Siła skurczu dowolnej jednostki długości na powierzchni cieczy nazywana jest napięciem powierzchniowym, a jednostką jest N·m-1.
Właściwość zmniejszania napięcia powierzchniowego rozpuszczalnika nazywa się aktywnością powierzchniową, a substancja o tej właściwości nazywana jest substancją powierzchniowo czynną.
Substancja powierzchniowo czynna, która może wiązać cząsteczki w roztworze wodnym i tworzyć micele i inne asocjacje oraz ma wysoką aktywność powierzchniową, a jednocześnie ma efekt zwilżania, emulgowania, pienienia, mycia itp., nazywana jest środkiem powierzchniowo czynnym.
Surfaktant to związek organiczny o szczególnej budowie i właściwościach, który może znacząco zmienić napięcie międzyfazowe między dwiema fazami lub napięcie powierzchniowe cieczy (zwykle wody), o właściwościach zwilżających, pieniących, emulgujących, myjących i innych.
Pod względem budowy surfaktanty mają wspólną cechę, ponieważ zawierają w swoich cząsteczkach dwie grupy o różnym charakterze.Na jednym końcu znajduje się długi łańcuch grupy niepolarnej, rozpuszczalnej w oleju i nierozpuszczalnej w wodzie, znanej również jako grupa hydrofobowa lub grupa hydrofobowa.Taką grupą hydrofobową są na ogół długie łańcuchy węglowodorów, czasami także fluoru organicznego, krzemu, fosforoorganicznego, łańcucha cynoorganicznego itp. Na drugim końcu znajduje się grupa rozpuszczalna w wodzie, grupa hydrofilowa lub grupa hydrofobowa.Grupa hydrofilowa musi być wystarczająco hydrofilowa, aby zapewnić, że całe środki powierzchniowo czynne są rozpuszczalne w wodzie i mają niezbędną rozpuszczalność.Ponieważ środki powierzchniowo czynne zawierają grupy hydrofilowe i hydrofobowe, mogą być rozpuszczalne w co najmniej jednej fazie ciekłej.Ta hydrofilowa i lipofilowa właściwość środka powierzchniowo czynnego nazywana jest amfifilowością.
Surfaktant jest rodzajem cząsteczek amfifilowych z grupami hydrofobowymi i hydrofilowymi.Grupy hydrofobowe środków powierzchniowo czynnych składają się na ogół z długołańcuchowych węglowodorów, takich jak prostołańcuchowy alkil C8-C20, rozgałęziony alkil C8-C20, alkilofenyl (liczba tomowa alkilu wynosi 8-16) i tym podobne.Różnica, która jest niewielka między grupami hydrofobowymi, dotyczy głównie zmian strukturalnych łańcuchów węglowodorowych.Rodzajów grup hydrofilowych jest więcej, więc właściwości środków powierzchniowo czynnych są związane głównie z grupami hydrofilowymi oprócz wielkości i kształtu grup hydrofobowych.Zmiany strukturalne grup hydrofilowych są większe niż grup hydrofobowych, dlatego klasyfikacja środków powierzchniowo czynnych jest ogólnie oparta na strukturze grup hydrofilowych.Ta klasyfikacja opiera się na tym, czy grupa hydrofilowa jest jonowa, czy nie, i dzieli się ją na anionowe, kationowe, niejonowe, obojnacze i inne specjalne rodzaje środków powierzchniowo czynnych.
① Adsorpcja środków powierzchniowo czynnych na granicy faz
Cząsteczki środka powierzchniowo czynnego są cząsteczkami amfifilowymi mającymi zarówno grupy lipofilowe, jak i hydrofilowe.Kiedy środek powierzchniowo czynny rozpuszcza się w wodzie, jego grupa hydrofilowa jest przyciągana do wody i rozpuszcza się w wodzie, podczas gdy jego grupa lipofilowa jest odpychana przez wodę i pozostawia wodę, co powoduje adsorpcję cząsteczek środka powierzchniowo czynnego (lub jonów) na granicy faz dwóch faz , co zmniejsza napięcie międzyfazowe między dwiema fazami.Im więcej cząsteczek środka powierzchniowo czynnego (lub jonów) jest zaadsorbowanych na granicy faz, tym większe jest zmniejszenie napięcia międzyfazowego.
② Niektóre właściwości membrany adsorpcyjnej
Ciśnienie powierzchniowe membrany adsorpcyjnej: Adsorpcja środka powierzchniowo czynnego na granicy faz gaz-ciecz w celu utworzenia membrany adsorpcyjnej, na przykład umieszczenie beztarciowego usuwalnego pływającego arkusza na interfejsie, pływający arkusz popycha membranę adsorpcyjną wzdłuż powierzchni roztworu, a membrana generuje ciśnienie na unoszącym się arkuszu, który nazywa się naciskiem powierzchniowym.
Lepkość powierzchniowa: Podobnie jak ciśnienie powierzchniowe, lepkość powierzchniowa jest właściwością wykazywaną przez nierozpuszczalną błonę molekularną.Zawieszony przez platynowy pierścień z cienkiego drutu metalowego, tak aby jego płaszczyzna stykała się z powierzchnią wody w zbiorniku, obracaj platynowy pierścień, platynowy pierścień o lepkość przeszkody wodnej, amplituda stopniowo zanika, zgodnie z którą lepkość powierzchni może być wymierzony.Metoda jest następująca: najpierw przeprowadza się eksperyment na powierzchni czystej wody w celu zmierzenia zaniku amplitudy, a następnie mierzy się zanik po utworzeniu membrany powierzchniowej, a lepkość membrany powierzchniowej wyprowadza się z różnicy między dwoma .
Lepkość powierzchniowa jest ściśle związana z twardością membrany powierzchniowej, a ponieważ membrana adsorpcyjna ma ciśnienie powierzchniowe i lepkość, musi mieć elastyczność.Im wyższe ciśnienie powierzchniowe i im wyższa lepkość zaadsorbowanej membrany, tym wyższy jest jej moduł sprężystości.Moduł sprężystości powierzchniowej membrany adsorpcyjnej jest ważny w procesie stabilizacji pęcherzyków.
③ Tworzenie miceli
Rozcieńczone roztwory środków powierzchniowo czynnych podlegają prawom, którym rządzą roztwory idealne.Ilość środka powierzchniowo czynnego zaadsorbowanego na powierzchni roztworu wzrasta wraz ze stężeniem roztworu, a gdy stężenie osiąga lub przekracza określoną wartość, ilość adsorpcji już nie wzrasta, a te nadmiarowe cząsteczki środka powierzchniowo czynnego znajdują się w roztworze w sposób przypadkowy sposób lub w jakiś zwykły sposób.Zarówno praktyka, jak i teoria pokazują, że tworzą one asocjacje w roztworze, a asocjacje te nazywane są micelami.
Krytyczne stężenie miceli (CMC): Minimalne stężenie, przy którym środki powierzchniowo czynne tworzą micele w roztworze, nazywane jest krytycznym stężeniem miceli.
④ Wartości CMC typowych środków powierzchniowo czynnych.
HLB to skrót od hydrofilowo-lipofilowej równowagi, który wskazuje równowagę hydrofilową i lipofilową grup hydrofilowych i lipofilowych środka powierzchniowo czynnego, tj. wartość HLB środka powierzchniowo czynnego.Duża wartość HLB wskazuje na cząsteczkę o silnej hydrofilowości i słabej lipofilowości;odwrotnie, silna lipofilowość i słaba hydrofilowość.
① Rezerwy o wartości HLB
Wartość HLB jest wartością względną, dlatego przy opracowywaniu wartości HLB jako standard przyjmuje się, że wartość HLB parafiny, która nie ma właściwości hydrofilowych, wynosi 0, natomiast wartość HLB dodecylosiarczanu sodu, który jest bardziej rozpuszczalny w wodzie wynosi 40. Zatem wartość HLB środków powierzchniowo czynnych mieści się na ogół w zakresie od 1 do 40. Ogólnie rzecz biorąc, emulgatory o wartościach HLB mniejszych niż 10 są lipofilowe, podczas gdy te większe niż 10 są hydrofilowe.Zatem punkt zwrotny od lipofilowego do hydrofilowego wynosi około 10.
Na podstawie wartości HLB środków powierzchniowo czynnych można uzyskać ogólne pojęcie o ich możliwych zastosowaniach, jak pokazano w tabeli 1-3.
Dwie wzajemnie nierozpuszczalne ciecze, jedna rozproszona w drugiej w postaci cząstek (kropelek lub ciekłych kryształów), tworzą układ zwany emulsją.Ten układ jest niestabilny termodynamicznie ze względu na wzrost powierzchni granicznej dwóch cieczy, gdy tworzy się emulsja.Aby emulsja była stabilna konieczne jest dodanie trzeciego składnika - emulgatora w celu zmniejszenia energii międzyfazowej układu.Emulgator należy do środków powierzchniowo czynnych, jego główną funkcją jest pełnienie roli emulsji.Faza emulsji, która istnieje w postaci kropelek, nazywana jest fazą rozproszoną (lub fazą wewnętrzną, fazą nieciągłą), a druga faza, która jest ze sobą połączona, nazywana jest ośrodkiem dyspersyjnym (lub fazą zewnętrzną, fazą ciągłą).
① Emulgatory i emulsje
Typowe emulsje, jedna faza to woda lub roztwór wodny, druga faza to substancje organiczne nie mieszające się z wodą, takie jak tłuszcz, wosk itp. Emulsję utworzoną przez wodę i olej można podzielić na dwa rodzaje w zależności od ich dyspersji: olej zdyspergowany w wodzie z wytworzeniem emulsji typu olej w wodzie, wyrażony jako O/W (olej/woda): woda zdyspergowany w oleju z wytworzeniem emulsji typu olej w wodzie, wyrażony jako W/O (woda/olej).Można również tworzyć złożone multiemulsje typu woda w oleju w wodzie W/O/W i olej w wodzie w oleju O/W/O.
Emulgatory służą do stabilizacji emulsji poprzez zmniejszenie napięcia międzyfazowego i utworzenie jednocząsteczkowej błony międzyfazowej.
W emulgowaniu wymagań emulgatora:
a: Emulgator musi być w stanie zaadsorbować lub wzbogacić powierzchnię międzyfazową między dwiema fazami, tak aby napięcie międzyfazowe było zmniejszone;
b: Emulgator musi nadawać cząsteczkom ładunek, tak aby odpychanie elektrostatyczne między cząstkami lub tworzyło stabilną, bardzo lepką membranę ochronną wokół cząstek.
Dlatego substancja stosowana jako emulgator musi mieć grupy amfifilowe, aby emulgować, a środki powierzchniowo czynne mogą spełnić to wymaganie.
② Metody otrzymywania emulsji i czynniki wpływające na stabilność emulsji
Istnieją dwa sposoby przygotowania emulsji: jeden polega na zastosowaniu metody mechanicznej do rozproszenia cieczy na drobne cząstki w innej cieczy, która jest najczęściej stosowana w przemyśle do przygotowania emulsji;drugim jest rozpuszczenie cieczy w stanie molekularnym w innej cieczy, a następnie sprawienie, by zebrała się ona odpowiednio, tworząc emulsje.
Stabilność emulsji to zdolność do przeciwdziałania agregacji cząstek, która prowadzi do rozdzielenia faz.Emulsje są termodynamicznie nietrwałymi układami o dużej energii swobodnej.Tak zwana stabilność emulsji to tak naprawdę czas potrzebny do osiągnięcia przez układ stanu równowagi, czyli czas potrzebny do oddzielenia się jednej z cieczy w układzie.
Gdy błona międzyfazowa z alkoholami tłuszczowymi, kwasami tłuszczowymi i aminami tłuszczowymi oraz innymi polarnymi cząsteczkami organicznymi, wytrzymałość membrany jest znacznie wyższa.Dzieje się tak dlatego, że w międzyfazowej warstwie adsorpcyjnej cząsteczki emulgatora i alkohole, kwasy i aminy oraz inne cząsteczki polarne tworzą „kompleks”, dzięki czemu zwiększa się wytrzymałość membrany międzyfazowej.
Emulgatory składające się z więcej niż dwóch środków powierzchniowo czynnych nazywane są mieszanymi emulgatorami.Mieszany emulgator zaadsorbowany na granicy faz woda/olej;działanie międzycząsteczkowe może tworzyć kompleksy.Ze względu na silne działanie międzycząsteczkowe, napięcie międzyfazowe jest znacznie zmniejszone, ilość emulgatora zaadsorbowanego na granicy międzyfazowej jest znacznie zwiększona, tworzenie się gęstości błony międzyfazowej wzrasta, wytrzymałość wzrasta.
Ładunek płynnych kulek ma znaczący wpływ na stabilność emulsji.Stabilne emulsje, których płynne perełki są na ogół naładowane.Gdy stosuje się emulgator jonowy, jon emulgatora zaadsorbowany na granicy faz ma grupę lipofilową wprowadzoną do fazy olejowej, a grupę hydrofilową do fazy wodnej, co powoduje naładowanie kulek cieczy.Jako kulki emulsji o tym samym ładunku odpychają się nawzajem, niełatwo je aglomerować, dzięki czemu zwiększa się stabilność.Można zauważyć, że im więcej jonów emulgatora zaadsorbowanych na perełkach, im większy ładunek, tym większa zdolność zapobiegania aglomeracji perełek, tym stabilniejszy jest układ emulsyjny.
Lepkość ośrodka dyspersyjnego emulsji ma pewien wpływ na stabilność emulsji.Ogólnie rzecz biorąc, im wyższa lepkość ośrodka dyspersyjnego, tym wyższa stabilność emulsji.Dzieje się tak, ponieważ lepkość ośrodka dyspersyjnego jest duża, co ma silny wpływ na ruchy Browna kulek cieczy i spowalnia zderzenia między kulkami cieczy, dzięki czemu układ pozostaje stabilny.Zwykle substancje polimerowe, które można rozpuszczać w emulsjach, mogą zwiększać lepkość układu i zwiększać stabilność emulsji.Ponadto polimery mogą również tworzyć mocną membranę międzyfazową, dzięki czemu układ emulsyjny jest bardziej stabilny.
W niektórych przypadkach dodatek stałego proszku może również powodować stabilizację emulsji.Stały proszek znajduje się w wodzie, oleju lub interfejsie, w zależności od oleju, wody na zdolność zwilżania stałego proszku, jeśli stały proszek nie jest całkowicie zwilżony wodą, ale także zwilżony olejem, pozostanie na wodzie i oleju interfejs.
Stały proszek nie sprawia, że emulsja jest stabilna, ponieważ proszek zebrany na granicy faz wzmacnia membranę międzyfazową, co jest podobne do adsorpcji międzyfazowej cząsteczek emulgatora, więc im ściślej stały materiał proszkowy jest ułożony na granicy faz, tym bardziej stabilny jest emulsja jest.
Surfaktanty mają zdolność znacznego zwiększania rozpuszczalności nierozpuszczalnych lub słabo rozpuszczalnych w wodzie substancji organicznych po utworzeniu miceli w roztworze wodnym, a roztwór jest w tym czasie przezroczysty.Ten efekt miceli nazywa się solubilizacją.Środek powierzchniowo czynny, który może powodować solubilizację, nazywany jest solubilizatorem, a materia organiczna, która jest solubilizowana, nazywana jest materią solubilizowaną.
Piana odgrywa ważną rolę w procesie prania.Piana jest układem dyspersyjnym, w którym gaz jest rozproszony w cieczy lub ciele stałym, przy czym gaz jest fazą rozproszoną, a ciecz lub ciało stałe jest ośrodkiem dyspersyjnym, przy czym ten pierwszy nazywany jest pianką płynną, a drugi pianką stałą, np. jak spienione tworzywo sztuczne, spienione szkło, spieniony cement itp.
(1) Tworzenie się piany
Przez pianę rozumiemy tutaj skupisko pęcherzyków powietrza oddzielonych płynną membraną.Ten rodzaj pęcherzyków zawsze szybko unosi się na powierzchnię cieczy ze względu na dużą różnicę gęstości między fazą rozproszoną (gaz) a ośrodkiem dyspersyjnym (ciecz), w połączeniu z niską lepkością cieczy.
Proces formowania pęcherzyka polega na wprowadzeniu dużej ilości gazu do cieczy, a pęcherzyki w cieczy szybko wracają na powierzchnię, tworząc agregat pęcherzyków oddzielonych niewielką ilością ciekłego gazu.
Piana ma dwie istotne cechy pod względem morfologii: po pierwsze, pęcherzyki jako faza rozproszona mają często kształt wielościenny, ponieważ na przecięciu pęcherzyków występuje tendencja do rozrzedzania się warstwy cieczy, co powoduje, że pęcherzyki stają się wielościenny, gdy film cieczy rozrzedza się do pewnego stopnia, prowadzi to do pęknięcia pęcherzyka;po drugie, czyste ciecze nie mogą tworzyć stabilnej piany, ciecz, która może tworzyć pianę, składa się z co najmniej dwóch składników.Wodne roztwory surfaktantów są typowe dla układów podatnych na pienienie, a ich zdolność do tworzenia piany związana jest także z innymi właściwościami.
Środki powierzchniowo czynne o dobrej sile pieniącej nazywane są środkami pieniącymi.Chociaż środek spieniający ma dobrą zdolność pienienia, ale utworzona piana może nie być w stanie utrzymać się przez długi czas, to znaczy jej stabilność niekoniecznie jest dobra.Aby utrzymać stabilność piany, często w środku spieniającym dodaje się substancje, które mogą zwiększyć stabilność piany, substancję nazywa się stabilizatorem piany, powszechnie stosowanym stabilizatorem jest laurylodimetyloamina i tlenek dodecylodimetyloaminy.
(2) Stabilność piany
Piana jest układem niestabilnym termodynamicznie, a ostatecznym trendem jest to, że całkowita powierzchnia cieczy w układzie zmniejsza się po pęknięciu pęcherzyka i maleje energia swobodna.Proces odpieniania to proces, w którym płynna membrana oddzielająca gaz staje się coraz grubsza i cieńsza, aż do pęknięcia.Dlatego stopień stabilności piany zależy głównie od szybkości wypływu cieczy i wytrzymałości filmu cieczy.Wpływ na to mają również następujące czynniki.
(3) Zniszczenie piany
Podstawową zasadą niszczenia piany jest zmiana warunków powstawania piany lub wyeliminowanie czynników stabilizujących pianę, stąd istnieją zarówno fizyczne, jak i chemiczne metody odpieniania.
Fizyczne odpienianie to zmiana warunków wytwarzania piany przy zachowaniu składu chemicznego roztworu piany, takie jak zakłócenia zewnętrzne, zmiany temperatury lub ciśnienia oraz obróbka ultradźwiękowa są skutecznymi fizycznymi metodami eliminacji piany.
Chemiczna metoda odpieniania polega na dodaniu pewnych substancji w celu interakcji ze środkiem spieniającym w celu zmniejszenia wytrzymałości ciekłego filmu w piance, a tym samym zmniejszenia stabilności piany w celu osiągnięcia celu odpieniania, takie substancje nazywane są środkami przeciwpieniącymi.Większość środków przeciwpieniących to środki powierzchniowo czynne.Dlatego, zgodnie z mechanizmem odpieniania, środek przeciwpieniący powinien mieć silną zdolność zmniejszania napięcia powierzchniowego, łatwy do adsorbowania na powierzchni, a oddziaływanie między cząsteczkami adsorpcji powierzchniowej jest słabe, cząsteczki adsorpcyjne ułożone w bardziej luźną strukturę.
Istnieją różne rodzaje środków przeciwpieniących, ale zasadniczo wszystkie są niejonowymi środkami powierzchniowo czynnymi.Niejonowe środki powierzchniowo czynne mają właściwości przeciwpieniące w pobliżu lub powyżej punktu mętnienia i są często stosowane jako środki przeciwpieniące.Alkohole, zwłaszcza alkohole o strukturze rozgałęzionej, kwasy tłuszczowe i estry kwasów tłuszczowych, poliamidy, estry fosforanowe, oleje silikonowe itp. są również powszechnie stosowane jako doskonałe środki przeciwpieniące.
(4) Piana i mycie
Nie ma bezpośredniego związku między pianą a skutecznością prania, a ilość piany nie świadczy o skuteczności prania.Na przykład niejonowe środki powierzchniowo czynne mają znacznie mniej właściwości pieniących niż mydła, ale ich dekontaminacja jest znacznie lepsza niż mydeł.
W niektórych przypadkach pianka może być pomocna w usuwaniu brudu i brudu.Na przykład podczas mycia naczyń w domu piana detergentu zbiera kropelki oleju, a podczas szorowania dywanów piana pomaga zbierać kurz, proszek i inne stałe zabrudzenia.Ponadto piana może czasami służyć jako wskaźnik skuteczności detergentu.Ponieważ oleje tłuszczowe mają hamujący wpływ na pienienie detergentu, gdy jest za dużo oleju i za mało detergentu, piana nie powstanie lub oryginalna piana zniknie.Piana może być czasami używana jako wskaźnik czystości płukania, ponieważ ilość piany w roztworze płuczącym ma tendencję do zmniejszania się wraz ze zmniejszaniem ilości detergentu, więc ilość piany może być wykorzystana do oceny stopnia spłukania.
W szerokim znaczeniu mycie to proces usuwania niechcianych składników z przedmiotu, który ma być myty i osiągania określonego celu.Mycie w potocznym znaczeniu odnosi się do procesu usuwania brudu z powierzchni nośnika.W praniu oddziaływanie brudu z nośnikiem jest osłabiane lub eliminowane przez działanie niektórych substancji chemicznych (np. ostatecznie brud jest oddzielany od nośnika.Ponieważ przedmioty do mycia i zabrudzenia do usunięcia są różne, mycie jest procesem bardzo złożonym, a podstawowy proces mycia można wyrazić następującymi prostymi zależnościami.
Carrie··Brud + Detergent = Nośnik + Brud·Detergent
Proces mycia można zazwyczaj podzielić na dwa etapy: po pierwsze, pod działaniem detergentu, brud zostaje oddzielony od nośnika;po drugie, oderwany brud jest rozpraszany i zawieszany w medium.Proces mycia jest procesem odwracalnym, a rozproszony i zawieszony w medium brud może również ponownie wytrącać się z medium na myty przedmiot.Dlatego dobry detergent, oprócz zdolności do usuwania brudu z nośnika, powinien mieć zdolność rozpraszania i zawieszania brudu oraz zapobiegania ponownemu osadzaniu się brudu.
(1) Rodzaje zabrudzeń
Nawet w przypadku tego samego przedmiotu rodzaj, skład i ilość zabrudzenia mogą się różnić w zależności od środowiska, w którym jest używany.Zabrudzenia olejowe to głównie niektóre oleje zwierzęce i roślinne oraz oleje mineralne (takie jak ropa naftowa, olej opałowy, smoła węglowa itp.), zabrudzenia stałe to głównie sadza, popiół, rdza, sadza itp. W przypadku zabrudzeń odzieżowych, jest brud z ludzkiego ciała, taki jak pot, sebum, krew itp.;zabrudzenia z żywności, takie jak plamy z owoców, plamy z oleju jadalnego, plamy z przypraw, skrobia itp.;brud z kosmetyków, takich jak szminka, lakier do paznokci itp.;brud z atmosfery, taki jak sadza, kurz, błoto itp.;inne, takie jak atrament, herbata, powłoka itp. Występuje w różnych typach.
Różne rodzaje brudu można zazwyczaj podzielić na trzy główne kategorie: brud stały, brud płynny i brud specjalny.
① Stały brud
Typowy brud stały obejmuje cząsteczki popiołu, błota, ziemi, rdzy i sadzy.Większość z tych cząstek ma ładunek elektryczny na swojej powierzchni, większość z nich jest naładowana ujemnie i może być łatwo adsorbowana na elementach włóknistych.Stały brud jest na ogół trudny do rozpuszczenia w wodzie, ale można go rozproszyć i zawiesić za pomocą roztworów detergentów.Brud stały o mniejszej masie punktowej jest trudniejszy do usunięcia.
② Płynny brud
Brud płynny jest w większości rozpuszczalny w oleju, w tym oleje roślinne i zwierzęce, kwasy tłuszczowe, alkohole tłuszczowe, oleje mineralne i ich tlenki.Wśród nich mogą występować oleje roślinne i zwierzęce, kwasy tłuszczowe i zmydlanie zasad, natomiast alkohole tłuszczowe, oleje mineralne nie są zmydlane przez alkalia, ale mogą być rozpuszczalne w alkoholach, eterach i organicznych rozpuszczalnikach węglowodorowych oraz emulgowanie i dyspergowanie wodnych roztworów detergentów.Rozpuszczalny w oleju płynny brud na ogół oddziałuje silniej z przedmiotami z włókien i jest silniej adsorbowany na włóknach.
③ Specjalny brud
Do szczególnych zabrudzeń należą białka, skrobia, krew, ludzkie wydzieliny, takie jak pot, sebum, mocz oraz soki owocowe i herbaciane.Większość tego typu zabrudzeń może być chemicznie i silnie adsorbowana na przedmiotach z włókien.Dlatego trudno go umyć.
Różne rodzaje brudu rzadko występują osobno, ale często są mieszane razem i adsorbowane na obiekcie.Brud może czasem ulec utlenieniu, rozkładowi lub rozkładowi pod wpływem czynników zewnętrznych, tworząc w ten sposób nowy brud.
(2) Przywieranie brudu
Ubrania, ręce itp. mogą zostać poplamione, ponieważ istnieje pewnego rodzaju interakcja między przedmiotem a brudem.Brud przylega do przedmiotów na różne sposoby, ale nie ma nic więcej niż adhezja fizyczna i chemiczna.
①Przyczepność sadzy, kurzu, błota, piasku i węgla drzewnego do odzieży jest adhezją fizyczną.Ogólnie rzecz biorąc, dzięki tej przyczepności brudu, a rola między poplamionym przedmiotem jest stosunkowo słaba, usuwanie brudu jest również stosunkowo łatwe.Zgodnie z różnymi siłami, fizyczną przyczepność brudu można podzielić na przyczepność mechaniczną i przyczepność elektrostatyczną.
Odp.: przyczepność mechaniczna
Ten rodzaj przyczepności odnosi się głównie do przyczepności niektórych stałych zanieczyszczeń (np. kurzu, błota i piasku).Przyczepność mechaniczna jest jedną ze słabszych form przywierania brudu i można ją usunąć prawie czysto mechanicznie, jednak gdy zabrudzenia są małe (<0,1 um) są trudniejsze do usunięcia.
B: Przyczepność elektrostatyczna
Adhezja elektrostatyczna przejawia się głównie w działaniu naładowanych cząstek brudu na przedmioty o ładunkach przeciwnych.Większość przedmiotów włóknistych jest naładowana ujemnie w wodzie i mogą łatwo przylegać do nich niektóre dodatnio naładowane zanieczyszczenia, takie jak wapno.Niektóre zanieczyszczenia, chociaż naładowane ujemnie, takie jak cząsteczki sadzy w roztworach wodnych, mogą przylegać do włókien poprzez mostki jonowe (jony między wieloma przeciwnie naładowanymi obiektami, działające razem z nimi w sposób przypominający mostki) utworzone przez jony dodatnie w wodzie (np. , Ca2+, Mg2+ itp.).
Działanie elektrostatyczne jest silniejsze niż zwykłe działanie mechaniczne, co sprawia, że usuwanie brudu jest stosunkowo trudne.
② Adhezja chemiczna
Adhezja chemiczna odnosi się do zjawiska oddziaływania brudu na przedmiot poprzez wiązania chemiczne lub wodorowe.Na przykład polarny stały brud, białko, rdza i inne elementy przylegające do włókien, włókna zawierają grupy karboksylowe, hydroksylowe, amidowe i inne, te grupy i tłuste zabrudzenia, kwasy tłuszczowe, alkohole tłuszczowe łatwo tworzą wiązania wodorowe.Siły chemiczne są na ogół silne, a zatem brud jest mocniej związany z przedmiotem.Tego rodzaju zabrudzenia są trudne do usunięcia zwykłymi metodami i wymagają specjalnych metod radzenia sobie z nimi.
Stopień przyczepności zabrudzenia jest związany z charakterem samego zabrudzenia oraz charakterem przedmiotu, do którego przylega.Ogólnie cząstki łatwo przylegają do przedmiotów włóknistych.Im mniejsza tekstura stałego brudu, tym silniejsza przyczepność.Brud polarny na przedmiotach hydrofilowych, takich jak bawełna i szkło, przylega silniej niż brud niespolaryzowany.Brud niepolarny przylega silniej niż brud polarny, taki jak polarne tłuszcze, kurz i glina, i jest trudniejszy do usunięcia i oczyszczenia.
(3) Mechanizm usuwania brudu
Celem mycia jest usunięcie brudu.W środowisku o określonej temperaturze (głównie w wodzie).Wykorzystanie różnych efektów fizycznych i chemicznych detergentu w celu osłabienia lub wyeliminowania działania brudu i mytych przedmiotów, pod działaniem pewnych sił mechanicznych (takich jak pocieranie rąk, poruszanie pralką, uderzenie wody), tak aby brud i myte przedmioty od celu dekontaminacji.
① Mechanizm usuwania zabrudzeń płynnych
Odp.: zwilżanie
Zabrudzenia płynne są głównie na bazie oleju.Plamy oleju zwilżają większość przedmiotów włóknistych i rozprzestrzeniają się mniej więcej jako film olejowy na powierzchni materiału włóknistego.Pierwszym etapem działania myjącego jest zwilżenie powierzchni płynem myjącym.Dla ilustracji, powierzchnię włókna można traktować jako gładką, stałą powierzchnię.
B: Odłączanie oleju - mechanizm zwijania
Drugim krokiem w działaniu myjącym jest usuwanie oleju i smaru, usuwanie płynnych zabrudzeń odbywa się poprzez rodzaj zwijania.Ciekły brud pierwotnie istniał na powierzchni w postaci rozsmarowanej warstwy oleju, a pod preferencyjnym efektem zwilżania cieczy myjącej na powierzchni stałej (tj. zostały zastąpione płynem myjącym i ostatecznie opuściły powierzchnię pod działaniem pewnych sił zewnętrznych.
② Mechanizm usuwania zanieczyszczeń stałych
Usuwanie zabrudzeń płynnych odbywa się głównie poprzez preferencyjne zwilżanie nośnika zabrudzeń roztworem myjącym, natomiast mechanizm usuwania zabrudzeń stałych jest inny, gdzie proces zmywania polega głównie na zwilżaniu przez zmywacz masy brudu i jego powierzchni nośnej. rozwiązanie.Dzięki adsorpcji środków powierzchniowo czynnych na stałym zabrudzeniu i na jego powierzchni nośnej, oddziaływanie zabrudzeń z powierzchnią jest zmniejszone, a siła przyczepności masy zabrudzeń do powierzchni jest zmniejszona, dzięki czemu masa zabrudzeń jest łatwo usuwana z powierzchni kariera.
Ponadto adsorpcja środków powierzchniowo czynnych, zwłaszcza surfaktantów jonowych, na powierzchni stałego brudu i jego nośnika może potencjalnie zwiększyć potencjał powierzchniowy na powierzchni stałego brudu i jego nośnika, co bardziej sprzyja usuwaniu brud.Stałe lub ogólnie włókniste powierzchnie są zwykle naładowane ujemnie w środowisku wodnym i dlatego mogą tworzyć rozproszone podwójne warstwy elektroniczne na masie brudu lub powierzchniach stałych.Ze względu na odpychanie jednorodnych ładunków, przyczepność cząstek brudu w wodzie do powierzchni stałej jest osłabiona.Po dodaniu anionowego środka powierzchniowo czynnego, ponieważ może on jednocześnie zwiększyć ujemny potencjał powierzchniowy cząsteczki brudu i powierzchni stałej, odpychanie między nimi jest bardziej wzmocnione, siła przyczepności cząsteczki jest bardziej zmniejszona, a brud łatwiejszy do usunięcia .
Niejonowe środki powierzchniowo czynne są adsorbowane na ogólnie naładowanych powierzchniach stałych i chociaż nie zmieniają znacząco potencjału międzyfazowego, zaadsorbowane niejonowe środki powierzchniowo czynne mają tendencję do tworzenia pewnej grubości zaadsorbowanej warstwy na powierzchni, która pomaga zapobiegać ponownemu osadzaniu się brudu.
W przypadku surfaktantów kationowych ich adsorpcja zmniejsza lub eliminuje ujemny potencjał powierzchniowy masy brudu i jego powierzchni nośnej, co zmniejsza odpychanie między brudem a powierzchnią i tym samym nie sprzyja usuwaniu brudu;ponadto, po adsorpcji na powierzchni stałej, kationowe środki powierzchniowo czynne mają tendencję do nadawania powierzchni stałej właściwości hydrofobowych, a zatem nie sprzyjają zwilżaniu powierzchni, a zatem zmywaniu.
③ Usuwanie zabrudzeń specjalnych
Białko, skrobia, ludzkie wydzieliny, soki owocowe, sok z herbaty i inne tego typu zabrudzenia są trudne do usunięcia zwykłymi środkami powierzchniowo czynnymi i wymagają specjalnego traktowania.
Plamy białkowe, takie jak śmietana, jaja, krew, mleko i odchody skórne mają tendencję do koagulacji na włóknach i degeneracji oraz uzyskują silniejsze przyleganie.Zabrudzenia białkowe można usunąć za pomocą proteaz.Enzym proteaza rozkłada białka w brudzie na rozpuszczalne w wodzie aminokwasy lub oligopeptydy.
Plamy skrobiowe pochodzą głównie z artykułów spożywczych, takich jak sos, klej itp. Amylaza ma działanie katalityczne na hydrolizę plam skrobiowych, powodując rozpad skrobi na cukry.
Lipaza katalizuje rozkład triglicerydów, które są trudne do usunięcia normalnymi metodami, takimi jak sebum i oleje jadalne, i rozkłada je na rozpuszczalny glicerol i kwasy tłuszczowe.
Niektóre kolorowe plamy z soków owocowych, soków z herbaty, tuszu, szminki itp. są często trudne do dokładnego usunięcia nawet po wielokrotnym praniu.Plamy te można usunąć w reakcji redoks ze środkiem utleniającym lub redukującym, takim jak wybielacz, który niszczy strukturę grup tworzących kolor lub grup pomocniczych koloru i rozkłada je na mniejsze składniki rozpuszczalne w wodzie.
(4) Mechanizm usuwania plam z czyszczenia na sucho
Powyższe dotyczy w rzeczywistości wody jako środka do mycia.W rzeczywistości, ze względu na różne rodzaje odzieży i struktury, niektóre ubrania wykorzystujące pranie wodą nie są wygodne lub nie są łatwe do czyszczenia, niektóre ubrania po praniu, a nawet deformacji, blaknięciu itp., na przykład: większość włókien naturalnych wchłania wodę i łatwe do pęcznienia, suche i łatwe do kurczenia się, więc po praniu będą zdeformowane;przy praniu produktów wełnianych często pojawia się również zjawisko kurczenia się, niektóre produkty wełniane z praniem wodą są również łatwe do mechacenia, zmiany koloru;Niektóre jedwabie pogarszają się po praniu i tracą połysk.W przypadku tych ubrań często stosuje się metodę czyszczenia chemicznego do odkażania.Tak zwane czyszczenie na sucho ogólnie odnosi się do metody prania w rozpuszczalnikach organicznych, zwłaszcza w rozpuszczalnikach niepolarnych.
Pranie chemiczne jest delikatniejszą formą prania niż pranie wodne.Ponieważ czyszczenie na sucho nie wymaga dużego działania mechanicznego, nie powoduje uszkodzeń, marszczenia i deformacji odzieży, podczas gdy środki do czyszczenia na sucho, w przeciwieństwie do wody, rzadko powodują rozszerzanie się i kurczenie.Tak długo, jak technologia jest odpowiednio obsługiwana, ubrania mogą być czyszczone chemicznie bez zniekształceń, blaknięcia kolorów i przedłużonej żywotności.
Jeśli chodzi o czyszczenie na sucho, istnieją trzy główne rodzaje brudu.
①Brud rozpuszczalny w oleju Brud rozpuszczalny w oleju obejmuje wszelkiego rodzaju oleje i tłuszcze, które są płynne lub tłuste i można je rozpuszczać w rozpuszczalnikach do czyszczenia na sucho.
②Brud rozpuszczalny w wodzie Brud rozpuszczalny w wodzie jest rozpuszczalny w roztworach wodnych, ale nie w środkach do czyszczenia na sucho, adsorbuje się na odzieży w stanie wodnym, woda odparowuje po wytrąceniu się ziarnistych ciał stałych, takich jak sole nieorganiczne, skrobia, białko itp.
③Brud nierozpuszczalny w oleju i wodzie Brud nierozpuszczalny w oleju i wodzie nie jest rozpuszczalny w wodzie ani w rozpuszczalnikach do czyszczenia na sucho, takich jak sadza, krzemiany różnych metali i tlenki itp.
Ze względu na różny charakter różnego rodzaju zabrudzeń, istnieją różne sposoby usuwania zabrudzeń w procesie czyszczenia na sucho.Zabrudzenia rozpuszczalne w olejach, takie jak oleje zwierzęce i roślinne, oleje mineralne i smary, są łatwo rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych i można je łatwiej usunąć podczas czyszczenia na sucho.Doskonała rozpuszczalność rozpuszczalników do czyszczenia na sucho olejów i smarów zasadniczo wynika z sił van der Wallsa między cząsteczkami.
W celu usunięcia brudu rozpuszczalnego w wodzie, takiego jak sole nieorganiczne, cukry, białka i pot, należy również dodać odpowiednią ilość wody do środka do prania chemicznego, w przeciwnym razie brud rozpuszczalny w wodzie będzie trudny do usunięcia z odzieży.Jednak woda jest trudna do rozpuszczenia w środku do prania chemicznego, więc aby zwiększyć ilość wody, należy dodać również środki powierzchniowo czynne.Obecność wody w środku do prania chemicznego może spowodować nawilżenie powierzchni zabrudzeń i odzieży, dzięki czemu łatwo wchodzi w interakcję z polarnymi grupami surfaktantów, co sprzyja adsorpcji surfaktantów na powierzchni.Ponadto, gdy środki powierzchniowo czynne tworzą micele, rozpuszczalny w wodzie brud i woda mogą zostać rozpuszczone w micelach.Oprócz zwiększania zawartości wody w rozpuszczalniku do czyszczenia na sucho, środki powierzchniowo czynne mogą również odgrywać rolę w zapobieganiu ponownemu osadzaniu się brudu w celu zwiększenia efektu odkażania.
Obecność niewielkiej ilości wody jest niezbędna do usunięcia zabrudzeń rozpuszczalnych w wodzie, jednak zbyt duża ilość wody może spowodować zniekształcenie i zagniecenie niektórych ubrań, dlatego ilość wody w środku do prania chemicznego musi być umiarkowana.
Brud, który nie jest rozpuszczalny w wodzie ani w oleju, cząstki stałe, takie jak popiół, błoto, ziemia i sadza, są zazwyczaj przyczepiane do odzieży za pomocą sił elektrostatycznych lub w połączeniu z olejem.W czyszczeniu na sucho przepływ rozpuszczalnika, uderzenie może spowodować adsorpcję siły elektrostatycznej brudu, a środek do czyszczenia na sucho może rozpuścić olej, tak że połączenie oleju i brudu oraz przyczepione do odzieży cząstki stałe w suchym -środek czyszczący, środek do czyszczenia na sucho w niewielkiej ilości wody i środków powierzchniowo czynnych, dzięki czemu te stałe cząsteczki brudu mogą być stabilną zawiesiną, dyspersją, aby zapobiec ich ponownemu osadzaniu się na odzieży.
（5） Czynniki wpływające na działanie prania
Kierunkowa adsorpcja środków powierzchniowo czynnych na granicy faz oraz zmniejszenie napięcia powierzchniowego (międzyfazowego) to główne czynniki w usuwaniu zabrudzeń płynnych lub stałych.Jednak proces prania jest złożony, a na efekt prania, nawet przy użyciu tego samego rodzaju detergentu, ma wpływ wiele innych czynników.Czynniki te obejmują stężenie detergentu, temperaturę, rodzaj zabrudzenia, rodzaj włókna i strukturę tkaniny.
① Stężenie środka powierzchniowo czynnego
Micele surfaktantów w roztworach odgrywają ważną rolę w procesie prania.Kiedy stężenie osiąga krytyczne stężenie miceli (CMC), efekt przemywania gwałtownie wzrasta.Dlatego stężenie detergentu w rozpuszczalniku powinno być wyższe niż wartość CMC, aby uzyskać dobry efekt prania.Jednakże, gdy stężenie środka powierzchniowo czynnego jest wyższe niż wartość CMC, przyrostowy wzrost efektu piorącego nie jest oczywisty i nie jest konieczne zbytnie zwiększanie stężenia środka powierzchniowo czynnego.
Podczas usuwania oleju przez solubilizację efekt solubilizacji wzrasta wraz ze wzrostem stężenia środka powierzchniowo czynnego, nawet gdy stężenie jest powyżej CMC.W tej chwili zaleca się stosowanie detergentu w sposób scentralizowany lokalnie.Na przykład, jeśli na mankietach i kołnierzu odzieży jest dużo brudu, podczas prania można nałożyć warstwę detergentu, aby zwiększyć solubilizujący wpływ środka powierzchniowo czynnego na olej.
②Temperatura ma bardzo istotny wpływ na działanie odkażające.Generalnie podwyższenie temperatury ułatwia usuwanie zabrudzeń, ale czasami zbyt wysoka temperatura może też powodować wady.
Wzrost temperatury ułatwia dyfuzję brudu, stały smar łatwo emulguje w temperaturach powyżej jego temperatury topnienia, a włókna zwiększają pęcznienie pod wpływem wzrostu temperatury, co ułatwia usuwanie brudu.Jednak w przypadku tkanin zwartych mikroszczeliny między włóknami zmniejszają się w miarę rozszerzania się włókien, co jest szkodliwe dla usuwania brudu.
Zmiany temperatury wpływają również na rozpuszczalność, wartość CMC i wielkość miceli surfaktantów, wpływając tym samym na efekt piorący.Rozpuszczalność surfaktantów o długich łańcuchach węglowych jest niska w niskich temperaturach, a czasami rozpuszczalność jest nawet niższa niż wartość CMC, dlatego należy odpowiednio podnieść temperaturę przemywania.Wpływ temperatury na wartość CMC i wielkość miceli jest różny dla surfaktantów jonowych i niejonowych.W przypadku surfaktantów jonowych wzrost temperatury na ogół zwiększa wartość CMC i zmniejsza wielkość miceli, co oznacza, że należy zwiększyć stężenie surfaktantu w roztworze myjącym.W przypadku surfaktantów niejonowych wzrost temperatury prowadzi do spadku wartości CMC i znacznego wzrostu objętości miceli, więc jest oczywiste, że odpowiedni wzrost temperatury pomoże surfaktantowi niejonowemu wywierać działanie powierzchniowo czynne .Jednak temperatura nie powinna przekraczać punktu zmętnienia.
Krótko mówiąc, optymalna temperatura prania zależy od składu detergentu i mytego przedmiotu.Niektóre detergenty mają dobre działanie piorące w temperaturze pokojowej, podczas gdy inne mają znacznie różną zdolność piorącą między praniem na zimno i na gorąco.
③ Pianka
Zwyczajowo myli się zdolność pienienia z działaniem piorącym, uważając, że detergenty o dużej sile pienienia mają dobre działanie piorące.Badania wykazały, że nie ma bezpośredniego związku między efektem prania a ilością piany.Na przykład pranie przy użyciu słabo pieniących się detergentów jest nie mniej skuteczne niż pranie przy użyciu silnie pieniących się detergentów.
Chociaż piana nie jest bezpośrednio związana ze zmywaniem, to jednak zdarzają się sytuacje, kiedy pomaga usunąć brud, na przykład podczas ręcznego mycia naczyń.Podczas szorowania dywanów piana może również usuwać kurz i inne stałe cząsteczki brudu, brud z dywanów stanowi dużą część kurzu, dlatego środki do czyszczenia dywanów powinny mieć pewną zdolność pieniącą.
Siła pienienia jest również ważna w przypadku szamponów, w przypadku których delikatna piana wytwarzana przez płyn podczas mycia szamponem lub kąpieli pozostawia włosy nawilżone i wygodne.
④ Odmiany włókien i właściwości fizyczne tekstyliów
Oprócz budowy chemicznej włókien, która wpływa na przyczepność i usuwanie zabrudzeń, na łatwość usuwania zabrudzeń ma wpływ wygląd włókien oraz organizacja przędzy i tkaniny.
Łuski włókien wełnianych i zakrzywione płaskie wstążki włókien bawełnianych są bardziej podatne na gromadzenie brudu niż włókna gładkie.Na przykład sadza poplamiona na foliach celulozowych (folie wiskozowe) jest łatwa do usunięcia, podczas gdy sadza poplamiona na tkaninach bawełnianych jest trudna do zmycia.Innym przykładem jest to, że tkaniny z krótkimi włóknami wykonane z poliestru są bardziej podatne na gromadzenie się plam oleju niż tkaniny z długimi włóknami, a plamy oleju na tkaninach z krótkimi włóknami są również trudniejsze do usunięcia niż plamy oleju na tkaninach z długimi włóknami.
Ciasno skręcone przędze i ciasne tkaniny, ze względu na niewielką szczelinę między włóknami, mogą być odporne na wnikanie brudu, ale to samo może również zapobiegać przenikaniu brudu przez płyn piorący, więc ciasne tkaniny zaczynają być odporne na zabrudzenia dobrze, ale po poplamieniu mycie jest również trudniejsze.
⑤ Twardość wody
Stężenie Ca2+, Mg2+ i innych jonów metali w wodzie ma duży wpływ na efekt mycia, zwłaszcza gdy anionowe środki powierzchniowo czynne spotykają się z jonami Ca2+ i Mg2+ tworząc sole wapnia i magnezu, które są mniej rozpuszczalne i zmniejszają jej właściwości myjące.W twardej wodzie, nawet jeśli stężenie środka powierzchniowo czynnego jest wysokie, zdolność myjąca jest nadal znacznie gorsza niż w przypadku destylacji.Aby środek powierzchniowo czynny miał najlepsze działanie myjące, stężenie jonów Ca2+ w wodzie powinno być obniżone do 1 x 10-6 mol/L (CaCO3 do 0,1 mg/L) lub mniej.Wymaga to dodania do detergentu różnych zmiękczaczy.
Czas postu: 25-02-2022