表面活性剂及其洗涤原理
表面活性剂是这样一种物质，加入少量就能显著改变界面状态。

习惯上减低溶剂的表面张力或界面张力，称之为表面活性剂。

可产生润湿，乳化，增溶，发泡，洗涤等一系列作用。

所有的表面活性剂在结构上具有相同点，分子中有基本结构——有一个对溶剂（主要是水）不亲和的基团，称为疏水基团，另一个是对溶剂亲和的基团，称为亲水基团。

因而表面活性剂是一种两亲分子，这样的结构使之一部分溶于水，另一部分易从水中逃离而具有双重性质。

一、洗涤的基本过程：
在表面活性剂溶液中，自固体表面去除污垢的洗涤过程涉及到润湿、分散、起泡、增溶及乳化等各种作用。

最早作为洗涤剂的肥皂，是由动植物油脂和苛性碱皂化而成的。

由于它在酸性溶液中生成不溶性的脂肪酸，所以在硬水中与Ca：+、M92+等离子生成不溶的脂肪酸盐，这一方面影响了它的使用效果，另一方面，不溶物也会污染被洗涤的表面。

自合成洗涤剂出现之后，因为它具有良好的去污能力，并且对污垢具有分散及悬浮作用，使之不能再次沉积于被洗涤物的固体表面，故它在很大程度上代替了肥皂的使用。

去除污垢的洗涤作用涉及到固体表面、洗涤剂、溶剂和污垢表面的性质杂。

但从宏观上看，我们可以把洗涤作用视为固体表面、污垢，、洗涤剂、介质相互作用的结果。

因此，可用下面的关系式表示洗涤过程。

基物·污垢+洗涤剂—一基物·洗涤剂+污垢·洗涤剂通常洗涤过程分成两个阶段，首先在洗涤溶液作用下，污物自被洗物上除去；其次将脱离被洗物的污垢稳定在介质中，防止再沉积到已清洗的被洗物上。

对于第一个阶段起直接作用的主要是表面活性剂和络合物，无机电解质等对表面活性剂性能发挥起辅助作用。

第二个阶段中起主要作用的除表面活性剂外，尚有抗再沉积的添加剂。

在洗涤溶液作用下，污垢与基物之间的附着力被减弱或消除，使污垢与基物分离并进入介质。

这样洗涤过程中表面活性剂在各个界面上的吸附就成为去除污垢的重要条件。

将污垢在洗涤液中稳定悬浮，不再沉积到已清洗的基物上。

也是基于表面活性剂和其他助剂在污垢表面的吸附并形成一层保护膜，这也是界面吸附问题。

二、污垢的去除
1．液体污垢的去除
洗涤作用的第一步是洗涤液润湿表面，否则洗涤液的洗涤作用不易发挥。

水在一般天然纤维上的润湿性较好（如棉、毛纤维），但在人造纤维（如聚丙烯、聚酯及聚丙烯腈等）上的润湿性则较差。

洗涤作用的第二步就是油污的去除，即润湿了表面的洗涤液如何把油污顶替下来。

液体污垢的去除是通过卷缩机理而实现的，即洗涤液优先润湿固体表面，而使液体油污卷缩起来。

油污原来是以一铺开的油膜粘在固体表面上，后来在洗涤液优先润湿的作用下，逐渐卷缩成为油珠，最后被冲洗而离开固体表面。

两种液体在固体表面上（在空气中）的粘附张力是油污被洗涤液从固体表面卷走这一过程的重要参数，而不是简单的两种液体在固体上的粘附功。

若洗涤液对固体的粘附张力超过油对固体的粘附张力之量，大于（至少是等于）水溶液与油的界面张力，则油污将被彻底洗去。

被液流的力冲走。

2．固体污垢的去除
对于一些有低熔点的有机固体污垢，在洗涤作用中是通过提高洗涤温度或由于表面活性剂溶液的渗入（形成介晶相）而使之液化，再经过上述的油污卷缩机理而去除的。

固体污垢的去除机理差异主要来自两种污垢与固体表面粘附性质之不同。

对于液体污垢，粘附强度可以很清楚地定量表示为固/液界面的粘附自由能。

对于固体污垢在固体表面上的粘附，则情况复杂得多。

在固体表面上，固体污物的粘附很少像液体那样，扩大成一片，而往往仅在较少的一些点与表面接触、粘附。

一般而论，粘附的主要原因是范德华力，其他力（如静电力）则弱得多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。

在洗涤过程中，首先发生的是对污垢质点及表面的润湿。

在水介质中，在固/液界面上形成扩散双电层，质点与固体表面所带电荷一般相同，于是在二者之间发生互斥作用，使粘附强度减弱。

表面活性剂自溶液中吸附于污垢质点及固体表面，不仅使粘附功降低，同时也可能增加质点与固体表面的表面电势（特别是离子性表面活性剂），由于同电荷相斥，使质点更容易自表面除去。

阴离子表面活性剂增加质点与固体表面的负表面电势，而非离子表面活性剂则无明显影响。

一般固体（如炭黑）或纤维表面以及大多数质点在水中皆带负电荷，加入不同表面活性剂的影响，如上所述。

因此，在一般情形中，加入阴离子表面活性剂往往提高质点与固体表面的界面电势，从而减弱了它们之间的粘附力，有利于质点自表面的去除；同时，也使分离了的质点不易再沉积于表面。

非离子表面活性剂不能明显地改变界面电势，可以预计，其去除表面粘附质点的能力将低于阴离子表面活性剂。

然而，被吸附的非离子表面活性剂往往可以在固体表面上形成空间阻碍，对于防止污垢质点的再沉积有利。

因此，非离子表面活性剂洗涤作用总的效果不错。

质点大小对于固体污垢的去除有很大的关系，污垢质点越大，则越容易去除，小于0.1微米的质点，很难从纺织物上洗掉，对于固体污垢，即使有表面活性剂存在，如果不加机械作用，也很难除去，这是因为固体粘附质点不是流体，溶液很难渗入质点与表面之间，所以必须加机械力以助溶液渗透，从而自表面除去固体污垢。