清洗過程涉及的界面概念

界面是與清洗技術有密切關系的一個概念，因此加深對界面這一概念的理解很有必要。在此僅討論與清洗過程有密切關系的界面特性。

清洗過程中界面的轉變

在界面上相互接觸的兩種不同物質的分子之間存在著物理和化學的相互影響，這種相互影響使得界面（表面）分子的物理、化學性質與物質內部分子的性質有著顯著差異。清洗過程實際上是對界面附著的各種復雜污垢進行清理，最后形成空氣一清洗對象之間新界面的過程。下面以濕式清洗過程為例，對此界面轉變過程加以說明。濕式浸泡清洗過程中界面的轉變如圖2-9所示。

表格P50頁

①圖是清洗前污垢附著在清洗對象表面的狀態。此時存在著：污垢一清洗對象、污垢一污垢、污垢一空氣，清洗對象一空氣四種界面。

②圖是清洗中清洗對象浸泡在洗液中的狀態。此時空氣被洗液所代替而形成：洗液一清洗對象，污垢一洗液兩種新界面。洗液取代空氣的過程是清洗對象表面被潤濕的過程。如果空氣去除不完全就會仍存在部分空氣占有的界面，以致使清洗不能順利進行。如果在洗液中加入一些表面活性劑使洗液的表面張力降低，對潤濕過程有很好的促進效果。

③圖是清洗工藝結束時的狀態。污垢已從清洗對象表面解離并轉移到洗液之中（這里包含著污垢解離和穩定分散到洗液中的復雜物理化學過程）。在這種情況下，只存在污垢一洗液和清洗對象一洗液兩種界面。

④圖是用水進行沖洗工藝完成時的狀態。此時只存在水一清洗對象一種界面。

⑤圖是干燥工藝完成時的狀態。這時水被空氣置換，只存在清洗對象一空氣一種界面（表面），清洗工藝最終完成。

以上對清洗過程中界面的轉變情況的圖解只是一種簡化的過程。實際清洗過程中會遇到種種阻礙，要實現上述理想化的界面轉變過程是很困難的。

界面的作用

前面介紹污垢的分類時已經介紹了污垢在界面（物體表面）上的存在狀態。已知污垢粘附在物體表面的情況是復雜的。不同性質的表面，對不同類型的污垢粘附強度是不同的。如固體塵埃微粒一般是靠機械力吸附在衣物表面的。這種機械力的大小隨衣料的纖維粗細、紋狀以及纖維特性不同而變化。當污垢粒子粒徑很小或物體表面不很平整時，吸附力很大，污垢很難去除。又如物體表面和污垢微粒往往帶有一定電荷，纖維素表面以及在中堿性介質中的蛋白質表面帶有負電荷，而炭黑、氧化鐵微粒表面往往帶正電荷，因此帶電的表面能吸附帶相反電荷的污垢微粒，這是靠靜電引力而結合。而某些情況下，多價金屬陽離子在帶負電荷的纖維與帶負電荷的污垢之間形成陽離子橋，使帶電的表面能吸附帶相同電荷的污垢。

一些極性結構的物質表面與極性污垢之間有時可以靠化學力結合，如纖維素、玻璃表面分子的輕基與脂肪酸、蛋白質污垢分子中的竣基、氨基之間靠氫鍵力而結合。而親油（疏水）性塑料、化纖表面對油性污垢有很好的吸附力，這種結合力被稱為油性結合。液體油性污垢滲透到非極性纖維內部時由于油性結合力很強，這時的污垢很難清洗。

在吸附作用中，分子間作用力是最基本和最重要的。因此下面對污垢與清洗對象間的分子間作用力作進一步介紹。

1.分子間作用力

界面上相互接觸的清洗對象表面分子與污垢分子之間存在的分子間作用力可具體區分為范德華作用力、油性結合力（疏水鍵）和氫鍵作用力。

（1）范德華作用力：即通常說的分子間作用力。無論非極性分子之間，非極性分子與極性分子之間或極性分子之間都存在著分子間作用力。本質上講分子間作用力也是靜電引力引起的。由于分子中含有電子、質子等帶正、負電荷的微粒，這些正、負電荷可以想象為分別集中在一個中心上，如果分子的正、負電荷中心相重合稱為非極性分子，而正、負電荷中心不重合稱為極性分子。由于組成分子的各種微粒都處在不斷運動之中，無論極性分子或非極性分子的正、負電荷中心位置都在不斷變化而不相重合，因此當分子相互靠近時，它們的正、負電荷中心之間就會產生靜電引力而相互吸引，這種作用力稱為分子間吸引力。但這種分子間相互吸引作用比化學鍵弱，大約僅為化學鍵作用力的十分之一到百分之幾，而且是在分子靠得很近時產生作用。

（2）油性結合力（疏水鍵）：是有時把含有疏水的非極性基團的分子間范德華力單獨稱為油性結合力。當兩種含有非極性基團的分子相互接近時會彼此相互吸引，就像水中的油滴有相互凝聚在一起的趨勢一樣。非極性物體表面對非極性污垢或油脂就是靠這種油性結合力而表現出很強的吸附作用的。

（3）氫鍵：在分子間作用力中，氫鍵是特殊的一種。靠氫鍵結合在物體表面上的微量吸附污垢，往往用通常的方法難以去除，特別在精密工業清洗領域會遇到這類問題。氫鍵作用力通常可達到共價鍵力1/10的強度。不僅在水分子之間，而且氫原子與電負性很大的另一原子形成共價鍵時也會形成氫鍵。所以在分子中含有H—F、H—O、H—N鍵時，往往分子間可以靠氫鍵相互吸引。當污垢與清洗對象分子間能形成氫鍵時，就會使污垢頑固吸附在表面很難除去。界面上吸附的水和蛋白質由于在一定條件下能與物體表面分子間形成氫鍵，就很難去除。因此對污垢與物質表面分子相互作用力的情況要作具體分析，才能更深刻了解清洗去污的機理。比如在以水作為媒質的清洗情況下，非極性的污垢比極性污垢難以去除，而在疏水表面上的非極性污垢更難去除。而同為極性污垢在親水表面上又比在疏水表面更難去除。這些都與分子的性質及分子間作用力有關。

2.水在界面上的吸附

由于水與金屬、玻璃等極性表面分子間有著強烈的相互作用。因此，當這些表面上沒有污垢時，能很好地被水潤濕。水在這些表面上形成的接觸角很小，可以用界面上與水形成的接觸角來判斷玻璃和金屬等這類物質的表面清潔程度。