Сила усадки будь-якої одиниці довжини на поверхні рідини називається поверхневим натягом, а одиницею є Н·м-1.
Властивість зменшувати поверхневий натяг розчинника називають поверхневою активністю, а речовина, що володіє такою властивістю, — поверхнево-активною речовиною.
Поверхнево-активна речовина, яка може зв’язувати молекули у водному розчині та утворювати міцели та інші асоціації, має високу поверхневу активність, а також має ефект змочування, емульгування, спінювання, миття тощо, називається поверхнево-активною речовиною.
Поверхнево-активна речовина - це органічні сполуки зі спеціальною структурою та властивостями, які можуть суттєво змінювати міжфазний натяг між двома фазами або поверхневий натяг рідин (зазвичай води), з властивостями змочування, піноутворення, емульгування, миття та інших властивостей.
За структурою поверхнево-активні речовини мають спільну рису в тому, що вони містять у своїх молекулах дві групи різної природи. На одному кінці знаходиться довгий ланцюг неполярної групи, розчинної в олії та нерозчинної у воді, також відомої як гідрофобна група або водовідштовхувальна група. Така водовідштовхувальна група зазвичай складається з довгих ланцюгів вуглеводнів, іноді також для органічного фтору, кремнію, органофосфату, оловоорганічного ланцюга тощо. На іншому кінці знаходиться водорозчинна група, гідрофільна група або група, що відштовхує масло. Гідрофільна група повинна бути достатньо гідрофільною, щоб гарантувати, що цілі поверхнево-активні речовини розчинні у воді та мають необхідну розчинність. Оскільки поверхнево-активні речовини містять гідрофільні та гідрофобні групи, вони можуть бути розчинними принаймні в одній із рідких фаз. Ця гідрофільна і ліпофільна властивість ПАР називається амфіфільністю.
Поверхнево-активна речовина є різновидом амфіфільних молекул як з гідрофобними, так і з гідрофільними групами. Гідрофобні групи поверхнево-активних речовин, як правило, складаються з вуглеводнів з довгим ланцюгом, таких як алкіл з прямим ланцюгом C8~C20, алкіл з розгалуженим ланцюгом C8~C20, алкілфеніл (число вуглецю алкілу становить 8~16) тощо. Різниця, яка є невеликою між гідрофобними групами, полягає головним чином у структурних змінах вуглеводневих ланцюгів. І типів гідрофільних груп більше, тому властивості поверхнево-активних речовин в основному пов’язані з гідрофільними групами на додаток до розміру та форми гідрофобних груп. Структурні зміни гідрофільних груп більші, ніж гідрофобних груп, тому класифікація поверхнево-активних речовин, як правило, базується на структурі гідрофільних груп. Ця класифікація базується на тому, чи є гідрофільна група іонною чи ні, і її поділяють на аніонні, катіонні, неіонні, цвітеріонні та інші спеціальні типи поверхнево-активних речовин.
① Адсорбція поверхнево-активних речовин на межі фаз
Молекули поверхнево-активної речовини є амфіфільними молекулами, які мають як ліпофільні, так і гідрофільні групи. Коли поверхнево-активна речовина розчиняється у воді, її гідрофільна група притягується до води та розчиняється у воді, тоді як її ліпофільна група відштовхується водою та залишає воду, що призводить до адсорбції молекул ПАР (або іонів) на межі розділу двох фаз. , що зменшує міжфазний натяг між двома фазами. Чим більше молекул поверхнево-активної речовини (або іонів) адсорбується на межі розділу, тим більше зменшується міжфазний натяг.
② Деякі властивості адсорбційної мембрани
Поверхневий тиск адсорбційної мембрани: адсорбція поверхнево-активної речовини на межі розділу газ-рідина з утворенням адсорбційної мембрани, наприклад, розміщення знімного плаваючого листа на межі розділу, плаваючий лист штовхає мембрану адсорбенту вздовж поверхні розчину, а мембрана створює тиск на плаваючому листі, що називається поверхневим тиском.
Поверхнева в’язкість: як і поверхневий тиск, поверхнева в’язкість є властивістю нерозчинної молекулярної мембрани. Платинове кільце, підвішене тонким металевим дротом, таким чином, щоб його площина стикалася з поверхнею води резервуара, обертає платинове кільце, платинове кільце за рахунок в’язкості водної перешкоди, амплітуда поступово зменшується, відповідно до якої в’язкість поверхні може бути вимірюваний. Метод такий: спочатку експеримент проводиться на поверхні чистої води, щоб виміряти розпад амплітуди, а потім вимірюється розпад після утворення поверхневої мембрани, і в’язкість поверхневої мембрани виходить з різниці між двома .
Поверхнева в'язкість тісно пов'язана з міцністю поверхневої мембрани, і оскільки адсорбційна мембрана має поверхневий тиск і в'язкість, вона повинна мати еластичність. Чим вище поверхневий тиск і чим вище в'язкість адсорбованої мембрани, тим вище її модуль пружності. Модуль пружності поверхневої адсорбційної мембрани важливий у процесі стабілізації бульбашки.
③ Утворення міцел
Розведені розчини поверхнево-активних речовин підкоряються законам, яким дотримуються ідеальні розчини. Кількість поверхнево-активної речовини, адсорбованої на поверхні розчину, збільшується разом із концентрацією розчину, і коли концентрація досягає або перевищує певне значення, кількість адсорбції більше не збільшується, і ці надлишкові молекули поверхнево-активної речовини знаходяться в розчині безсистемно. або якимось звичайним способом. І практика, і теорія показують, що вони утворюють асоціації в розчині, і ці асоціації називаються міцелами.
Критична концентрація міцел (CMC): Мінімальна концентрація, при якій поверхнево-активні речовини утворюють міцели в розчині, називається критичною концентрацією міцел.
④ Значення CMC звичайних ПАР.
ГЛБ — абревіатура гідрофільного ліпофільного балансу, яка вказує на гідрофільний і ліпофільний баланс гідрофільної та ліпофільної груп ПАР, тобто значення ГЛБ ПАР. Велике значення HLB вказує на молекулу з сильною гідрофільністю та слабкою ліпофільністю; навпаки, сильна ліпофільність і слабка гідрофільність.
① Положення значення HLB
Значення ГЛБ є відносним значенням, тому при розробці значення ГЛБ, як стандарт, значення ГЛБ парафінового воску, який не має гідрофільних властивостей, вказано рівним 0, тоді як значення ГЛБ додецилсульфату натрію, яке є більш розчинний у воді, дорівнює 40. Таким чином, значення ГЛБ поверхнево-активних речовин, як правило, знаходиться в діапазоні від 1 до 40. Взагалі кажучи, емульгатори зі значеннями ГЛБ менше 10 є ліпофільними, а ті, що перевищують 10, є гідрофільними. Таким чином, точка повороту від ліпофільного до гідрофільного становить приблизно 10.
На основі значень HLB поверхнево-активних речовин можна отримати загальне уявлення про їхнє можливе використання, як показано в таблиці 1-3.
Дві взаємно нерозчинні рідини, дисперговані одна в іншій у вигляді частинок (крапель або рідких кристалів), утворюють систему, яка називається емульсією. Ця система є термодинамічно нестійкою через збільшення площі розділу двох рідин при утворенні емульсії. Щоб зробити емульсію стабільною, необхідно додати третій компонент - емульгатор для зниження міжфазної енергії системи. Емульгатор відноситься до поверхнево-активних речовин, його основна функція - виконувати роль емульсії. Фаза емульсії, яка існує у вигляді крапель, називається дисперсною фазою (або внутрішньою фазою, розривною фазою), а інша фаза, яка з’єднана разом, називається дисперсійним середовищем (або зовнішньою фазою, безперервною фазою).
① Емульгатори та емульсії
Звичайні емульсії, одна фаза - це вода або водний розчин, інша фаза - це органічні речовини, які не змішуються з водою, такі як жир, віск тощо. Емульсію, утворену водою та олією, можна розділити на два типи відповідно до ситуації їх дисперсії: олія диспергована у воді з утворенням емульсії типу «олія у воді», виражена як O/W (масло/вода): вода, диспергована в олії з утворенням емульсії типу «олія у воді», виражена як W/O (вода/масло). Також можуть бути утворені комплексні мультиемульсії типу вода-у-маслі-у-воді W/O/W і масло-у-воді-в-олії типу O/W/O.
Емульгатори використовуються для стабілізації емульсій шляхом зниження міжфазного натягу та утворення одномолекулярної межфазної мембрани.
При емульгуванні вимоги до емульгатора:
a: Емульгатор повинен бути здатний адсорбувати або збагачувати межу розділу між двома фазами, щоб зменшити межфазний натяг;
b: Емульгатор повинен надати частинкам заряд, щоб електростатичне відштовхування між частинками або утворювало стабільну високов'язку захисну мембрану навколо частинок.
Тому речовина, що використовується як емульгатор, повинна мати амфіфільні групи, щоб емульгувати, і поверхнево-активні речовини можуть відповідати цій вимозі.
② Методи приготування емульсій і фактори, що впливають на стабільність емульсій
Є два способи приготування емульсій: один полягає у використанні механічного методу для диспергування рідини на дрібні частинки в іншій рідині, який в основному використовується в промисловості для приготування емульсій; інший — розчинити рідину в молекулярному стані в іншій рідині, а потім змусити її правильно зібратися для утворення емульсії.
Стійкість емульсії - це здатність до антиагрегації частинок, що призводить до поділу фаз. Емульсії є термодинамічно нестійкими системами з великою вільною енергією. Отже, так звана стійкість емульсії — це фактично час, необхідний системі для досягнення рівноваги, тобто час, необхідний для відокремлення однієї з рідин у системі.
Коли міжфазна мембрана містить жирні спирти, жирні кислоти, жирні аміни та інші полярні органічні молекули, міцність мембрани значно вища. Це пояснюється тим, що в міжфазному адсорбційному шарі молекул емульгатора та спиртів, кислот, амінів та інших полярних молекул утворюється «комплекс», завдяки чому міцність міжфазної мембрани збільшується.
Емульгатори, що складаються з більш ніж двох поверхнево-активних речовин, називаються змішаними емульгаторами. Змішаний емульгатор, адсорбований на межі вода/масло; міжмолекулярної дії можуть утворювати комплекси. Завдяки сильній міжмолекулярній дії значно знижується міжфазний натяг, значно збільшується кількість адсорбованого на межі розділу емульгатора, підвищується щільність утворення міжфазної мембрани, підвищується міцність.
Заряд рідких кульок істотно впливає на стабільність емульсії. Стійкі емульсії, рідкі кульки яких зазвичай заряджені. Коли використовується іонний емульгатор, іон емульгатора, адсорбований на межі розділу, має свою ліпофільну групу, вставлену в масляну фазу, а гідрофільну групу знаходиться у водній фазі, таким чином роблячи рідкі кульки зарядженими. Оскільки емульсійні кульки мають однаковий заряд, вони відштовхуються один від одного, їх нелегко агломерувати, що підвищує стабільність. Можна побачити, що чим більше іонів емульгатора адсорбовано на кульках, тим більший заряд, тим більша здатність запобігати агломерації кульок, тим стабільнішою є емульсійна система.
Певний вплив на стійкість емульсії має в'язкість дисперсійного середовища емульсії. Як правило, чим вища в'язкість дисперсійного середовища, тим вища стабільність емульсії. Це пояснюється тим, що в’язкість дисперсійного середовища велика, що сильно впливає на броунівський рух рідких кульок і уповільнює зіткнення рідких кульок, завдяки чому система залишається стабільною. Зазвичай полімерні речовини, які можна розчинити в емульсіях, можуть збільшити в'язкість системи і підвищити стабільність емульсій. Крім того, полімери також можуть утворювати міцну міжфазну мембрану, роблячи емульсійну систему більш стабільною.
У деяких випадках додавання твердого порошку також може призвести до стабілізації емульсії. Твердий порошок знаходиться у воді, олії або інтерфейсі, залежно від олії, води на змочувальну здатність твердого порошку, якщо твердий порошок не повністю змочений водою, але також змочений олією, залишиться на воді та олії інтерфейс.
Твердий порошок не робить емульсію стабільною, оскільки порошок, зібраний на межі розділу, посилює межфазну мембрану, яка подібна до міжфазної адсорбції молекул емульгатора, тому чим щільніше твердий порошковий матеріал розташований на межі розділу, тим стабільніший емульсія є.
Поверхнево-активні речовини мають здатність значно підвищувати розчинність нерозчинних або малорозчинних у воді органічних речовин після утворення міцел у водному розчині, причому розчин у цей час прозорий. Цей ефект міцели називається солюбілізацією. Поверхнево-активна речовина, яка може викликати солюбілізацію, називається солюбілізатором, а органічна речовина, яка розчиняється, називається солюбілізованою речовиною.
Важливу роль в процесі прання відіграє піна. Піна — це дисперсійна система, в якій газ диспергований у рідині або твердому тілі, причому газ є дисперсійною фазою, а рідина або тверда речовина — дисперсійним середовищем. Перша називається рідкою піною, а друга — твердою піною, наприклад як спінений пластик, піноскло, спінений цемент тощо.
(1) Утворення піни
Під піною тут ми маємо на увазі сукупність бульбашок повітря, розділених рідкою мембраною. Цей тип бульбашок завжди швидко піднімається до поверхні рідини через велику різницю в густині дисперсної фази (газу) і дисперсійного середовища (рідини) у поєднанні з низькою в'язкістю рідини.
Процес утворення бульбашки полягає у надходженні великої кількості газу в рідину, і бульбашки в рідині швидко повертаються на поверхню, утворюючи сукупність бульбашок, розділених невеликою кількістю рідкого газу.
Піна має дві важливі характеристики з точки зору морфології: одна полягає в тому, що бульбашки як дисперсна фаза часто мають багатогранну форму, це тому, що на перетині бульбашок існує тенденція до тоншої плівки рідини, так що бульбашки стають багатогранний, коли плівка рідини до певної міри стоншується, це призводить до розриву бульбашки; по-друге, чисті рідини не можуть утворювати стійку піну, рідина, яка може утворювати піну, складається принаймні з двох або більше компонентів. Водні розчини поверхнево-активних речовин є типовими для систем, які схильні до утворення піни, і їх здатність утворювати піну також пов'язана з іншими властивостями.
Поверхнево-активні речовини з хорошою піноутворювальною здатністю називаються піноутворювачами. Хоча піноутворювач має гарну піноутворюючу здатність, але утворена піна може не зберігатися протягом тривалого часу, тобто її стабільність не обов’язково є хорошою. Щоб зберегти стабільність піни, часто в піноутворювач додають речовини, які можуть підвищити стабільність піни, речовина називається стабілізатором піни, зазвичай використовуваним стабілізатором є лаурилдіетаноламін і додецилдиметиламіноксид.
(2) Стійкість піни
Піна є термодинамічно нестабільною системою, і кінцевою тенденцією є те, що загальна площа поверхні рідини в системі зменшується після того, як бульбашка розбивається, і вільна енергія зменшується. Процес усунення піни – це процес, під час якого рідка мембрана, що відокремлює газ, стає дедалі тоншою, поки не розірветься. Тому ступінь стійкості піни в основному визначається швидкістю витікання рідини і міцністю плівки рідини. На це також впливають такі фактори.
(3) Руйнування піни
Основним принципом руйнування піни є зміна умов утворення піни або усунення стабілізуючих факторів піни, тому існують як фізичні, так і хімічні методи піноутворення.
Фізичне видалення піни означає зміну умов виробництва піни при збереженні хімічного складу розчину піни, наприклад, зовнішні перешкоди, зміни температури або тиску та ультразвукова обробка – все це ефективні фізичні методи усунення піни.
Хімічний метод піногасіння полягає у додаванні певних речовин для взаємодії з піноутворювачем, щоб зменшити міцність рідкої плівки в піні та, таким чином, зменшити стабільність піни для досягнення мети піноутворення. Такі речовини називаються піногасниками. Більшість піногасників є поверхнево-активними речовинами. Таким чином, згідно з механізмом піногасіння, піногасник повинен мати сильну здатність зменшувати поверхневий натяг, легко адсорбуватися на поверхні, а взаємодія між молекулами поверхневої адсорбції є слабкою, молекули адсорбції розташовані в більш розпушеній структурі.
Існують різні типи піногасників, але в основному всі вони є неіонними поверхнево-активними речовинами. Неіонні поверхнево-активні речовини мають протипінні властивості поблизу або вище температури помутніння і часто використовуються як піногасники. Спирти, особливо спирти з розгалуженою структурою, жирні кислоти та ефіри жирних кислот, поліаміди, фосфатні ефіри, силіконові масла тощо також зазвичай використовуються як чудові піногасники.
(4) Піна та миття
Немає прямого зв’язку між піною та ефективністю прання, а кількість піни не вказує на ефективність прання. Наприклад, неіоногенні поверхнево-активні речовини мають набагато менші піноутворювальні властивості, ніж мило, але знезаражують їх набагато краще, ніж мило.
У деяких випадках піна може бути корисною для видалення бруду та пилу. Наприклад, під час миття посуду вдома піна мийного засобу вбирає краплі масла, а під час чищення килимів піна допомагає вбирати пил, порошок та інший твердий бруд. Крім того, піну іноді можна використовувати як показник ефективності миючого засобу. Оскільки жирні олії мають пригнічуючий ефект на піноутворення мийного засобу, коли олії забагато, а мийного засобу надто мало, піна не утворюється або початкова піна зникне. Піну також іноді можна використовувати як індикатор чистоти полоскання, оскільки кількість піни в розчині для полоскання має тенденцію зменшуватися зі зменшенням кількості миючого засобу, тому кількість піни можна використовувати для оцінки ступеня полоскання.
У широкому розумінні миття - це процес видалення небажаних компонентів з об'єкта миття та досягнення певної мети. Миття в звичайному розумінні відноситься до процесу видалення бруду з поверхні носія. Під час прання взаємодія між брудом і носієм послаблюється або усувається під дією деяких хімічних речовин (наприклад, миючого засобу тощо), так що комбінація бруду та носія змінюється на комбінацію бруду та миючого засобу, і нарешті бруд відділяється від носія. Оскільки предмети, які потрібно мити, і бруд, який потрібно видалити, різноманітні, миття є дуже складним процесом, і основний процес миття можна виразити наступними простими співвідношеннями.
Керрі··Бруд + Миючий засіб= Носій + Бруд·Миючий засіб
Процес прання зазвичай можна розділити на два етапи: по-перше, під дією миючого засобу відбувається відділення бруду від його носія; по-друге, відокремлений бруд диспергується і суспендується в середовищі. Процес миття є оборотним процесом, і бруд, диспергований і зважений у середовищі, також може повторно осідати із середовища на об’єкт, що миється. Тому хороший миючий засіб повинен мати здатність диспергувати та суспендувати бруд і запобігати повторному відкладенню бруду, на додаток до здатності видаляти бруд із носія.
(1) Види бруду
Навіть для одного й того самого предмета тип, склад і кількість бруду можуть відрізнятися залежно від середовища, в якому він використовується. Масляний бруд — це переважно деякі тваринні й рослинні олії та мінеральні масла (такі як сира нафта, мазут, кам’яновугільна смола тощо), твердий бруд — це переважно сажа, зола, іржа, сажа тощо. Що стосується одягу, є забруднення людського тіла, такі як піт, шкірне сало, кров тощо; бруд від їжі, як-от плями від фруктів, рослинної олії, плями від приправ, крохмалю тощо; бруд від косметичних засобів, таких як губна помада, лак для нігтів тощо; бруд з атмосфери, такий як сажа, пил, грязь тощо; інші, такі як чорнило, чай, покриття тощо. Він буває різних типів.
Різноманітні види бруду зазвичай можна розділити на три основні категорії: твердий бруд, рідкий бруд і спеціальний бруд.
① Твердий бруд
Звичайний твердий бруд включає частинки попелу, бруду, землі, іржі та сажі. Більшість із цих частинок мають електричний заряд на поверхні, більшість із них негативно заряджені та можуть легко адсорбуватися на волокнистих предметах. Твердий бруд, як правило, важко розчинити у воді, але його можна диспергувати та суспендувати розчинами миючих засобів. Твердий бруд з меншою точкою маси важче видалити.
② Рідкий бруд
Рідкий бруд здебільшого розчинний у маслі, включаючи рослинні та тваринні олії, жирні кислоти, жирні спирти, мінеральні олії та їх оксиди. Серед них можуть відбуватися омилення рослинних і тваринних олій, жирних кислот і лугів, тоді як жирні спирти, мінеральні олії не омилюються лугами, але можуть бути розчинними в спиртах, ефірах і вуглеводневих органічних розчинниках, а також емульгувати і диспергувати водний розчин миючого засобу. Маслорозчинний рідкий бруд, як правило, має сильну дію на предмети з волокон і міцніше адсорбується на волокнах.
③ Спеціальний бруд
Спеціальний бруд включає білки, крохмаль, кров, людські виділення, такі як піт, шкірне сало, сеча, фруктовий і чайний сік. Більшість цього типу бруду може хімічно та сильно адсорбуватися на волокнистих виробах. Тому його важко мити.
Різні типи бруду рідко зустрічаються окремо, але часто змішуються разом і адсорбуються на об’єкті. Іноді бруд може окислюватися, розкладатися або розкладатися під впливом зовнішнього середовища, створюючи таким чином новий бруд.
（2）Прилипання бруду
Одяг, руки тощо можуть бути забруднені, тому що існує певна взаємодія між об’єктом і брудом. Бруд прилипає до предметів різними способами, але не більше, ніж фізичні та хімічні адгезії.
①Прилипання кіптяви, пилу, бруду, піску та деревного вугілля до одягу є фізичним прилипанням. Взагалі кажучи, через цю адгезію бруду, а роль між заплямованим об’єктом відносно слабка, видалення бруду також відносно легке. Відповідно до різних сил, фізичне зчеплення бруду можна розділити на механічне зчеплення та електростатичне зчеплення.
A: Механічна адгезія
Цей тип адгезії в основному відноситься до адгезії твердого бруду (наприклад, пилу, бруду та піску). Механічна адгезія є однією з слабших форм адгезії бруду, і її можна видалити майже чисто механічними засобами, але коли бруд невеликий (<0,1 мкм), її важче видалити.
B: Електростатична адгезія
Електростатична адгезія в основному проявляється в дії заряджених частинок бруду на протилежно заряджені предмети. Більшість волокнистих об’єктів у воді заряджені негативно, і до них легко прилипає певний позитивно заряджений бруд, наприклад вапно. Деякі забруднення, хоча й негативно заряджені, як-от частинки сажі у водних розчинах, можуть прилипати до волокон через іонні містки (іони між кількома протилежно зарядженими об’єктами, діючи разом з ними подібно до мостів), утворені позитивними іонами у воді (наприклад, , Ca2+, Mg2+ тощо).
Електростатична дія є сильнішою, ніж проста механічна дія, що робить видалення бруду відносно складним.
② Хімічна адгезія
Хімічна адгезія відноситься до явища бруду, що діє на об’єкт через хімічні або водневі зв’язки. Наприклад, полярний твердий бруд, білок, іржа та інша адгезія на волокнистих елементах, волокна містять карбоксильні, гідроксильні, амідні та інші групи, ці групи та масляний бруд жирні кислоти, жирні спирти легко утворюють водневі зв’язки. Хімічні сили, як правило, сильні, тому бруд більш міцно зв’язаний з об’єктом. Такий вид забруднень важко видалити звичайними методами, для боротьби з ними потрібні спеціальні методи.
Ступінь прилипання бруду залежить від природи самого бруду та природи об’єкта, до якого він прилипає. Як правило, частинки легко прилипають до волокнистих предметів. Чим дрібніша текстура твердого бруду, тим міцніша адгезія. Полярний бруд на гідрофільних предметах, таких як бавовна та скло, прилипає сильніше, ніж неполярний бруд. Неполярний бруд прилипає сильніше, ніж полярний бруд, такий як полярні жири, пил і глина, і його важче видалити та очистити.
(3) Механізм видалення бруду
Мета прання - видалити забруднення. У середовищі певної температури (переважно у воді). Використання різних фізичних і хімічних впливів миючого засобу для послаблення або усунення впливу бруду та випраних предметів під дією певних механічних сил (таких як тертя рук, хвилювання пральної машини, вплив води), щоб бруд і вимиті предмети від мети дезактивації.
① Механізм видалення рідкого бруду
A: Змочування
Рідкі забруднення переважно на масляній основі. Масляні плями змочують більшість волокнистих предметів і більш-менш поширюються у вигляді масляної плівки на поверхні волокнистого матеріалу. Першим етапом миття є змочування поверхні мийною рідиною. Для ілюстрації поверхню волокна можна уявити як гладку тверду поверхню.
B: Відшарування масла - механізм завивки
Другим етапом дії миття є видалення олії та жиру, видалення рідкого бруду досягається за допомогою свого роду намотування. Рідкий бруд спочатку існував на поверхні у вигляді розповсюдженої масляної плівки, і під дією переважного змочування миючої рідини на тверду поверхню (тобто поверхню волокон) він поступово скручувався в масляні кульки, які були замінені промивною рідиною та зрештою залишили поверхню під впливом певних зовнішніх сил.
② Механізм видалення твердих забруднень
Видалення рідкого бруду відбувається в основному шляхом переважного змочування носія бруду миючим розчином, тоді як механізм видалення твердого бруду інший, де процес миття в основному стосується змочування маси бруду та його поверхні носія шляхом миття. рішення. Завдяки адсорбції поверхнево-активних речовин на твердому бруді та його несучій поверхні зменшується взаємодія між брудом і поверхнею та знижується міцність зчеплення маси бруду з поверхнею, таким чином маса бруду легко видаляється з поверхні. перевізник.
Крім того, адсорбція поверхнево-активних речовин, особливо іонних поверхнево-активних речовин, на поверхні твердого бруду та його носія потенційно може збільшити поверхневий потенціал на поверхні твердого бруду та його носія, що більше сприяє видаленню бруд. Тверді або загалом волокнисті поверхні зазвичай негативно заряджені у водних середовищах і тому можуть утворювати дифузні подвійні електронні шари на масах бруду чи твердих поверхнях. Внаслідок відштовхування однорідних зарядів послаблюється зчеплення частинок бруду у воді з твердою поверхнею. Коли додається аніонна поверхнево-активна речовина, оскільки вона може одночасно збільшити негативний поверхневий потенціал частинки бруду та твердої поверхні, відштовхування між ними посилюється, сила адгезії частинки знижується, і бруд легше видалити. .
Неіонні поверхнево-активні речовини адсорбуються на зазвичай заряджених твердих поверхнях, і хоча вони суттєво не змінюють міжфазний потенціал, адсорбовані неіонні поверхнево-активні речовини прагнуть утворити певну товщину адсорбованого шару на поверхні, що допомагає запобігти повторному відкладенню бруду.
У випадку катіонних поверхнево-активних речовин їхня адсорбція зменшує або усуває негативний поверхневий потенціал маси бруду та його несучої поверхні, що зменшує відштовхування між брудом і поверхнею і, отже, не сприяє видаленню бруду; крім того, після адсорбції на твердій поверхні катіонні поверхнево-активні речовини мають тенденцію перетворювати тверду поверхню на гідрофобну і, отже, не сприяють зволоженню поверхні і, отже, промиванню.
③ Видалення спеціальних грунтів
Білок, крохмаль, людські виділення, фруктовий сік, сік чаю та інші подібні забруднення важко видалити за допомогою звичайних поверхнево-активних речовин і потребують спеціальної обробки.
Білкові плями, такі як вершки, яйця, кров, молоко та шкірні екскременти, мають тенденцію до згортання на волокнах, дегенерації та отримання міцнішої адгезії. Білкові забруднення можна видалити за допомогою протеаз. Фермент протеаза розщеплює білки в бруді на водорозчинні амінокислоти або олігопептиди.
Крохмальні плями в основному походять від харчових продуктів, таких як соус, клей тощо. Амілаза має каталітичний ефект на гідроліз крохмальних плям, змушуючи крохмаль розщеплюватись на цукор.
Ліпаза каталізує розкладання тригліцеридів, які важко видалити звичайними методами, таких як шкірне сало та харчові олії, і розщеплює їх на розчинний гліцерин і жирні кислоти.
Деякі кольорові плями від фруктових соків, соків чаю, чорнила, губної помади тощо часто важко ретельно очистити навіть після багаторазового прання. Ці плями можна видалити за допомогою окисно-відновної реакції з окислювачем або відновником, таким як відбілювач, який руйнує структуру груп, що утворюють колір або допоміжних груп, і розкладає їх на менші водорозчинні компоненти.
（4）Механізм видалення плям хімчистки
Вищенаведене фактично стосується води як засобу для миття. Фактично, через різні типи одягу та структуру, деякий одяг за допомогою водного прання незручно або нелегко випрати, деякий одяг після прання та навіть деформується, вицвітає тощо, наприклад: більшість натуральних волокон вбирають воду та легко набухає, а також сохне і легко дає усадку, тому після прання буде деформуватися; під час прання вовняних виробів також часто з’являється явище усадки, деякі вовняні вироби з водним пранням також легко піддаються пілінгу, зміні кольору; Деякі шовкові речі погіршуються після прання та втрачають блиск. Для такого одягу часто використовують метод хімчистки для знезараження. Так зване хімчистка зазвичай відноситься до методу прання в органічних розчинниках, особливо в неполярних розчинниках.
Хімчистка є більш щадним видом прання, ніж прання водою. Оскільки хімчистка не вимагає особливих механічних дій, вона не викликає пошкоджень, зминання та деформації одягу, тоді як засоби для хімчистки, на відміну від води, рідко спричиняють розширення та звуження. За умови належного використання цієї технології одяг можна піддавати хімчистці без спотворення, вицвітання кольору та подовження терміну служби.
З точки зору хімчистки, існує три типи забруднень.
①Маслорозчинний бруд Маслорозчинний бруд включає всі види олії та жиру, які є рідкими або жирними та можуть бути розчинені в розчинниках для хімчистки.
②Водорозчинний бруд Водорозчинний бруд розчиняється у водних розчинах, але не в засобах для хімчистки, адсорбується на одязі у водному стані, вода випаровується після випадання зернистих твердих речовин, таких як неорганічні солі, крохмаль, білок тощо.
③Бруд, нерозчинний у маслі та воді. Бруд, нерозчинний у маслі та воді, не розчиняється ні у воді, ні в розчинниках для хімчистки, таких як сажа, силікати різних металів та оксиди тощо.
Через різну природу різних типів бруду існують різні способи видалення бруду в процесі хімчистки. Маслорозчинні забруднення, такі як тваринні та рослинні олії, мінеральні олії та жири, легко розчиняються в органічних розчинниках і їх легше видалити під час хімчистки. Відмінна розчинність розчинників для хімчистки масел і жирів по суті походить від сил Ван-дер-Уоллса між молекулами.
Для видалення розчинних у воді забруднень, таких як неорганічні солі, цукор, білки та піт, до засобу для хімчистки також потрібно додати потрібну кількість води, інакше водорозчинний бруд важко видалити з одягу. Однак вода важко розчиняється в засобі для хімчистки, тому для збільшення кількості води потрібно також додати поверхнево-активні речовини. Наявність води в засобі для хімчистки може зробити поверхню бруду та одягу гідратованою, так що вона легко взаємодіє з полярними групами поверхнево-активних речовин, що сприяє адсорбції поверхнево-активних речовин на поверхні. Крім того, коли поверхнево-активні речовини утворюють міцели, водорозчинний бруд і вода можуть бути розчинені в міцелах. Окрім збільшення вмісту води в розчиннику для хімчистки, поверхнево-активні речовини також можуть відігравати важливу роль у запобіганні повторного відкладення бруду для посилення ефекту знезараження.
Присутність невеликої кількості води необхідна для видалення водорозчинного бруду, але занадто багато води може спричинити деформацію та зминання одягу, тому кількість води в засобі для хімчистки має бути помірною.
Бруд, який не розчиняється ні у воді, ні в маслі, тверді частинки, такі як зола, бруд, земля та сажа, зазвичай прикріплюються до одягу під дією електростатичних сил або в поєднанні з маслом. Під час хімчистки потік розчинника, удар може призвести до адсорбції бруду електростатичною силою, а засіб для хімчистки може розчинити олію, так що комбінація олії та бруду та тверді частинки, прикріплені до одягу, висохнуть. -засіб для чищення, засіб для сухого чищення в невеликій кількості води та поверхнево-активних речовин, щоб тверді частинки бруду могли бути стабільною суспензією, дисперсією, щоб запобігти його повторному відкладенню на одязі.
（5）Фактори, що впливають на дію прання
Спрямована адсорбція поверхнево-активних речовин на межі розділу та зменшення поверхневого (міжфазного) натягу є основними факторами видалення рідкого або твердого бруду. Однак процес прання є складним, і на ефект прання, навіть із тим самим миючим засобом, впливає багато інших факторів. Ці фактори включають концентрацію миючого засобу, температуру, характер забруднення, тип волокна та структуру тканини.
① Концентрація ПАР
Міцели поверхнево-активних речовин у розчині відіграють важливу роль у процесі миття. Коли концентрація досягає критичної концентрації міцел (ККМ), миючий ефект різко зростає. Тому концентрація мийного засобу в розчиннику повинна бути вищою за значення CMC, щоб мати гарний ефект прання. Однак, коли концентрація поверхнево-активної речовини вища за значення CMC, поступове збільшення миючого ефекту неочевидне, і немає необхідності надто збільшувати концентрацію поверхнево-активної речовини.
При видаленні олії шляхом солюбілізації ефект солюбілізації зростає зі збільшенням концентрації поверхнево-активної речовини, навіть якщо концентрація вище CMC. У цей час бажано використовувати миючий засіб локально централізовано. Наприклад, якщо на манжетах і комірі одягу багато бруду, під час прання можна нанести шар мийного засобу, щоб збільшити розчиняючу дію поверхнево-активної речовини на масло.
②Температура має дуже важливий вплив на дію знезараження. Загалом підвищення температури полегшує видалення бруду, але іноді занадто висока температура також може спричинити недоліки.
Підвищення температури сприяє дифузії бруду, тверде мастило легко емульгується при температурах, вищих за температуру плавлення, а волокна розбухають через підвищення температури, усе це сприяє видаленню бруду. Однак у компактних тканинах мікрощілини між волокнами зменшуються, оскільки волокна розширюються, що шкодить видаленню бруду.
Зміни температури також впливають на розчинність, значення CMC і розмір міцел поверхнево-активних речовин, що впливає на ефект миття. Розчинність поверхнево-активних речовин з довгими вуглецевими ланцюгами є низькою при низьких температурах, а іноді розчинність навіть нижча, ніж значення CMC, тому температуру прання слід підвищити відповідно. Вплив температури на значення CMC і розмір міцели різний для іонних і неіонних поверхнево-активних речовин. Для іонних поверхнево-активних речовин підвищення температури зазвичай збільшує значення CMC і зменшує розмір міцел, що означає, що концентрація поверхнево-активної речовини в розчині для миття повинна бути збільшена. Для неіонних поверхнево-активних речовин підвищення температури призводить до зниження значення CMC і значного збільшення об’єму міцели, тому очевидно, що відповідне підвищення температури допоможе неіонним поверхнево-активним речовинам проявити поверхнево-активну дію. . Однак температура не повинна перевищувати температуру помутніння.
Коротше кажучи, оптимальна температура прання залежить від складу миючого засобу та предмета, який миється. Деякі мийні засоби мають хорошу миючу дію при кімнатній температурі, тоді як інші мають різну миючу здатність між холодним і гарячим пранням.
③ Піна
Прийнято плутати піноутворюючу здатність з миючим ефектом, вважаючи, що миючі засоби з високою піноутворюючою дією мають хороший миючий ефект. Дослідження показали, що між ефектом миття та кількістю піни немає прямого зв’язку. Наприклад, прання миючими засобами з низьким утворенням піни не менш ефективне, ніж прання миючими засобами з високим утворенням піни.
Хоча піна не має прямого відношення до миття, бувають випадки, коли вона допомагає видалити бруд, наприклад, під час миття посуду вручну. Під час чищення килимів піна також може видаляти пил та інші тверді частинки бруду, килимовий бруд становить велику частку пилу, тому засоби для чищення килимів повинні мати певну піноутворюючу здатність.
Піноутворювальна здатність також важлива для шампунів, де тонка піна, що утворюється рідиною під час миття голови або купання, створює відчуття змащення волосся та комфорту.
④ Різновиди волокон і фізичні властивості текстилю
На додаток до хімічної структури волокон, яка впливає на адгезію та видалення бруду, зовнішній вигляд волокон і організація пряжі та тканини впливають на легкість видалення бруду.
Лусочки вовняних волокон і вигнуті плоскі стрічки бавовняних волокон частіше накопичують бруд, ніж гладкі волокна. Наприклад, плями сажі на целюлозних плівках (плівки з віскози) легко видалити, а плями сажі на бавовняних тканинах змити важко. Іншим прикладом є те, що тканини з короткими волокнами з поліестеру більш схильні до накопичення масляних плям, ніж тканини з довгими волокнами, а плями від масла з тканин з короткими волокнами також важче видалити, ніж плями від масла з тканин з довгими волокнами.
Щільно скручена пряжа та щільні тканини завдяки невеликому проміжку між волокнами можуть протистояти вторгненню бруду, але це також може перешкоджати пральній рідині, щоб виключити внутрішній бруд, тому щільні тканини починають добре протистояти бруду, але після того, як вони забрудниться прання теж складніше.
⑤ Жорсткість води
Концентрація іонів Ca2+, Mg2+ та інших металів у воді має великий вплив на ефект миття, особливо коли аніонні поверхнево-активні речовини зустрічаються з іонами Ca2+ та Mg2+, утворюючи солі кальцію та магнію, які є менш розчинними та зменшують миючу здатність. У жорсткій воді, навіть якщо концентрація поверхнево-активної речовини висока, миючі властивості все одно набагато гірші, ніж у дистиляції. Щоб поверхнево-активна речовина мала найкращий миючий ефект, концентрацію іонів Ca2+ у воді слід зменшити до 1 x 10-6 моль/л (CaCO3 до 0,1 мг/л) або менше. Це вимагає додавання в миючий засіб різних пом’якшувачів.
Час публікації: 25 лютого 2022 р