ştiri

1. Tensiunea superficială

Forța de contracție pe unitatea de lungime la suprafața unui lichid se numește tensiune superficială și se măsoară în N • m-1.

2. Activitatea de suprafață și surfactantul

Proprietatea care poate reduce tensiunea superficială a solvenților se numește activitate superficială, iar substanțele cu activitate superficială se numesc substanțe tensioactive.
Agenții tensioactivi se referă la substanțe tensioactive care pot forma micele și alte agregate în soluții apoase, au o activitate de suprafață ridicată și au, de asemenea, funcții de umectare, emulsionare, spumare, spălare și alte funcții.

3. Caracteristicile structurale moleculare ale surfactantului

Agenții tensioactivi sunt compuși organici cu structuri și proprietăți speciale care pot modifica semnificativ tensiunea interfacială dintre două faze sau tensiunea superficială a lichidelor (de obicei apa) și au proprietăți precum umectarea, spumarea, emulsionarea și spălarea.

Din punct de vedere structural, surfactanții au în comun caracteristica de a conține două grupe funcționale diferite în moleculele lor. Un capăt este o grupă nepolară cu lanț lung, solubilă în ulei, dar insolubilă în apă, cunoscută sub numele de grupă hidrofobă sau grupă hidrofobă. Aceste grupe hidrofobe sunt în general hidrocarburi cu lanț lung, uneori și fluor organic, organosiliciu, organofosfor, lanțuri organostanice etc. Celălalt capăt este o grupă funcțională solubilă în apă, și anume o grupă hidrofilă sau grupă hidrofilă. Grupa hidrofilă trebuie să aibă suficientă hidrofilicitate pentru a asigura că întregul surfactant este solubil în apă și are solubilitatea necesară. Datorită prezenței grupelor hidrofile și hidrofobe în surfactanți, aceștia se pot dizolva în cel puțin o fază a fazei lichide. Proprietățile hidrofile și oleofile ale surfactanților se numesc amfifilicitate.

4. Tipuri de surfactanți

Agenții tensioactivi sunt molecule amfifile care au atât grupări hidrofobe, cât și hidrofile. Grupările hidrofobe ale agenților tensioactivi sunt în general compuse din hidrocarburi cu lanț lung, cum ar fi alchil C8-C20 cu lanț liniar, alchil C8-C20 cu lanț ramificat, alchilfenil (cu 8-16 atomi de carbon alchil) etc. Diferența dintre grupările hidrofobe constă în principal în modificările structurale ale lanțurilor de hidrogen-carbon, cu diferențe relativ mici, în timp ce există mai multe tipuri de grupări hidrofile. Prin urmare, proprietățile agenților tensioactivi sunt legate în principal 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 în principal pe caracterul ionic al grupărilor hidrofile, împărțindu-le în anionice, cationice, neionice, zwitterionice și alte tipuri speciale de agenți tensioactivi.

imaginea 1

5. Caracteristicile soluției apoase de surfactant

① Adsorbția surfactanților la interfețe

Moleculele de surfactanți au grupări lipofile și hidrofile, ceea ce le face molecule amfifile. Apa este un lichid puternic polar. Când surfactanții se dizolvă în apă, conform principiului similarității polarității și repulsiei diferenței de polaritate, grupările lor hidrofile sunt atrase de faza apoasă și se dizolvă în apă, în timp ce grupările lor lipofile resping apa și părăsesc apa. Drept urmare, moleculele (sau ionii) de surfactant se adsorb la interfața dintre cele două faze, reducând tensiunea interfacială dintre cele două faze. Cu cât mai multe molecule (sau ioni) de surfactant sunt adsorbite pe interfață, cu atât scăderea tensiunii interfaciale este mai mare.

② Câteva proprietăți ale membranei de adsorbție

Presiunea superficială a membranei de adsorbție: Agenții tensioactivi adsorb la interfața gaz-lichid pentru a forma o membrană de adsorbție. Dacă o placă plutitoare mobilă fără frecare este plasată pe interfață și placa plutitoare împinge membrana de adsorbție de-a lungul suprafeței soluției, membrana exercită o presiune asupra plăcii plutitoare, care se numește presiune superficială.

Vâscozitatea de suprafață: La fel ca presiunea de suprafață, vâscozitatea de suprafață este o proprietate manifestată de peliculele moleculare insolubile. Suspendați un inel de platină cu un fir metalic subțire, faceți ca planul său să intre în contact cu suprafața apei din chiuvetă, rotiți inelul de platină; inelul de platină este împiedicat de vâscozitatea apei, iar amplitudinea se atenuează treptat, în funcție de care se poate măsura vâscozitatea de suprafață. Metoda este: mai întâi efectuați experimente pe suprafața apei pure, măsurați atenuarea amplitudinii, apoi măsurați atenuarea după formarea măștii faciale de suprafață și calculați vâscozitatea măștii faciale de suprafață din diferența dintre cele două.

Vâscozitatea suprafeței este strâns legată de fermitatea măștii faciale de suprafață. Deoarece pelicula de adsorbție are presiune superficială și vâscozitate, aceasta trebuie să fie elastică. Cu cât presiunea superficială și vâscozitatea membranei de adsorbție sunt mai mari, cu atât modulul său de elasticitate este mai mare. Modulul de elasticitate al peliculei de adsorbție de suprafață este de mare importanță în procesul de stabilizare a spumei.

③ Formarea micelelor

Soluția diluată de surfactanți respectă legile soluțiilor ideale. Cantitatea de surfactanți adsorbiți la suprafața unei soluții crește odată cu concentrația soluției. Când concentrația atinge sau depășește o anumită valoare, cantitatea de adsorbție nu mai crește. Aceste molecule de surfactant în exces din soluție sunt dezordonate sau există într-un mod regulat. Atât practica, cât și teoria au arătat că acestea formează agregate în soluție, care se numesc micele.

Concentrația critică de micele: Concentrația minimă la care surfactanții formează micele într-o soluție se numește concentrație critică de micele.

④ Valoarea CMC a surfactanților obișnuiți.

imaginea 2

6. Valoare de echilibru hidrofilă și oleofilă

HLB reprezintă echilibrul hidrofil lipofil, care reprezintă valorile de echilibru hidrofil și lipofil ale grupărilor hidrofile și lipofile ale unui surfactant, adică valoarea HLB a surfactantului. O valoare HLB ridicată indică o hidrofilicitate puternică și o lipofilicitate slabă a moleculei; Dimpotrivă, aceasta are o lipofilicitate puternică și o hidrofilicitate slabă.

① Reglementări privind valoarea HLB

Valoarea HLB este o valoare relativă, așadar, atunci când se formulează valoarea HLB, ca standard, valoarea HLB a parafinei fără proprietăți hidrofile este setată la 0, în timp ce valoarea HLB a dodecilsulfatului de sodiu cu solubilitate puternică în apă este setată la 40. Prin urmare, valoarea HLB a surfactanților este în general în intervalul 1-40. În general, emulgatorii cu valori HLB mai mici de 10 sunt lipofili, în timp ce emulgatorii cu valori HLB mai mari de 10 sunt hidrofili. Prin urmare, punctul de cotitură de la lipofilicitate la hidrofilicitate este de aproximativ 10.

7. Efecte de emulsificare și solubilizare

Două lichide nemiscibile, unul format prin dispersarea particulelor (picături sau cristale lichide) în celălalt, se numesc emulsii. La formarea unei emulsii, aria interfacială dintre cele două lichide crește, făcând sistemul instabil termodinamic. Pentru a stabiliza emulsia, trebuie adăugat un al treilea component - emulgator - pentru a reduce energia interfacială a sistemului. Emulgatorii aparțin surfactanților, iar funcția lor principală este de a acționa ca emulgatori. Faza în care există picături într-o emulsie se numește fază dispersată (sau fază internă, fază discontinuă), iar cealaltă fază conectată între ele se numește mediu dispersat (sau fază externă, fază continuă).

① Emulgatori și emulsii

Emulsiile obișnuite constau dintr-o fază de apă sau soluție apoasă și cealaltă fază de compuși organici nemiscibili cu apa, cum ar fi uleiurile, cerurile etc. Emulsia formată din apă și ulei poate fi împărțită în două tipuri pe baza dispersiei lor: uleiul dispersat în apă formează o emulsie apă în ulei, reprezentată de O/W (ulei/apă); apa dispersată în ulei formează o emulsie apă în ulei, reprezentată de W/O (apă/ulei). În plus, se pot forma și emulsii complexe apă în ulei în apă A/O/A și ulei în apă în ulei O/A/O.

Emulgatorul stabilizează emulsia prin reducerea tensiunii interfaciale și formarea unei mască faciale monostrat.

Cerințe pentru emulgatori în emulsificare: a: emulgatorii trebuie să fie capabili să adsorbă sau să îmbogățească la interfața dintre cele două faze, reducând tensiunea interfacială; b: Emulgatorii trebuie să ofere particulelor o sarcină electrică, provocând repulsie electrostatică între particule sau formând o peliculă protectoare stabilă, cu vâscozitate ridicată, în jurul particulelor. Așadar, substanțele utilizate ca emulgatori trebuie să aibă grupări amfifile pentru a avea efecte emulgatoare, iar agenții tensioactivi pot îndeplini această cerință.
② Metode de preparare a emulsiilor și factorii care afectează stabilitatea emulsiei

Există două metode de preparare a emulsiilor: una este utilizarea metodelor mecanice pentru a dispersa lichidul în particule mici într-un alt lichid, metodă utilizată în mod obișnuit în industrie pentru prepararea emulsiilor; o altă metodă este dizolvarea unui lichid în stare moleculară într-un alt lichid și apoi permiterea acestuia să se agregheze corespunzător pentru a forma o emulsie.

Stabilitatea emulsiilor se referă la capacitatea lor de a rezista agregării particulelor și de a provoca separarea fazelor. Emulsiile sunt sisteme instabile din punct de vedere termodinamic, cu energie liberă semnificativă. Prin urmare, stabilitatea unei emulsii se referă de fapt la timpul necesar sistemului pentru a atinge echilibrul, adică timpul necesar pentru ca un lichid din sistem să se separe.

Când în masca facială există molecule organice polare, cum ar fi alcool gras, acid gras și amină grasă, rezistența membranei crește semnificativ. Acest lucru se datorează faptului că moleculele emulgatoare din stratul de adsorbție de la interfață interacționează cu molecule polare, cum ar fi alcoolul, acidul și amina, pentru a forma un „complex”, ceea ce crește rezistența măștii faciale de la interfață.

Emulgatorii compuși din doi sau mai mulți surfactanți se numesc emulgatori mixți. Emulgatorii mixți se adsorb pe interfața apă/ulei, iar interacțiunile intermoleculare pot forma complexe. Datorită interacțiunii intermoleculare puternice, tensiunea interfacială este redusă semnificativ, cantitatea de emulgator adsorbit pe interfață este crescută semnificativ, iar densitatea și rezistența măștii faciale interfaciale formate sunt crescute.

Sarcina picăturilor are un impact semnificativ asupra stabilității emulsiilor. Emulsiile stabile au de obicei picături cu sarcini electrice. Atunci când se utilizează emulgatori ionici, ionii emulgatori adsorbiți pe interfață își inserează grupările lipofile în faza uleioasă, în timp ce grupările hidrofile se află în faza apoasă, ceea ce face ca picăturile să fie încărcate. Datorită faptului că picăturile emulsiei poartă aceeași sarcină, acestea se resping reciproc și nu se aglomerează ușor, rezultând o stabilitate crescută. Se poate observa că, cu cât sunt adsorbiți mai mulți ioni emulgatori pe picături, cu atât sarcina lor este mai mare și cu atât este mai mare capacitatea lor de a preveni coalescența picăturilor, făcând sistemul de emulsie mai stabil.

Vâscozitatea mediului de dispersie al emulsiei are un anumit impact asupra stabilității emulsiei. În general, cu cât vâscozitatea mediului de dispersie este mai mare, cu atât stabilitatea emulsiei este mai mare. Acest lucru se datorează faptului că vâscozitatea mediului de dispersie este mare, ceea ce împiedică puternic mișcarea browniană a picăturilor de lichid, încetinește coliziunea dintre picături și menține sistemul stabil. Substanțele polimerice care sunt de obicei solubile în emulsii pot crește vâscozitatea sistemului și pot spori stabilitatea emulsiei. În plus, polimerul poate forma și o mască facială la interfață solidă, făcând sistemul de emulsie mai stabil.

În unele cazuri, adăugarea de pulbere solidă poate stabiliza și emulsia. Pulberea solidă nu se află în apă, ulei sau la interfață, în funcție de capacitatea de umectare a uleiului și a apei pe pulberea solidă. Dacă pulberea solidă nu este complet umectată de apă și poate fi umectată de ulei, aceasta va rămâne la interfața apă-ulei.

Motivul pentru care pulberea solidă nu stabilizează emulsia este că pulberea adunată la interfață nu întărește masca facială de la interfață, similar cu moleculele emulgatoare de adsorbție de la interfață. Prin urmare, cu cât particulele de pulbere solidă sunt aranjate mai aproape la interfață, cu atât emulsia va fi mai stabilă.

Agenții tensioactivi au capacitatea de a crește semnificativ solubilitatea compușilor organici insolubili sau ușor solubili în apă după formarea micelelor în soluție apoasă, iar soluția este transparentă în acest moment. Acest efect al micelelor se numește solubilizare. Agenții tensioactivi care pot produce efecte solubilizante se numesc solubilizanți, iar compușii organici solubilizați se numesc compuși solubilizați.

imaginea 3

8. Spumă

Spuma joacă un rol important în procesul de spălare. Spuma se referă la sistemul de dispersie în care gazul este dispersat în lichid sau solid. Gazul este faza de dispersie, iar lichidul sau solidul este mediul de dispersie. Prima se numește spumă lichidă, în timp ce cea de-a doua se numește spumă solidă, cum ar fi plasticul spumos, sticla spumoasă, cimentul spumos etc.

(1) Formarea spumei

Spuma se referă aici la agregarea bulelor separate de o peliculă de lichid. Datorită diferenței mari de densitate dintre faza dispersată (gaz) și mediul dispersat (lichid) și a vâscozității scăzute a lichidului, spuma poate ajunge întotdeauna rapid la nivelul lichidului.

Procesul de formare a spumei constă în aducerea unei cantități mari de gaz în lichid, iar bulele din lichid se întorc rapid la suprafața lichidului, formând un agregat de bule separat de o cantitate mică de lichid și gaz.

Spuma are două caracteristici morfologice remarcabile: una este că bulele, ca fază dispersată, sunt adesea poliedrice, deoarece la intersecția bulelor există o tendință ca pelicula de lichid să devină mai subțire, făcând bulele poliedrice. Când pelicula de lichid devine mai subțire într-o anumită măsură, bulele se vor sparge; în al doilea rând, lichidul pur nu poate forma spumă stabilă, dar lichidul care poate forma spumă este format din cel puțin două sau mai multe componente. Soluția apoasă de surfactant este un sistem tipic pentru generarea ușoară de spumă, iar capacitatea sa de a genera spumă este legată și de alte proprietăți.

Agenții tensioactivi cu o bună capacitate de spumare se numesc agenți de spumare. Deși agentul de spumare are o bună capacitate de spumare, spuma formată poate să nu se mențină mult timp, adică stabilitatea sa poate fi necorespunzătoare. Pentru a menține stabilitatea spumei, la agentul de spumare se adaugă adesea o substanță care poate crește stabilitatea acesteia, numită stabilizator de spumă. Stabilizatorii de spumă utilizați în mod obișnuit sunt lauroil dietanolamina și oxidul de dodecil dimetil amină.

(2) Stabilitatea spumei

Spuma este un sistem instabil termodinamic, iar tendința finală este ca suprafața totală a lichidului din sistem să scadă, iar energia liberă să scadă după spargerea bulelor. Procesul de antispumare este procesul în care pelicula de lichid care separă gazul își schimbă grosimea până când se rupe. Prin urmare, stabilitatea spumei este determinată în principal de viteza de descărcare a lichidului și de rezistența peliculei de lichid. Există și alți factori de influență.

① Tensiunea superficială

Din punct de vedere energetic, o tensiune superficială scăzută este mai favorabilă pentru formarea spumei, dar nu poate garanta stabilitatea acesteia. Tensiunea superficială scăzută, diferența de presiune scăzută, viteza lentă de descărcare a lichidului și subțierea lentă a peliculei de lichid contribuie la stabilitatea spumei.

② Vâscozitatea suprafeței

Factorul cheie care determină stabilitatea spumei este rezistența peliculei lichide, care este determinată în principal de fermitatea peliculei de adsorbție la suprafață, măsurată prin vâscozitatea suprafeței. Experimentele arată că spuma produsă de soluția cu vâscozitate superficială mai mare are o durată de viață mai lungă. Acest lucru se datorează faptului că interacțiunea dintre moleculele adsorbite la suprafață duce la creșterea rezistenței membranei, îmbunătățind astfel durata de viață a spumei.

③ Vâscozitatea soluției

Când vâscozitatea lichidului în sine crește, lichidul din pelicula lichidă nu este ușor de evacuat, iar viteza de subțiere a grosimii peliculei lichide este lentă, ceea ce întârzie timpul de ruptură a peliculei lichide și crește stabilitatea spumei.

④ Efectul de „reparare” al tensiunii superficiale

Agenții tensioactivi adsorbiți pe suprafața peliculei lichide au capacitatea de a rezista expansiunii sau contracției acesteia, ceea ce numim efect de reparare. Acest lucru se datorează faptului că pe suprafață este adsorbit un film lichid de agenți tensioactivi, iar extinderea suprafeței sale va reduce concentrația moleculelor adsorbite la suprafață și va crește tensiunea superficială. Extinderea suplimentară a suprafeței va necesita un efort mai mare. În schimb, contracția suprafeței va crește concentrația moleculelor adsorbite la suprafață, reducând tensiunea superficială și împiedicând contracția ulterioară.

⑤ Difuzia gazului printr-o peliculă lichidă

Datorită existenței presiunii capilare, presiunea bulelor mici din spumă este mai mare decât cea a bulelor mari, ceea ce va face ca gazul din bulele mici să difuzeze în bulele mari de presiune scăzută prin pelicula de lichid, rezultând fenomenul prin care bulele mici devin mai mici, bulele mari devin mai mari și, în final, spuma se sparge. Dacă se adaugă surfactant, spuma va fi uniformă și densă la spumare și nu este ușor de antispumat. Deoarece surfactantul este aranjat strâns pe pelicula de lichid, este dificil să se ventileze, ceea ce face spuma mai stabilă.

⑥ Influența sarcinii superficiale

Dacă pelicula de spumă lichidă este încărcată cu același simbol, cele două suprafețe ale peliculei lichide se vor respinge reciproc, împiedicând subțierea sau chiar distrugerea peliculei lichide. Agenții tensioactivi ionici pot oferi acest efect de stabilizare.

În concluzie, rezistența peliculei lichide este factorul cheie pentru determinarea stabilității spumei. Ca surfactant pentru agenți de spumare și stabilizatori de spumă, etanșeitatea și fermitatea moleculelor adsorbite la suprafață sunt cei mai importanți factori. Atunci când interacțiunea dintre moleculele adsorbite la suprafață este puternică, moleculele adsorbite sunt aranjate strâns, ceea ce nu numai că face ca masca facială de suprafață în sine să aibă o rezistență ridicată, dar face ca soluția adiacentă măștii faciale de suprafață să fie dificil de curs din cauza vâscozității ridicate a suprafeței, astfel încât este relativ dificil pentru pelicula lichidă să se scurgă, iar grosimea peliculei lichide este ușor de menținut. În plus, moleculele de suprafață aranjate strâns pot reduce, de asemenea, permeabilitatea moleculelor de gaz și, astfel, pot crește stabilitatea spumei.

imaginea 4

(3) Distrugerea spumei

Principiul de bază al distrugerii spumei este schimbarea condițiilor de producere a spumei sau eliminarea factorilor de stabilitate ai spumei, așadar există două metode de antispumare, fizică și chimică.

Antispumanrea fizică constă în modificarea condițiilor în care se generează spuma, menținând în același timp compoziția chimică a soluției de spumă neschimbată. De exemplu, perturbarea forței externe, schimbarea temperaturii sau a presiunii și tratamentul cu ultrasunete sunt toate metode fizice eficiente pentru eliminarea spumei.

Metoda de antispumare chimică constă în adăugarea unor substanțe care interacționează cu agentul de spumare, reducând rezistența peliculei lichide din spumă și apoi reducând stabilitatea spumei pentru a atinge scopul antispumant. Astfel de substanțe se numesc antispumanți. Majoritatea antispumanților sunt surfactanți. Prin urmare, conform mecanismului de antispumare, aceștia ar trebui să aibă o capacitate puternică de a reduce tensiunea superficială, să fie ușor adsorbiți la suprafață și să aibă interacțiuni slabe între moleculele adsorbite la suprafață, rezultând o structură relativ liberă a moleculelor adsorbite.

Există diverse tipuri de antispumanți, dar aceștia sunt în mare parte surfactanți neionici. Surfactanții neionici au proprietăți antispumante aproape sau peste punctul lor de turbiditate și sunt utilizați în mod obișnuit ca antispumanți. Alcoolii, în special cei cu structuri ramificate, acizii grași și esterii, poliamidele, fosfații, uleiurile siliconice etc., sunt, de asemenea, utilizați în mod obișnuit ca antispumanți excelenți.

(4) Spumă și spălare

Nu există o relație directă între spumă și efectul de spălare, iar cantitatea de spumă nu înseamnă că efectul de spălare este bun sau rău. De exemplu, performanța de spumare a surfactanților neionici este mult inferioară săpunului, dar puterea lor de curățare este mult mai bună decât cea a săpunului.

În unele cazuri, spuma este utilă în îndepărtarea murdăriei. De exemplu, atunci când spălați vesela acasă, spuma detergentului poate îndepărta picăturile de ulei spălate; atunci când frecați covoarele, spuma ajută la îndepărtarea murdăriei solide, cum ar fi praful și pulberea. În plus, spuma poate fi uneori folosită ca un indicator al eficienței detergentului, deoarece petele de ulei gras pot inhiba spuma detergentului. Când există prea multe pete de ulei și prea puțin detergent, nu va exista spumă sau spuma originală va dispărea. Uneori, spuma poate fi folosită și ca indicator al faptului dacă clătirea este curată. Deoarece cantitatea de spumă din soluția de clătire tinde să scadă odată cu scăderea conținutului de detergent, gradul de clătire poate fi evaluat prin cantitatea de spumă.

9. Procesul de spălare

Într-un sens larg, spălarea este procesul de îndepărtare a componentelor nedorite de pe obiectul spălat și de atingere a unui anumit scop. Spălarea, în sensul obișnuit, se referă la procesul de îndepărtare a murdăriei de pe suprafața unui suport. În timpul spălării, interacțiunea dintre murdărie și suport este slăbită sau eliminată prin acțiunea unor substanțe chimice (cum ar fi detergenții), transformând combinația de murdărie și suport într-o combinație de murdărie și detergent, provocând în cele din urmă desprinderea murdăriei și a suportului. Deoarece obiectele care trebuie spălate și murdăria care trebuie îndepărtată sunt diverse, spălarea este un proces foarte complex, iar procesul de bază al spălării poate fi reprezentat prin următoarea relație simplă.

Purtător • Murdărie+Detergent=Purtător+Murdărie • Detergent

Procesul de spălare poate fi de obicei împărțit în două etape: una este separarea murdăriei de purtătorul său sub acțiunea detergentului; a doua este dispersarea și suspendarea murdăriei detașate în mediu. Procesul de spălare este un proces reversibil, iar murdăria dispersată sau suspendată în mediu poate, de asemenea, să precipite din nou din mediu pe rufe. Prin urmare, un detergent excelent nu ar trebui să aibă doar capacitatea de a detașa murdăria de purtător, ci și o bună capacitate de a dispersa și suspenda murdăria și de a preveni depunerea din nou a murdăriei.

imaginea 5

(1) Tipuri de murdărie

Chiar și pentru același articol, tipul, compoziția și cantitatea de murdărie vor varia în funcție de mediul de utilizare. Murdăria uleioasă de pe corp include în principal uleiuri animale și vegetale, precum și uleiuri minerale (cum ar fi țiței, păcură, gudron de cărbune etc.), în timp ce murdăria solidă include în principal fum, praf, rugină, negru de fum etc. În ceea ce privește murdăria de pe îmbrăcăminte, există murdărie din corpul uman, cum ar fi transpirația, sebumul, sângele etc.; murdărie din alimente, cum ar fi petele de fructe, petele de ulei comestibil, petele de condimente, amidon etc.; murdărie adusă de cosmetice, cum ar fi rujul și oja; murdărie din atmosferă, cum ar fi fumul, praful, solul etc.; alte materiale, cum ar fi cerneala, ceaiul, vopseaua etc. Se poate spune că există tipuri variate și diverse.

Diverse tipuri de murdărie pot fi de obicei împărțite în trei categorii: murdărie solidă, murdărie lichidă și murdărie specială.

① Murdăria solidă obișnuită include particule precum cenușa, noroiul, solul, rugina și negrul de fum. Majoritatea acestor particule au o sarcină superficială, în mare parte negativă, și sunt ușor adsorbite pe obiectele fibroase. În general, murdăria solidă este dificil de dizolvat în apă, dar poate fi dispersată și suspendată de soluțiile de detergenți. Murdăria solidă cu particule mici este dificil de îndepărtat.

② Murdăria lichidă este în mare parte solubilă în ulei, incluzând uleiuri animale și vegetale, acizii grași, alcoolii grași, uleiurile minerale și oxizii acestora. Printre acestea, uleiurile animale și vegetale și acizii grași pot suferi saponificare cu alcali, în timp ce alcoolii grași și uleiurile minerale nu sunt saponificate de alcali, dar se pot dizolva în alcooli, eteri și solvenți organici hidrocarburi și pot fi emulsionate și dispersate de soluțiile apoase de detergenți. Murdăria lichidă solubilă în ulei are, în general, o forță de interacțiune puternică cu obiectele fibroase și se adsorbe ferm pe fibre.

③ Murdăria specială include proteine, amidon, sânge, secreții umane precum transpirația, sebumul, urina, precum și suc de fructe, suc de ceai etc. Majoritatea acestor tipuri de murdărie se pot adsorbi puternic pe obiectele fibroase prin reacții chimice. Prin urmare, spălarea lor este destul de dificilă.

Diverse tipuri de murdărie există rareori singure, adesea amestecate și adsorbite împreună pe obiecte. Murdăria se poate oxida, descompune sau degrada uneori sub influențe externe, rezultând în formarea de murdărie nouă.

(2) Efectul de aderență al murdăriei

Motivul pentru care hainele, mâinile etc. se pot murdări este acela că există un fel de interacțiune între obiecte și murdărie. Există diverse efecte de aderență ale murdăriei pe obiecte, dar acestea sunt în principal aderență fizică și aderență chimică.

① Aderența fizică a scrumului de țigară, prafului, sedimentelor, negrului de fum și a altor substanțe la îmbrăcăminte. În general, interacțiunea dintre murdăria aderentă și obiectul contaminat este relativ slabă, iar 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.

R: Aderența mecanică se referă în principal la aderența murdăriei solide, cum ar fi praful și sedimentele. Aderența mecanică este o metodă slabă de aderență pentru murdărie, care poate fi îndepărtată aproape prin metode mecanice simple. Cu toate acestea, atunci când dimensiunea particulelor de murdărie este mică (<0,1 µm), este mai dificil de îndepărtat.

B: Aderența electrostatică se manifestă în principal prin acțiunea particulelor de murdărie încărcate asupra obiectelor cu sarcini opuse. Majoritatea obiectelor fibroase poartă o sarcină negativă în apă și sunt ușor de aderat de murdăria încărcată pozitiv, cum ar fi varul. Unele murdării, deși încărcate negativ, cum ar fi particulele de negru de fum din soluțiile apoase, pot adera la fibre prin punți ionice formate de ionii pozitivi (cum ar fi Ca2+, Mg2+ etc.) în apă (ionii acționează împreună între mai multe sarcini opuse, acționând ca niște punți).

Electricitatea statică este mai puternică decât simpla acțiune mecanică, ceea ce face relativ dificilă îndepărtarea murdăriei.

③ Îndepărtarea murdăriei speciale

Proteinele, amidonul, secrețiile umane, sucul de fructe, sucul de ceai și alte tipuri de murdărie sunt dificil de îndepărtat cu surfactanți generali și necesită metode speciale de tratament.

Petele de proteine ​​precum cele de smântână, ouă, sânge, lapte și excremente ale pielii sunt predispuse la coagulare și denaturare pe fibre și aderă mai ferm. Pentru murdărirea proteinelor, se poate utiliza protează pentru a o îndepărta. Proteaza poate descompune proteinele din murdărie în aminoacizi sau oligopeptide solubile în apă.

Petele de amidon provin în principal din alimente, în timp ce altele, cum ar fi sucurile de carne, pastele etc. Enzimele din amidon au un efect catalitic asupra hidrolizei petelor de amidon, descompunând amidonul în zaharuri.

Lipaza poate cataliza descompunerea unor trigliceride dificil de îndepărtat prin metode convenționale, cum ar fi sebumul secretat de organismul uman, uleiurile comestibile etc., pentru a descompune trigliceridele în glicerol solubil și acizi grași.

Unele pete colorate de la suc de fructe, suc de ceai, cerneală, ruj etc. sunt adesea dificil de curățat temeinic chiar și după spălări repetate. Acest tip de pată poate fi îndepărtat prin reacții de oxidare-reducere folosind oxidanți sau agenți reducători, cum ar fi înălbitorul, care descompun structura cromoforului sau a grupărilor cromofore și le degradează în componente mai mici, solubile în apă.

Din perspectiva curățătoriei chimice, există aproximativ trei tipuri de murdărie.

① Murdăria solubilă în ulei include diverse uleiuri și grăsimi, care sunt lichide sau unsuroase și solubile în solvenți de curățare chimică.

② Murdăria solubilă în apă este solubilă în soluții apoase, dar insolubilă în agenți de curățare chimică. Se adsorbe pe haine sub formă de soluție apoasă, iar după evaporarea apei, precipită solide granulare precum săruri anorganice, amidon, proteine ​​etc.

③ Murdăria insolubilă în ulei și apă este insolubilă atât în ​​apă, cât și în solvenți de curățare chimică, cum ar fi negrul de fum, diverși silicați metalici și oxizi.

Datorită proprietăților diferite ale diferitelor tipuri de murdărie, există diferite modalități de îndepărtare a murdăriei în timpul procesului de curățare chimică. Murdăria solubilă în ulei, cum ar fi uleiurile animale și vegetale, uleiurile minerale și grăsimile, este ușor solubilă în solvenți organici și poate fi îndepărtată cu ușurință în timpul curățării chimice. Solubilitatea excelentă a solvenților de curățare chimică pentru ulei și grăsime se datorează în esență forțelor van der Waals dintre molecule.

Pentru îndepărtarea murdăriei solubile în apă, cum ar fi sărurile anorganice, zaharurile, proteinele, transpirația etc., este necesar să se adauge și o cantitate adecvată de apă în agentul de curățare chimică, altfel murdăria solubilă în apă este dificil de îndepărtat de pe haine. Însă apa este dificil de dizolvat în agenții de curățare chimică, așa că pentru a crește cantitatea de apă, trebuie adăugați surfactanți. Apa prezentă în agenții de curățare chimică poate hidrata murdăria și suprafața hainelor, facilitând interacțiunea acestora cu grupările polare ale surfactanților, ceea ce este benefic pentru adsorbția surfactanților pe suprafață. În plus, atunci când surfactanții formează micele, murdăria solubilă în apă și apa pot fi solubilizate în micele. Agenții surfactanți nu numai că pot crește conținutul de apă din solvenții de curățare chimică, dar pot preveni și re-depunerea murdăriei, sporind efectul de curățare.

Prezența unei cantități mici de apă este necesară pentru îndepărtarea murdăriei solubile în apă, dar excesul de apă poate provoca deformarea, șifonarea etc. a unor haine, așadar conținutul de apă din detergentul uscat trebuie să fie moderat.

Particulele solide precum cenușa, noroiul, pământul și negrul de fum, care nu sunt nici solubile în apă, nici solubile în ulei, aderă în general la îmbrăcăminte prin adsorbție electrostatică sau prin combinarea cu petele de ulei. În curățarea chimică, curgerea și impactul solvenților pot determina desprinderea murdăriei adsorbite de forțele electrostatice, în timp ce agenții de curățare chimică pot dizolva petele de ulei, provocând desprinderea de pe agentul de curățare chimică a particulelor solide care se combină cu petele de ulei și aderă la haine. Cantitatea mică de apă și surfactanți din agentul de curățare chimică poate suspenda și dispersa stabil particulele solide de murdărie care cad, împiedicându-le să se depună din nou pe haine.
(5) Factorii care afectează efectul de spălare

Adsorbția direcțională a surfactanților la interfață și reducerea tensiunii superficiale (interfaciale) sunt principalii factori pentru îndepărtarea murdăriei lichide sau solide. Însă procesul de spălare este relativ complex și chiar efectul de spălare al aceluiași tip de detergent este afectat de mulți alți factori. Acești factori includ concentrația detergentului, temperatura, natura murdăriei, tipul de fibră și structura țesăturii.

① Concentrația de surfactanți

Micelele de surfactanți din soluție joacă un rol important în procesul de spălare. Când concentrația atinge concentrația critică de micele (cmc), efectul de spălare crește brusc. Prin urmare, concentrația detergentului în solvent trebuie să fie mai mare decât valoarea CMC pentru a obține un efect de spălare bun. Cu toate acestea, atunci când concentrația de surfactanți depășește valoarea CMC, creșterea efectului de spălare devine mai puțin semnificativă, iar creșterea excesivă a concentrației de surfactant este inutilă.
Când se utilizează solubilizarea pentru a îndepărta petele de ulei, chiar dacă concentrația este peste valoarea CMC, efectul de solubilizare crește odată cu creșterea concentrației de surfactant. În acest caz, este recomandabil să se utilizeze detergentul local, cum ar fi pe manșetele și gulerul hainelor unde există multă murdărie. La spălare, se poate aplica mai întâi un strat de detergent pentru a îmbunătăți efectul de solubilizare al surfactanților asupra petelor de ulei.

② Temperatura are un impact semnificativ asupra efectului de curățare. Per total, creșterea temperaturii este benefică pentru îndepărtarea murdăriei, dar uneori temperatura excesivă poate cauza și factori adversi.

O creștere a temperaturii este benefică pentru difuzia murdăriei. Petele solide de ulei se emulsionează ușor atunci când temperatura este peste punctul lor de topire, iar fibrele își cresc și ele gradul de expansiune datorită creșterii temperaturii. Toți acești factori sunt benefici pentru îndepărtarea murdăriei. Cu toate acestea, în cazul țesăturilor dense, micro-spațiile dintre fibre se reduc după expansiunea fibrelor, ceea ce nu este propice îndepărtării murdăriei.

Schimbările de temperatură afectează, de asemenea, solubilitatea, valoarea CMC și dimensiunea micelelor surfactanților, afectând astfel efectul de spălare. Surfactanții cu lanț lung de carbon au o solubilitate mai mică la temperaturi scăzute și uneori chiar mai mică decât valoarea CMC. În acest caz, temperatura de spălare trebuie crescută în mod corespunzător. Efectul temperaturii asupra valorii CMC și a dimensiunii micelelor este diferit pentru surfactanții ionici și neionici. Pentru surfactanții ionici, o creștere a temperaturii duce, în general, la o creștere a valorii CMC și la o scădere a dimensiunii micelelor. Aceasta înseamnă că concentrația surfactanților trebuie crescută în soluția de spălare. Pentru surfactanții neionici, creșterea temperaturii duce la o scădere a valorii CMC și la o creștere semnificativă a dimensiunii micelelor. Se poate observa că o creștere corespunzătoare a temperaturii poate ajuta surfactanții neionici să își exercite activitatea de suprafață. Dar temperatura nu trebuie să depășească punctul lor de turbiditate.

Pe scurt, cea mai potrivită temperatură de spălare este legată de formula detergentului și de obiectul spălat. Unii detergenți au efecte de curățare bune la temperatura camerei, în timp ce alții au efecte de curățare semnificativ diferite pentru spălarea la rece și la cald.

③ Spumă

Oamenii confundă adesea capacitatea de spumare cu efectul de spălare, crezând că detergenții cu o capacitate mare de spumare au efecte de spălare mai bune. Rezultatele arată că efectul de spălare nu este direct legat de cantitatea de spumă. De exemplu, utilizarea detergentului cu spumare redusă pentru spălare nu are un efect de spălare mai slab decât detergentul cu spumare ridicată.

Deși spuma nu are legătură directă cu spălarea, este totuși utilă pentru îndepărtarea murdăriei în anumite situații. De exemplu, spuma lichidului de spălat poate îndepărta picăturile de ulei atunci când se spală vasele manual. La frecarea covorului, spuma poate, de asemenea, să îndepărteze particulele solide de murdărie, cum ar fi praful. Praful reprezintă o proporție mare din murdăria covorului, așa că soluția de curățat covoare ar trebui să aibă o anumită capacitate de spumare.

Puterea de spumare este importantă și pentru șampon. Spuma fină produsă de lichid la spălarea părului sau la îmbăiere oferă o senzație de confort.

④ Tipuri de fibre și proprietăți fizice ale textilelor

Pe lângă structura chimică a fibrelor care afectează aderența și îndepărtarea murdăriei, aspectul fibrelor și structura organizatorică a firelor și țesăturilor au, de asemenea, un impact asupra dificultății de îndepărtare a murdăriei.

Solzii fibrelor de lână și structura plată, asemănătoare unei benzi, a fibrelor de bumbac sunt mai predispuse la acumularea de murdărie decât fibrele netede. De exemplu, negrul de fum lipit de pelicula de celuloză (peliculă adezivă) este ușor de îndepărtat, în timp ce negrul de fum lipit de țesătura de bumbac este dificil de spălat. De exemplu, țesăturile cu fibre scurte din poliester sunt mai predispuse la acumularea de pete de ulei decât țesăturile cu fibre lungi, iar petele de ulei de pe țesăturile cu fibre scurte sunt, de asemenea, mai dificil de îndepărtat decât cele de pe țesăturile cu fibre lungi.

Firele răsucite strâns și țesăturile dense, datorită micilor micro-spații dintre fibre, pot rezista la pătrunderea murdăriei, dar pot împiedica și soluția de curățare să îndepărteze murdăria internă. Prin urmare, țesăturile dense au o bună rezistență la murdărie la început, dar sunt și dificil de curățat odată ce sunt contaminate.

⑤ Duritatea apei

Concentrația ionilor metalici precum Ca2+ și Mg2+ în apă are un impact semnificativ asupra efectului de spălare, în special atunci când surfactanții anionici întâlnesc ionii de Ca2+ și Mg2+ pentru a forma săruri de calciu și magneziu cu solubilitate scăzută, ceea ce le poate reduce capacitatea de curățare. Chiar dacă concentrația de surfactanți este mare în apa dură, efectul lor de curățare este mult mai slab decât în ​​distilare. Pentru a obține cel mai bun efect de spălare al surfactanților, concentrația de ioni de Ca2+ în apă trebuie redusă la sub 1 × 10-6mol/L (CaCO3 trebuie redus la 0,1 mg/L). Acest lucru necesită adăugarea de diverși agenți de înmuiere în detergent.


Data publicării: 16 august 2024