Forța de contracție a oricărei unități de lungime pe suprafața lichidului se numește tensiune superficială, iar unitatea este N.·m-1.
Proprietatea de a reduce tensiunea superficială a solventului se numește activitate de suprafață, iar o substanță cu această proprietate se numește substanță activă de suprafață.
Substanța activă de suprafață care poate lega moleculele în soluție apoasă și poate forma micelii și alte asocieri și are o activitate de suprafață mare, având în același timp și efect de umectare, emulsionare, spumare, spălare etc., se numește surfactant.
Surfactantul sunt compuși organici cu structură și proprietăți speciale, care pot modifica semnificativ tensiunea interfacială dintre două faze sau tensiunea superficială a lichidelor (în general apă), cu proprietăți de umezire, spumare, emulsionare, spălare și alte proprietăți.
În ceea ce privește structura, agenții tensioactivi au o caracteristică comună prin aceea că conțin două grupuri de natură diferită în moleculele lor. La un capăt se află un lanț lung de grupare nepolară, solubilă în ulei și insolubilă în apă, cunoscută și sub numele de grupare hidrofobă sau grupare hidrofugă. O astfel de grupare hidrofugă este în general lanțuri lungi de hidrocarburi, uneori și pentru fluor organic, siliciu, organofosforat, lanț organostanic, etc. La celălalt capăt se află o grupare solubilă în apă, o grupare hidrofilă sau o grupare oleofugă. Gruparea hidrofilă trebuie să fie suficient de hidrofilă pentru a se asigura că surfactanții întregi sunt solubili în apă și au solubilitatea necesară. Deoarece agenții tensioactivi conțin grupări hidrofile și hidrofobe, ei pot fi solubili în cel puțin una dintre fazele lichide. Această proprietate hidrofilă și lipofilă a surfactantului se numește amfifilicitate.
Surfactantul este un fel de molecule amfifile cu atât grupări hidrofobe, cât și hidrofile. Grupările hidrofobe de agenți tensioactivi sunt în general compuse din hidrocarburi cu catenă lungă, cum ar fi alchil C8~C20 cu catenă liniară, alchil C8~C20 cu catenă ramificată, alchilfenil (numărul tom de carbon alchil este 8~16) și altele asemenea. Diferența care este mică între grupările hidrofobe este în principal în modificările structurale ale lanțurilor de hidrocarburi. Și tipurile de grupări hidrofile sunt mai multe, astfel încât proprietățile agenților tensioactivi sunt în principal legate de grupările hidrofile, pe lângă dimensiunea și forma grupărilor hidrofobe. Modificările structurale ale grupărilor hidrofile sunt mai mari decât cele ale grupărilor hidrofobe, astfel încât clasificarea agenților tensioactivi se bazează în general pe structura grupărilor hidrofile. Această clasificare se bazează pe faptul că gruparea hidrofilă este ionică sau nu și este împărțită în surfactanți anionici, cationici, neionici, zwitterionici și alte tipuri speciale de agenți tensioactivi.
① Adsorbția agenților tensioactivi la interfață
Moleculele de surfactant sunt molecule amfifile având atât grupări lipofile, cât și hidrofile. Când surfactantul este dizolvat în apă, gruparea sa hidrofilă este atrasă de apă și se dizolvă în apă, în timp ce gruparea sa lipofilă este respinsă de apă și lasă apă, rezultând adsorbția moleculelor (sau ionilor) de surfactant pe interfața celor două faze. , care reduce tensiunea interfacială dintre cele două faze. Cu cât mai multe molecule de surfactant (sau ioni) sunt adsorbite la interfață, cu atât mai mare este reducerea tensiunii interfaciale.
② Unele proprietăți ale membranei de adsorbție
Presiunea de suprafață a membranei de adsorbție: adsorbția surfactantului la interfața gaz-lichid pentru a forma o membrană de adsorbție, cum ar fi plasarea unei folii plutitoare detașabile fără frecare pe interfață, foaia plutitoare împinge membrana adsorbantă de-a lungul suprafeței soluției, iar membrana generează o presiune pe foaia plutitoare, care se numește presiune de suprafață.
Vâscozitatea de suprafață: La fel ca presiunea de suprafață, vâscozitatea de suprafață este o proprietate manifestată de membrana moleculară insolubilă. Suspendat de un inel de platină din sârmă metalică fină, astfel încât planul său să intre în contact cu suprafața apei a rezervorului, rotiți inelul de platină, inelul de platină de vâscozitatea obstacolului de apă, amplitudinea scade treptat, conform căreia vâscozitatea suprafeței poate fi măsurat. Metoda este: în primul rând, experimentul este efectuat pe suprafața apei pure pentru a măsura degradarea amplitudinii, iar apoi se măsoară degradarea după formarea membranei de suprafață, iar vâscozitatea membranei de suprafață este derivată din diferența dintre cele două .
Vâscozitatea suprafeței este strâns legată de soliditatea membranei de suprafață și, deoarece membrana de adsorbție are presiune de suprafață și vâscozitate, trebuie să aibă elasticitate. Cu cât presiunea la suprafață este mai mare și cu cât este mai mare vâscozitatea membranei adsorbite, cu atât este mai mare modulul elastic al acesteia. Modulul elastic al membranei de adsorbție de suprafață este important în procesul de stabilizare a bulelor.
③ Formarea micelilor
Soluțiile diluate de agenți tensioactivi respectă legile urmate de soluțiile ideale. Cantitatea de agent tensioactiv adsorbit pe suprafața soluției crește odată cu concentrația soluției, iar când concentrația atinge sau depășește o anumită valoare, cantitatea de adsorbție nu mai crește, iar aceste molecule de surfactant în exces se află în soluție la întâmplare. mod sau într-un mod obișnuit. Atât practica, cât și teoria arată că formează asociații în soluție, iar aceste asociații se numesc micelii.
Concentrația micelică critică (CMC): concentrația minimă la care agenții tensioactivi formează micelii în soluție se numește concentrație micelică critică.
④ Valorile CMC ale agenților tensioactivi obișnuiți.
HLB este abrevierea echilibrului hidrofil lipofil, care indică echilibrul hidrofil și lipofil al grupărilor hidrofile și lipofile ale surfactantului, adică valoarea HLB a surfactantului. O valoare mare a HLB indică o moleculă cu hidrofilitate puternică și lipofilitate slabă; dimpotrivă, lipofilitate puternică și hidrofilitate slabă.
① Prevederi ale valorii HLB
Valoarea HLB este o valoare relativă, așa că atunci când valoarea HLB este dezvoltată, ca standard, valoarea HLB a cerii de parafină, care nu are proprietăți hidrofile, este specificată a fi 0, în timp ce valoarea HLB a dodecil sulfatului de sodiu, care este mai solubil în apă, este 40. Prin urmare, valoarea HLB a agenților tensioactivi este în general în intervalul de la 1 la 40. În general, emulgatorii cu valori HLB mai mici de 10 sunt lipofili, în timp ce cei mai mari de 10 sunt hidrofili. Astfel, punctul de cotitură de la lipofil la hidrofil este de aproximativ 10.
Pe baza valorilor HLB ale agenților tensioactivi, se poate obține o idee generală a posibilelor utilizări ale acestora, așa cum se arată în Tabelul 1-3.
Două lichide reciproc insolubile, unul dispersat în celălalt sub formă de particule (picături sau cristale lichide) formează un sistem numit emulsie. Acest sistem este instabil termodinamic din cauza creșterii ariei limită a celor două lichide atunci când se formează emulsia. Pentru a face emulsia stabilă, este necesar să adăugați o a treia componentă - emulgator pentru a reduce energia interfacială a sistemului. Emulgatorul aparține surfactantului, funcția sa principală este de a juca rolul de emulsie. Faza emulsiei care există sub formă de picături se numește fază dispersată (sau fază interioară, fază discontinuă), iar cealaltă fază care este legată între ele se numește mediu de dispersie (sau fază exterioară, fază continuă).
① Emulgatori și emulsii
Emulsii obișnuite, o fază este apă sau soluție apoasă, cealaltă fază este substanțe organice nemiscibile cu apa, cum ar fi grăsimea, ceara, etc. Emulsia formată din apă și ulei poate fi împărțită în două tipuri în funcție de situația lor de dispersie: ulei dispersat în apă pentru a forma emulsie de tip ulei-în-apă, exprimată ca O/W (ulei/apă): apă dispersată în ulei pentru a forma emulsie de tip ulei-în-apă, exprimată ca A/U (apă/ulei). Se pot forma, de asemenea, multi-emulsii complexe de tip apă-în-ulei-în-apă W/O/W şi ulei-în-apă-în-ulei O/W/O.
Emulgatorii sunt utilizați pentru a stabiliza emulsiile prin reducerea tensiunii interfaciale și formarea membranei interfațiale cu o singură moleculă.
În emulsificarea cerințelor de emulgator:
a: Emulgatorul trebuie să poată adsorbi sau îmbogăți interfața dintre cele două faze, astfel încât tensiunea interfacială să fie redusă;
b: Emulgatorul trebuie să dea particulele la sarcină, astfel încât repulsia electrostatică între particule sau să formeze o membrană de protecție stabilă, foarte vâscoasă în jurul particulelor.
Prin urmare, substanța folosită ca emulgator trebuie să aibă grupări amfifile pentru a se emulsiona, iar agenții tensioactivi pot îndeplini această cerință.
② Metode de preparare a emulsiilor și factori care afectează stabilitatea emulsiilor
Există două moduri de a prepara emulsii: una este de a folosi metoda mecanică pentru a dispersa lichidul în particule minuscule într-un alt lichid, care este utilizat în principal în industrie pentru prepararea emulsiilor; celălalt este de a dizolva lichidul în stare moleculară într-un alt lichid și apoi de a-l face să se adune corespunzător pentru a forma emulsii.
Stabilitatea unei emulsii este capacitatea de a anti-agregare a particulelor care duce la separarea fazelor. Emulsiile sunt sisteme instabile termodinamic cu energie liberă mare. Prin urmare, așa-numita stabilitate a unei emulsii este de fapt timpul necesar pentru ca sistemul să atingă echilibrul, adică timpul necesar pentru ca unul dintre lichidele din sistem să aibă loc.
Atunci când membrana interfacială cu alcooli grași, acizi grași și amine grase și alte molecule organice polare, rezistența membranei este semnificativ mai mare. Acest lucru se datorează faptului că, în stratul de adsorbție interfacială de molecule de emulgator și alcooli, acizi și amine și alte molecule polare pentru a forma un "complex", astfel încât rezistența membranei interfaciale a crescut.
Emulgatorii formați din mai mult de doi agenți tensioactivi sunt numiți emulgatori mixți. Emulgator mixt adsorbit la interfața apă/ulei; acţiunea intermoleculară poate forma complexe. Datorită acțiunii intermoleculare puternice, tensiunea interfacială este redusă semnificativ, cantitatea de emulgator adsorbită la interfață este semnificativ crescută, formarea densității membranei interfaciale crește, rezistența crește.
Încărcarea granulelor lichide are un efect semnificativ asupra stabilității emulsiei. Emulsii stabile, ale căror mărgele lichide sunt în general încărcate. Când se folosește un emulgator ionic, ionul emulgator adsorbit la interfață are gruparea sa lipofilă introdusă în faza uleioasă, iar gruparea hidrofilă se află în faza apoasă, făcând astfel să se încarce bilele lichide. Deoarece mărgelele de emulsie cu aceeași sarcină, ele se resping reciproc, nu ușor de aglomerat, astfel încât stabilitatea este crescută. Se poate observa că cu cât sunt mai mulți ioni emulgatori adsorbiți pe bile, cu atât este mai mare sarcina, cu atât este mai mare capacitatea de a preveni aglomerarea sferelor, cu atât este mai stabil sistemul de emulsie.
Vâscozitatea mediului de dispersie a emulsiei are o anumită influență asupra stabilității emulsiei. În general, cu cât este mai mare vâscozitatea mediului de dispersie, cu atât este mai mare stabilitatea emulsiei. Acest lucru se datorează faptului că vâscozitatea mediului de dispersie este mare, ceea ce are un efect puternic asupra mișcării browniene a perlelor lichide și încetinește ciocnirea dintre margelele lichide, astfel încât sistemul să rămână stabil. De obicei, substanțele polimerice care pot fi dizolvate în emulsii pot crește vâscozitatea sistemului și pot crește stabilitatea emulsiilor. În plus, polimerii pot forma, de asemenea, o membrană interfacială puternică, făcând sistemul de emulsie mai stabil.
În unele cazuri, adăugarea de pulbere solidă poate face ca emulsia să tinde să se stabilizeze. Pulberea solidă este în apă, ulei sau interfață, în funcție de ulei, apa de capacitatea de umectare a pulberii solide, dacă pulberea solidă nu este complet umedă cu apă, dar și umedă de ulei, va rămâne pe apă și ulei interfata.
Pulberea solidă nu face emulsia stabilă, deoarece pulberea adunată la interfață îmbunătățește membrana interfacială, care este similară cu adsorbția interfacială a moleculelor de emulgator, astfel încât cu cât materialul de pulbere solidă este mai aproape aranjat la interfață, cu atât este mai stabil. emulsia este.
Agenții tensioactivi au capacitatea de a crește semnificativ solubilitatea substanțelor organice insolubile sau ușor solubile în apă după formarea micelilor în soluție apoasă, iar soluția este transparentă în acest moment. Acest efect al micelei se numește solubilizare. Surfactantul care poate produce solubilizare se numește solubilizator, iar materia organică care este solubilizată se numește materie solubilizată.
Spuma joacă un rol important în procesul de spălare. Spuma este un sistem de dispersie în care un gaz este dispersat într-un lichid sau solid, cu gazul ca fază dispersată și lichidul sau solidul ca mediu de dispersie, primul fiind numit spumă lichidă, în timp ce cel din urmă este numit spumă solidă, cum ar fi ca plastic spumat, sticla spumata, ciment spumat etc.
(1) Formarea spumei
Prin spumă înțelegem aici un agregat de bule de aer separate de o membrană lichidă. Acest tip de bule se ridică întotdeauna rapid la suprafața lichidului datorită diferenței mari de densitate dintre faza dispersată (gaz) și mediul de dispersie (lichid), combinată cu vâscozitatea scăzută a lichidului.
Procesul de formare a bulei este de a aduce o cantitate mare de gaz în lichid, iar bulele din lichid revin rapid la suprafață, formând un agregat de bule separate de o cantitate mică de gaz lichid.
Spuma are două caracteristici semnificative din punct de vedere morfologic: una este că bulele ca fază dispersă au adesea formă poliedrică, aceasta deoarece la intersecția bulelor, există tendința ca pelicula lichidă să se subțieze astfel încât bulele să devină. poliedric, atunci când pelicula lichidă se subțiază într-o anumită măsură, duce la ruperea bulelor; a doua este că lichidele pure nu pot forma spumă stabilă, lichidul care poate forma spumă este cel puțin două sau mai multe componente. Soluțiile apoase de agenți tensioactivi sunt tipice sistemelor care sunt predispuse la generarea de spumă, iar capacitatea lor de a genera spumă este, de asemenea, legată de alte proprietăți.
Agenții tensioactivi cu putere de spumare bună se numesc agenți de spumare. Deși agentul de spumare are o capacitate bună de spumare, dar spuma formată poate să nu se poată menține o perioadă lungă de timp, adică stabilitatea sa nu este neapărat bună. Pentru a menține stabilitatea spumei, adesea în agentul de spumare pentru a adăuga substanțe care pot crește stabilitatea spumei, substanța se numește stabilizator de spumă, stabilizatorul utilizat în mod obișnuit este lauril dietanolamină și oxid de dodecil dimetilamină.
(2) Stabilitatea spumei
Spuma este un sistem instabil din punct de vedere termodinamic, iar tendința finală este aceea că suprafața totală a lichidului din sistem scade după ce bula este spartă și energia liberă scade. Procesul de antispumă este procesul prin care membrana lichidă care separă gazul devine mai groasă și mai subțire până se rupe. Prin urmare, gradul de stabilitate a spumei este determinat în principal de viteza de descărcare a lichidului și de rezistența filmului lichid. Acest lucru influențează și următorii factori.
(3) Distrugerea spumei
Principiul de bază al distrugerii spumei este schimbarea condițiilor de producere a spumei sau eliminarea factorilor stabilizatori ai spumei, astfel există atât metode fizice, cât și chimice de eliminare a spumei.
Antispumarea fizică înseamnă modificarea condițiilor de producere a spumei, menținând în același timp compoziția chimică a soluției de spumă, cum ar fi perturbările externe, schimbările de temperatură sau presiune și tratamentul cu ultrasunete sunt toate metode fizice eficiente de eliminare a spumei.
Metoda chimică de antispumă constă în adăugarea anumitor substanțe pentru a interacționa cu agentul de spumare pentru a reduce rezistența peliculei lichide din spumă și, astfel, a reduce stabilitatea spumei pentru a atinge scopul de despumare, astfel de substanțe sunt numite antispumante. Majoritatea agenților antispumanți sunt agenți tensioactivi. Prin urmare, în conformitate cu mecanismul de despumare, antispumantul ar trebui să aibă o capacitate puternică de a reduce tensiunea superficială, ușor de adsorbit la suprafață, iar interacțiunea dintre moleculele de adsorbție de suprafață este slabă, moleculele de adsorbție dispuse într-o structură mai slăbită.
Există diferite tipuri de antispumanți, dar practic, toți sunt agenți tensioactivi neionici. Agenții tensioactivi neionici au proprietăți anti-spumare în apropierea sau deasupra punctului lor de tulburare și sunt adesea utilizați ca antispumanți. Alcoolii, în special alcoolii cu structură ramificată, acizii grași și esterii acizilor grași, poliamidele, esterii fosfați, uleiurile siliconice etc. sunt, de asemenea, folosiți în mod obișnuit ca antispumanți excelenți.
(4) Spumă și spălare
Nu există o legătură directă între spumă și eficacitatea spălării, iar cantitatea de spumă nu indică eficacitatea spălării. De exemplu, agenții tensioactivi neionici au mult mai puține proprietăți de spumare decât săpunurile, dar decontaminarea lor este mult mai bună decât săpunurile.
În unele cazuri, spuma poate fi de ajutor în îndepărtarea murdăriei și murdăriei. De exemplu, la spălarea vaselor în casă, spuma detergentului preia picăturile de ulei, iar la spălarea covoarelor, spuma ajută la ridicarea prafului, pulberii și a altor murdărie solide. În plus, spuma poate fi folosită uneori ca un indiciu al eficacității unui detergent. Deoarece uleiurile grase au un efect inhibitor asupra spumei detergentului, atunci când există prea mult ulei și prea puțin detergent, nu se va genera spumă sau spuma originală va dispărea. Spuma poate fi folosită uneori și ca indicator al curățeniei unei clătiri, deoarece cantitatea de spumă din soluția de clătire tinde să scadă odată cu reducerea detergentului, astfel încât cantitatea de spumă poate fi utilizată pentru a evalua gradul de clătire.
Într-un sens larg, spălarea este procesul de îndepărtare a componentelor nedorite de pe obiectul de spălat și de atingere a unui scop. Spălarea în sensul obișnuit se referă la procesul de îndepărtare a murdăriei de pe suprafața suportului. La spălare, interacțiunea dintre murdărie și purtător este slăbită sau eliminată prin acțiunea unor substanțe chimice (de exemplu, detergent etc.), astfel încât combinația de murdărie și purtător este schimbată în combinația de murdărie și detergent și în cele din urmă, murdăria este separată de suport. Întrucât obiectele de spălat și murdăria de îndepărtat sunt diverse, spălarea este un proces foarte complex și procesul de bază al spălării poate fi exprimat în următoarele relații simple.
Carrie··Dirt + Detergent= Purtător + Dirt·Detergent
Procesul de spălare poate fi de obicei împărțit în două etape: în primul rând, sub acțiunea detergentului, murdăria este separată de purtătorul său; în al doilea rând, murdăria detașată este dispersată și suspendată în mediu. Procesul de spălare este un proces reversibil, iar murdăria dispersată și suspendată în mediu poate fi, de asemenea, reprecipitată din mediu la obiectul care este spălat. Prin urmare, un detergent bun ar trebui să aibă capacitatea de a dispersa și suspenda murdăria și de a preveni redepunerea murdăriei, în plus față de capacitatea de a îndepărta murdăria din suport.
(1) Tipuri de murdărie
Chiar și pentru același articol, tipul, compoziția și cantitatea de murdărie pot varia în funcție de mediul în care este utilizat. Murdăria din corp de ulei este în principal unele uleiuri animale și vegetale și uleiuri minerale (cum ar fi țiței, păcură, gudron de cărbune etc.), murdăria solidă este în principal funingine, cenușă, rugina, negru de fum etc. În ceea ce privește murdăria de îmbrăcăminte, există murdărie din corpul uman, cum ar fi sudoare, sebum, sânge etc.; murdăria din alimente, cum ar fi pete de fructe, pete de ulei de gătit, pete de condimente, amidon etc.; murdăria din produse cosmetice, cum ar fi ruj, lac de unghii etc.; murdăria din atmosferă, cum ar fi funingine, praf, noroi etc.; altele, cum ar fi cerneala, ceaiul, acoperirea, etc. Vine în diferite tipuri.
Diferitele tipuri de murdărie pot fi de obicei împărțite în trei categorii principale: murdărie solidă, murdărie lichidă și murdărie specială.
① Murdărie solidă
Murdăria solidă obișnuită include particule de cenușă, noroi, pământ, rugina și negru de fum. Majoritatea acestor particule au o sarcină electrică pe suprafața lor, majoritatea sunt încărcate negativ și pot fi ușor adsorbite pe articolele din fibre. Murdăria solidă este în general dificil de dizolvat în apă, dar poate fi dispersată și suspendată de soluții de detergent. Murdăria solidă cu un punct de masă mai mic este mai dificil de îndepărtat.
② Mizerie lichidă
Murdăria lichidă este în mare parte solubilă în ulei, inclusiv uleiuri vegetale și animale, acizi grași, alcooli grași, uleiuri minerale și oxizii acestora. Printre acestea, pot apărea uleiuri vegetale și animale, acizi grași și saponificarea alcaline, în timp ce alcoolii grași, uleiurile minerale nu sunt saponificate de alcali, dar pot fi solubile în alcooli, eteri și solvenți organici hidrocarburi și emulsionare și dispersie cu soluție de detergent. Murdăria lichidă solubilă în ulei are în general o forță puternică cu articolele din fibre și este mai ferm adsorbită pe fibre.
③ Murdărie specială
Murdăria specială include proteine, amidon, sânge, secreții umane, cum ar fi sudoare, sebum, urină și sucuri de fructe și suc de ceai. Majoritatea acestui tip de murdărie poate fi adsorbită chimic și puternic pe articolele din fibre. Prin urmare, este dificil de spălat.
Diferitele tipuri de murdărie sunt rareori găsite singure, dar sunt adesea amestecate împreună și adsorbite pe obiect. Murdăria poate fi uneori oxidată, descompusă sau degradată sub influențe externe, creând astfel noi murdărie.
(2) Aderența murdăriei
Hainele, mâinile etc. pot fi pătate deoarece există un fel de interacțiune între obiect și murdărie. Murdăria aderă la obiecte într-o varietate de moduri, dar nu există mai mult decât aderențe fizice și chimice.
①Aderența funinginei, prafului, noroiului, nisipului și cărbunelui la îmbrăcăminte este o aderență fizică. În general, prin această aderență a murdăriei, iar rolul dintre obiectul pătat este relativ slab, îndepărtarea murdăriei este, de asemenea, relativ ușoară. În funcție de diferitele forțe, aderența fizică a murdăriei poate fi împărțită în aderență mecanică și aderență electrostatică.
A: Aderență mecanică
Acest tip de aderență se referă în principal la aderența unor murdărie solide (de exemplu, praf, noroi și nisip). Aderența mecanică este una dintre formele mai slabe de aderență a murdăriei și poate fi îndepărtată aproape prin mijloace pur mecanice, dar când murdăria este mică (<0,1um), este mai dificil de îndepărtat.
B: Aderență electrostatică
Aderența electrostatică se manifestă în principal prin acțiunea particulelor de murdărie încărcate asupra obiectelor încărcate opus. Cele mai multe obiecte fibroase sunt încărcate negativ în apă și pot fi ușor aderate de anumite murdărie încărcate pozitiv, cum ar fi tipurile de var. Unele murdărie, deși încărcate negativ, cum ar fi particulele de negru de fum din soluții apoase, pot adera la fibre prin punți ionice (ioni dintre mai multe obiecte încărcate opus, acționând împreună cu acestea într-o manieră asemănătoare unei punți) formate din ioni pozitivi din apă (de ex. , Ca2+， Mg2+ etc.).
Acțiunea electrostatică este mai puternică decât acțiunea mecanică simplă, ceea ce face îndepărtarea murdăriei relativ dificilă.
② Aderență chimică
Aderența chimică se referă la fenomenul de murdărie care acționează asupra unui obiect prin legături chimice sau de hidrogen. De exemplu, murdăria solidă polară, proteine, rugină și alte aderențe pe articole din fibre, fibrele conțin carboxil, hidroxil, amidă și alte grupuri, aceste grupuri și acizi grași murdărie uleioase, alcooli grași sunt ușor de a forma legături de hidrogen. Forțele chimice sunt în general puternice și, prin urmare, murdăria este mai ferm legată de obiect. Acest tip de murdărie este greu de îndepărtat prin metodele obișnuite și necesită metode speciale pentru a o trata.
Gradul de aderență al murdăriei este legat de natura murdăriei în sine și de natura obiectului de care este lipită. În general, particulele aderă ușor la articolele fibroase. Cu cât textura murdăriei solide este mai mică, cu atât aderența este mai puternică. Murdăria polară de pe obiectele hidrofile, cum ar fi bumbacul și sticla, aderă mai puternic decât murdăria nepolară. Murdăria nepolară aderă mai puternic decât murdăria polară, cum ar fi grăsimile polare, praful și argila, și este mai puțin ușor de îndepărtat și curățat.
(3) Mecanism de îndepărtare a murdăriei
Scopul spălării este de a îndepărta murdăria. Într-un mediu cu o anumită temperatură (în principal apă). Utilizarea diferitelor efecte fizice și chimice ale detergentului pentru a slăbi sau elimina efectul murdăriei și al obiectelor spălate, sub acțiunea anumitor forțe mecanice (cum ar fi frecarea mâinilor, agitarea mașinii de spălat, impactul cu apă), astfel încât murdăria și obiectele spălate din scopul decontaminarii.
① Mecanismul de îndepărtare a murdăriei lichide
A: Udare
Murdăria lichidă este în mare parte pe bază de ulei. Petele de ulei udă majoritatea articolelor fibroase și se răspândesc mai mult sau mai puțin ca o peliculă de ulei pe suprafața materialului fibros. Primul pas în acțiunea de spălare este umezirea suprafeței de către lichidul de spălare. De dragul ilustrației, suprafața unei fibre poate fi considerată ca o suprafață solidă netedă.
B: Dezlipire ulei - mecanism de ondulare
Al doilea pas în acțiunea de spălare este îndepărtarea uleiului și a grăsimii, îndepărtarea murdăriei lichide se realizează printr-un fel de bobinare. Murdăria lichidă a existat inițial pe suprafață sub forma unei pelicule de ulei răspândit și, sub efectul de umectare preferențial al lichidului de spălare pe suprafața solidă (adică, suprafața fibrei), s-a ondulat în margele de ulei pas cu pas, care au fost înlocuite cu lichidul de spălare și în cele din urmă au lăsat suprafața sub anumite forțe externe.
② Mecanism de îndepărtare a murdăriei solide
Îndepărtarea murdăriei lichide se face în principal prin umezirea preferențială a purtătorului de murdărie de către soluția de spălare, în timp ce mecanismul de îndepărtare a murdăriei solide este diferit, unde procesul de spălare se referă în principal la umezirea masei de murdărie și a suprafeței sale purtătoare prin spălare. soluţie. Datorită adsorbției agenților tensioactivi pe murdăria solidă și pe suprafața ei purtătoare, interacțiunea dintre murdărie și suprafață este redusă și puterea de aderență a masei de murdărie pe suprafață este redusă, astfel masa de murdărie este ușor îndepărtată de pe suprafața transportatorul.
În plus, adsorbția agenților tensioactivi, în special a agenților tensioactivi ionici, pe suprafața murdăriei solide și a purtătorului său are potențialul de a crește potențialul de suprafață pe suprafața murdăriei solide și a purtătorului acesteia, ceea ce este mai propice pentru îndepărtarea murdărie. Suprafețele solide sau în general fibroase sunt de obicei încărcate negativ în medii apoase și, prin urmare, pot forma straturi electronice duble difuze pe masele de murdărie sau suprafețele solide. Datorită respingerii sarcinilor omogene, aderența particulelor de murdărie din apă la suprafața solidă este slăbită. Când se adaugă un agent activ de suprafață anionic, deoarece poate crește simultan potențialul de suprafață negativ al particulei de murdărie și al suprafeței solide, repulsia dintre ele este mai îmbunătățită, puterea de aderență a particulei este mai redusă și murdăria este mai ușor de îndepărtat. .
Agenții tensioactivi neionici sunt adsorbiți pe suprafețe solide încărcate în general și, deși nu modifică semnificativ potențialul interfacial, agenții tensioactivi neionici adsorbiți tind să formeze o anumită grosime a stratului adsorbit pe suprafață care ajută la prevenirea redepunerii murdăriei.
În cazul agenților tensioactivi cationici, adsorbția acestora reduce sau elimină potențialul de suprafață negativ al masei de murdărie și al suprafeței sale purtătoare, ceea ce reduce repulsia dintre murdărie și suprafață și, prin urmare, nu este propice pentru îndepărtarea murdăriei; în plus, după adsorbția pe suprafața solidă, agenții tensioactivi cationici tind să transforme suprafața solidă hidrofobă și, prin urmare, nu sunt propice pentru umezirea suprafeței și, prin urmare, spălare.
③ Îndepărtarea solurilor speciale
Proteinele, amidonul, secrețiile umane, sucul de fructe, sucul de ceai și alte astfel de murdărie sunt greu de îndepărtat cu agenți tensioactivi normali și necesită un tratament special.
Petele de proteine precum smântâna, ouăle, sângele, laptele și excrementele pielii tind să se coaguleze pe fibre și să degenereze și să obțină o aderență mai puternică. Murdăria proteică poate fi îndepărtată folosind proteaze. Enzima proteaza descompune proteinele din murdărie în aminoacizi sau oligopeptide solubile în apă.
Petele de amidon provin în principal din alimente, altele, cum ar fi sosul, lipiciul etc. Amilaza are un efect catalitic asupra hidrolizei petelor de amidon, determinând descompunerea amidonului în zaharuri.
Lipaza catalizează descompunerea trigliceridelor, care sunt greu de îndepărtat prin metode normale, cum ar fi sebumul și uleiurile comestibile, și le descompune în glicerol solubil și acizi grași.
Unele pete colorate de la sucuri de fructe, sucuri de ceai, cerneluri, ruj etc. sunt adesea dificil de curățat temeinic chiar și după spălări repetate. Aceste pete pot fi îndepărtate printr-o reacție redox cu un agent oxidant sau reducător, cum ar fi înălbitorul, care distruge structura grupurilor generatoare de culoare sau auxiliare de culoare și le degradează în componente solubile în apă mai mici.
（4）Mecanismul de îndepărtare a petelor de la curățarea chimică
Cele de mai sus sunt de fapt pentru apă ca mijloc de spălare. De fapt, din cauza diferitelor tipuri de îmbrăcăminte și structuri, unele haine care folosesc spălarea cu apă nu sunt convenabile sau nu sunt ușor de spălat curat, unele haine după spălare și chiar deformare, decolorare etc., de exemplu: majoritatea fibrelor naturale absorb apa și ușor de umflat, și uscat și ușor de micșorat, astfel încât după spălare se va deforma; prin spălarea produselor din lână, de asemenea, apar adesea fenomen de contracție, unele produse din lână cu spălare cu apă este, de asemenea, ușor de pilling, schimbarea culorii; Unele senzații de mână din mătase se înrăutățesc după spălare și își pierd strălucirea. Pentru aceste haine folosiți adesea metoda de curățare chimică pentru a decontamina. Așa-numita curățare chimică se referă în general la metoda de spălare în solvenți organici, în special în solvenți nepolari.
Curățarea chimică este o formă mai blândă de spălare decât spălarea cu apă. Deoarece curățarea chimică nu necesită multă acțiune mecanică, nu provoacă deteriorarea, încrețirea și deformarea îmbrăcămintei, în timp ce agenții de curățare chimică, spre deosebire de apă, produc rar expansiune și contracție. Atâta timp cât tehnologia este manipulată în mod corespunzător, hainele pot fi curățate uscate, fără denaturare, decolorare și durată de viață prelungită.
În ceea ce privește curățarea chimică, există trei tipuri largi de murdărie.
①Mizerie solubilă în ulei Murdăria solubilă în ulei include toate tipurile de ulei și grăsimi, care sunt lichide sau grase și pot fi dizolvate în solvenți de curățare uscată.
② Murdăria solubilă în apă Murdăria solubilă în apă este solubilă în soluții apoase, dar nu în agenți de curățare uscată, este adsorbită pe îmbrăcăminte în stare apoasă, apa se evaporă după precipitarea solidelor granulare, cum ar fi sărurile anorganice, amidonul, proteinele etc.
③ Murdăria insolubilă în ulei și apă Murdăria insolubilă în ulei și apă nu este nici solubilă în apă, nici solubilă în solvenți de curățare uscată, cum ar fi negru de fum, silicați de diferite metale și oxizi etc.
Datorită naturii diferite a diferitelor tipuri de murdărie, există diferite moduri de îndepărtare a murdăriei în procesul de curățare uscată. Pământurile solubile în ulei, cum ar fi uleiurile animale și vegetale, uleiurile minerale și grăsimile, sunt ușor solubile în solvenți organici și pot fi îndepărtate mai ușor la curățarea chimică. Solubilitatea excelentă a solvenților de curățare uscată pentru uleiuri și grăsimi provine în principal din forțele van der Walls dintre molecule.
Pentru îndepărtarea murdăriei solubile în apă, cum ar fi sărurile anorganice, zaharurile, proteinele și transpirația, trebuie adăugată și cantitatea potrivită de apă la agentul de curățare uscată, altfel murdăria solubilă în apă este dificil de îndepărtat de pe îmbrăcăminte. Cu toate acestea, apa este dificil de dizolvat în agentul de curățare chimică, așa că pentru a crește cantitatea de apă, trebuie să adăugați și agenți tensioactivi. Prezența apei în agentul de curățare chimică poate face ca suprafața murdăriei și a îmbrăcămintei să fie hidratată, astfel încât este ușor să interacționeze cu grupurile polare de agenți tensioactivi, ceea ce este favorabil adsorbției agenților tensioactivi pe suprafață. În plus, atunci când agenții tensioactivi formează micelii, murdăria solubilă în apă și apa pot fi solubilizate în micelii. Pe lângă creșterea conținutului de apă al solventului de curățare uscată, agenții tensioactivi pot juca, de asemenea, un rol în prevenirea re-depunerii murdăriei pentru a spori efectul de decontaminare.
Prezența unei cantități mici de apă este necesară pentru a îndepărta murdăria solubilă în apă, dar prea multă apă poate provoca deformarea și încrețirea unor haine, așa că cantitatea de apă din agentul de curățare chimică trebuie să fie moderată.
Murdăria care nu este nici solubilă în apă, nici solubilă în ulei, particule solide cum ar fi cenușa, noroiul, pământul și negrul de fum, este în general atașată de îmbrăcăminte prin forțe electrostatice sau în combinație cu ulei. În curățarea chimică, fluxul de solvent, impactul poate face ca absorbția forței electrostatice a murdăriei să se îndepărteze, iar agentul de curățare chimică poate dizolva uleiul, astfel încât combinația de ulei și murdărie și atașată la îmbrăcămintea particulelor solide în uscat -agent de curățare, agent de curățare chimică într-o cantitate mică de apă și agenți tensioactivi, astfel încât cele de pe particulele solide de murdărie să poată fi suspensie stabilă, dispersie, pentru a preveni re-depunerea acesteia pe îmbrăcăminte.
(5) Factori care afectează acțiunea de spălare
Adsorbția direcțională a agenților tensioactivi la interfață și reducerea tensiunii de suprafață (interfaciale) sunt principalii factori în îndepărtarea murdăriei lichide sau solide. Totuși, procesul de spălare este complex și efectul de spălare, chiar și cu același tip de detergent, este influențat de mulți alți factori. Acești factori includ concentrația detergentului, temperatura, natura murdăriei, tipul de fibre și structura țesăturii.
① Concentrația de surfactant
Miceliile surfactanților în soluție joacă un rol important în procesul de spălare. Când concentrația atinge concentrația critică a micelului (CMC), efectul de spălare crește brusc. Prin urmare, concentrația de detergent în solvent ar trebui să fie mai mare decât valoarea CMC pentru a avea un efect de spălare bun. Cu toate acestea, atunci când concentrația de surfactant este mai mare decât valoarea CMC, creșterea incrementală a efectului de spălare nu este evidentă și nu este necesară creșterea prea mare a concentrației de surfactant.
La îndepărtarea uleiului prin solubilizare, efectul de solubilizare crește odată cu creșterea concentrației de agent tensioactiv, chiar și atunci când concentrația este peste CMC. În acest moment, este recomandabil să utilizați detergent într-o manieră centralizată locală. De exemplu, dacă există multă murdărie pe manșetele și gulerul unei haine, se poate aplica un strat de detergent în timpul spălării pentru a crește efectul de solubilizare al surfactantului asupra uleiului.
②Temperatura are o influență foarte importantă asupra acțiunii de decontaminare. În general, creșterea temperaturii facilitează îndepărtarea murdăriei, dar uneori o temperatură prea ridicată poate provoca și dezavantaje.
Creșterea temperaturii facilitează difuzia murdăriei, grăsimea solidă se emulsionează cu ușurință la temperaturi peste punctul său de topire, iar fibrele cresc în umflare datorită creșterii temperaturii, toate acestea facilitând îndepărtarea murdăriei. Cu toate acestea, pentru țesăturile compacte, microspațiile dintre fibre sunt reduse pe măsură ce fibrele se extind, ceea ce este dăunător pentru îndepărtarea murdăriei.
Schimbările de temperatură afectează, de asemenea, solubilitatea, valoarea CMC și dimensiunea micelelor agenților tensioactivi, afectând astfel efectul de spălare. Solubilitatea agenților tensioactivi cu lanțuri lungi de carbon este scăzută la temperaturi scăzute și uneori solubilitatea este chiar mai mică decât valoarea CMC, astfel încât temperatura de spălare trebuie crescută în mod corespunzător. Efectul temperaturii asupra valorii CMC și mărimii micelelor este diferit pentru agenții tensioactivi ionici și neionici. Pentru surfactanții ionici, o creștere a temperaturii crește în general valoarea CMC și reduce dimensiunea micelelor, ceea ce înseamnă că concentrația de surfactant în soluția de spălare ar trebui crescută. Pentru agenții tensioactivi neionici, o creștere a temperaturii duce la o scădere a valorii CMC și la o creștere semnificativă a volumului micelului, deci este clar că o creștere adecvată a temperaturii va ajuta surfactantul neionic să-și exercite efectul activ de suprafață. . Cu toate acestea, temperatura nu trebuie să depășească punctul său de tulburare.
Pe scurt, temperatura optimă de spălare depinde de formula detergentului și de obiectul care se spală. Unii detergenți au un efect bun de detergent la temperatura camerei, în timp ce alții au o detergenție mult diferită între spălarea la rece și la cald.
③ Spumă
Se obișnuiește să se confunde puterea de spumare cu efectul de spălare, crezând că detergenții cu putere mare de spumare au un efect bun de spălare. Cercetările au arătat că nu există o relație directă între efectul de spălare și cantitatea de spumă. De exemplu, spălarea cu detergenți cu spumă redusă nu este mai puțin eficientă decât spălarea cu detergenți cu spumă mare.
Deși spuma nu are legătură directă cu spălarea, există ocazii când ajută la îndepărtarea murdăriei, de exemplu, atunci când spălați vasele cu mâna. Atunci când spălați covoarele, spuma poate îndepărta și praful și alte particule solide de murdărie, murdăria de covoare reprezintă o mare parte din praf, astfel încât agenții de curățare a covoarelor ar trebui să aibă o anumită capacitate de spumare.
Puterea de spumare este, de asemenea, importantă pentru șampoane, unde spuma fină produsă de lichid în timpul șamponării sau al băii lasă părul să se simtă lubrifiat și confortabil.
④ Soiuri de fibre și proprietăți fizice ale textilelor
Pe lângă structura chimică a fibrelor, care afectează aderența și îndepărtarea murdăriei, aspectul fibrelor și organizarea firului și a țesăturii au o influență asupra ușurinței îndepărtării murdăriei.
Solzii fibrelor de lână și panglicile plate curbate din fibre de bumbac sunt mai susceptibile să acumuleze murdărie decât fibrele netede. De exemplu, pătarea cu negru de fum pe peliculele de celuloză (filme de viscoză) este ușor de îndepărtat, în timp ce pătarea cu negru de fum pe țesăturile de bumbac este greu de spălat. Un alt exemplu este că țesăturile cu fibre scurte din poliester sunt mai predispuse să acumuleze pete de ulei decât țesăturile cu fibre lungi, iar petele de ulei de pe țesăturile cu fibre scurte sunt, de asemenea, mai greu de îndepărtat decât petele de ulei de pe țesăturile cu fibre lungi.
Firele strânse răsucite și țesăturile strânse, datorită spațiului mic dintre fibre, pot rezista invaziei murdăriei, dar același lucru poate împiedica și lichidul de spălare să excludă murdăria internă, astfel încât țesăturile strânse încep să reziste bine la murdărie, dar odată pătate. spălarea este, de asemenea, mai dificilă.
⑤ Duritatea apei
Concentrația de Ca2+, Mg2+ și alți ioni metalici în apă are o mare influență asupra efectului de spălare, mai ales atunci când surfactanții anionici întâlnesc ioni de Ca2+ și Mg2+ formând săruri de calciu și magneziu care sunt mai puțin solubile și îi vor reduce detergența. În apa dură, chiar dacă concentrația de surfactant este mare, detergenția este totuși mult mai slabă decât la distilare. Pentru ca surfactantul să aibă cel mai bun efect de spălare, concentrația ionilor de Ca2+ din apă trebuie redusă la 1 x 10-6 mol/L (CaCO3 la 0,1 mg/L) sau mai puțin. Acest lucru necesită adăugarea de diverși dedurizatori la detergent.
Ora postării: 25-feb-2022