表面活性剂的洗涤作用
学 院 专业 2011级化学（2）班
课 程 名 称 表面活性剂的洗涤作用
姓 名 王 成
学 号 201106110203
2010 年 12 月 8 日
表面活性剂的洗涤作用
洗涤作用可以简单地定义为，自浸在某种液体介质（一般为水）中的固体表面去除污垢的过程。在此过程中，借助于某些化学物质（洗涤剂）以减弱污物与固体表面的粘附作用，并施以机械力搅动，使污垢与固体表面分离而悬浮于液体介质中，最后将污物洗净、冲去。
（一）洗涤作用的基本过程
在洗涤过程中，洗涤剂是必不可少的。当今，合成表面活性剂如烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠以及聚氧乙烯链的非离子表面活性剂，作为洗涤剂的重要组分，大量地代替了肥皂。洗涤剂的一种作用，是去除物品表面上的污垢，另外一种作用则是对污垢的悬浮、分散作用，使之不易在物品表面上再沉积，整个过程是在介质（一般是水）中进行的。整个过程是平衡可逆的。若洗涤剂性能甚差（一是使污垢与物品表面分离的能力差，二是分散、悬浮污垢的能力差，易于再沉积），则洗涤过程不能很好的完成。对于洗涤过程，很难发展一个同一普遍的机理，这是由于洗涤过程中的物品（基底、作用物）和污垢几乎有无限多的品种，而性质上千差万别之故。
一般污垢可分为液体污垢及固体污垢。前者包括一般的动、植物油及矿物油（如原油、燃料油、煤焦油等），后者主要为尘土、泥、灰、铁锈及炭黑等。液体污垢和固体污垢经常一起构成混合污垢，往往是液体包住固体微粒，粘附于物品表面。因此这种混合污垢与物品表面粘附的本质，基本上与液体油类污垢的情形相似。液体污垢与固体污垢在物理及化学性质上存在较大差异，故二者自表面上去除的机理亦不相同。两类污垢与表面的粘附主要是通过范德华引力；在水介质中，静电引力一般要弱得多。污垢与表面一般无氢键形成，但若形成时，则污斑难以去除。
表面活性剂的作用
润湿作用
润湿是固体与液体接触时，扩大接触面而相互附着的现象。若接触面趋于缩小不能附着则称不润湿。可以用接触角θ的大小来描述润湿的情况。液体，比如把水滴在玻璃表面上，它很容易铺展开，在固液交界处有较小的接触角θ；而滴在固体石蜡上则呈球形，θ达到180°。接触角越小，液体对固体润湿得越好，θ为180°表示液体完全不润湿固体。显然，这是不同表面与界面的张力的作用的综合的结果。倘若加入表面活性剂，改变液体的表面张力，则接触角θ随之改变，液体对固体的润湿性也就改变了。能被液体所湿润的固体称为亲液性固体，反之称为憎液性固体。一般极性液体容易润湿极性固体物质。极性固体皆亲水，如硫酸盐、石英等。而非极性固体多数是憎水的，如石蜡、石墨等。
乳化和增溶作用
把一种液体以极其细小的液滴（直径约在0.1～数十μm数量）均匀分散到另一种与之不相混溶的液体中的过程称为乳化。所形成的体系称为乳状液。将两种纯的互不相溶的液体，比如水和油放在一起用力振荡（或搅拌）能看到许多液珠分散在体系中，这时界面面积增加了，构成了热力学不稳定体系。静置后水珠迅速合并变大，又分为两层，得不到稳定的乳状液。若想得到较稳定的乳状液，通常加入稳定剂，称为乳化剂。它实际上是表面活性剂。它的作用在于能显著降低表（界）面张力。由于表面活性剂分子在“液滴”，即胶束表层作定向排列，使“液滴”表层形成了具有一定机械强度的薄膜，可阻止“液滴”之间因碰撞而合并。若用离子型表面活性剂时，因为带同性电荷，胶束间相斥阻止了液滴的聚集。乳状液中所形成的胶束有两种。
前者分散介质是水，分散质为油，这种乳状液称为水包油型（O／W）；后者则正相反，这种乳状液是油包水型（W／O）。把某种表面活性剂加入到乳状液中，乳状液会变成透明溶液。表面活性剂的这种作用叫做增溶作用，起增溶作用的表面活性剂叫增溶剂。表面活性剂可以用于增溶的原因：是由于表面活性剂形成了各种形式的胶束，分散质进入胶束囊中或层间使胶束膨胀但又不破裂（体系外观也没有变化），因而“增加”了溶解度。
表面活性剂作用原理及应用
表面活性剂一词来自英语surfactant。它实际上是短语surface
active
agent的缩合词。它还有一个名字叫做tenside。凡加入少量而能显著降低液体表面张力的物质，统称为表面活性剂。它们的表面活性是对某特定的液体而言的，在通常情况下则指水。表面活性剂一端是非极性的碳氢链（烃基），与水的亲和力极小，常称疏水基；另一端则是极性基团（如—OH、—COOH、—NH₂、—SO₃H等），与水有很大的亲和力，故称亲水基，总称“双亲分子”（亲油亲水分子）。
为了达到稳定,表面活性剂溶于水时，可以采取两种方式：
1、在液面形成单分子膜
将亲水基留在水中而将疏水基伸向空气，以减小排斥。而疏水基与水分子间的斥力相当于使表面的水分子受到一个向外的推力，抵消表面水分子原来受到的向内的拉力，亦即使水的表面张力降低。这就是表面活性剂的发泡、乳化和湿润作用的基本原理。在油-水系统中，表面活性剂分子会被吸附在油-水两相的界面上，而将极性基团插入水中，非极性部分则进入油中，在界面定向排列。这在油-水相之间产生拉力，使油-水的界面张力降低。这一性质对表面活性剂的广泛应用有重要的影响。
2、形成“胶束”
胶束可为球形，也可是层状结构，都尽可能地将疏水基藏于胶束内部而将亲水基外露。如以球形表示极性基，以柱形表示疏水的非极性基，则单分子膜和胶束。如溶液中有不溶于水的油类（不溶于水的有机液体的泛称），则可进入球形胶束中心和层状胶束的夹层内而溶解。这称为表面活性剂的增溶作用。
表面活性剂在污垢和基底表面的吸附是去污洗涤的核心，吸附作用也是表面活性剂最基本的性质之一。在洗涤过程中，表面活性剂的疏水基会尽可能地减少与水的接触，在表/界面上发生定向吸附，达到一定浓度后在体相形成聚集体，因此表面活性剂表现出一系列优良的性能，如润湿、乳化、增溶等。表面活性剂可起洗涤、乳化、发泡、湿润、浸透和分散等多种作用，且表面活性剂用量少（一般为百分之几到千分之几），操作方便、无毒无腐蚀，是较理想的化学用品。
表面活性剂作用机理
表面活性剂具有湿润、乳化、去污、分散等作用，主要是因为：
1、表面活性剂能降低接触界面的表面张力
纯液体的表面张力在恒温下是定值，而溶液的表面张力则随溶液的组成不同而不同。通过实验人们发现，各种物质的水溶液的表面张力与浓度的关系主要有以下三种情况：
1、稍有上升，无机盐（氯化钠、硫酸钠）及多羟基有机物（蔗糖、甘露醇）
2、逐渐降低，低分子极性有机物（醇、醛、酮、脂、醚等）
3、低浓度时，显著降低，后变化不大（含有8个碳以上的碳氢链的羧酸盐、磺酸盐等）
通常把2、3类物质称为表面活性物质，而把第1类物质称为非表面活性物质。
而第3类称为表面活性剂，即加入少量即能大幅降低溶液的表面张力，而随着浓度继续增大表面张力降低不再明显的物质。
表面活性剂能够降低溶液的表面张力主要是由其结构的特殊性决定的。它具有两性基团：亲水性基团和亲脂性基团，它能显著降低接触界面的表面张力，增加污染物特别是憎水性有机污染物在水相的溶解性。
2、表面活性剂能形成胶束
当表面活性剂达到一定浓度时，其单体急剧聚集，形成球状、棒状或层状的“胶束”，该浓度称为临界胶束浓度（critical micelle
concentration,CMC），胶束是由水溶性基团包裹憎水性基团核心构成的集合体，当胶束溶液达到热力学稳定时可以形成微乳溶液。
根据“相似相容”原理，憎水性有机物有进入与它极性相同胶束内部的趋势，因此将表面活性剂达到或超过CMC时，污染物分配进入胶束核心，大量胶束的形成，增加了污染物的溶解性，同时NAPLs从含水层介质上大量解析，溶解于表面活性剂胶束内，表面活性剂对NAPLs溶解性增加的程度可以由胶束——水分配系数和摩尔增溶比（MSR）来表示。 表面活性剂的应用与发展
表面活性剂主要应用于洗涤、纺织等行业，其他应用几乎可以覆盖所有的精细化工领域。在造纸工业中可以用作蒸煮剂、废纸脱墨剂、施胶剂等；在医药行业中可作为杀菌剂和消毒剂使用；在农药行业，可湿性粉剂、乳油及浓乳剂都需要有一定量的表面活性剂，降低水的表面张力，使药粒被水所润湿，形成水悬液。
