在表面活性劑的分子中同時存在親水基和疏水基，使其具有在界面上的吸附作用，以及在溶液中的膠團化作用，這是表面活性劑具有清除污垢作用的根本原因。

1.表面活性劑的吸附與清洗作用

（1）表面活性劑在氣一液界面的吸附

在水中表面活性劑的疏水基受到水的排擠，逐漸向氣一液界面移動，親水基朝水里。因此，在氣一液界面上的表面活性劑濃度大于溶液內(nèi)的。表面活性劑在界面富集的性質(zhì)稱為表面活性劑的吸附性。當氣一液界面表面活性劑的吸附量達到最大值時，液面上覆蓋一層碳氫鏈構(gòu)成的表面層，改變了水的表面性質(zhì)，表面張力降低，濕潤性提高，有利于污垢清洗。

（2）表面活性劑在固體表面的吸附

表面活性劑可以在固體表面以單個離子或分子吸附。疏水基相同的非離子表面活性劑，聚氧乙烯鏈越短，親水性越小，在固體表面的吸附越大。疏水基鏈越長的表面活性劑對固體的吸附力越大。表面活性劑以親水基靠近固體表面，極性基朝向水側(cè)。當表面活性劑的濃度達到臨界膠束濃度以后，吸附量達到最大值，固體污垢的分散性及其穩(wěn)定性增大。表面活性劑的吸附，對于污垢的溶膠還具有抗阻聚的作用，既起到保護溶膠的作用，因而使污垢的膠體穩(wěn)定分散，有利于清洗。

由于一般的固體表面帶負電，不容易吸附陰離子表面活性劑。例如，污垢中的炭黑和石蠟，以分子間的范德華力與陰離子表面活性劑的疏水基發(fā)生吸附，使其表面的負電荷增加，污垢顆粒之間以及污垢和被清洗表面之間的排斥力增加，因而有利于清洗。非離子表面活性劑以其非極性部分和污垢的顆粒接觸，親水基伸向水中，從而在污垢顆粒的表面形成水化層，增加污垢的分散穩(wěn)定性，使污垢不易再互相接近而沉積。對于油污的清洗，非離子表面活性劑的效果比陰離子表面活性劑好。

在帶負電荷的固體表面，陽離子表面活性劑只能發(fā)生靜電吸附，使之形成電中性的疏水層。如果有更多的陽離子表面活性劑，在疏水層的表面再形成第二吸附層，才能使固體表面變成親水性的。但是，當進入漂洗工序時，表面的陽離子表面活性劑濃度降低，固體表面的電荷又反轉(zhuǎn)過去?？梢婈栯x子表面活性劑不宜作為清洗劑。

（3）表面活性劑在油-水界面的吸附

表面活性劑在油-水界面的吸附使界面張力降低，促進清洗劑對固體表面的潤濕，從而使油污卷縮，也有利于油污的分散懸浮于溶液中，成為穩(wěn)定的乳液。

2.表面活性劑的膠束化和清洗作用

當溶液中的表面活性劑達到臨界膠束濃度時，表面活性劑形成膠束。膠束的一個重要作用是增溶。當表面活性劑的濃度高于臨界膠束濃度以后，不溶于水的液體物質(zhì)溶解于表面活性劑的膠束中，因而這些物質(zhì)的表觀溶解度明顯高于在純水中的溶解度。這種增溶液不是真溶液，增溶量一般不大，溶液的性質(zhì)也未發(fā)生變化，不同于混合溶劑的增溶作用使溶液的性質(zhì)發(fā)生的變化。增溶的方式見圖3-13。增溶量的大小依次是（d）>（b）>（a）>（c）。

圖3-13膠束增溶的四種方式

圖P118頁

（a）球狀膠團；（b）層狀膠團；（c）棒狀膠團；（d）小型膠團

在清洗中，如果表面活性劑的濃度達不到臨界膠束濃度，表面活性劑是以獨立的分子或離子起作用的，隨表面活性劑濃度的增加，清洗性增強；當表面活性劑達到臨界膠束濃度時，清洗性最強，但是當濃度再加大，清洗性不會有大的改善。

此外，表面活性劑的清洗作用還幾乎利用了表面活性劑的所有其他的主要性質(zhì)。由于表面張力的降低，從而產(chǎn)生濕潤、滲透、乳化、剝落、分散、發(fā)泡等作用，它們都有利于污垢的去除。

但是，并非清洗作用良好的表面活性劑的其他作用都是好的。清洗作用不好，而其濕潤作用很強的表面活性劑也很多。因此，只能說清洗作用好的表面活性劑，是那些相關(guān)作用能良好地均衡協(xié)調(diào)的品種。

表面活性劑的各種作用是由其基本性質(zhì)決定的。但是應(yīng)該注意的是，盡管它對表面張力的降低作用是最基本的，也是產(chǎn)生其他有益作用的主要原因，但它并不是全部的作用。表面活性劑的作用還受其種類一離子類型、分子量、分子結(jié)構(gòu)、表面活性劑相互搭配所產(chǎn)生的協(xié)同作用、助劑的種類和作用等的影響，其規(guī)律是錯綜復(fù)雜的。因此，單純測定表面活性劑的表面張力，難以推斷表面活性劑的某種作用的優(yōu)劣。

3.表面活性劑的清洗過程

在清洗過程中，利用表面活性劑的水溶液，從固體表面清除能溶于水的、不溶于水、固體的和液體的污垢的基本步驟，都是先對被清洗固體表面的潤濕，從基底上去除污垢；再利用清洗劑的分散作用，使污垢穩(wěn)定地分散于溶液中。這兩步的效果，均取決于被清洗材料和污垢間界面的性質(zhì)。

（1）固體污垢的清除

表面活性劑從固體表面清除污垢的清洗過程，主要是以表面活性劑在各種界面上的非特異吸附為基礎(chǔ)的，并與在某些固體污垢顆粒上多價螯合物的特性吸附有關(guān)。表面活性劑和多價金屬離子借助螯合物的這種特性吸附，導(dǎo)致污垢和被清洗表面負電荷的增加，污垢的質(zhì)點和固體表面帶相同電荷，相互排斥力增強，粘附強度下降。除此以外，在污垢和被清洗表面之間的吸附層內(nèi)的鋪展壓增大，以促進污垢和被清洗表面上二價金屬離子，如鈣離子的溶解，使污垢松散。表面活性劑的吸附，可使污垢產(chǎn)生從被清洗表面卷離，進而引起界面張力降低的作用。總之清洗劑組分的吸附，導(dǎo)致污垢和被清洗表面的界面性質(zhì)發(fā)生改變，使污垢質(zhì)點容易脫落。

陰離子表面活性劑更適合于清洗固體污垢，因為它可使被清洗表面和固體污垢表面都帶負電荷，二者的界面電勢明顯增加，既有利于洗脫污垢，又有利于防止再沉積。

陽離子表面活性劑的存在，反而使二者間的表面電勢降低，甚至消失，不利于固體污垢的清洗。

非離子表面活性劑被吸附，由于可以在被清洗表面和污垢表面之間形成一定的空間障礙，也有利于防止再沉積。

（2）液體污垢的清除

用表面活性劑水溶液清洗液體污垢的過程，首先是表面活性劑溶液潤濕被清洗表面o即使被清洗表面已被液體污垢完全覆蓋，一般的表面活性劑也能較好地潤濕。

第二步是已潤濕了被清洗表面的表面活性劑溶液，把液體污垢置換下來，因為表面活性劑的潤濕，使液體污垢“卷縮”起來，油污等液體污垢由原來平鋪于被清洗表面，卷縮成小球狀，并逐漸被沖洗離開表面。清洗中的機械作用越強烈，清除越快。

第三步是脫離被清洗表面的液體污垢進入清洗劑溶液中，在表面活性劑和機械力的作用下，分散于溶液中，被乳化成0/W型的乳液。由于被清洗表面也吸附了表面活性劑溶液，液體污垢一般不再返回粘附于表面。液體污垢隨廢液的排放而清除。

4.影響表面活性劑清洗效果的主要因素

清洗效率取決于表面活性劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)、被清洗材料及表面狀態(tài)、污垢的組成和性質(zhì)、清洗劑的組成及各組分之間的相互作用，以及清洗工藝條件和水質(zhì)狀況等。

（1）表面活性劑的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

一般而言有下述規(guī)律：

①疏水基的鏈增長，表面活性劑的吸附性和對油污的清除效果增大。

②烷基中沒有支鏈的表面活性劑的潤濕性較差，但是清洗性能較好；多支鏈的表面活性劑有較好的潤濕性，而清洗性欠佳。

③烷基中的碳數(shù)相同的表面活性劑，當疏水基移向碳鏈的中心時，其吸附性和清洗性明顯降低，潤濕性顯著增加。

④鏈長對離子型表面活性劑的清洗性、吸附性和潤濕性的影響，遠大于對非離子型表面活性劑的影響。

⑤具有較高表面活性和較低表面張力的清洗劑溶液，對油污有較強的增溶、乳化作用，有利于油污的清除。

（2）被清洗表面及其與污垢的相互作用

被清洗表面的粗糙度越大，清洗的難度越大。與被清洗表面發(fā)生機械粘附的污垢顆粒越小，越難以清除，尤其是嵌在狹窄縫隙中且直徑小于0.1μm的微小污垢更難于清洗。當污垢和被清洗表面帶相反的電荷時，污垢對被清洗表面借分子間力的粘附更強烈，更難于清除。當污垢與被清洗表面形成化學(xué)鍵合力時，要通過化學(xué)反應(yīng)才能清除。

（3）助劑的組成和性質(zhì)

中性電解質(zhì)的加入可以減小清洗體系的表面張力，提高表面活性，增加吸附量，降低cmc，從而改善清洗性能，尤其對離子型表面活性劑的影響更大；能形成配合物的電解質(zhì)，有利于通過界面，穿透脂肪酸，使液-液界面張力降低，激活表面活性劑。硫酸鈉自身對油污就有25%的清除率，它的加入顯然有助于清洗率的提高。

另外，二價金屬離子的螯合劑的存在，可減小硬水對表面活性劑作用的影響。酶制劑的加入則可起到表面活性劑所起不到的清洗效果。

（4）清洗技術(shù)和工藝條件

清洗過程的強化措施，例如機械力、加熱、超聲波等的應(yīng)用都有利于改善表面活性劑的清洗效果。

水質(zhì)狀況等都是影響表面活性劑清洗效果的因素。