黑龙江省专业技术人员继续教育知识更新培训专业课程函授学习材料(19)

来源：网络收集时间：2026-03-15

导读：表3.1 纤维在水中的带电纤维毛棉醋酸酯纤维丝 ξ电位/mV 48 38 36 -1 有些固体污垢的粒子在一定条件下带有正电荷，如炭黑、氧化铁等污垢。带有负电的纤维对于这类污垢粒子就表现出很强的静电引力。另外，水中

表3.1 纤维在水中的带电

纤维毛棉醋酸酯纤维丝

ξ电位/mV 48 38 36 -1 有些固体污垢的粒子在一定条件下带有正电荷，如炭黑、氧化铁等污垢。带有负电的纤维对于这类污垢粒子就表现出很强的静电引力。另外，水中含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、A13+等多价金属离子，在带负电的纤维和带负电的污垢粒子之间，可以形成所谓的多价阳离子桥(Cation Bridge)，如图3-5所示。有时，多价阳离子桥可能成为纤维上附着污垢的主要原因。

图3-5 阳离子的桥梁作用

静电力结合比机械力结合强，所以带正电荷的炭黑、氧化铁之类的污垢附着在带负电荷的纤维上时，很难将此类污垢去除。 (3) 化学结合力

极性固体污垢(如黏土)、脂肪酸、蛋白质等污垢与纤维的羟基之间通过形成氢键或化学键的化学结合力而粘附在纤维上，这类污垢通常以洗涤方法很难去除，需要采取特殊的化学处理，使之分离，去除。 (4) 油性结合(oil bonding)

在塑料制品上的油性污垢，具有把固体污垢和塑料本身粘附在一起的作用，这种粘附作用可以认为是一种油性的结合。污垢形成一种固溶体而渗透到非极性纤维内部，使污垢不易洗涤，油性结合是一种重要的粘附形式。

不同性质的表面与不同性质的污垢，有不同的粘附强度。在水为介质的洗涤过程中，非极性污垢(如炭黑、石油等)，比极性污垢(如黏土、粉尘、脂肪等)不容易洗净。疏水表面上的非极性污垢，比亲水表面(棉花、玻璃)上的非极性污垢更不容易去除；而在亲水表面上的极性污垢则比疏水表面上的极性污垢不易洗涤。如果从纯粹机械作用来考虑，固体污垢在纤维物品表面上或较光滑的表面上容易粘附；固体污垢质点越小则越不易去除。 3.3 液体污垢的去除

洗涤作用的第一步是洗涤液(介质加洗涤剂)润湿被洗物表面，否则洗涤液的洗涤作用不易发挥。水在一般天然纤维(棉、毛)上的润湿性较好，但在人造纤维(如聚丙烯、聚丙烯腈)上的润湿性往往比较差。固体表面的润湿，仅与固体表面结构有关，与固体内部的化学结构无关，所以未经适当处理(清洗、脱脂)的天然纤维，其表面上有一些蜡和油脂，水在其中的接触角比较大，润湿性较差。例如原棉纤维，水在其上的接触角可达105°，经乙醇及乙醚处理后，其接触角分别

降至65°和10°～30°。在硬水中用皂洗涤时往往有钙皂、镁皂沉积于纤维表面，也会使纤维表面变得疏水。表8.3给出了一些纤维材料的临界表面张力和水在其表面上的接触角。可以发现，除聚丙烯等一类无极性纤维材料外，其余纤维表面上水的接触角均小于90°，但不能铺展，除聚四氟乙烯外，其余材料的界面张力都在29 mN·m-1以上。这就是说洗涤剂水溶液能够很好地润湿这些材料，特别是纤维状态，表面粗糙度大，表观接触角可能更小些，即更易润湿。如果材料表面上已粘附污垢，即使完全被覆盖，其临界润湿表面张力也不会小于30 mN·m-1，表面活性剂溶液也能较好地将其润湿。

一般条件下，表面活性剂水溶液的表面张力可以低于一般纤维材料的临界表面张力(可铺展)，所以纤维的润湿在洗涤过程中不是什么严重问题。另外，粗糙表面比光滑表面更易润湿，洗涤液对粗纤维表面的润湿更不会发生什么困难。

表3.2 一些纤维材料的临界润湿表面张力和水在其表面上的接触角/θ

纤维材料纤维素（再生）聚丙烯腈尼龙66 聚酯聚丙烯聚乙烯临界润湿表面张力γC/ (mN/m-1) 44 44 46 42.5 29 31 接触角/θ（°） 0～32 48 70 81 90 94 洗涤作用的第二步就是油污的去除，液体油污的去除是通过蜷缩机理实现的，液体油污原来是以铺展的油膜存在于表面的，将被选物品浸入洗涤液后，洗涤液对物品表面有优先润湿作用，使原来的铺展油膜逐渐蜷缩成油珠，如图3-6所示。图(a)为在物品表面上油膜有一接触角θ，油-水，固体-水、固体-油的界面张力分别为γW-O、γS-W、γS-O，于是平衡时有下列关系

?SO??WOcos???SW (8.53)

图3-6 润湿蜷缩过程示意图

如果水中加入表面活性剂组分，由于表面活性剂易在固-水界面和油-水界面吸附，故γS-W和γW-O降低，而γS-O不变，为了维持新的平衡，cosθ值必须变大，θ要变小；也就是说接触角θ将从图8.19(a)中的大于90°，变为(b)中的小于90°，甚至在条件适宜时，接触角θ接近于零，洗涤液完全润湿固体表面，油膜蜷缩成油珠。于是，在揉搓和搅拌作用下，污垢自固体表面脱落，并分散、悬浮于介质中，而后增溶于表面活性剂的胶束中。此时，在干净的固体表面上也已形成了表面活性剂分子的吸附膜，防止了洗下的污垢重新在干净表面上的再沉积。

通过关于液体污垢洗涤蜷缩机理的讨论，可以得出结论：若接触角θ=0°，

即液体可自发脱离固体表面，可被水力冲走；当油污与表面的接触角小于90°，则即使有运动液流的冲击，仍然有小部分油污留于表面，要除去此残留油污，需要做更多的机械力，或通过较浓的表面活性剂溶液的加溶作用去除。 3.4 固体污垢的去除

去除固体污垢的机理与去除液体油污有所不同，主要由于两种污垢对固体表面的粘附性质不同。在固体表面上固体污垢的粘附很少像液体那样展开成一片膜，往往仅在较少的表面或一些点上接触而粘附。粘附主要来源于范德华引力，静电引力则弱得多。非极性纤维上静电可加速空气中灰尘在固体表面上的粘附，但并不增加粘附强度。

污垢质点与固体表面粘附强度，一般随接触时间的增加而增强，在潮湿的空气中的粘附强度大于在干燥空气中，在水中的粘附强度比在空气中大为减弱。

对于固体污垢的去除，主要由于表面活性剂在固体污垢质点及固体表面上的吸附。在洗涤过程中，首先发生的是对污垢质点及表面的润湿。洗涤液能否润湿固体污垢质点及固体表面，可以从其铺展系数来考虑。

S??S?g??S?W??W?g?0

只要S＞0，则洗涤液即能在污垢质点及固体表面上展开润湿。一般已沾污的纺织物(或其他器皿)不易为纯水润湿，因为这些低能表面物质的γS-g相当低，而γS-W及γW-g则较高，于是S往往小于零。若洗涤液中有表面活性剂存在，由于表面活性剂在固-液界面及溶液的表面吸附，γS-W及γW-g大大降低，因此S可能变得大于零，洗涤液因此就能很好地润湿污垢质点及固体表面。

(2) 固体污垢或纤维的表面在水中都带负电荷，见表3.3。

表3.3 固体粒子在水中的电泳速度及ξ电位

电泳速度ξ电位/mV /μm·s-1·cm-3·cm 石英 -3.0 -44 氧化铁 -1.9 -28 炭黑 -4.5 -60 黏土 -3.1 -46 褐煤 -2.3 -40 污垢质点在水中带负电荷。污垢质点表面电势ξ受溶液中表面活性剂影响，尤其为表面活性剂离子电荷的影响。在一般情况下，加入阴离子表面活性剂往往提高污垢质点与固体表面的界面电势ξ，从而减弱了它们之间的粘附力，有利于污垢质点自表面除去，同时也使去除了的污垢质点不易重新再沉积于表面。非离子型表面活性剂不能明显改变界面电势，因此，去除表面粘附污垢时，非离子表面活性剂能力较阴离离表面活性剂差。但被吸附的非离子表面活性剂在表面上形成较大的空间障碍，有利于防止污垢的再沉积，因此，从此意义来说，非离子表面活性剂的作用有独特之处。 …… 此处隐藏：1561字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……

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