和渗透过程  表面活性剂分子进一步渗透到污垢与纤维之间，减弱污垢在纤维上的附着力，使织物和污垢都被洗涤液润湿、渗透而膨胀，使它们之间的引力被减弱。
    (3)污垢脱落过程  表面活性剂分子继续吸附在污垢与纤维上形成亲水基向水，憎水基伸向内部的单分子层，如果使厨的是阴离子表面活性剂的话，会增加污垢÷钎维表面的负电荷，使它们之间产生静电排斥作用，再借助加热、搓揉或机械搅拌作用，促使污垢从纤维上脱落下来，转移到水中。  
    (4)污垢的乳化分散过程  由于包有污垢颗粒的表面活性剂胶束带有同种电荷，并吸附一层水膜而被稳定分散在水中。同时有相当数量的油性污垢被增溶到表面活性剂胶束中而被稳定分散。由于洗净的织物表面也吸附一层定向排列的表面活性剂分子，所以污垢不能再沉积到织物上。整个过程如图7—11所示。
  
     图7-11  织物去污过程示意图