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简单说一说清洗剂的去污机理

更新时间:2019-09-10 05:04

  清洗过程是一种化学、电性及物理的错综复杂的过程。清洗过程不但与所用的清洗剂、助洗剂的结构、性质、含量、组成有关,而且也与基质的材料结构、表面状态以及黏附污物的来源、成分和性质有关。同时还受到清洗的条件等诸因素的影响。总而言之,清洗过程是清洗剂、污物及金属表面多相界面间的反应过程。关于清洗的理论尚未彻底弄清。一般认为去污过程的实质是胶体电解质和胶束胶体的润湿、乳化、分散、增溶及电学行为等基本性质的综合表现和多种作用的结果。因此,对去污机理的,阐述,应从污垢的性质、黏附现象、润湿、分散乳化、增溶作用及电荷行为等方面进行讨论。  1污垢的种类  在金属加工过程中,金属表面黏附的污垢多种多样,根据污垢的物理形态,可以简单地分为液体污垢和固体污垢两大类。液体污垢包括一般的动、植物油脂及矿物油等。固体污垢主要包括水垢、铁锈、炭黑、积炭、灰尘和泥土等。而且这些污垢常常不是单独存在的,很多情况是相互交错在一起形成的混合污垢。这里我们将污垢按它们的化学组成进行分类,并逐一介绍。  1.1无机盐污垢  工业上所见的无机盐污垢大多数是从水中析出,以水垢的形式出现。天然水与土壤、矿物和空气等接触,通常含有大量无机盐。工业上把含有较多钙镁离子的水称为硬水。水垢可分为以下几类。  碳酸盐垢以碳酸钙和碳酸镁为主要成分。碳酸镁在水中容易水解生成Mg2,而以Mg2存在。碳酸盐水垢一般呈白色片状,当含有金属氧化物时,即带有颜色。如含有铁锈则呈粉红色或红褐色。碳酸盐污垢在酸洗时生成易溶盐而除去。  硫酸盐垢一般以硫酸钙为主要成分,有时含有少量硫酸镁或氢氧化镁,因为硫酸镁的溶解度远大于硫酸钙。硫酸钙在水中的溶解度比较小,但比碳酸钙大得多,且其溶解度随温度升高而降低。在一般的天然水中,硫酸根含量不大,在加热条件下,不具备硫酸钙析出的条件,除非硫酸根的含量很大。  硅酸盐垢有MgSi03和CaSi03。  磷酸盐垢主要是磷酸钙。在一般的水中所含磷酸盐的浓度很小,但在水处理中常用磷系水处理剂,以达到缓蚀的目的。这样在硬水环境中磷酸根与钙离子结合生成难溶的磷酸钙。  其他水垢中还可能含有其他难溶的氢氧化物和氧化物。  1.2油性污垢  动植物油如豆油、花生油、猪油、牛油等。  矿物油主要成分是碳氢化合物,可能含有烷烃、环烷烃、芳香烃等。工业清洗剂运用领域:金属类如铝、铜、钢、锌、镉、镍、铁、钛、合金等;玻璃类普通玻璃、石英玻璃、钢化玻璃、光学玻璃等;塑胶类;电路板类。  1.3金属氧化物  钢铁的腐蚀产物 有Fe203、Fe304、Fe0、Fe3、Fe2等。  铝及铝合金的腐蚀产物有越203、AI3。  铜及铜合金的腐蚀产物有CuC03、Cu  S、CuCl2等。  1.4其他  除上述污垢类型外,还有加工过程中产生的金属碎屑,各种燃料或润滑油燃烧生成的积炭,表面黏附的胶和聚合物、污泥、微生物等。  这些污垢各有不同的特性,并往往都具有高的黏附性,牢固地附着在金属表面上。由于污垢来源和性质的不伺,因此从金属表面清除它们的难易程度也不相同。  2污垢与底物的结合  污垢在底物表面的附着有多种不同方式,这是由于污垢与物体间存在多种结合力。欲将污垢从底物表面清洗掉,首先应了解它们之间的相互作用。污垢与底物之间的结合力主要有以下几种。  机械结合力一般物体的表面用肉眼看来十分光滑,但放大起来看还是十分粗糙的,甚至有些表面还是多孔性的。在工业环境中飞扬的尘埃会在固体表面沉降和黏附,并渗透到这些凹凸面上或空隙中去,像小钩子使污垢机械地黏附在上面。机械结合力主要表现在固体尘土的黏附现象上。这种附着不牢固,污垢比较容易去除,但污垢的粒子小于0.1μm时,就很难去除了。  分子间作用力黏附金属表面的原子由于受到的作用力是不饱和的,有剩余力,因而有吸附其他物质的趋势。当污物,如油、脂等分子与金属表面接触时,这些物质就会与金属表面发生作用而吸附在金属表面上,这种吸附称为物理吸附。物理吸附主要是依赖分子间作用力而联系在一起。分子间作用力包括偶极力、诱导力和色散力。  不同原子结合成为分子或基团之后,由于各种原子核对电子的亲和性不同,在分子或基团中就产生偶极,带有偶极的极性分子或基团之间正负电荷相互吸引的作用力,称为偶极力或取向力。当污垢中的极性分子靠近金属表面时,它排斥金属中的自由电子使金属表面带正电荷,污垢极性分子的负端与金属表面的正电荷相互吸引,于是极性分子按一定的取向吸附在金属表面上。  诱导力则是由于带有偶极的分子与另一个没有偶极的分子接触时,由于极性分子的作用,使那个没有极性的分子产生诱导偶极,同样偶极分子与非极性分子间的诱导偶极,也存在正负电荷的相互吸引,这种作用称为诱导力。诱导力加强了极性分子与金属表面之间的作用力。诱导力一般远小于取向力。  对于非极性分子来说,虽然它的正负电荷重心重合,没有永久偶极,但由于电子和原子核的不断运动,分子的正负电荷重心瞬间不重合会产生瞬间偶极。这种瞬间偶极产生出来的互相问的吸引力称为色散力。极性分子和非极性分子一样,也存在着电子和原子核的相对位移,故色散力存在于一切分子与原子之间。一般讲,相对分子质量愈大则变形性愈大,色散力也愈大。非极性油污在金属表面的黏附,主要靠色散力的作用。  化学键力吸附化学吸附是指污垢与金属表面的剩余电子价的相互作用,形成类似化学键。这类污垢结合较牢固,用通常的洗涤方法很难除去。只有采用特殊的化学处理使之分解再除去。  静电结合力当污垢与清洗对象的表面或表面上的某些粒子带相反电荷时,彼此间产生静电引力而吸附。导电性不良的某些固体表面因摩擦而带电,很容易吸附带异性电荷的颗粒。当带负电荷的表面吸附了带正电荷的钙、镁、铝等离子以后,也可以吸附带负电荷的尘埃,因为这些金属离子在两者之间形成了阳离子桥。  3去污过程  污垢的洗涤过程是一个比较复杂的过程,影响因素很多,从理论上研究去污机理非常困难。去污过程是将吸附在基质上的污垢解吸下来,从而使基质表面清洁的过程。去污过程可以大致分为以下几步:  洗涤剂溶液对被洗基质和污垢的润湿及对二者界面之间的渗透;  清洗剂中的表面活性剂使油性污垢乳化、增溶、分散,使污垢与固体表面分离,并分散或乳化于洗涤介质中;  防止已被乳化的油性污垢和已被分散的固体污垢重新再沉积于基质表面。
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