洗涤剂活性物或表面活性物都有一个共同的基本结构,分子的一端是由一个较长的碳氢链(烃链)组成的,它是疏水性的,能溶入油中,介不能溶于水中,而不能溶入油中,称为亲水基。当水分子处在水中时,它受到各方面的吸引力是相等的,而在水表的水分子就不一样,它所受到的吸引力不平衡,而这种不平衡的吸引力有将水表面上的分子向下拉的趋势。所以水的表面总有自动缩小的倾向。在水中加入一肥皂,因为极性的水对对肥皂分子的亲水基有吸引力,所以亲水基可以溶于水中,但水对肥皂分子的疏水基的吸引力很小,疏水基力图将整个肥皂分子从水中拉出来。处于水表面上的肥皂分子,其亲水基就埋入水下,而疏水基则越出水面。这样一来,表面上的水分就少了它们被子水中分子吸引的力就低了,因此水的表面张力就大大降低。洗涤剂活性物的分子不论在水表面或是在水中都同样存在,随着洗涤剂活性物浓度的增加,水中的活性物分子同于长链烃基的不亲水性,而且彼此间又存在分子吸引力,因此逐渐聚集成几十个分子组成的胶束,疏水基朝内,亲水基朝外,这是一种带有几个到几十个“价电荷”的胶体离子开始大批形成胶束的浓度,一般称为胶束临界浓度。这时形成的胶束可能是球状的,随着浓度的增大,它的形状可变为层状、圆柱状。胶束的形成对洗涤液的性能有着重要意义。一般来说,洗涤剂在临界胶束浓度时的去污性能最好。另外分子中疏水基团与亲水基团要有恰当的平衡,才能显示出优良的去污能力,例如同样一个烷基磺酸钠,如果硫水基烃链碳原子数少于12,是一种润湿剂,碳原子数大于18,则是一种乳化剂,碳原子数在14~18之间才是洗涤剂。通常洗涤剂活性物分子上的羧酸基-COO,硫酸基磺酸基都有亲水性,亲水性不强的基轩和有乙氧茎,胺基酰胺基等。疏水基团在大多数情况下是由10到18个碳原子的烃链成的。
五、剂活性物的基本性质
洗涤剂活性物具备一系列物理,化学性质。基本现象有润湿、分散、乳化、泡沫,增溶等作用,这是由它既有表面活性又有胶束性能的双重性质所支配的。
1.润湿作用
滴液后落在固体表面很溶易扩展开来,使表面湿润,甚至渗入到微细孔道中,这是由于该液体具有润湿作用的缘故。例如我们常看到露水在植物叶子上、草上呈水珠状,这是因为叶子、草不能被水润湿。没有处理过的棉麻毛织物以及合成纤维等表面上常覆有一层蜡油脂、鳞片,或者本身结构就是疏水性的,就不容易被水润湿,或者完全不被水润湿。被机油或汗液的油脂分泌物所污染的织物也是不易被子水润湿的。但是我们把一滴肥皂水或洗涤剂的液滴落在衣服织物上就容易扩散开来,衣服上落了几滴煤油、酒精,如会很快散开,这就是说洗涤液或煤油对衣物的润湿作用比较强。
同样的衣物织物,为什么纯用水不容易被润湿,而水中加了些涤涤剂,或者在煤油中就很快润湿呢?这完全是由衣物与水或衣物与洗涤液两者之间的界面张力的大小而定。被油脂弄脏的衣物是疏水性的,而水的表面张力是比较大的,这样就使得水滴力图保持成球形,而球形的表面积最小,水滴就不大能在织物表面上扩展开来,也就不能润湿织物。但是,水中加少许洗涤剂后,洗涤剂分子可以吸附在水的表面上,使水的表面张力大大降低,水就容易吸附,扩展在衣物表面上,甚至渗透到纤维的微细孔道中,衣物就容易被子润湿,同时洗涤溶液又能钻入疏水的污垢颗粒之间,将颗粒粉碎成胶体大小的微粒子,织物与污垢之间原来存在的结合力就松弛了,污垢就容易洗去。润湿作用虽然对去污过程极为重要,但它并不起去污作用。
洗涤剂的润湿作用,除了由于降低液体的表面强力外,织物表面的结构与粗糙度、液体的浓度、湿度、粘度以及有没有电介质都有影响。
2.乳化作用
在一杯水中加上一薄层煤油或豆油,用力振荡时,就发现这种互不相溶的溶体中,油层被粉碎成细滴,互相混合,成为混浊体,但是振荡完不久又重新分水和油两层,但是如果在其中加入少许洗剂,再用力振荡,则油滴被分成极细的液滴,分散在水中后形成乳状,经过相当长时间,仍不分层,这就称乳化作用不着。
水和油乳化的形式有两种,一种是少量油分散在多量水中称为油在水中型(水包油)。另一咱是少量水分散在多量水分散在多量油中,称为水在油中型(亦称油包水)。日常洗物后的污水都为第一种类型。
油、水这两互不相溶的液体放入洗涤剂后会乳化是因为洗涤剂活必物分子具有一个疏水基和一个亲水基,疏水基一端溶入到滴中,而亲水基一端留在水中,这样活性物分就吸附在界面上,按一定方向排列成一层保护层,原来疏水性的油滴就带有亲水的性质,就可以和水连接在一起了。也就是说由于洗涤剂分子本身的定向吸附能力,在油垢微滴表面形成定向的保护层,降低了油水两相界面上的界面张力,减低了油在水中分散所需的功能,再辅搅拌使油与水很好乳化。
洗涤剂所有能去掉衣物上的油污,是与它的乳化作用分不开的,但是优良的乳化剂却不一定好的洗涤剂。