利用表面张力仪辅助清洗剂的研发

2015/5/27 14:25:01

　　我们日常穿着的衣物和使用的器物很容易沾满污垢，由于工作条件或生活环境的不同，所沾污的污垢种类也不尽相同，去除这些污垢的难易程度也不同。衣物上的污垢成分比较复杂，归结起来，通常可分成水溶性、油溶性、水和油均不溶的污垢。水溶性污垢如尘土、面包屑、饭粒及汗液中的盐分和氨基酸等，用水即能洗去。但是，污垢因某种原因不易洗除的情况很多，如果汁、牛奶、酱油、鲜血、尿液、粪便、墨水以及茶水等痕迹，在未被氧化变质时用水即可方便地洗除。对烟尘污垢要选择分散力强的洗涤剂去除。水不溶性(即油溶性)的污垢，如皮脂(油脂)、表皮角质(蛋白质)、铁锈等污垢都不易被水洗除，则必须借助洗涤剂、溶剂 (即干洗)或特殊清洗剂才能去除。

　　污垢的种类繁多，形成的原因也十分复杂，衣物上沾附的皮脂类污垢单纯用水和机械力难以去除，还必须借助洗涤剂才能去除。实验表明：洗涤的干净度与洗涤剂的浓度有明显的关系，洗涤剂必须达到一定的浓度才具有洗涤能力。但是，用量太多也没有意义，只会造成浪费。

　　洗涤剂在洗涤过程中起“物理化学作用”，这种作用是洗衣机的功能或机械力无法取代的。这是因为洗涤剂中含有表面活性剂、助剂等多种成分，其中表面活性剂是洗涤剂的主要成分，被称作洗涤剂的活性物，其分子结构形同火柴棒，圆头的一端为亲水基团，顾名思义，是能与水结合，而长棒状的一端为亲油基团，易与油结合，因此，人们又称表面活性剂为“两亲分子”，其分子结构如图所示。

　　图 1表面活性剂的结构

　　表面活性剂的这个特性在清除污垢的过程中起着重要的作用，即它既能与水结合又能与油结合，结合后存在于油和水的界面上，从而使两种不相溶的油相与水相混为一体，也可以使不相混的固相颗粒悬浮在水中，这种作用对于去除污垢起着决定性作用。

　　去污过程是一个很复杂的过程，是一个至今在理论上还不能完善解释的现象，但它大致可以用下面的几个过程来叙述：1)脏衣服浸泡在洗涤剂溶液中，洗涤剂中的表面活性剂分子逐渐润湿被洗涤的织物纤维和污垢;2)表面活性剂分子向织物纤维和污垢之间渗透并被吸附，使纤维与污垢的结合力变弱而松弛;3)表面活性剂亲油的一端被污垢吸附而被包裹;4)包裹的污垢借助搅拌机械力或手搓洗力脱离织物纤维被分散到洗涤剂溶液中。

　　通过上述4个过程，就可以把油脂类污垢或其他用水难以直接洗去的污垢清洗干净。去污的作用过程见图2。

　　织物•污垢+洗涤剂 → 织物+污垢•洗涤剂

　　图2 去污的作用过程

　　换言之，洗涤剂具体的去污作用在整个去污过程中大体有以下几点：

　　1) 卷离作用：脏衣服浸泡在洗涤剂溶液中，洗涤剂中的表面活性剂分子能够逐渐向污垢和纤维之间渗透并按其基因的极性进行定向吸附。一方面使污垢与纤维之间的界面张力大幅度降低，结合开始松弛;另一方面污垢因吸附表面活性剂分子而承受一种挤压的力，加上水的浮力，污垢即与纤维脱离而进入洗涤液中。

　　2)乳化作用：油污吸附表面活性剂分子后，油水间的界面张力降低，油污分散在水中所需的功也减少，再辅以一定的机械力，油和水即可发生乳化作用，形成水包油型乳状液。有时油性污垢的去除不需要机械能也可以自行乳化。

　　3) 增溶作用：洗涤剂溶液中的表面活性剂浓度达到临界胶束浓度以后，表面活性剂分子在溶液中即可聚集在一起而形成胶束。胶束一般由20～100个表面活性剂分子聚集而成，有的胶束则含有几百个表面活性剂分子。这些分子在胶束中大多都是亲油基向内、亲水基向外，成为一个球形胶束，也有亲油基相对，一层一层叠起来的层状胶束。这种胶束结构能够把不溶于水的物质包容到胶束内部而使其随着胶束“溶解”到水中，而发生增溶作用。一般1mol表面活性剂能够增溶 0.2～0.4mol的脂肪酸或甲苯之类的油状物。

　　在清洗的过程中，水中的表面活性剂产品是处于一个不断的消耗过程中，其清洁能力也是随之变化。 利用德国SITA动态表面张力仪 测量不同表面活性剂浓度情况下清洁剂的表面张力，可以绘制不同表面活性剂浓度情况下的张力变化曲线，并用此监控清洁效果。也可以结果德国SITA泡沫仪，研讨微观的动态表面张力与宏观的泡沫性能之间的关系。