1. Napięcie powierzchniowe
Siła skurczowa na jednostkę długości na powierzchni cieczy nazywa się napięciem powierzchniowym, mierzonym w N • M-1.
2. Aktywność powierzchniowa i powierzchnia powierzchniowo czynna powierzchniowa
Właściwość, która może zmniejszyć napięcie powierzchniowe rozpuszczalników, nazywa się aktywnością powierzchniową, a substancje o aktywności powierzchniowej nazywane są substancją aktywną powierzchniową.
Surfaktant odnoszą się do powierzchniowych substancji czynnych, które mogą tworzyć micele i inne agregaty w roztworach wodnych, mają wysoką aktywność powierzchni, a także mają zwilżanie, emulgowanie, pienianie, mycie i inne funkcje.
3. Molekularne cechy strukturalne środka powierzchniowo czynnego
Surfaktant są związkami organicznymi o specjalnych strukturach i właściwościach, które mogą znacząco zmienić napięcie międzyfazowe między dwiema fazami lub napięciem powierzchniowym cieczom (zwykle wody), i mają właściwości takie jak zwilżanie, pienowanie, emulgowanie i mycie.
Strukturalnie mówiąc, środki powierzchniowo czynne mają wspólną cechę zawierania dwóch różnych grup funkcjonalnych w ich cząsteczkach. Jeden koniec to grupa niepolarna o długim łańcuchu, która jest rozpuszczalna w oleju, ale nierozpuszczalna w wodzie, znana jako grupa hydrofobowa lub grupa hydrofobowa. Te grupy hydrofobowe są na ogół wieloletnim węglowodorami, czasem także organiczną fluorową, organokokilikonową, organofosforu, łańcuchów organotyny itp. Drugim końcem jest grupa funkcjonalna rozpuszczalna w wodzie, a mianowicie grupa hydrofilowa lub grupa hydrofilowa. Grupa hydrofilowa musi mieć wystarczającą hydrofilowość, aby zapewnić, że cały środek powierzchniowo czynny jest rozpuszczalny w wodzie i ma niezbędną rozpuszczalność. Ze względu na obecność grup hydrofilowych i hydrofobowych w środkach powierzchniowo czynnych, mogą one rozpuszczać w co najmniej jednej fazie fazy ciekłej. Hydrofilowe i oleofilowe właściwości środków powierzchniowo czynnych nazywane są amfifilowością.
4. Typy środków powierzchniowo czynnych
Środki powierzchniowo czynne to cząsteczki amfifilowe, które mają zarówno grupy hydrofobowe, jak i hydrofilowe. Hydrofobowe grupy środków powierzchniowo czynnych składają się na ogół z długotrwałego węglowodorów, takich jak prosty łańcuch alkilo-C8-C20, rozgałęziony łańcuch alkil C8-C20, alkilofenyl (z 8-16 atomami węgla alkilowego) itp. Różnica w grupach hydrofobowych leży głównie w strukturalnych zmianach łańcuchów wodorowych węglowych, z relatywnie małymi różnicami, a kolejne grupy hydrofiliowe. Dlatego właściwości środków powierzchniowo czynnych są głównie związane z grupami hydrofilowymi oprócz wielkości i kształtu grup hydrofobowych. Zmiany strukturalne grup hydrofilowych są większe niż w grupach hydrofobowych, więc klasyfikacja środków powierzchniowo czynnych jest ogólnie oparta na strukturze grup hydrofilowych. Ta klasyfikacja opiera się głównie na tym, czy grupy hydrofilowe są jonowe, dzieląc je na anionowe, kationowe, niejonowe, ztolioniowe i inne specjalne typy środków powierzchniowo czynnych.
5. Charakterystyka roztworu wodnego środka powierzchniowo czynnego
① Adsorpcja środków powierzchniowo czynnych w interfejsach
Cząsteczki środków powierzchniowo czynnych mają grupy lipofilowe i hydrofilowe, co czyni je cząsteczkami amfifilowymi. Woda jest silnie polarną cieczą. Gdy środki powierzchniowo czynne rozpuszczają się w wodzie, zgodnie z zasadą podobieństwa polaryzacji i odpychania różnicy polaryzacji, ich grupy hydrofilowe przyciągają fazę wody i rozpuszczają się w wodzie, podczas gdy ich grupy lipofilowe odpychają wodę i opuszczają wodę. W rezultacie cząsteczki środków powierzchniowo czynnych (lub jony) adsorbują się na interfejsie między dwiema fazami, zmniejszając napięcie międzyfazowe między dwiema fazami. Im więcej cząsteczek środków powierzchniowo czynnych (lub jonów) są adsorbowane na interfejsie, tym większy spadek napięcia międzyfazowego.
② Niektóre właściwości błony adsorpcji
Ciśnienie powierzchniowe membrany adsorpcyjnej: środki powierzchniowo czynne Adsorb na interfejsie gazu-ciecz w celu utworzenia membrany adsorpcyjnej. Jeśli na interfejsie umieszcza się bez tarcia ruchomą płytą pływającą, a pływająca płyta popycha membranę adsorpcyjną wzdłuż powierzchni roztworu, membrana wywiera ciśnienie na pływającej płycie, która nazywa się ciśnieniem powierzchni.
Lepkość powierzchni: podobnie jak ciśnienie powierzchniowe, lepkość powierzchni jest właściwością wykazującą nierozpuszczalne filmy molekularne. Zawieś pierścień platynowy cienkim metalowym drutem, skontaktuj się z powierzchnią wody z zlewu, obróć pierścień platynowy, pierścień platynowy jest utrudniony przez lepkość wody, a amplituda stopniowo osłabia, zgodnie z którym można zmierzyć lepkość powierzchni. Metoda to: Najpierw przeprowadzić eksperymenty na czystej powierzchni wody, zmierz tłumienie amplitudy, a następnie zmierz tłumienie po utworzeniu powierzchniowej maski twarzy i oblicz lepkość powierzchniowej maski twarzy na podstawie różnicy między nimi.
Lepkość powierzchni jest ściśle związana z jędrnością powierzchniowej maski twarzy. Ponieważ folia adsorpcji ma ciśnienie powierzchniowe i lepkość, musi być sprężystość. Im wyższe ciśnienie powierzchniowe i lepkość membrany adsorpcji, tym większy moduł sprężysty. Moduł sprężystości folii adsorpcji powierzchniowej ma ogromne znaczenie w procesie stabilizacji pianki.
③ Tworzenie miceli
Rozcieńczone rozwiązanie środków powierzchniowo czynnych jest zgodne z prawami idealnych rozwiązań. Ilość adsorpcji środków powierzchniowo czynnych na powierzchni roztworu wzrasta wraz ze stężeniem roztworu. Gdy stężenie osiągnie lub przekracza określoną wartość, ilość adsorpcji już nie wzrasta. Te nadmierne cząsteczki środków powierzchniowo czynnych w roztworze są nieuporządkowane lub istnieją w sposób regularny. Zarówno praktyka, jak i teoria wykazały, że tworzą agregaty w roztworze, które są nazywane miceli.
Krytyczne stężenie miceli: minimalne stężenie, w którym środki powierzchniowo czynne tworzą micele w roztworze, nazywa się krytycznym stężeniem miceli.
④ Wartość CMC wspólnego środka powierzchniowo czynnego.
6. Wartość równowagi hydrofilowej i oleofilowej
HLB oznacza hydrofilową równowagę lipofilową, która reprezentuje hydrofilowe i lipofilowe wartości równowagi hydrofilowych i lipofilowych grup środka powierzchniowo czynnego, tj. Wartość HLB środka powierzchniowo czynnego. Wysoka wartość HLB wskazuje na silną hydrofilowość i słabą lipofilność cząsteczki; Przeciwnie, ma silną lipofilność i słabą hydrofilowość.
① Przepisy dotyczące wartości HLB
Wartość HLB jest wartością względną, więc podczas formułowania wartości HLB, jako standard, wartość HLB parafiny bez właściwości hydrofilowych jest ustawiona na 0, podczas gdy wartość HLB siarczanu dodecylowego o silnej rozpuszczalności wody jest ustawiona na 40., a zatem wartość HLB środków powierzchniowo czynnych jest ogólnie w zakresie 1-40. Ogólnie rzecz biorąc, emulgatory o wartościach HLB mniejszych niż 10 są lipofilowe, podczas gdy emulgatory o wartościach HLB większych niż 10 są hydrofilowe. Dlatego punkt zwrotny od lipofilowości do hydrofilowości wynosi około 10.
7. Emulsyfikacja i efekty solubilizacji
Dwa niemiecalne ciecze, jedna utworzona przez rozproszenie cząstek (kropelki lub ciekłe kryształy) w drugiej, nazywane są emulsjami. Podczas tworzenia emulsji wzrasta obszar międzyfazowy między dwoma cieczami, dzięki czemu układ termodynamicznie jest niestabilny. Aby ustabilizować emulsję, należy dodać trzeci element - emulgator - w celu zmniejszenia energii międzyfazowej systemu. Emulgatory należą do środków powierzchniowo czynnych, a ich główną funkcją jest działanie jako emulgatory. Faza, w której kropelki istnieją w emulsji, nazywa się fazą zdyspergowaną (lub fazą wewnętrzną, fazą nieciągłą), a druga podłączona faza jest nazywana rozdzieloną pożywką (lub fazą zewnętrzną, fazą ciągłą).
① emulgatory i emulsje
Wspólne emulsje składają się z jednej fazy wody lub roztworu wodnego, a druga faza związków organicznych, które są niemieszalne z wodą, takimi jak oleje, woski itp. Emulsja utworzona przez wodę i olej można podzielić na dwa typy na podstawie ich dyspersji: olej rozproszony w wodzie tworzy wodę w emulsji oleju, reprezentowaną przez O/W (olej/wodę); Woda rozproszona w oleju tworzy wodę w emulsji oleju, reprezentowaną przez W/O (woda/olej). Ponadto może również tworzyć się złożona woda w oleju w wodzie w/o/w i oleju w wodzie w oleju o/w/o.
Emulgator stabilizuje emulsję poprzez zmniejszenie napięcia międzyfazowego i tworząc monowarstwową maskę twarzy.
Wymagania dotyczące emulgatorów w emulgowaniu: A: emulgatory muszą być w stanie adsorbować lub wzbogacić interfejs między dwiema fazami, zmniejszając napięcie międzyfazowe; B: emulgatory muszą nadawać cząsteczce ładunek elektryczny, powodując odpychanie elektrostatyczne między cząsteczkami lub tworząc stabilną, wysoce lepką folię ochronną wokół cząstek. Tak więc substancje stosowane jako emulgatory muszą mieć grupy amfifilowe, aby mieć efekty emulgujące, a środki powierzchniowo czynne mogą spełniać ten wymóg.
② Metody przygotowania emulsji i czynników wpływających na stabilność emulsji
Istnieją dwie metody przygotowywania emulsji: jedna jest zastosowanie metod mechanicznych w celu rozproszenia cieczy w małe cząstki w innej cieczy, która jest powszechnie stosowana w przemyśle do przygotowania emulsji; Inną metodą jest rozpuszczenie cieczy w stanie molekularnym w innej cieczy, a następnie pozwolenie jej odpowiednio agregować, aby utworzyć emulsję.
Stabilność emulsji odnosi się do ich zdolności do odporności agregacji cząstek i powodowania separacji faz. Emulsje są systemami niestabilnymi termodynamicznie o znacznej swobodnej energii. Dlatego stabilność emulsji faktycznie odnosi się do czasu wymaganego do osiągnięcia równowagi, to znaczy czasu wymaganego do oddzielenia cieczy w układzie.
Gdy występują polarne cząsteczki organiczne, takie jak alkohol tłuszczowy, kwas tłuszczowy i amina tłuszczowa w masce twarzy, wytrzymałość membrany znacznie wzrasta. Wynika to z faktu, że cząsteczki emulgatora w warstwie adsorpcji interfejsu oddziałują z cząsteczkami polarnymi, takimi jak alkohol, kwas i amina, tworząc „złożony”, co zwiększa wytrzymałość maski twarzy interfejsu.
Emulgatory złożone z dwóch lub więcej środków powierzchniowo czynnych nazywane są mieszanymi emulgatorami. Mieszane emulgatory Adsorb na interfejsie wody/oleju i interakcje międzycząsteczkowe mogą tworzyć kompleksy. Ze względu na silną interakcję międzycząsteczkową napięcie międzyfazowe jest znacznie zmniejszone, ilość emulgatora adsorbowanego na interfejsie jest znacznie zwiększona, a gęstość i wytrzymałość uformowanej międzyfazowej maski twarzy wzrasta.
Opłata kropelek ma znaczący wpływ na stabilność emulsji. Stabilne emulsje zazwyczaj mają kropelki z ładunkami elektrycznymi. Podczas stosowania emulgatorów jonowych jony emulgatora zaadsorbowane na interfejsie wprowadzają swoje grupy lipofilowe do fazy olejowej, podczas gdy grupy hydrofilowe znajdują się w fazie wodnej, powodując, że kropelki naładowane. Ze względu na fakt, że kropelki emulsji noszą ten sam ładunek, odpychają się i nie są łatwo aglomerowane, co powoduje zwiększoną stabilność. Można zauważyć, że im więcej jonów emulgatora zaadsorbowane na kropelkach, tym większa ich ładunek i większa ich zdolność do zapobiegania koalescencji kropel, dzięki czemu układ emulsji jest bardziej stabilny.
Lepkość podłoża dyspersji emulsji ma pewien wpływ na stabilność emulsji. Zasadniczo im wyższa lepkość podłoża dyspergującego, tym wyższa stabilność emulsji. Wynika to z faktu, że lepkość dyspergującego ośrodka jest wysoka, co silnie utrudnia ruch brązowy płynnych kropelek, spowalnia kolizję między kropelkami i utrzymuje stabilność systemu. Substancje polimerowe, które są zwykle rozpuszczalne w emulsjach, mogą zwiększyć lepkość układu i zwiększyć stabilność emulsji. Ponadto polimer może również tworzyć solidną maskę twarzy interfejsu, dzięki czemu system emulsji jest bardziej stabilny.
W niektórych przypadkach dodanie stałego proszku może również ustabilizować emulsję. Stały proszek nie ma w wodzie, oleju ani na interfejsie, w zależności od zdolności zwilżania oleju i wody na stałym proszku. Jeśli stały proszek nie jest całkowicie zwilowany wodą i może być zwilowany olejem, pozostanie na interfejsie oleju wodnym.
Powodem, dla którego stały proszek nie stabilizuje emulsji, jest to, że proszek zebrany na interfejsie nie wzmacnia interfejsu maski do twarzy, która jest podobna do cząsteczek emulgatora adsorpcji interfejsu. Dlatego im bliżej stałych cząstek proszku są ułożone na interfejsie, tym bardziej stabilna będzie emulsja.
Surfaktanty mają zdolność znacznego zwiększenia rozpuszczalności związków organicznych, które są nierozpuszczalne lub lekko rozpuszczalne w wodzie po utworzeniu miceli w roztworze wodnym, a roztwór jest w tym czasie przezroczysty. Ten efekt miceli nazywa się rozpuszczeniem. Środki powierzchniowo czynne, które mogą wytwarzać efekty rozpuszczające, nazywane są rozpuszkami, a związki organiczne, które są rozpuszczone, nazywane są związkami rozpuszczonymi.
8. Pianka
Piana odgrywa ważną rolę w procesie mycia. Piana odnosi się do układu dyspersji, w którym gaz jest rozproszony w cieczy lub stałym. Gaz jest fazą dyspersji, a ciekł lub ciał stały jest pożywką dyspersyjną. Pierwsza nazywa się pianką płynną, podczas gdy druga nazywa się pianką stałą, taką jak plastik z pianki, szklanka piankowa, cement piany itp.
(1) Tworzenie pianki
Piana tutaj odnosi się do agregacji bąbelków oddzielonych folią płynną. Ze względu na dużą różnicę gęstości między rozproszoną fazą (gazem) a dyspergowanym pożywką (ciecz) oraz niską lepkością cieczy pianka zawsze może szybko wzrosnąć do poziomu cieczy.
Proces formowania piany polega na wprowadzeniu dużej ilości gazu do cieczy, a pęcherzyki w cieczy szybko powraca na powierzchnię cieczy, tworząc agregat pęcherzyków oddzielony niewielką ilością cieczy i gazu
Piana ma dwie niezwykłe cechy w morfologii: Jedna z nich jest to, że pęcherzyki jako rozproszona faza są często wielościenne, ponieważ na skrzyżowaniu bąbelków istnieje tendencja, aby folia ciekła stała się cieńsza, co czyni bąbelki wielościenne. Kiedy w pewnym stopniu folia płynna staje się cieńsza, pęcherzyki pękają; Po drugie, czysta ciecz nie może utworzyć stabilnej pianki, ale ciecz, która może tworzyć piankę, wynosi co najmniej dwa lub więcej elementów. Wodne rozwiązanie środka powierzchniowo czynnego jest typowym systemem łatwym do wygenerowania pianki, a jego zdolność do generowania pianki jest również związana z innymi właściwościami.
Środki powierzchniowo czynne o dobrej zdolności pieniowej nazywane są środkami pieniącymi. Chociaż środek pieniący ma dobrą zdolność pianki, utworzona piana może nie być w stanie utrzymać przez długi czas, to znaczy jego stabilność może nie być dobra. Aby utrzymać stabilność pianki, substancję, która może zwiększyć stabilność piany, jest często dodawana do środka pieniowego, który nazywa się stabilizatorem pianki. Powszechnie stosowanymi stabilizatorami piankowymi są dietanoloamina lauroylowa i tlenek dodecylu dimetylo -aminowy.
(2) Stabilność piany
Piana jest systemem niestabilnym termodynamicznie, a końcowym trendem jest to, że całkowita powierzchnia cieczy w układzie maleje, a energia swobodna maleje po zerwaniu bańki. Proces defoamowania to proces, w którym ciekła folia oddzielająca grubość gazu zmienia grubość, aż pęknie. Dlatego stabilność pianki zależy głównie przez prędkość wyładowania ciekłego i wytrzymałość folii ciekłej. Istnieje kilka innych czynników wpływających.
① Napięcie powierzchniowe
Z punktu widzenia energii niskie napięcie powierzchniowe jest korzystniejsze dla tworzenia pianki, ale nie może zagwarantować stabilności piany. Niskie napięcie powierzchniowe, niska różnica ciśnienia, powolna prędkość rozładowania cieczy i powolne przerzedzenie filmu cieczy sprzyjają stabilności piany.
② Lepkość powierzchni
Kluczowym czynnikiem określającym stabilność pianki jest wytrzymałość folii ciekłej, która zależy głównie przez jędrność powierzchniowej folii adsorpcji, mierzonej przez lepkość powierzchni. Eksperymenty pokazują, że piana wytwarzana przez roztwór o wyższej lepkości powierzchni ma dłuższy okres życia. Wynika to z faktu, że interakcja między zaadsorbowanymi cząsteczkami na powierzchni prowadzi do wzrostu siły błony, poprawiając w ten sposób żywotność pianki.
③ lepkość roztworu
Gdy lepkość samej cieczy rośnie, ciecz w cieczy nie jest łatwa do rozładowania, a prędkość przerzedzenia grubości cieczy jest powolna, co opóźnia czas pęknięcia folii ciekłej i zwiększa stabilność piany.
④ Efekt „naprawy” napięcia powierzchniowego
Surfaktanty zaadsorbowane na powierzchni folii ciekłej mają zdolność do odparcia ekspansji lub skurczu powierzchni folii ciekłej, którą nazywamy efektem naprawy. Wynika to z faktu, że na powierzchni występuje ciekło -folia środków powierzchniowo czynnych, a rozszerzenie jej powierzchni zmniejszy stężenie cząsteczek adsorbowanych powierzchni i zwiększy napięcie powierzchniowe. Dalsze rozszerzenie powierzchni będzie wymagało większego wysiłku. I odwrotnie, skurcz powierzchni zwiększy stężenie zaadsorbowanych cząsteczek na powierzchni, zmniejszając napięcie powierzchniowe i utrudniając dalsze skurcz.
⑤ Dyfuzja gazu przez ciekłą film
Z powodu istnienia ciśnienia naczyń włosowatych ciśnienie małych pęcherzyków w piance jest wyższe niż w dużych pęcherzykach, co spowoduje rozproszenie gazu w małych pęcherzykach w dużych bąbelkach o niskim ciśnieniu przez folia ciekłą, co powoduje zjawisko, że małe pęcherzyki stają się mniejsze, duże bąbelki stają się większe, a wreszcie łamania pianki. W przypadku dodania środka powierzchniowo czynnego pianka będzie jednolita i gęsta podczas spożywcza i nie jest łatwa do defoamera. Ponieważ środek powierzchniowo czynny jest ściśle ułożony w ciekłej folii, trudno jest wentylować, co sprawia, że piana jest bardziej stabilna.
⑥ Wpływ ładunku powierzchniowego
Jeśli folia z pianki jest naładowana tym samym symbolem, dwie powierzchnie ciekłej folii odpychają się nawzajem, zapobiegając przerzedzeniu cieczy lub nawet zniszczenia. Jonowe środki powierzchniowo czynne mogą zapewnić ten efekt stabilizujący.
Podsumowując, siła folii ciekłej jest kluczowym czynnikiem określenia stabilności pianki. Jako surfaktant dla środków pieniących i stabilizatorów pianki, najważniejsze są szczelność i twardość zaadsorbowanych cząsteczek powierzchniowych. Kiedy interakcja między zaadsorbowanymi cząsteczkami na powierzchni jest silna, zaadsorbowane cząsteczki są ściśle ułożone, co nie tylko sprawia, że powierzchnia maska twarzy ma wysoką wytrzymałość, ale także sprawia, że roztwór przylegający do powierzchniowej maski twarzy jest trudny do przepływu z powodu wysokiej lepkości powierzchni, więc jest stosunkowo trudna dla filmu płynnego do odprowadzania, a grubość płynnej filmu jest łatwa. Ponadto ściśle ułożone cząsteczki powierzchniowe mogą również zmniejszyć przepuszczalność cząsteczek gazu, a tym samym zwiększyć stabilność pianki.
(3) Zniszczenie pianki
Podstawową zasadą niszczenia pianki jest zmiana warunków wytwarzania pianki lub wyeliminowanie współczynników stabilności piany, więc istnieją dwie metody defoamingowe, fizyczne i chemiczne.
Fizyczne defoamowanie polega na zmianie warunków, w których generowana jest pianka przy jednoczesnym utrzymaniu składu chemicznego roztworu piankowego niezmienionego. Na przykład zewnętrzne zaburzenia siły, zmiana temperatury lub ciśnienia i leczenie ultradźwiękowe są skutecznymi metodami fizycznymi w celu wyeliminowania piany.
Metodą defoamingu chemicznego polega na dodaniu niektórych substancji do interakcji z środkiem pieniącym, zmniejszenie wytrzymałości folii ciekłej w piance, a następnie zmniejszenie stabilności pianki w celu osiągnięcia celu defoamingu. Takie substancje nazywane są defoamerami. Większość defoamerów to środki powierzchniowo czynne. Dlatego, zgodnie z mechanizmem defoamingu, defoamery powinny mieć silną zdolność do zmniejszania napięcia powierzchniowego, łatwo zaadsorbować na powierzchni i mieć słabe interakcje między zaadsorbowanymi cząsteczkami powierzchniowymi, co powoduje stosunkowo luźną strukturę rozmieszczenia zaadsorbowanych cząsteczek.
Istnieją różne rodzaje defoamerów, ale są to głównie niejonowe środki powierzchniowo czynne. Nieprzestrzenne środki powierzchniowo czynne mają właściwości przeciwbrzankowe w pobliżu lub powyżej ich punktu chmur i są powszechnie stosowane jako defoamery. Alkohole, zwłaszcza te z rozgałęzionymi strukturami, kwasami tłuszczowymi i estrami, poliamidy, fosforany, oleje silikonowe itp., Są również powszechnie stosowane jako doskonałe defoamery.
(4) Piana i mycie
Nie ma bezpośredniego związku między pianką a efektem mycia, a ilość piany nie oznacza, że efekt mycia jest dobry lub zły. Na przykład wydajność spędzona niejonalnych środków powierzchniowo czynnych jest znacznie gorsza od mydła, ale ich moc czyszczenia jest znacznie lepsza niż mydło.
W niektórych przypadkach piana jest pomocna w usuwaniu brudu. Na przykład, podczas mycia zastawy stołowej w domu, piana detergentu może usunąć krople oleju zmyte; Podczas szorowania dywanu pianka pomaga usunąć solidne brud, takie jak kurz i proszek. Ponadto pianka może być czasami stosowana jako oznaka tego, czy detergent jest skuteczny, ponieważ plamy oleju tłuszczowego mogą hamować pianę detergentu. Gdy będzie zbyt dużo plam oleju i za mało detergentu, nie będzie piany, albo oryginalna piana zniknie. Czasami pianka może być również używana jako wskaźnik tego, czy płukanie jest czyste. Ponieważ ilość piany w roztworze płukania ma tendencję do zmniejszania się wraz ze spadkiem zawartości detergentu, stopień płukania można ocenić za pomocą ilości piany.
9. Proces mycia
W szerokim sensie mycie jest procesem usuwania niechcianych komponentów z mycia obiektu i osiągania określonego celu. Mycie w zwykłym sensie odnosi się do procesu usuwania brudu z powierzchni nośnika. Podczas mycia interakcja między brudem a nośnikiem jest osłabiona lub eliminowana poprzez działanie niektórych substancji chemicznych (takich jak detergenty), przekształcając kombinację brudu i nośnika w kombinację brudu i detergentu, ostatecznie powodując odłączenie brudu i nośnika. Ponieważ obiekty, które należy umyć, a brud do usunięcia jest zróżnicowany, mycie jest bardzo złożonym procesem, a podstawowy proces mycia może być reprezentowany przez następującą prostą relację
Nośnik • Dirt+detergent = nośnik+brud • detergent
Proces mycia można zwykle podzielić na dwa etapy: jeden to oddzielenie brudu i jego przewoźnik pod działaniem detergentu; Po drugie, oderwany brud jest rozproszony i zawieszony w medium. Proces mycia jest procesem odwracalnym, a brudu, który jest rozproszony lub zawieszony w pożywce, może również wytrącać się z medium na pranie. Dlatego doskonały detergent powinien nie tylko mieć możliwość oderwania brudu od przewoźnika, ale także mieć dobrą zdolność rozpraszania i zawieszenia brudu oraz zapobiegania ponownym osadzaniu się brudu.
(1) Rodzaje brudu
Nawet w przypadku tego samego elementu rodzaj, skład i ilość brudu będą się różnić w zależności od środowiska użytkowania. Burt oleju obejmuje głównie oleje ze zwierząt i roślinnych, a także oleje mineralne (takie jak olej ropy, olej opałowy, smoła węglowa itp.), Podczas gdy stały brud obejmuje głównie dym, kurz, rdzę, sadę, czarną czerń itp. Jeśli chodzi o odzież, z ludzkiego ciała, takie jak pot, sebum, krew itp.; Brud z jedzenia, taki jak plamy owocowe, jadalne plamy oleju, plamy przyprawowe, skrobia itp.; Drug przyniesiony przez kosmetyki, takie jak szminka i lakier do paznokci; Brud z atmosfery, taki jak dym, kurz, gleba itp.; Inne materiały, takie jak atrament, herbata, farba itp. Można powiedzieć, że istnieją różne i różnorodne typy.
Różne rodzaje brudu można zwykle podzielić na trzy kategorie: solidny brud, brud płynny i specjalny brud.
① Wspólny stały brud obejmuje cząstki takie jak popiół, błoto, gleba, rdza i sadzy. Większość z tych cząstek ma ładunek powierzchniowy, głównie ujemny, i jest łatwo adsorbowany na obiektach włóknistych. Ogólnie rzecz biorąc, stały brud jest trudny do rozpuszczenia w wodzie, ale można go rozproszyć i zawieszać przez roztwory detergentowe. Solidny brud z małymi cząsteczkami jest trudny do usunięcia.
② Płynny brud jest w większości rozpuszczalny w oleju, w tym oleje zwierzęce i roślinne, kwasy tłuszczowe, alkohole tłuszczowe, oleje mineralne i ich tlenki. Wśród nich oleje zwierzęce i roślinne oraz kwasy tłuszczowe mogą ulegać saponifikacji alkaliami, podczas gdy alkohole tłuszczowe i oleje mineralne nie są saponifikowane przez alkaliczne, ale mogą rozpuszczać się w alkohole, etorej i węglowodorowych rozpuszczalnikach organicznych, a także zemulgowane i zdyspergowane przez roztwory detergentowe. Rozpuszczalny w oleju brud ma na ogół silną siłę interakcji z włóknistymi przedmiotami i mocno adsorbuje na włóknach.
③ Specjalny brudu obejmuje białko, skrobię, krew, ludzkie wydzieliny, takie jak pot, sebum, mocz, a także sok owocowy, sok herbaty itp. Większość tego rodzaju brudu może silnie adsorbować na włóknistych przedmiotach poprzez reakcje chemiczne. Dlatego mycie jest dość trudne.
Różne rodzaje brudu rzadko istnieją samodzielnie, często mieszane razem i adsorbowane razem na obiektach. Brud może czasami utleniać, rozkładać lub rozkładać się pod wpływami zewnętrznymi, co powoduje powstawanie nowego brudu.
(2) Efekt adhezji brudu
Powodem, dla którego ubrania, ręce itp. Mogą się zabrudzić, jest to, że istnieje jakaś interakcja między przedmiotami a brudem. Istnieją różne skutki przyczepności brudu na obiekty, ale są to głównie adhezja fizyczna i przyczepność chemiczna.
① Fizyczna przyczepność popiołu papierosowego, pyłu, osadu, sadzy i innych substancji do odzieży. Ogólnie rzecz biorąc, interakcja między przyleganym brukiem a zanieczyszczonym obiektem jest stosunkowo słaba, a usuwanie brudu jest również stosunkowo łatwe. Według różnych sił fizyczna przyczepność brudu można podzielić na mechaniczną przyczepność i adhezję elektrostatyczną.
Odp.: Adhezja mechaniczna odnosi się głównie do przyczepności stałego brudu, takiego jak kurz i osad. Adhezja mechaniczna jest słabą metodą adhezji dla brudu, którą można prawie usunąć prostymi metodami mechanicznymi. Jednak gdy wielkość cząstek brudu jest niewielka (<0,1um), trudniej jest usunąć.
B: Adhezja elektrostatyczna przejawia się głównie przez działanie naładowanych cząstek brudu na obiekty z przeciwnymi ładunkami. Większość włóknistych obiektów ma ujemny ładunek w wodzie i jest łatwo przestrzegany przez dodatnio naładowane brud, takie jak wapno. Niektóre brud, choć ujemnie naładowane, takie jak cząsteczki sadzy w roztworach wodnych, mogą przylegać do włókien przez mosty jonowe utworzone przez jony dodatnie (takie jak Ca2+, Mg2+itp.) W wodzie (jony działają razem między wieloma przeciwnymi ładunkami, działającymi jak mosty).
Elektryczność statyczna jest silniejsza niż proste działanie mechaniczne, co utrudnia usuwanie brudu.
③ Usuwanie specjalnego brudu
Białko, skrobia, wydzieliny ludzkie, sok owocowy, sok z herbaciarki i inne rodzaje brudu są trudne do usunięcia za pomocą ogólnych środków powierzchniowo czynnych i wymagają specjalnych metod leczenia.
Plamy białkowe, takie jak krem, jaja, krew, mleko i wydatki skóry, są podatne na krzepnięcie i denaturacja na włóknach i mocniej przylegają. Do zanieczyszczenia białka można użyć proteazy do jej usunięcia. Proteaza może rozkładać białka w brudu na rozpuszczalne w wodzie aminokwasy lub oligopeptydy.
Plamy skrobiowe pochodzą głównie z jedzenia, podczas gdy inne, takie jak soki mięsne, paste itp. Enzymy skrobi mają katalityczny wpływ na hydrolizę plam skrobi, rozkładając skrobię na cukry.
Lipaza może katalizować rozkład niektórych trójglicerydów, które są trudne do usunięcia konwencjonalnymi metodami, takimi jak sebum wydzielane przez ludzkie ciało, oleje jadalne itp., Aby rozbić trójglicerydy na rozpuszczalne glicerolu i kwasy tłuszczowe.
Niektóre kolorowe plamy od soku owocowego, soku herbacianego, atramentu, szminki itp. Są często trudne do dokładnego czyszczenia nawet po wielokrotnym myciu. Ten rodzaj barwienia można usunąć przez reakcje ograniczające utlenianie przy użyciu utleniaczy lub środków redukujących, takich jak wybielacz, które rozkładają strukturę grup chromoforu lub chromoforów i degradują je na mniejsze komponenty rozpuszczalne w wodzie.
Z perspektywy czyszczenia na sucho istnieją około trzech rodzajów brudu.
① Brud rozpuszczalny w oleju obejmuje różne oleje i tłuszcze, które są płynne lub tłuste i rozpuszczalne w rozpuszczalnikach na sucho.
② Brud rozpuszczalny w wodzie jest rozpuszczalny w wodnym roztworze, ale nierozpuszczalny w środkach czyszczących na sucho. Adsorbuje się na odzieży w postaci wodnego roztworu, a po odparowaniu wody, ziarniste stałe, takie jak sole nieorganiczne, skrobia, białka itp.
③ Brud woda oleju jest nierozpuszczalny zarówno w rozpuszczalnikach w wodzie, jak i na sucho, takim jak sadza, różne metalowe krzemiany i tlenki.
Ze względu na różne właściwości różnych rodzajów brudu istnieją różne sposoby usuwania brudu podczas procesu czyszczenia na sucho. Brud rozpuszczalny w oleju, taki jak oleje zwierzęce i roślinne, oleje mineralne i tłuszcze, są łatwo rozpuszczalne w organicznych rozpuszczalnikach i można je łatwo usunąć podczas czyszczenia na sucho. Doskonała rozpuszczalność rozpuszczalników na sucho oleju i smaru jest zasadniczo spowodowana siłami Van der Waalsa między cząsteczkami.
W celu usunięcia rozpuszczalnego w wodzie brudu, takich jak sole nieorganiczne, cukry, białka, pot itp., Konieczne jest również dodanie odpowiedniej ilości wody do środka do czyszczenia na sucho, w przeciwnym razie zabrudzenie rozpuszczalnego w wodzie jest trudne do usunięcia z odzieży. Ale woda jest trudna do rozpuszczenia w środkach czyszczenia na sucho, więc aby zwiększyć ilość wody, należy dodać środki powierzchniowo czynne. Woda obecna w środkach czyszczących na sucho może nawilżyć brud i powierzchnię odzieży, co ułatwia interakcję z grupami polarnych środków powierzchniowo czynnych, co jest korzystne dla adsorpcji środków powierzchniowo czynnych na powierzchni. Ponadto, gdy środki powierzchniowo czynne tworzą micele, rozpuszczalny w wodzie brud i woda mogą być rozpuszczone do miceli. Surfaktanty mogą nie tylko zwiększyć zawartość wody w rozpuszczalnikach na sucho, ale także zapobiec ponownej osadzaniu brudu w celu zwiększenia efektu czyszczenia.
Obecność niewielkiej ilości wody jest niezbędna do usunięcia rozpuszczalnego w wodzie brudu, ale nadmierna woda może powodować deformowanie, zmarszczki itp., Więc zawartość wody w suchym detergencie musi być umiarkowana.
Cząstki stałe, takie jak popiół, błoto, gleba i sadzy, które nie są ani rozpuszczalne w wodzie, ani rozpuszczalne w oleju, zwykle przylegają do odzieży przez adsorpcję elektrostatyczną lub przez połączenie z plamami oleju. Podczas czyszczenia na sucho przepływ i uderzenie rozpuszczalników mogą powodować spadek brudu przez siły elektrostatyczne, podczas gdy środki czyszczące na sucho mogą rozpuszczać plamy oleju, powodując cząsteczki stałe, które łączą się z plamami oleju i przylegają do ubrania, aby spaść ze suchego środka czyszczenia. Niewielka ilość wody i środków powierzchniowo czynnych w środku czyszczącego sucha może stabilnie zawiesić i rozproszyć cząsteczki solidnych brudnych, które odpadają, uniemożliwiając im ponowne osadzanie się na ubraniach.
(5) Czynniki wpływające na efekt mycia
Kierunkowa adsorpcja środków powierzchniowo czynnych na interfejsie i zmniejszenie napięcia powierzchniowego (międzyfazowego) są głównymi czynnikami usuwania zanieczyszczenia ciekłego lub stałego. Ale proces mycia jest stosunkowo złożony, a nawet na efekt mycia tego samego rodzaju detergentu ma wpływ wiele innych czynników. Czynniki te obejmują stężenie detergentu, temperatury, charakter brudu, rodzaj włókna i strukturę tkanin.
① Stężenie środków powierzchniowo czynnych
Micele środków powierzchniowo czynnych w roztworze odgrywają ważną rolę w procesie mycia. Gdy stężenie osiąga krytyczne stężenie miceli (CMC), efekt mycia gwałtownie wzrasta. Dlatego stężenie detergentu w rozpuszczalniku powinno być wyższe niż wartość CMC w celu uzyskania dobrego efektu mycia. Jednak gdy stężenie środków powierzchniowo czynnych przekracza wartość CMC, rosnący efekt mycia staje się mniej znaczący, a nadmierny wzrost stężenia środków powierzchniowo czynnych nie jest konieczne.
Podczas stosowania rozpuszczenia w celu usunięcia plam oleju, nawet jeśli stężenie jest powyżej wartości CMC, efekt solubilizacji nadal wzrasta wraz ze wzrostem stężenia środka powierzchniowo czynnego. W tej chwili wskazane jest, aby używać detergentu lokalnego, na przykład na mankietach i kołnierze ubrania, w których jest dużo brudu. Podczas mycia można najpierw zastosować warstwę detergentu, aby poprawić wpływ solubilizacji środków powierzchniowo czynnych na plamy oleju.
② Temperatura ma znaczący wpływ na efekt czyszczenia. Ogólnie rzecz biorąc, zwiększenie temperatury jest korzystne dla usuwania brudu, ale czasami nadmierna temperatura może również powodować czynniki niepożądane.
Wzrost temperatury jest korzystny dla rozpowszechniania brudu. Plamy stałe oleju można łatwo zemulgować, gdy temperatura przekracza ich temperaturę topnienia, a włókna również zwiększają stopień ekspansji ze względu na wzrost temperatury. Wszystkie te czynniki są korzystne dla usuwania brudu. Jednak w przypadku ciasnych tkanin mikro szczeliny między włóknami są zmniejszone po rozszerzeniu włókien, co nie sprzyja usuwaniu brudu.
Zmiany temperatury wpływają również na rozpuszczalność, wartość CMC i wielkość miceli środków powierzchniowo czynnych, wpływając w ten sposób na efekt mycia. Długie środki powierzchniowo czynne łańcucha węglowego mają niższą rozpuszczalność w niskich temperaturach, a czasem nawet niższą rozpuszczalność niż wartość CMC. W takim przypadku temperatura mycia należy odpowiednio zwiększyć. Wpływ temperatury na wartość CMC i wielkość miceli jest inny dla jonowych i niejonowych środków powierzchniowo czynnych. W przypadku jonowych środków powierzchniowo czynnych wzrost temperatury ogólnie prowadzi do wzrostu wartości CMC i spadku wielkości miceli. Oznacza to, że stężenie środków powierzchniowo czynnych powinno być zwiększone w roztworze mycia. W przypadku niejonowych środków powierzchniowo czynnych wzrost temperatury prowadzi do zmniejszenia wartości CMC i znacznego wzrostu wielkości miceli. Można zauważyć, że odpowiednio rosnąca temperatura może pomóc w niejonowych środkach powierzchniowo czynnych w ich aktywności powierzchniowej. Ale temperatura nie powinna przekraczać punktu chmur.
Krótko mówiąc, najbardziej odpowiednia temperatura mycia jest związana z wzorem detergentu i myciem obiektu. Niektóre detergenty mają dobre efekty czyszczenia w temperaturze pokojowej, podczas gdy niektóre detergenty mają znacząco różne efekty czyszczenia na zimno i gorące mycie.
③ Piana
Ludzie często mylą zdolność pieniaka z efektem mycia, wierząc, że detergenty z silną zdolnością pieniaka mają lepsze efekty mycia. Wyniki pokazują, że efekt mycia nie jest bezpośrednio związany z ilością pianki. Na przykład stosowanie detergentu o niskiej pieniącym do mycia nie ma gorszego efektu mycia niż detergent wysokiego pienionego.
Chociaż piana nie jest bezpośrednio związana z myciem, piana jest nadal pomocna w usunięciu brudu w niektórych sytuacjach. Na przykład piana płynu do prania może odprowadzić olej, gdy ręcznie myje naczynia. Podczas szorowania dywanu piana może również zabierać cząsteczki z solidnymi polnymi, takimi jak kurz. Pył stanowi dużą część brudu dywanu, więc czyszczak dywanów powinien mieć pewną zdolność pieniaka.
Moc pieniona jest również ważna dla szamponu. Drobna piana wytwarzana przez płyn podczas mycia włosów lub kąpieli sprawia, że ludzie czują się komfortowo.
④ Rodzaje włókien i właściwości fizyczne tekstyliów
Oprócz struktury chemicznej włókien wpływających na adhezję i usuwanie brudu, pojawienie się włókien i struktury organizacyjnej przędzy i tkanin ma również wpływ na trudność usuwania brudu.
Skale włókien wełnianych i płaski pasek podobny do struktury włókien bawełnianych są bardziej podatne na gromadzenie brudu niż włókna gładkie. Na przykład sadzy przylegającej do folii celulozowej (folia kleju) jest łatwa do usunięcia, podczas gdy sadzy przylegającej do tkaniny bawełnianej jest trudna do zmycia. Na przykład poliestrowe tkaniny z krótkich światłowodów są bardziej podatne na gromadzenie się plam oleju niż długie tkaniny włókien, a plamy oleju na krótkich tkaninach światłowodowych są również trudniejsze do usunięcia niż na długich tkaninach włókien.
Ciasnie skręcone przędzy i ciasne tkaniny, ze względu na małe mikro szczeliny między włókienami, mogą odpierać inwazję brudu, ale także uniemożliwić usunięcie roztworu czyszczenia wewnętrznego brudu. Dlatego na początku ciasne tkaniny mają dobrą odporność na ziemię, ale trudno jest również wyczyścić po zanieczyszczeniu.
⑤ Twardość wody
Stężenie jonów metali, takich jak Ca2+i Mg2+w wodzie, ma znaczący wpływ na efekt mycia, szczególnie gdy anionowe środki powierzchniowo czynne napotykają jony CA2+i Mg2+w celu utworzenia soli wapnia i magnezu o słabej rozpuszczalności, co może zmniejszyć ich zdolność czyszczenia. Nawet jeśli stężenie środków powierzchniowo czynnych jest wysokie w twardej wodzie, ich efekt czyszczenia jest nadal znacznie gorszy niż w destylacji. Aby osiągnąć najlepszy efekt prania środków powierzchniowo czynnych, stężenie jonów Ca2+w wodzie należy zmniejszyć do poniżej 1 × 10-6mol/l (CACO3 należy zmniejszyć do 0,1 mg/l). Wymaga to dodania różnych zmiękczających do detergentu.
Czas postu: 16-6-2024