Згідно з таблицею, поверхнево-активні речовини, придатні для використання як емульгатори на маслянинах у воді, мають значення HLB від 3,5 до 6, тоді як для емульгаторів води в воді в олії падають від 8 до 18.

② Визначення значень HLB (опущено).

07 емульгування та солюбілізація

Емульсія - це система, утворена, коли одна не звіщена рідина диспергується в іншій у вигляді дрібних частинок (крапель або рідких кристалів). Емульгатор, який є типом ПАР, має важливе значення для стабілізації цієї термодинамічно нестабільної системи за рахунок зменшення міжфазної енергії. Фаза, що існує у формі крапельки в емульсії, називається дисперсною фазою (або внутрішньою фазою), тоді як фаза, що утворює безперервний шар, називається дисперсійною середовищем (або зовнішньою фазою).

① емульгатори та емульсії

Поширені емульсії часто складаються з однієї фази у вигляді води або водного розчину, а другий як органічна речовина, наприклад, олії або віск. Залежно від їх дисперсії, емульсії можна класифікувати як воду в олії (мас./О), де нафта диспергується у воді, або масло-у воді (O/W), де вода дисперсується в олії. Більше того, можуть існувати складні емульсії, такі як W/O/W або O/O/O. Емульгатори стабілізують емульсії, знижуючи міжфазну напругу та утворюючи мономолекулярні мембрани. Емульгатор повинен адсорбувати або накопичуватися на інтерфейсі для зниження міжфазного напруги та надання зарядів до крапель, генерування електростатичного відштовхування або утворення захисної плівки високої тривалості навколо частинок. Отже, речовини, що використовуються як емульгатори, повинні володіти амфіфільними групами, які можуть забезпечити поверхнево -активні речовини.

② Методи підготовки емульсії та факторів, що впливають на стабільність

Існує два основні методи підготовки емульсій: механічні методи дисперсують рідини в крихітні частинки в іншій рідині, тоді як другий метод передбачає розчинення рідини в молекулярній формі в іншій і змушує їх належним чином агрегати. Стабільність емульсії відноситься до її здатності протистояти агрегації частинок, що призводить до поділу фаз. Емульсії - це термодинамічно нестабільні системи з більш високою вільною енергією, тому їх стабільність відображає час, необхідний для досягнення рівноваги, тобто часу, який потрібен для того, щоб рідина відокремлена від емульсії. Коли жирні спирти, жирні кислоти та жирні аміни присутні в міжфазній плівці, сила мембрани значно збільшується, оскільки полярні органічні молекули утворюють комплекси в адсорбованому шарі, підсилюючи міжфазну мембрану.

Емульгатори, що складаються з двох або більше поверхневих речовин, називаються змішаними емульгаторами. Змішані емульгатори адсорбують на інтерфейсі водопостачання, а молекулярні взаємодії можуть утворювати комплекси, які значно знижують міжфазну напругу, збільшуючи кількість адсорбату та утворюючи щільніші, сильніші міжфазні мембрани.

Електрично заряджені краплі зокрема впливають на стабільність емульсій. У стабільних емульсіях крапельки зазвичай несуть електричний заряд. Коли використовуються іонні емульгатори, гідрофобний кінець іонних поверхнево -активних речовин включається в нафтову фазу, тоді як гідрофільний кінець залишається у водній фазі, надаючи заряд до крапель. Як і заряди між крапельками, викликають відштовхування та запобігання злиття, що підвищує стабільність. Таким чином, чим більша концентрація іонів емульгату, адсорбованих на крапельках, тим більший їх заряд і чим вище стабільність емульсії.

В'язкість дисперсійного середовища також впливає на стабільність емульсії. Як правило, більш високі засоби в'язкості покращують стабільність, оскільки вони сильніші перешкоджають броунівським рухом крапель, уповільнюючи ймовірність зіткнень. Високомолекулярні речовини, які розчиняються в емульсії, можуть збільшити середню в'язкість та стабільність. Крім того, високомолекулярні речовини можуть утворювати надійні міжфазні мембрани, ще більше стабілізуючи емульсію. У деяких випадках додавання твердих порошків може аналогічно стабілізувати емульсії. Якщо тверді частинки повністю змочуються водою і можуть бути змоченими олією, вони будуть зберігатися на інтерфейсі водопостачання. Суцільні порошки стабілізують емульсію, посилюючи плівку, коли вони скупчуються на інтерфейсі, як і адсорбовані поверхнево -активні речовини.

Поверхнево -активні речовини можуть значно підвищити розчинність органічних сполук, які є нерозчинними або трохи розчинними у воді після утворення міцел у розчині. У цей час рішення видається чітким, і ця здатність називається солюбілізацією. Поверхнево -активні речовини, які можуть сприяти солюбілізації, називаються солюбілізаторами, тоді як органічні сполуки солюбілізуються, називаються солюбілятами.

08 піни

Піна відіграє вирішальну роль у процесах миття. Піна відноситься до дисперсійної системи газу, диспергованої в рідині або твердих речовинах, з газом як дисперсована фаза та рідина або тверда речовина як дисперсійна середовище, відома як рідка піна або тверда піна, наприклад пінопластова пластмаса, пінопласт та пінопласт.

(1) Формування піни

Термін піна відноситься до колекції повітряних бульбашок, розділених рідкими плівками. Через значну різницю щільності між газом (дисперсною фазою) та рідиною (дисперсійне середовище) та низьку в'язкість рідини, бульбашки газу швидко піднімаються на поверхню. Формування піни передбачає включення великої кількості газу в рідину; Потім бульбашки швидко повертаються на поверхню, створюючи сукупність бульбашок повітря, розділених мінімальною рідиною плівкою. Піна має дві виразні морфологічні характеристики: по -перше, газові бульбашки часто припускають багатогранну форму, оскільки тонка рідка плівка на перехресті бульбашок має тенденцію до тонкої, в кінцевому рахунку призводить до розриву бульбашок. По -друге, чисті рідини не можуть утворювати стабільну піну; Принаймні два компоненти повинні бути присутніми для створення піни. Розчин ПАР-це типова система пінопласту, піноутворення якої пов'язана з іншими її властивостями. Поверхнево -активні речовини з хорошою піноутворенням називаються піноутворюючими агентами. Хоча піноутворюючі агенти виявляють хороші можливості піноутворення, піна, яку вони генерують, може тривати недовго, це означає, що їх стабільність не гарантується. Для підвищення стабільності піни можуть бути додані речовини, які підвищують стабільність; Вони називаються стабілізаторами, із звичайними стабілізаторами, включаючи лаврил діетаноламін та оксиди додецил -диметил аміну.

(2) стабільність піни

Піна - це термодинамічно нестабільна система; Її природне прогресування призводить до розриву, тим самим зменшуючи загальну площу рідини та зменшуючи вільну енергію. Процес дефомування передбачає поступове витончення рідкої плівки, що розділяє газ, поки не відбудеться розрив. На ступінь стабільності піни в першу чергу впливає швидкість дренажу рідини та міцність рідкої плівки. Впливові фактори включають:

① Поверхневий натяг: з енергетичної точки зору, нижній поверхневий натяг сприяє утворенню піни, але не гарантує стабільність піни. Низький поверхневий натяг вказує на менший диференціал тиску, що призводить до повільнішого дренажу рідини та потовщення рідкої плівки, обидва вони сприяють стабільності.

② Поверхнева в'язкість: Ключовим фактором стабільності піни є міцність рідкої плівки, в першу чергу, визначається надійністю поверхневої адсорбційної плівки, вимірюваної поверхневою в'язкістю. Експериментальні результати свідчать про те, що розчини з високою поверхневою в'язкістю виробляють більш тривалу піну через посилену молекулярну взаємодію в адсорбовій плівці, що значно підвищує міцність мембрани.

③ Розчин в'язкість: Більш висока в'язкість у самій рідині уповільнює дренаж рідини з мембрани, тим самим продовжуючи термін експлуатації рідини до розриву, підвищуючи стабільність піни.

④ Дія поверхневого натягу "відновлення": поверхнево -активні речовини, адсорбовані мембраною, можуть протидіяти розширенню або скороченню поверхні плівки; Це називається ремонтною дією. Коли поверхнево -активні речовини адсорбуються до рідкої плівки та розширюють її площу поверхні, це зменшує концентрацію ПАР на поверхні та збільшує поверхневий натяг; І навпаки, скорочення призводить до збільшення концентрації ПАР на поверхні і згодом зменшує поверхневий натяг.

⑤ Дифузія газу через рідку плівку: Через капілярний тиск менші бульбашки, як правило, мають більший внутрішній тиск порівняно з більшими бульбашками, що призводить до дифузії газу з невеликих бульбашок у більші, внаслідок чого невеликі бульбашки скорочуються і більші виростають, в кінцевому рахунку призводять до колапсу піни. Послідовне застосування поверхнево -активних речовин створює рівномірні, тонко розподілені бульбашки та гальмує розфасування. З поверхнево -активними речовинами, щільно упакованими на рідку плівку, перешкоджає дифузія газу, тим самим підвищуючи стабільність піни.

⑥ Ефект поверхневого заряду: Якщо пінопластова плівка несе той самий заряд, дві поверхні відштовхуватимуть один одного, заважаючи плівці проріджуватися або зламати. Іонні поверхнево -активні речовини можуть забезпечити цей стабілізуючий ефект. Підсумовуючи, міцність рідкої плівки є вирішальним фактором, що визначає стабільність піни. Поверхнево -активні речовини, що діють як піноутворюючі засоби та стабілізатори, повинні робити тісно упаковану поверхневу поглинену молекули, оскільки це суттєво впливає на міжфазну молекулярну взаємодію, посилюючи силу самої поверхневої плівки і, таким чином, запобігаючи витіканням рідини від сусідньої плівки, що робить стабільність піни більш досяжною.

(3) знищення піни

Основний принцип руйнування піни передбачає зміну умов, що виробляють піну або усунення стабілізуючих факторів піни, що призводить до фізичних та хімічних методів дефомування. Фізичне дефомінг підтримує хімічний склад пінового розчину, змінюючи такі умови, як зовнішні порушення, температура або зміни тиску, а також ультразвукову обробку, всі ефективні методи усунення піни. Хімічна дефомінг відноситься до додавання певних речовин, які взаємодіють з піноутворюючими агентами, щоб знизити міцність рідкої плівки всередині піни, знижуючи стабільність піни та досягнення дефомування. Такі речовини називаються дефоамерами, більшість з яких - поверхнево -активні речовини. Дефоамери, як правило, мають помітну здатність зменшувати поверхневий натяг і можуть легко адсорбувати до поверхонь із слабкою взаємодією між складовими молекулами, створюючи таким чином слабко розташовану молекулярну структуру. Типи дефоамерів різноманітні, але вони, як правило, неіонні поверхнево -активні речовини, з розгалуженими спиртами, жирними кислотами, ефірами жирних кислот, поліамідами, фосфатами та силіконовими маслами, які зазвичай використовуються як відмінні дефоамери.

(4) піна та очищення

Кількість піни не безпосередньо співвідноситься з ефективністю очищення; Більше піни не означає кращого прибирання. Наприклад, неіонні поверхнево -активні речовини можуть виробляти менше піни, ніж мило, але вони можуть мати чудові можливості очищення. Однак у певних умовах піна може сприяти видаленню бруду; Наприклад, піна з миття посуду допомагає у перенесенні жиру, в той час як очищення килимів дозволяє піну видалити бруд і тверді забруднення. Більше того, піна може сигналізувати про ефективність миючого засобу; Надмірна жирна жир часто гальмує утворення міхурів, викликаючи або відсутність піни, або зменшуючи існуючу піну, що свідчить про низьку ефективність миючого засобу. Крім того, піна може слугувати показником чистоти промивання, оскільки рівень піни у воді для полоскання часто зменшується при менших концентраціях миючих засобів.

09 Процес прання

Загалом, миття - це процес видалення небажаних компонентів з об'єкта, що очищається для досягнення певної мети. У спільному рівні промивання відноситься до видалення бруду з поверхні носія. Під час промивання певні хімічні речовини (як миючі засоби) діють на послаблення або усунення взаємодії між брудом і носієм, перетворюючи зв’язок між брудом і носієм у зв’язок між брудом і миючим засобом, що дозволяє їх розділити. Зважаючи на те, що об'єкти, які слід очистити, і бруд, який потребує видалення, може сильно відрізнятися, миття - це складний процес, який можна спростити у наступному відношенні:

Носій • бруд + миючий засіб = носій + бруд • миючий засіб. Процес миття, як правило, може бути розділений на два етапи:

1. Бруд відокремлюється від носія під дією миючого засобу;

2. Відокремлений бруд розповсюджується і підвішується в середовищі. Процес промивання є оборотним, тобто дисперсований або зважений бруд може потенційно повернутись на очищений предмет. Таким чином, ефективним миючим засобам не тільки потрібна здатність відірвати бруд від перевізника, але й розсіювати та призупинити бруд, запобігаючи його переселенню.

(1) Типи бруду

Навіть один предмет може накопичувати різні типи, композиції та кількість бруду залежно від контексту його використання. Масляна бруд складається в основному з різних тваринних та рослинних масел та мінеральних олій (як сира нафта, мазут, вугілля тощо); Тверда бруд включає частинки, такі як сажа, пил, іржа та вуглець. Щодо одягу бруду, він може походити з людських виділень, таких як піт, шкір і кров; Плями, пов'язані з їжею, такі як плями з фруктами або олією та приправи; залишки від косметики, як помада та лак для нігтів; Атмосферні забруднювачі, як дим, пил та ґрунт; і додаткові плями, як чорнило, чай та фарба. Цей різновид бруду, як правило, можна класифікувати на тверді, рідкі та спеціальні типи.

① Тверда бруд: Поширені приклади включають сажі, грязі та пилові частинки, більшість з яких, як правило, мають заряди - часто негативно заряджені - що легко дотримуються волокнистих матеріалів. Тверда бруд, як правило, менш розчинна у воді, але може бути диспергована та суспендована в миючих засобах. Частинки менше 0,1 мкм можуть бути особливо складними для видалення.

② Рідкий бруд: До них належать жирні речовини, які є маслянистими, що містять тваринні олії, жирні кислоти, жирні спирти, мінеральні олії та їх оксиди. У той час як тваринні та рослинні олії та жирні кислоти можуть реагувати з лугами, утворюючи мило, жирні спирти та мінеральні олії не зазнають омилення, а можуть бути розчинені спиртами, ефірами та органічними вуглеводами, і можуть бути емульговані та дисперговані розчинами миючих засобів. Рідка жирна бруд, як правило, міцно дотримується волокнистих матеріалів через сильні взаємодії.

③ Спеціальний бруд: Ця категорія складається з білків, крохмалів, крові та людських виділень, таких як піт та сеча, а також фруктові та чайні соки. Ці матеріали часто міцно зв'язуються з волокнами за допомогою хімічних взаємодій, що ускладнює їх вимивання. Різні типи бруду рідко існують незалежно, скоріше вони поєднуються разом і колективно дотримуються поверхонь. Часто під зовнішніми впливами бруд може окислювати, розкладатися або розпадатися, створюючи нові форми бруду.

(2) Адгезія бруду

Бруд чіпляється за такі матеріали, як одяг та шкіра через певні взаємодії між предметом і брудом. Сила клею між брудом і об'єктом може бути наслідком фізичної або хімічної адгезії.

① Фізична адгезія: адгезія бруду, як сажа, пил і грязь, значною мірою передбачає слабкі фізичні взаємодії. Як правило, ці типи бруду можна видалити відносно легко завдяки їх слабшій адгезії, яка в основному виникає з механічних або електростатичних сил.

A: Механічна адгезія **: Це, як правило, стосується твердого бруду, як пил або пісок, який дотримується механічними засобами, що порівняно легко видалити, хоча меншими частинками під 0,1 мкм досить важко очистити.

B: Електростатична адгезія **: Це передбачає заряджені частинки бруду, що взаємодіють з протилежно зарядженими матеріалами; Зазвичай волокнисті матеріали несуть негативні заряди, що дозволяє їм залучати позитивно заряджених прихильників, як певні солі. Деякі негативно заряджені частинки все ще можуть накопичуватися на цих волокнах через іонні мости, утворені позитивними іонами в розчині.

② Хімічна адгезія: Це стосується бруду, що дотримується об'єкта через хімічні зв’язки. Наприклад, полярний твердий бруд або такі матеріали, як іржа, мають тенденцію міцно дотримуватися через хімічні зв’язки, утворені з функціональними групами, такими як карбоксильні, гідроксильні або амінові групи, присутні у волокнистих матеріалах. Ці зв’язки створюють більш сильні взаємодії, що ускладнює видалення такого бруду; Для ефективного очищення може знадобитися спеціальні методи лікування. Ступінь адгезії бруду залежить як від властивостей самого бруду, так і від властивостей поверхні, до якої вона дотримується.

(3) Механізми видалення бруду

Мета промивання - усунути бруд. Це передбачає використання різноманітних фізичних та хімічних дій миючих засобів для послаблення або усунення адгезії між брудом та промитою предметами за допомогою механічних сил (як ручне очищення, агітація пральної машини або вплив води), в кінцевому рахунку, що призводить до поділу бруду.

① Механізм видалення рідини

Відповідь: Мокрота: Більшість рідких бруду є жирною і має тенденцію до мокри різних волокнистих предметів, утворюючи жирну плівку на своїх поверхнях. Перший крок у миттях - це дія миючого засобу, яка спричиняє змочування поверхні.
B: Механізм розгортання для видалення нафти: Другий крок видалення рідинних бруду відбувається через процес розгортання. Рідкий бруд, який поширюється як плівка на поверхні, прогресивно котиться в краплі через переважне змочування волокнистої поверхні рідини, в кінцевому рахунку замінюється миттям рідини.

② Механізм видалення твердого бруду

На відміну від рідкого бруду, видалення твердого бруду покладається на здатність промивання рідини змочити як частинки бруду, так і поверхню носійного матеріалу. Адсорбція ПАР на поверхнях твердого бруду і носія зменшує їх сили взаємодії, тим самим знижуючи міцність адгезії частинок бруду, полегшуючи їх видалення. Крім того, поверхнево -активні речовини, особливо іонні поверхнево -активні речовини, можуть збільшити електричний потенціал твердого бруду та поверхневого матеріалу, полегшуючи подальше видалення.

Неіонні ПАР, як правило, адсорбують на загально заряджених твердих поверхнях і можуть утворювати значний адсорбований шар, що призводить до зменшення переселення бруду. Однак катіонні поверхнево -активні речовини можуть зменшити електричний потенціал бруду та поверхні носія, що призводить до зменшення відштовхування та перешкоджає видаленням бруду.

③ Видалення спеціального бруду

Типові миючі засоби можуть боротися з впертими плямами з білків, крохмалів, крові та тілесних виділень. Такі ферменти, як протеаза, можуть ефективно видалити білкові плями, розбиваючи білки в розчинні амінокислоти або пептиди. Аналогічно, крохмаль може розкладатися на цукри амілазою. Ліпази можуть допомогти розкладатися домішок триацилгліцерину, які часто важко видалити звичайними засобами. Плями з фруктових соків, чаю або чорнила іноді потребують окислювальних агентів або редукторів, які реагують на кольорові групи, щоб погіршити їх у більш водорозчинні фрагменти.

(4) Механізм сухого очищення

Вищезгадані точки стосуються насамперед миття водою. Однак, через різноманітність тканин, деякі матеріали можуть не реагувати на промивання води, що призводить до деформації, вицвітання кольору тощо. Багато природних волокон розширюються, коли вологих і легко скорочуються, що призводить до небажаних структурних змін. Таким чином, для цього текстилю часто перевагу, як правило, використання органічних розчинників.

Сухе очищення більш м'яким порівняно з мокрим промиванням, оскільки воно мінімізує механічну дію, яка може пошкодити одяг. Для ефективного видалення бруду при сухому чистці бруд класифікується на три основні типи:

① Розчинний бруд: Сюди входять олії та жири, які легко розчиняються в сухих очисних розчинниках.

② Водорозчинна бруд: Цей тип може розчинятися у воді, але не у розчинниках сухого очищення, що включає неорганічні солі, крохмалі та білки, які можуть кристалізуватися після випаровування води.

③ Бруд, який не є ні нафтовим, ні водорозчинним: Сюди входять такі речовини, як вуглець і металеві силікати, які не розчиняються ні в жодному середовищі.

Кожен тип бруду вимагає різних стратегій для ефективного видалення під час очищення сухого. Розчинний нафторозчинний бруд методологічно видаляється за допомогою органічних розчинників через їх чудову розчинність у неполярних розчинниках. Для водорозчинних плям адекватна вода повинна бути присутньою в сухому очисному засобі, оскільки вода має вирішальне значення для ефективного видалення бруду. На жаль, оскільки вода має мінімальну розчинність у засобах з очищення сухих, поверхнево -активних речовин часто додають, щоб допомогти інтегрувати воду.

Поверхнево-активні речовини підвищують здатність до очищення для води та сприяють забезпеченню солюбілізації водорозчинних домішок всередині міцел. Крім того, поверхнево -активні речовини можуть гальмувати бруд від формування нових родовищ після промивання, підвищення ефективності очищення. Невелике додавання води є важливим для видалення цих домішок, але надмірна кількість може призвести до спотворення тканини, тим самим вимагаючи збалансованого вмісту води в розчині сухого очищення.

(5) Фактори, що впливають на промивання

Адсорбція ПАР на інтерфейсах та результатом зменшення міжфазного напруги є вирішальним для видалення рідини або твердого бруду. Однак миття по суті складне, впливають численні фактори для навіть подібних типів миючих засобів. Ці фактори включають концентрацію миючих засобів, температуру, властивості бруду, типи волокон та структуру тканини.

① Концентрація ПАР: Міцела, утворені поверхнево -активними речовинами, відіграють ключову роль у миттях. Ефективність промивання різко збільшується, коли концентрація перевершує критичну концентрацію міцели (CMC), отже, миючі засоби слід застосовувати в концентраціях, що перевищують CMC для ефективного промивання. Однак концентрація миючих засобів вище прибутку від прибутку CMC, що робить зайву концентрацію непотрібною.

② Вплив температури: температура має глибокий вплив на ефективність очищення. Як правило, більш високі температури полегшують видалення бруду; Однак надмірне тепло може мати несприятливі ефекти. Підвищення температури, як правило, сприяє дисперсії бруду, а також може спричинити емульгування жирного бруду. Однак у щільно сплетених тканинах підвищена температура, що виготовляє волокна, набрякає, може ненавмисно знизити ефективність видалення.

Коливання температури також впливають на розчинність поверхнево -активності, CMC та міцели, тим самим впливаючи на ефективність очищення. Для багатьох поверхнево-активних речовин довгих ланцюгів менші температури знижують розчинність, іноді нижче власної CMC; Таким чином, для оптимальної функції може знадобитися відповідне потепління. Вплив температури на CMC та міцели відрізняються для іонних та неіонних поверхнево -активних речовин: підвищення температури, як правило, підвищує CMC іонних поверхнево -активних речовин, тим самим потребуючи коригування концентрації.

③ Піна: Існує поширена помилка, що пов'язує здатність до піноутворення з ефективністю миття - більше піни не дорівнює чудовому миттям. Емпіричні дані свідчать про те, що миючі засоби з низьким вмістом можуть бути однаково ефективними. Однак піна може сприяти видаленню бруду в певних застосуванні, наприклад, у миттям посуду, де піна допомагає витіснити жир або в чистку килимів, де вона піднімає бруд. Більше того, присутність піни може вказувати, чи функціонують миючі засоби; Надлишок жиру може гальмувати утворення піни, при цьому зменшення піни означає зниження концентрації миючого засобу.

④ Властивості типу волокна та текстильні властивості: Поза хімічною структурою зовнішній вигляд та організація волокон впливають на адгезію бруду та труднощі з видаленням. Волокна з грубими або плоскими конструкціями, як вовна або бавовна, як правило, вловлюють бруд легше, ніж гладкі волокна. Тісно сплетені тканини можуть спочатку протистояти накопиченню бруду, але можуть перешкоджати ефективному промиванню через обмежений доступ до захопленого бруду.

⑤ Твердість води: Концентрації Ca²⁺, Mg²⁺ та інших металевих іонів суттєво впливають на результати промивання, особливо для аніонних поверхнево -активних речовин, які можуть утворювати нерозчинні солі, що зменшують ефективність очищення. У твердій воді навіть при адекватній концентрації ПАР, ефективність очищення падає в порівнянні з дистильованою водою. Для оптимальних продуктивності ПАР, концентрація Ca²⁺ повинна бути зведена до мінімуму до 1 × 10 ⁻⁶ моль/л (Caco₃ нижче 0,1 мг/л), що часто вимагає включення водних агентів у формулюванні миючих засобів.