清洗过程涉及的界面概念

界面是与清洗技术有密切关系的一个概念，因此加深对界面这一概念的理解很有必要。在此仅讨论与清洗过程有密切关系的界面特性。

清洗过程中界面的转变

在界面上相互接触的两种不同物质的分子之间存在着物理和化学的相互影响，这种相互影响使得界面（表面）分子的物理、化学性质与物质内部分子的性质有着显著差异。清洗过程实际上是对界面附着的各种复杂污垢进行清理，最后形成空气一清洗对象之间新界面的过程。下面以湿式清洗过程为例，对此界面转变过程加以说明。湿式浸泡清洗过程中界面的转变如图2-9所示。

表格P50页

①图是清洗前污垢附着在清洗对象表面的状态。此时存在着：污垢一清洗对象、污垢一污垢、污垢一空气，清洗对象一空气四种界面。

②图是清洗中清洗对象浸泡在洗液中的状态。此时空气被洗液所代替而形成：洗液一清洗对象，污垢一洗液两种新界面。洗液取代空气的过程是清洗对象表面被润湿的过程。如果空气去除不完全就会仍存在部分空气占有的界面，以致使清洗不能顺利进行。如果在洗液中加入一些表面活性剂使洗液的表面张力降低，对润湿过程有很好的促进效果。

③图是清洗工艺结束时的状态。污垢已从清洗对象表面解离并转移到洗液之中（这里包含着污垢解离和稳定分散到洗液中的复杂物理化学过程）。在这种情况下，只存在污垢一洗液和清洗对象一洗液两种界面。

④图是用水进行冲洗工艺完成时的状态。此时只存在水一清洗对象一种界面。

⑤图是干燥工艺完成时的状态。这时水被空气置换，只存在清洗对象一空气一种界面（表面），清洗工艺最终完成。

以上对清洗过程中界面的转变情况的图解只是一种简化的过程。实际清洗过程中会遇到种种阻碍，要实现上述理想化的界面转变过程是很困难的。

界面的作用

前面介绍污垢的分类时已经介绍了污垢在界面（物体表面）上的存在状态。已知污垢粘附在物体表面的情况是复杂的。不同性质的表面，对不同类型的污垢粘附强度是不同的。如固体尘埃微粒一般是靠机械力吸附在衣物表面的。这种机械力的大小随衣料的纤维粗细、纹状以及纤维特性不同而变化。当污垢粒子粒径很小或物体表面不很平整时，吸附力很大，污垢很难去除。又如物体表面和污垢微粒往往带有一定电荷，纤维素表面以及在中碱性介质中的蛋白质表面带有负电荷，而炭黑、氧化铁微粒表面往往带正电荷，因此带电的表面能吸附带相反电荷的污垢微粒，这是靠静电引力而结合。而某些情况下，多价金属阳离子在带负电荷的纤维与带负电荷的污垢之间形成阳离子桥，使带电的表面能吸附带相同电荷的污垢。

一些极性结构的物质表面与极性污垢之间有时可以靠化学力结合，如纤维素、玻璃表面分子的轻基与脂肪酸、蛋白质污垢分子中的竣基、氨基之间靠氢键力而结合。而亲油（疏水）性塑料、化纤表面对油性污垢有很好的吸附力，这种结合力被称为油性结合。液体油性污垢渗透到非极性纤维内部时由于油性结合力很强，这时的污垢很难清洗。

在吸附作用中，分子间作用力是最基本和最重要的。因此下面对污垢与清洗对象间的分子间作用力作进一步介绍。

1.分子间作用力

界面上相互接触的清洗对象表面分子与污垢分子之间存在的分子间作用力可具体区分为范德华作用力、油性结合力（疏水键）和氢键作用力。

（1）范德华作用力：即通常说的分子间作用力。无论非极性分子之间，非极性分子与极性分子之间或极性分子之间都存在着分子间作用力。本质上讲分子间作用力也是静电引力引起的。由于分子中含有电子、质子等带正、负电荷的微粒，这些正、负电荷可以想象为分别集中在一个中心上，如果分子的正、负电荷中心相重合称为非极性分子，而正、负电荷中心不重合称为极性分子。由于组成分子的各种微粒都处在不断运动之中，无论极性分子或非极性分子的正、负电荷中心位置都在不断变化而不相重合，因此当分子相互靠近时，它们的正、负电荷中心之间就会产生静电引力而相互吸引，这种作用力称为分子间吸引力。但这种分子间相互吸引作用比化学键弱，大约仅为化学键作用力的十分之一到百分之几，而且是在分子靠得很近时产生作用。

（2）油性结合力（疏水键）：是有时把含有疏水的非极性基团的分子间范德华力单独称为油性结合力。当两种含有非极性基团的分子相互接近时会彼此相互吸引，就像水中的油滴有相互凝聚在一起的趋势一样。非极性物体表面对非极性污垢或油脂就是靠这种油性结合力而表现出很强的吸附作用的。

（3）氢键：在分子间作用力中，氢键是特殊的一种。靠氢键结合在物体表面上的微量吸附污垢，往往用通常的方法难以去除，特别在精密工业清洗领域会遇到这类问题。氢键作用力通常可达到共价键力1/10的强度。不仅在水分子之间，而且氢原子与电负性很大的另一原子形成共价键时也会形成氢键。所以在分子中含有H—F、H—O、H—N键时，往往分子间可以靠氢键相互吸引。当污垢与清洗对象分子间能形成氢键时，就会使污垢顽固吸附在表面很难除去。界面上吸附的水和蛋白质由于在一定条件下能与物体表面分子间形成氢键，就很难去除。因此对污垢与物质表面分子相互作用力的情况要作具体分析，才能更深刻了解清洗去污的机理。比如在以水作为媒质的清洗情况下，非极性的污垢比极性污垢难以去除，而在疏水表面上的非极性污垢更难去除。而同为极性污垢在亲水表面上又比在疏水表面更难去除。这些都与分子的性质及分子间作用力有关。

2.水在界面上的吸附

由于水与金属、玻璃等极性表面分子间有着强烈的相互作用。因此，当这些表面上没有污垢时，能很好地被水润湿。水在这些表面上形成的接触角很小，可以用界面上与水形成的接触角来判断玻璃和金属等这类物质的表面清洁程度。