清洗過程是一種化學(xué)、電性及物理的錯綜復(fù)雜的過程。清洗過程不但與所用的清洗劑、助洗劑的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、含量、組成有關(guān)，而且也與基質(zhì)的材料結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)以及黏附污物的來源、成分和性質(zhì)有關(guān)。同時還受到清洗的條件(溫度、機(jī)械作用)等諸因素的影響?？偠灾?，清洗過程是清洗劑、污物及金屬表面多相界面間的反應(yīng)過程。關(guān)于清洗的理論尚未徹底弄清。一般認(rèn)為去污過程的實質(zhì)是膠體電解質(zhì)和膠束膠體的潤濕、乳化、分散、增溶及電學(xué)行為等基本性質(zhì)的綜合表現(xiàn)和多種作用的結(jié)果。因此，對去污機(jī)理的，闡述，應(yīng)從污垢的性質(zhì)、黏附現(xiàn)象、潤濕、分散乳化、增溶作用及電荷行為等方面進(jìn)行討論。

1污垢的種類

在金屬加工過程中，金屬表面黏附的污垢多種多樣，根據(jù)污垢的物理形態(tài)，可以簡單地分為液體污垢和固體污垢兩大類。液體污垢包括一般的動、植物油脂及礦物油等。固體污垢主要包括水垢、鐵銹、炭黑、積炭、灰塵和泥土等。而且這些污垢常常不是單獨存在的，很多情況是相互交錯在一起形成的混合污垢。這里我們將污垢按它們的化學(xué)組成進(jìn)行分類，并逐一介紹。

1.1無機(jī)鹽污垢

工業(yè)上所見的無機(jī)鹽污垢大多數(shù)是從水中析出，以水垢的形式出現(xiàn)。天然水與土壤、礦物和空氣等接觸，通常含有大量無機(jī)鹽。工業(yè)上把含有較多鈣鎂離子的水稱為硬水。水垢可分為以下幾類。

(1)碳酸鹽垢 以碳酸鈣和碳酸鎂為主要成分。碳酸鎂在水中容易水解生成Mg(OH)2，而以Mg(OH)2存在。碳酸鹽水垢一般呈白色片狀，當(dāng)含有金屬氧化物時，即帶有顏色。如含有鐵銹則呈粉紅色或紅褐色。碳酸鹽污垢在酸洗時生成易溶鹽而除去。

(2)硫酸鹽垢一般以硫酸鈣為主要成分，有時含有少量硫酸鎂或氫氧化鎂，因為硫酸鎂的溶解度遠(yuǎn)大于硫酸鈣。硫酸鈣在水中的溶解度比較小，但比碳酸鈣大得多，且其溶解度隨溫度升高而降低。在一般的天然水中，硫酸根含量不大，在加熱條件下，不具備硫酸鈣析出的條件，除非硫酸根的含量很大。

(3)硅酸鹽垢有MgSi03和CaSi03。

(4)磷酸鹽垢 主要是磷酸鈣。在一般的水中所含磷酸鹽的濃度很小，但在水處理中常用磷系水處理劑，以達(dá)到緩蝕的目的。這樣在硬水環(huán)境中磷酸根與鈣離子結(jié)合生成難溶的磷酸鈣。

(5)其他水垢中還可能含有其他難溶的氫氧化物和氧化物。

1.2油性污垢

(1)動植物油如豆油、花生油、豬油、牛油等。

(2)礦物油 主要成分是碳?xì)浠衔?，可能含有烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴等。

1.3金屬氧化物

(1)鋼鐵的腐蝕產(chǎn)物 有Fe203、Fe304、Fe0、Fe(oH)3、Fe(0H)2等。

(2)鋁及鋁合金的腐蝕產(chǎn)物有越203、AI(OH)3。

(3)銅及銅合金的腐蝕產(chǎn)物有CuC03、CuS、CuCl2等。

1.4其他

除上述污垢類型外，還有加工過程中產(chǎn)生的金屬碎屑，各種燃料或潤滑油燃燒生成的積炭，表面黏附的膠和聚合物、污泥、微生物等。

這些污垢各有不同的特性，并往往都具有高的黏附性，牢固地附著在金屬表面上。由于污垢來源和性質(zhì)的不伺，因此從金屬表面清除它們的難易程度也不相同。

2污垢與底物的結(jié)合

污垢在底物表面的附著有多種不同方式，這是由于污垢與物體間存在多種結(jié)合力。欲將污垢從底物表面清洗掉，首先應(yīng)了解它們之間的相互作用。污垢與底物之間的結(jié)合力主要有以下幾種。

(1)機(jī)械結(jié)合力一般物體的表面用肉眼看來十分光滑，但放大起來看還是十分粗糙的，甚至有些表面還是多孔性的。在工業(yè)環(huán)境中飛揚(yáng)的塵埃會在固體表面沉降和黏附，并滲透到這些凹凸面上或空隙中去，像小鉤子使污垢機(jī)械地黏附在上面。機(jī)械結(jié)合力主要表現(xiàn)在固體塵土的黏附現(xiàn)象上。這種附著不牢固，污垢比較容易去除，但污垢的粒子小于0.1μm時，就很難去除了。

(2)分子間作用力黏附金屬表面的原子由于受到的作用力是不飽和的，有剩余力，因而有吸附其他物質(zhì)的趨勢。當(dāng)污物，如油、脂等分子與金屬表面接觸時，這些物質(zhì)就會與金屬表面發(fā)生作用而吸附在金屬表面上，這種吸附稱為物理吸附。物理吸附主要是依賴分子間作用力而聯(lián)系在一起。分子間作用力包括偶極力(取向力)、誘導(dǎo)力和色散力。

不同原子結(jié)合成為分子或基團(tuán)之后，由于各種原子核對電子的親和性不同，在分子或基團(tuán)中就產(chǎn)生偶極，帶有偶極的極性分子或基團(tuán)之間正負(fù)電荷相互吸引的作用力，稱為偶極力或取向力。當(dāng)污垢中的極性分子靠近金屬表面時，它排斥金屬中的自由電子使金屬表面帶正電荷，污垢極性分子的負(fù)端與金屬表面的正電荷相互吸引，于是極性分子按一定的取向吸附在金屬表面上。

誘導(dǎo)力則是由于帶有偶極的分子與另一個沒有偶極的分子接觸時，由于極性分子的作用，使那個沒有極性的分子產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極，同樣偶極分子與非極性分子間的誘導(dǎo)偶極，也存在正負(fù)電荷的相互吸引，這種作用稱為誘導(dǎo)力。誘導(dǎo)力加強(qiáng)了極性分子與金屬表面之間的作用力。誘導(dǎo)力一般遠(yuǎn)小于取向力。

對于非極性分子來說，雖然它的正負(fù)電荷重心重合，沒有永久偶極，但由于電子和原子核的不斷運動，分子的正負(fù)電荷重心瞬間不重合會產(chǎn)生瞬間偶極。這種瞬間偶極產(chǎn)生出來的互相問的吸引力稱為色散力。極性分子和非極性分子一樣，也存在著電子和原子核的相對位移，故色散力存在于一切分子與原子之間。一般講，相對分子質(zhì)量愈大則變形性愈大，色散力也愈大。非極性油污在金屬表面的黏附，主要靠色散力的作用。

(3)化學(xué)鍵力吸附化學(xué)吸附是指污垢與金屬表面的剩余電子價的相互作用，形成類似化學(xué)鍵(離子鍵、共價鍵和配位鍵)。這類污垢結(jié)合較牢固，用通常的洗滌方法很難除去。只有采用特殊的化學(xué)處理使之分解再除去。

(4)靜電結(jié)合力 當(dāng)污垢與清洗對象的表面或表面上的某些粒子帶相反電荷時，彼此間產(chǎn)生靜電引力而吸附。導(dǎo)電性不良的某些固體表面因摩擦而帶電，很容易吸附帶異性電荷的顆粒。當(dāng)帶負(fù)電荷的表面吸附了帶正電荷的鈣、鎂、鋁等離子以后，也可以吸附帶負(fù)電荷的塵埃，因為這些金屬離子在兩者之間形成了陽離子橋。

3去污過程

污垢的洗滌過程是一個比較復(fù)雜的過程，影響因素很多，從理論上研究去污機(jī)理非常困難。去污過程是將吸附在基質(zhì)上的污垢解吸下來，從而使基質(zhì)表面清潔的過程。去污過程可以大致分為以下幾步：

(1)洗滌劑溶液對被洗基質(zhì)和污垢的潤濕及對二者界面之間的滲透;

(2)清洗劑中的表面活性劑使油性污垢乳化、增溶、分散，使污垢與固體表面分離，并分散或乳化于洗滌介質(zhì)中(通常是水);

(3)防止已被乳化的油性污垢和已被分散的固體污垢重新再沉積于基質(zhì)表面。洗滌過程是一個可逆過程，分散和懸浮于介質(zhì)中的污垢也有可能重新沉積于固體表面，這一過程稱為污垢再沉積作用。