洗涤的原理与作用.doc

洗涤的原理与作用衣服穿脏了需要洗涤去污，保持其清洁卫生。以水作为媒介对织物进行清洁的洗涤方式，我们称为水洗。以这种洗涤方式清洁衣服时，由于衣料的种类及结构的不同，也会引起一些洗涤质量问题。例如，天然纤维由于吸水后易膨胀，干燥后会收缩，造成衣服的收缩或变形；羊毛制品受水的作用会造成其表面鳞片的粘合，出现缩水现象；此外水洗还会导致毛织物面料起球收缩、某些面料退色，以至羊毛、毛绸的手感、颜色、光泽等变差。如果以恰当的干洗方式去洗涤这些面料的服装，就可以克服掉这些缺点。干洗是解决上述质量问题的另一种方式，是以一定量的挥发性有机溶剂对织物进行洗涤，达到去除污垢的目的。在实际的干洗过程中，视其具体情况还要往干洗溶剂中加入添加剂和水，这对洗涤的最终效果相当重要。在以水作为洗涤媒介的体系中，要洗除那些水溶水的污垢，如糖、盐等污垢是容易的事情，因为这类污垢会在水中溶解。在干洗过程中，对于那些油或油脂类的污垢的洗除，也是一件容易的事，因为油或油脂容易溶于有机溶剂中。在干洗的有机溶剂中要去除水溶性的污垢必须借助于水的作用，但干洗溶剂中只能溶解极其微量的水，这微量的水分是完全达不到洗除水溶性污垢的浓度，然而为了保证干洗溶剂中水的含量，在干洗剂中应加入一定比例的干洗添加剂和水，便可以提高水在干洗溶剂中的存在量，以形成洗涤所需要的最佳清洁效果。干洗溶剂在清洁衣物时并不像水洗那样会对天然毛织物产生膨胀作用，也不会形成纤维收缩现象，所以经干洗的织物不会产生明显的绉纹和外观的变化。对于衣物上的油性污垢，以水洗的方式处理时必须以一定的洗涤剂、比较高的洗涤温度和较强的机械作用方能去除，这同时也会造成变形及皱折造成对衣物的某种程度的损伤。而以干洗方式处理沾有油性污垢的衣服时，只须以适当的机械作用，油性污垢就会被干洗溶剂分解掉了。因此，干洗对于织物来讲是一种比较“温柔”的洗涤方式。鉴于干洗的特点，只要技术处理得当，就可以使被洗织物（个别除外）达到洗后基本不变形、不退色、延长使用寿命的优良效果。就洗衣行业而言，洗涤是指以化学和物理作用的方法，将附着在纺织物上的污垢除掉，从而使织物洁净的过程。以水作为媒介，对纺织物进行清洗的方式，称为水法洗涤，简称水洗。洗衣企业每天都要洗涤一定数量的织物，洗涤的目的是把织物上的污垢去除掉。因此，洗涤的对象涉及两样东西：一是织物；二是污垢。由于织物所涉及的内容很多，因而将另辟专题介绍。这里将详细讨论水洗中织物上的污垢问题。要把织物洗涤干净，就必须对污垢有一定的认识，才能在洗涤时有针对性地对“症”下“药”、合理高效地使用化学药品和采取适当的洗涤方法，从而保质保量地完成洗涤任务。就织物而言，污垢是指吸附于织物表面、内部，影响视觉美观并改变了织物表面的外观及质感的物质。由于空气的流动或人的活动等引起尘埃飘扬，溅落在衣物上的尘埃就是污垢；餐桌上的菜或汤水落到衣物上时，也变成污垢；家里搞卫生，不慎把洗洁剂溅落在正在穿着的衣服上时就变成污垢了巧克力、牛奶是可口受人喜欢的食品，当落在衣服上时就变成不受人喜欢的污垢了，因此，某些东西本来就是受人讨厌的，当沾在衣服上同样受人讨厌；而那些本来就受人喜欢的东西，但沾在衣服上就是不受人欢迎的污垢了，成为污垢的东西是相当广泛和复杂的，也有一定的相对性。洗涤的过程是一个极其复杂的理化反应，通过一系列的反应，主要起到以下的作用：第一、彻底破坏污垢和纤维的结合力，由相当牢固变为松散无力。第二、迫使污垢离开纤维，也就是说，污垢丧失在纤维存在的条件，不能继续在纤维上存在下去。第三、使离开纤维的污垢丧失重新和纤维结合的能力，再也不能粘到纤维上去。完成这个过程，实现上述三种作用，需要各种条件，即水、温度、机械力（如搅拌、磨擦、振动力等）、洗洗涤剂（肥皂、洗衣粉等），缺少其中一个条件都是不行的。假如只用水，不用洗涤剂，只用洗涤剂不用水，或都只用机械力等，都不可能把衣服洗干净。这是因为只有各种条件共同配合，发挥不同的作用，才能把污垢从衣服上除掉。在洗涤工艺上，洗涤剂起一定性的作用。本章是以洗涤剂为主，讲解洗涤的原理和洗涤过程中的各种理化反应。 什么叫润湿？你是通过一种溶体（溶体又叫溶液，水和洗涤液都是溶体），把干燥衣物变为潮湿物体，这种现象叫做润湿，润湿对洗涤来说具有极其重要的意义。任何洗涤对象，只有在润湿以后才有进行洗涤的理化反应，也就是说洗涤剂才能发挥作用，没有润湿，就不会达到洗涤效果。润湿是洗涤的前提条件之一。分子之间的引力距离越大，引力越小，结合就不牢固，就容易被清除掉。润湿起的作用，就是能使溶剂分子渗透纤维内部，使纤维澎胀，扩大纤维同污垢的距离。降低引力作用，从而降低污垢和纤维的结合力。润湿被认为是降低污垢和纤维结合力的重要办法。润湿还能促使纤维和污垢之间出现裂缝，这样为溶剂分子（例如水分子等）创造了渗透的条件。水分子向裂缝渗透，挤入内部，扩大裂缝，迫使污垢脱离纤维。润滑的这些作用，对洗涤十分重要，所以我们洗衣服只要先放在水中浸泡一定时间，然后再洗，就容易洗干净，这就是润湿的作用。作为主要溶剂的是水，但是从洗涤剂的角度来看，水的润湿润性能并不很理想，不能达到洗涤的最佳要求，也就是不能起来润湿的全部作用，这是由于以下的问题引起的：水的表面张力较大，一般来说，表面张力大，润湿性能差；表面张力小，润湿性能好。什么叫表面张力？这是液体物质的一种物理现象，它是由分子引力作用产生的，液体表面分子（又叫界面分子），既受液体外部化学性质相同物质吸引，又受液体内部分子吸引， 但内部分子引力大于液体外部分子引力，这样，液体表面分子向内收缩，这种向内收缩的力叫做“表面张力”，又叫内聚力。什么叫水的表面张力？就是水的表面分子向内的力，就是水的内聚力。我们用一滴水珠的发生现象加以说明。一滴水的树叶上，一部分水分子接触空气，叫做水的表面分子；一部分水分子不接触空气，叫做水的内部分子。处在水的内部分子，对称均匀地受着周围水分子的引力；而水的表面分子，情况就不同了，它一方面要受水的内部分子引力，另一方面又受空气吕水分子吸引。它所受的引力，有内有外，是不均衡的，由于空气是所气体，它所含的水分子比水内部分子数量少、引力小，这样水的表面分子向内收缩，产生了水的表面张力。这就是一滴水落在树叶上形成小圆珠的道理。从上面分析可以看出，表面张力就是液体表面向内收缩的力，向内收缩的力越大，表面张力越大，即内聚力越大，表面张力越大，所耗的“功”（尔格）为计量单位 。根据测定，水的表面张力为73尔格/平方厘米，煤油为24、酒精为22、汞水为472。汞的表面张力大，润湿性能很差，不管放什么物质的汞液中，是不会被润湿的，或者把汞液放在任何物质上，都是出现圆珠形态。煤油和酒精表面张力小，是优良润湿剂。水的表面张力比较大，也是优良润湿剂。但从洗涤的角度看，这种表面张力是不理想的，设法降低表面张力，对洗涤来说是很重要的。表面张力大，为什么润湿性能差呢？这是由于表面分子和要润湿物质之间亲和力（引力），小于内部分子的引力，所以表面分了内向收缩，不与被润湿物质结合，如果使表面分子和要被润湿物质亲和力增强，增强到大于内部分子的分子引力，这样就更能发挥润湿作用了，也就是降低了表面张力，水的表面张力之所以能够降低，依据就在于此。除了表面张力这个问题外，对润湿有影响的还有要润湿物质的化学结构、性质的问题，我们前面已经说过，物质的化学结构、性质是多种多样的，例如有亲水性、亲油性、憎水性、憎油性。凡是化学结构性质和水不同的，叫憎水性物质，水的表面张力比较大，对憎水性物质亲和力引力很水，这样就更不易润湿了。一朵新摘的棉花，放在清水中能够浮在水面上，不沉，这就是新棉花带有一层憎水性的物质，植物纤维表面大都有这样的物质，没有加以处理，是不易被水润湿的，再如，一个经过石蜡溶液浸泡过小眼筛，筛眼沾上一层很薄的蜡层，不但水不能润湿通过，甚至可以盛水，这是因为石蜡属于憎水性的物质。我们洗涤的脏衣服，一方面大多数污垢都是憎水性的物质，另一方面衣服纤维有亲水性的部分，但也有憎水性的部分（合成纤维憎水性部分很大），这样就不容易润湿了，更不能渗透它们内部，这就是用水洗衣物洗不干净的道理。为了适应洗涤要求，第一要降低水的表面张力；第二要使水面形成憎水性层，这样才能润湿污垢和纤维，达到洗涤去污的目的。有没有办法改善水的润湿性能呢？人们想了很多办法，如用加热的办法，把水温加到80水的表面张力由73降为62尔格/平方厘米，这种办法，表面张力下降幅度不大，也不能形成憎水性层，还是不能适用应洗涤的要求，这也是全靠热水不能洗干净衣服的缘故。但是，经过不断实践，终于找到的理想的方法，不是在水中加入表面活性剂（洗衣膏、洗涤剂、洗衣粉都是表面活性剂），大大改善了水的润湿作用。经过试验，在100克水中，加入0.2克左右的洗衣膏,这样的水的表面张力由72降为25尔格/平方厘米,并且出现憎水性层,这种溶液具有良好的润湿作用,满足洗涤的要求.表面活性剂为会什么能起这样的作用?下面就详细讲解之.什么叫表面活性剂?就是能起表面活性作用的物质;这类物质很多,从洗涤来说,表面活性剂就是指洗衣膏、洗涤剂、洗衣粉而说。表面活性剂为什么能改善水的润湿性能？这要从表面活性剂的分子结构进行分析：凡是表面活性剂，在分子结构上，必然有两个基因，一个是溶于水的亲水基团，一个是不溶于水的憎水基团（因能溶于油，又叫亲油基团），两个基团连接一起，一端是亲水基团，一端是憎水基团，即使溶于水中，它们也是分不开的。憎水基团又叫碳氢键， 是由碳氢分子组成的键状，亲水基团，一般说来，洗衣膏的亲水基团大都为羧基：洗衣粉的亲水基团为磺酸基。两个基团各有不同作用，亲水基团和水结合，憎水基团和污垢结合（因其性质和污垢相近），从而发生了洗涤一系列理化反应，才能洗净衣服。在水中加入表面活性剂以后，水溶液变为洗涤剂溶液，这时，表面活性剂分子的亲水基团即溶于水中，而憎水基团和水没有相似的性质，力图挤出水的表面，以便和空气中相同的物质结合。这样憎水基团就聚集在水的表面层，占据了水的表面位置，形成了憎水性层，也就是说，水的表面已不是水分子，而是表面活性剂的碳氢键。憎水性第一，它的表面张力比水的表面张力小，为25尔格/平方厘米。也就是说，它起到了降低水的表面张力的作用。第二，它是憎水性的物质，具有润湿污垢和纤维憎水性部分性能，也就是说，提高了水的润湿性能。加入表面活性剂的水溶液，之所以能够洗净衣服的道理之一，就是它增强了润湿度破坏污垢和纤维结合力的作用，但是，这种溶液一定要达到一定浓度，如果表面活性剂太少，也是不能形成憎水性层的，一般来说，含表面活性剂的数量不能少于0.2-0.3%。吸附什么叫吸附？就是固体物质从溶液或气体中吸收了其它物质，并附在它的表面周围的这种现象，叫做吸附，为什么一个物质能吸收其它物质，这就是分子相互吸引的引力作用。吸附作用，广谈泛存在自然界中，人们利用了这种作用为生产服务。如利用织物纤维从染液中吸收染料分子，并附着在纤维上，这就是衣服染色的最简单的原理。同样，利用污垢从表面活性溶液中吸附表面活性剂分子，清除衣服上的污垢。污垢为什么能吸附表面活性剂分子呢？我们前面已经说过，污垢大多是亲油性的、憎水性的物质，表面活性剂分子的一端也是亲油性、憎水性的。根据物质化学结构性质相近引力就大的原理，表面活性剂分子亲油性的一端，便被吸附在污垢的表面，而亲水性的一端仍在水中，随时着污垢附表面活剂分子越来越多，污垢就同憎水性物质变成了亲水性物质，也就是变成溶性物质（即能溶于水），转移到水中去，也就是说，从衣服上把污垢清除了。乳化乳化是洗涤过程中的重要反应，对洗涤起着很大的作用。什么叫乳化？指两种互不相容的液体，借助别的物质而混合在一起，叫做乳化，两种互不相容的混合物，叫做乳化液。我们拿水和石油做例子，这是两种本来是互不相容的液体，我们把这两种液体放在一起，它们决不会混合的。如果用力振荡，它们暂混合一起，变成浑浊的液体，但是只要停止振荡，油上水下并有其明显界线。如果加入一些表面活性剂，如肥皂等再振荡一下，水和油就混合在一起了，分不开了，形成不透明的液体，可以保以很长的时间，两种本来互不相容的液体，借助肥皂的作用溶合在一起，这种现象叫做乳化作用。我们知道，肥皂分子一端是亲水性，一端是亲油性（憎水性），它在水、油液体中，一端被油分子吸引，一端又被水分子吸引，因此两种互不相容的物质，由于引力作用连接在一起了，形成乳化的反应.我们所以要举这个例子,因为它也正说明了洗涤过程中乳化反应.脏衣服泡在水中,污垢和水是互不相容的.借助肥皂分子乳化作用，把污垢从衣服上转化到水中，失掉重新粘在衣服上的可能性。这就是乳化的洗涤作用。但是污垢并不是液体，怎样乳化呢？（乳化必须双方都是液体）这是因为在肥皂水中，经过磨擦、压挤等机械力，有些污垢变为极小的润湿质点，又叫做“液滴”已具备乳化的条件，这也说明在洗涤过程中机械力所起的作用。什么叫悬浊化？在液体中不溶性的固体物质，吸附了别的物质而悬浮在液体中，叫做悬浊化，这种液体叫悬浊液。我们用煤油和水通过滤纸的现象来说明，煤烟和水混在一起，因其化学性质不同，不能形成悬浊液。在通过过滤纸，虽然烟的体积比纸也还要小，但却不能通过，而是沾在纸上（因烟子和纸有引力结合）无论如何用水冲洗也洗不掉。如果用肥皂水冲一下，就能把烟子吸附成悬浊液，破坏了烟子和纸的联合，从而顺利通过，这个例子也正好说明洗涤过程中悬浊化的作用。脏衣服在水中，污垢质点联合在纤维上是不能轻易离开的，如果加入肥皂，肥皂分子被污垢吸附形成亲水层，破坏污垢和纤维的粘结，转到溶液中，成为悬浮状态。胶束什么叫胶束？这是表面活性剂在水中的一种形态，表面活性剂在水中，有单个分子形态，有聚合分子形态（由许多分子凝聚在一起），聚合分子的形态叫做胶束。胶束形态，这是很多单个分子结合在一起，它们的内部是憎水性的碳氢键的结合，外部是亲水性基团结合层。从理论上讲，单个分子被污垢吸附力比聚合分子大得多，从这个角度看，单个分子越多，洗涤效果越好。但实际情况不是这样，因为胶束有其特殊性的作用，如果没有胶束形态的存在，是不能洗干净衣服的。所以在制造洗涤剂（肥皂）时，总要适当加入一些电解质填充剂，如碳酸钠等，目的就是减少单个分子，增加胶束。那么胶束在洗涤过程中起到什么作用呢？概括地说，胶束能产生牢固而有弹性的洗涤剂膜，在去污上起着重大的作用。前面已经讲过，由于吸附作用，表面活性剂分子包围了污垢，浸入水中，但这种包围是不牢固的，特别是磨擦、压挤中，污垢能从表面活性剂分子包围脱出，并且互相凝结，重新沾染到衣服上去，所以，只有单个分子是洗不干净衣服的。但有了胶束情况就不同了，由于胶束表层是亲水层，包围污垢分子的表面也是亲水层，胶束又被吸附，等于对污垢又增加了一层包围圈。胶溶表面活性剂分子在包围污垢时，也能钻进污垢裂缝中去，使污垢由大变小，不断分裂，最后把它粉碎成胶粒大小的质点或单个分子，均匀分散在水溶液中，叫做胶溶作用。胶溶的原理与乳化大体相同，所不同的是乳化的污垢质点较大，胶溶的污垢质点很小，即比乳化质点要小几十倍，接近单个分子，从洗涤角度来看，污垢质点粉碎越小越好，因为1、不易凝聚，重新沾染衣服；2、能稳定在溶液中，所以胶溶作用对洗涤来说也是重要的。泡沫我们在洗涤剂溶液中通过空气或用手搅动，就发生白花花的一片，一般叫做泡沫，泡沫实际上就是表面活性剂分子包围了空气，或者说表面活性剂分子里面充满了空气，这和肥皂分子包围污垢是一样的道理，因为空气也是憎水性的，当它进入肥皂溶液，肥皂分子即向它靠拢集中，很快吸附在空气表面，表面活性剂分子憎水性的一端插入空气和空气联结，亲水性一端仍在水中。打个比方说，就是空气穿了一件“小皮袄”，不过是毛朝里（憎水性的碳氢键，形状像细长的毛）皮朝外。泡沫的第一个作用，它对已被包围的污垢吸附力非常强大，所以它像胶束作用一样，很快吸附被包围的污垢外层，把污垢“拉”出衣服表面。由于泡沫内部是气体，比重较轻，总想脱离溶液钻出表面，但是它穿着一件亲水性的“小皮袄”，被水吸引，冒不出来，可是当它穿上第二件“小皮袄”，也就是又和肥皂分子结合，这时它就有了两层肥皂分子，但第二层肥皂分子，亲水性向里（即皮朝里），憎水性向外（即毛朝外）。在这种情况下，泡沫的外层变成憎水性层，就纷纷冒出来，这就是我们经常看到的皂溶液的表面白花花的泡沫，这个泡沫起着降低表面