表面活性劑的洗滌作用課件

1、表面活性劑化學(xué)及應(yīng)用東華大學(xué)化學(xué)化工與生物工程學(xué)院張 煊第1頁，共32頁。第九章 表面活性劑的洗滌和去污作用有“工業(yè)味精”之稱。最早的表面活性劑肥皂第2頁，共32頁。洗滌作用是表面活性劑應(yīng)用最早，涉及范圍最廣，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人類日常生活中具有重大實(shí)用意義的基本作用。實(shí)際的洗滌作用常常是除了表面活性劑的表面活性作用還包括助劑的化學(xué)作用，酶制劑的生化作用，設(shè)備的機(jī)械作用以及其它作用的綜合效果，所以洗滌過程是非常復(fù)雜。 第3頁，共32頁。一、洗滌過程 1、三個(gè)基本要素（1）基質(zhì)，即洗滌對象（硬表面和軟表面基質(zhì)）；（2）污垢，即清除對象（液體和固體污垢 ）；（3）洗浴，即包括洗滌劑和各種洗滌助劑的溶

2、液（洗浴一般為水和烴類） 。 第4頁，共32頁。2、四種結(jié)合力 （1）機(jī)械結(jié)合力污垢粒徑減小，結(jié)合力增大，當(dāng)粒徑小于0.1m時(shí)，就很難去除；（2）靜電結(jié)合力正負(fù)相吸或通過多價(jià)金屬離子作為陽離子橋相互吸引 ； wool/water= - 48mV cotton/water= - 38mV silk/water= - 1mV第5頁，共32頁。（3）化學(xué)結(jié)合力，往往存在于極性污垢、粘土、脂肪酸、蛋白質(zhì)等與基質(zhì)上的羥基、羧基、胺基等極性基形成的氫鍵或離子鍵；（4）范德華作用力，該結(jié)合力存在于一切基質(zhì)和污垢之間，表現(xiàn)在極性與極性，極性與非極性以及非極性與非極性之間的相互作用。第6頁，共32頁。 表面活性

3、劑在洗滌過程中扮演著重要角色：（1）界面吸附作用，降低界面張力，增加固體表面的潤濕性；（2）借助機(jī)械力及其它作用，將污垢從基質(zhì)表面去除；（3）利用其增溶、乳化、分散等作用，防止再沾污。第二節(jié) 表面活性劑的洗滌作用第7頁，共32頁。一液體（油性）污垢1潤濕作用只要表面活性劑在界面上發(fā)生疏水基定向吸附，則 和 都會降低，達(dá)一定值時(shí)， 即洗浴在基質(zhì)表面的鋪展可以自動發(fā)生。2液體污垢的卷落作用，一旦鋪展自動發(fā)生，原來界面張力之間的平衡被打破，油污開始卷縮，并達(dá)新的平衡。根據(jù)Young方程，各種界面張力與油污在基質(zhì)洗浴界面的接觸角存在如下關(guān)系： 第8頁，共32頁。 即油污在固水界面上的粘附張力，粘附張力

4、越大，油污在固水界面上越潤濕， 0 ；反之，粘附張力越小，即SB , cos 0 , 0 , 則油污卷落第9頁，共32頁。 達(dá)180，油污卷縮為油珠而自動從基質(zhì)表面完全脫落；若 則油污需要借助機(jī)械力 才能清除 ；3.當(dāng) 則即使 作機(jī)械功，仍會有 少量油污殘留于基 質(zhì)表面。 第10頁，共32頁。3防止再沾污作用，有兩種方法：（1）乳化，即借助表面功，利用表面活性劑在油污洗浴之間的界面吸附，將油污分散在油浴中。乳液是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定的分散系統(tǒng)，提高油污在洗浴的分散穩(wěn)定性與乳化劑的選擇密切相關(guān)（2）溶解，首先是將油污增溶在膠束中，隨著增溶量增加，可以形成微乳液。 第11頁，共32頁。二固體污垢1固體

5、污垢的潤濕，洗浴在固體污垢表面的鋪展系數(shù)為洗浴取代固體污垢在基質(zhì)表面的鋪展系數(shù)也可以表示為洗浴在基質(zhì)表面的鋪展也能自動發(fā)生，即基質(zhì)與固體污垢之間被洗浴滲入而潤濕 。 第12頁，共32頁。2固體污垢的撬離 （1）離子型表面活性劑吸附雙電層 產(chǎn)生的靜電排斥力；（2）非離子型表面活性劑親水鏈及 其水化層產(chǎn)生的立體排斥力。 這些排斥力會使固體污垢進(jìn)一 步從基質(zhì)表面撬離，借助機(jī)械 力或直接與基質(zhì)分離。 第13頁，共32頁。3防止再沉積固體污垢被撬離基質(zhì)表面之后，還可能再沉積。它在洗浴中的穩(wěn)定分散與其與基質(zhì)之間的位能曲線有關(guān) 。圖中A態(tài)為吸附態(tài)，B態(tài)為過渡態(tài)，而C態(tài)為分散狀態(tài)。E表示去污活化能， 第14頁

6、，共32頁。三非水介質(zhì)中的洗滌（干洗）所謂非水介質(zhì)主要是輕質(zhì)烴類及其衍生物，例如正癸烷、1，3二乙基環(huán)己烷、1，2，4三甲基苯以及四氯化碳、三氯乙烯和四氯乙烯等 。衣物上的污垢一般分為油溶、水溶和油水均不溶三種。油溶性污垢一般經(jīng)烴類分散、溶解即可去除。親水性污垢的去除需借助表面活性劑和少量水，逆膠束增溶。第15頁，共32頁。極性的固體污垢會與表面活性劑的親水基結(jié)合在一起，疏水基指向連續(xù)相形成立體能壘，使固體污垢穩(wěn)定分散，避免在織物表面再沉積。而少量水的存在，可促使織物和極性固體污垢表面水化，有利于上述吸附的發(fā)生。干洗用表面活性劑的先決條件是能溶解于有機(jī)溶劑。第16頁，共32頁。第二節(jié) 影響表面

7、活性劑洗滌作用的因素一表面活性劑的結(jié)構(gòu)1親水基陰離子型 非離子型 陽離子型 兩性離子型 第17頁，共32頁。2疏水基 表面活性劑的碳鏈越長，表面活性越高，洗滌效果越高 ;表面活性劑的碳鏈越長，其TK則越高，其在水中的溶解度越低，洗滌效果降低 。以脂肪酸鈉為例，在55下洗滌效果以C16為最佳，C18的洗滌效果低于C16與C14；在35時(shí)，長鏈的脂肪酸鈉的洗滌效果都降低，唯C12在較高濃度時(shí)表現(xiàn)出較高的洗滌效果。 第18頁，共32頁。(a) 55時(shí)，C16的洗滌效果最佳； (b) 38時(shí)，C12的洗滌效果更佳第19頁，共32頁。R=C10-C18TK=8-56第20頁，共32頁。二基質(zhì)和污垢的性質(zhì)

8、1基質(zhì)的影響不帶強(qiáng)電荷的極性基質(zhì)和非極性基質(zhì)洗滌的表面活性劑中非離子型的效果比離子型的好。不僅具有較強(qiáng)的表面負(fù)電荷，而且，還存在能與非離子型的極性基形成氫鍵結(jié)合的極性基團(tuán)中陰離子型的洗滌效果優(yōu)于非離子型。 第21頁，共32頁。2固體污垢的影響，通常無論極性還是非極性固體污垢在水介質(zhì)中往往帶負(fù)電荷，所以非離子型和陰離子型表面活性劑都具有去污作用。 三添加劑的影響添加劑一般除為了提高某種作用而人為配入外，洗滌過程中的一些雜質(zhì)；例如衣物汗?jié)n中的NaCl，尿素，乳酸等，或者直接采用自然界硬水配制洗浴的Ca2+和Mg2+等也不可避免地影響洗滌效果。 第22頁，共32頁。四環(huán)境的影響1pH值對洗滌的影響

9、基質(zhì)和固體污垢的表面電荷一般中性偏堿條件下的固液界面往往帶負(fù)電荷，有利于去污。水介質(zhì)的pH一旦小于7，脂肪酸皂的水溶性會下降，洗滌效果減弱。而許多有機(jī)污垢是酸性的，例如乳酸、脂肪酸等。所以，洗滌劑有必要將洗浴pH調(diào)整在微堿性。 第23頁，共32頁。2溫度影響主要是對表面活性劑而言的離子型來講，洗滌溫度一般希望足夠高（例如T洗滌TK），表面活性劑在水介質(zhì)中能充分溶解，從而充分發(fā)揮其表面活性作用。非離子型表面活性劑在去除液體油污時(shí)，往往在它們的PIT附近洗滌效果最佳。當(dāng)然，測定油污在洗浴中的PIT并不容易，但有經(jīng)驗(yàn)規(guī)則：若油污分子比非離子型的疏水鏈長的，則洗浴中的PIT高于非離子型表面活性劑TP，

10、反之亦然。第24頁，共32頁。洗滌劑主要是由表面活性劑和各種助劑配制而成的。一.表面活性劑1陰離子型表面活性劑 （1）肥皂 （2）烷基苯磺酸鹽 （3）烷基磺酸鈉 2非離子型表面活性劑第三節(jié) 洗滌劑的各種成分及配制 第25頁，共32頁。表面活性劑結(jié)構(gòu)式特性商品名應(yīng)用N，N油酰甲基?；撬徕cC17H33CON（CH3）CH2CH2SO3Na生物可降解，在酸、堿性和硬水及氧化劑溶液中較穩(wěn)定209洗滌劑Igepon T（I.G.）羊毛、絲綢煮練油酸乙酯磺酸鈉C17H33COOCH2CH2SO3Na耐硬水，分散力強(qiáng)，堿性中易分散Igepon A羊毛、滌綸脂肪酸甲酯-磺酸鈉耐硬水，生物可降解，無毒，去污力大

11、MES洗滌劑、洗衣粉油酰氨基酸鈉C17H33CONHR(CONHR)nCOONa耐堿性，耐硬水，強(qiáng)酸中易分解，中等去污力雷米邦A(yù)Lamepon A羊毛、絲綢煮練、凈洗仲烷基硫酸鈉RC(R)HOSO3Na去污力一般，潤濕滲透、起泡力強(qiáng)梯波Teepol洗滌劑第26頁，共32頁。二. 助洗劑 協(xié)助表面活性劑提高洗滌作用，分有機(jī)和無機(jī)兩類。1有機(jī)型助洗劑，一般有三種作用：（1）堿性緩沖作用，維持洗浴的pH7；（2）高價(jià)金屬離子的螯合作用，軟化水；（3）固體污垢的分散作用，防止再沉積。 有三聚磷酸鈉（STPP），丙烯酸和馬來酸的低聚物等。 第27頁，共32頁。2無機(jī)型助洗劑（1）無機(jī)鹽常用的有碳酸鈉、硅

12、酸鈉等。首要作用是增加洗浴的pH值，使基質(zhì)和污垢盡可能帶負(fù)電荷，有利洗滌。其次是與洗浴中鈣、鎂離子反應(yīng)生成難溶鹽，從而軟化水。而且，硅酸鈉還具有良好的潤濕和乳化性能。缺點(diǎn)是往往堿性太強(qiáng)，適用于硬表面的堿性洗滌劑。第28頁，共32頁。（2）合成沸石（NaO(Al2O3)1.3-2.4SiO2H2O），又稱為4A型分子篩，是一種綠色助洗劑 離子交換作用；與污垢共沉淀 。三酶制劑 酶是一種生物催化劑。洗滌劑中添加酶的目的是協(xié)助去除表面活性劑難以去除的污垢。第29頁，共32頁。1蛋白質(zhì)酶，能將基質(zhì)上如牛奶漬，蛋液，肉湯等蛋白質(zhì)污垢水解為低聚肽后，再經(jīng)水洗去除。2脂肪酶則是將基質(zhì)上如人的皮脂、食物油漬等脂肪酸三甘油酯分解為甘油和脂肪酸，甘油易溶于水，而脂肪酸易被洗浴卷離去除。第30頁，共32頁。3淀粉酶的作用是將淀粉分解為易溶于水的糖類而去除。4堿性纖維素酶，纖維素酶的作用機(jī)理不同，例如堿性纖維素酶能作