Сила сжатия любой единицы длины на поверхности жидкости называется поверхностным натяжением и измеряется в Н·м-1.
Свойство растворителя снижать поверхностное натяжение называют поверхностной активностью, а вещество, обладающее этим свойством, — поверхностно-активным веществом.
Поверхностно-активное вещество, способное связывать молекулы в водном растворе и образовывать мицеллы и другие ассоциации, а также обладать высокой поверхностной активностью, а также оказывать смачивающее, эмульгирующее, пенообразующее, моющее и т. д., называется поверхностно-активным веществом.
ПАВ – это органические соединения с особой структурой и свойствами, которые могут существенно изменять межфазное натяжение между двумя фазами или поверхностное натяжение жидкостей (обычно воды), обладая смачивающими, пенообразующими, эмульгирующими, моющими и другими свойствами.
По строению поверхностно-активные вещества имеют общую особенность: они содержат в своих молекулах две группы разной природы. На одном конце находится длинная цепь неполярной группы, растворимой в масле и нерастворимой в воде, также известной как гидрофобная группа или водоотталкивающая группа. Такая водоотталкивающая группа обычно представляет собой длинные цепи углеводородов, иногда также органические фтористые, кремниевые, фосфаторганические, оловоорганические цепи и т. д. На другом конце находится водорастворимая группа, гидрофильная группа или маслоотталкивающая группа. Гидрофильная группа должна быть достаточно гидрофильной, чтобы гарантировать, что все поверхностно-активные вещества растворимы в воде и обладают необходимой растворимостью. Поскольку ПАВ содержат гидрофильные и гидрофобные группы, они могут быть растворимы хотя бы в одной из жидких фаз. Это гидрофильное и липофильное свойство ПАВ называется амфифильностью.
Поверхностно-активное вещество представляет собой разновидность амфифильных молекул с гидрофобными и гидрофильными группами. Гидрофобные группы поверхностно-активных веществ обычно состоят из длинноцепочечных углеводородов, таких как алкил C8~C20 с прямой цепью, алкил C8~C20 с разветвленной цепью, алкилфенил (томное число алкильных атомов углерода составляет 8~16) и т.п. Небольшое различие между гидрофобными группами заключается главным образом в структурных изменениях углеводородных цепей. А типов гидрофильных групп больше, поэтому свойства ПАВ в основном связаны с гидрофильными группами помимо размера и формы гидрофобных групп. Структурные изменения гидрофильных групп больше, чем у гидрофобных групп, поэтому классификация поверхностно-активных веществ обычно основана на строении гидрофильных групп. Эта классификация основана на том, является ли гидрофильная группа ионной или нет, и ее подразделяют на анионные, катионные, неионные, цвиттерионные и другие специальные типы поверхностно-активных веществ.
① Адсорбция поверхностно-активных веществ на границе раздела
Молекулы поверхностно-активных веществ представляют собой амфифильные молекулы, имеющие как липофильные, так и гидрофильные группы. Когда ПАВ растворяется в воде, его гидрофильная группа притягивается к воде и растворяется в воде, а его липофильная группа отталкивается водой и оставляет воду, что приводит к адсорбции молекул (или ионов) ПАВ на границе раздела двух фаз. , что уменьшает межфазное натяжение между двумя фазами. Чем больше молекул (или ионов) поверхностно-активного вещества адсорбируется на границе раздела, тем больше снижается межфазное натяжение.
② Некоторые свойства адсорбционной мембраны
Поверхностное давление адсорбционной мембраны: Адсорбция поверхностно-активного вещества на границе раздела газ-жидкость с образованием адсорбционной мембраны, например, размещение съемного плавающего листа без трения на границе раздела, плавающий лист толкает адсорбирующую мембрану вдоль поверхности раствора, и мембрана создает давление. на плавающем листе, что называется поверхностным давлением.
Поверхностная вязкость: как и поверхностное давление, поверхностная вязкость является свойством нерастворимой молекулярной мембраны. Подвешенное на платиновом кольце из тонкой металлической проволоки, так что его плоскость соприкасается с поверхностью воды резервуара, вращайте платиновое кольцо, платиновое кольцо из-за вязкости водного препятствия, амплитуда постепенно затухает, в соответствии с чем поверхностная вязкость может быть измерено. Метод таков: сначала эксперимент проводится на поверхности чистой воды для измерения затухания амплитуды, затем измеряется затухание после образования поверхностной мембраны, а вязкость поверхностной мембраны определяется из разницы между двумя значениями. .
Поверхностная вязкость тесно связана с твердостью поверхностной мембраны, а поскольку адсорбционная мембрана обладает поверхностным давлением и вязкостью, она должна обладать эластичностью. Чем выше поверхностное давление и чем выше вязкость адсорбированной мембраны, тем выше ее модуль упругости. Модуль упругости поверхностной адсорбционной мембраны важен в процессе стабилизации пузырьков.
③ Образование мицелл
Разбавленные растворы ПАВ подчиняются законам, которым следуют идеальные растворы. Количество ПАВ, адсорбированных на поверхности раствора, увеличивается с увеличением концентрации раствора, а когда концентрация достигает или превышает определенное значение, количество адсорбции уже не увеличивается, и эти избыточные молекулы ПАВ оказываются в растворе в случайном порядке. способом или каким-то обычным способом. И практика, и теория показывают, что в растворе они образуют ассоциации, и эти ассоциации называются мицеллами.
Критическая концентрация мицелл (ККМ). Минимальная концентрация, при которой поверхностно-активные вещества образуют мицеллы в растворе, называется критической концентрацией мицелл.
④ Значения ККМ обычных поверхностно-активных веществ.
ГЛБ представляет собой аббревиатуру гидрофильно-липофильного баланса, которая указывает на гидрофильный и липофильный баланс гидрофильных и липофильных групп поверхностно-активного вещества, т.е. значение ГЛБ поверхностно-активного вещества. Большое значение ГЛБ указывает на молекулу с сильной гидрофильностью и слабой липофильностью; и наоборот, сильная липофильность и слабая гидрофильность.
① Положения о значении HLB
Значение ГЛБ является относительным значением, поэтому при определении значения ГЛБ в качестве стандарта значение ГЛБ парафина, не обладающего гидрофильными свойствами, указывается равным 0, а значение ГЛБ додецилсульфата натрия, которое составляет более водорастворимый, равен 40. Следовательно, значение ГЛБ поверхностно-активных веществ обычно находится в диапазоне от 1 до 40. Вообще говоря, эмульгаторы со значениями ГЛБ менее 10 являются липофильными, а более 10 - гидрофильными. Таким образом, точка поворота от липофильного к гидрофильному составляет около 10.
На основе значений ГЛБ поверхностно-активных веществ можно получить общее представление об их возможном использовании, как показано в Таблице 1-3.
Две взаимно нерастворимые жидкости, одна из которых диспергирована в другой в виде частиц (капель или жидких кристаллов), образуют систему, называемую эмульсией. Эта система термодинамически неустойчива из-за увеличения площади границы двух жидкостей при образовании эмульсии. Чтобы сделать эмульсию стабильной, необходимо добавить третий компонент – эмульгатор для снижения межфазной энергии системы. Эмульгатор относится к поверхностно-активным веществам, его основная функция – играть роль эмульсии. Фаза эмульсии, существующая в виде капель, называется дисперсной фазой (или внутренней фазой, дискретной фазой), а другая фаза, связанная вместе, называется дисперсионной средой (или внешней фазой, непрерывной фазой).
① Эмульгаторы и эмульсии
Обычные эмульсии, одна фаза представляет собой воду или водный раствор, другая фаза - органические вещества, не смешивающиеся с водой, такие как жир, воск и т. д. Эмульсии, образованные водой и маслом, можно разделить на два типа в зависимости от их дисперсионной ситуации: масло диспергируется в воде с образованием эмульсии типа масло в воде, выраженной как М/В (масло/вода): вода, диспергированная в масле с образованием эмульсии типа масло в воде, выраженной как М/М (вода/масло). Могут также образовываться комплексные мультиэмульсии типа вода-в-масле-в-воде/В/М/В и типа масло-в-воде-масле М/В/М.
Эмульгаторы используются для стабилизации эмульсий за счет снижения межфазного натяжения и формирования одномолекулярной межфазной мембраны.
При эмульгировании требования к эмульгаторам:
а: Эмульгатор должен быть способен адсорбировать или обогащать границу раздела между двумя фазами, чтобы межфазное натяжение уменьшалось;
б: Эмульгатор должен придать частицам заряд так, чтобы между частицами возникло электростатическое отталкивание, или образовать вокруг частиц стабильную высоковязкую защитную мембрану.
Следовательно, вещество, используемое в качестве эмульгатора, должно иметь амфифильные группы для эмульгирования, и этому требованию могут соответствовать поверхностно-активные вещества.
② Способы приготовления эмульсий и факторы, влияющие на стабильность эмульсий.
Существует два способа приготовления эмульсий: первый — механический метод диспергирования жидкости на мелкие частицы в другой жидкости, который чаще всего используется в промышленности для приготовления эмульсий; другой — растворить жидкость в молекулярном состоянии в другой жидкости, а затем заставить ее правильно собраться в эмульсии.
Стабильность эмульсии – это способность противодействовать агрегации частиц, что приводит к разделению фаз. Эмульсии представляют собой термодинамически нестабильные системы с большой свободной энергией. Поэтому так называемая стабильность эмульсии — это фактически время, необходимое для достижения системой равновесия, т. е. время, необходимое для того, чтобы произошло разделение одной из жидкостей в системе.
Когда межфазная мембрана содержит жирные спирты, жирные кислоты, жирные амины и другие полярные органические молекулы, прочность мембраны значительно выше. Это связано с тем, что в межфазном адсорбционном слое молекулы эмульгатора и спирты, кислоты, амины и другие полярные молекулы образуют «комплекс», так что прочность межфазной мембраны увеличивается.
Эмульгаторы, состоящие из более чем двух поверхностно-активных веществ, называются смешанными эмульгаторами. Смешанный эмульгатор, адсорбированный на границе раздела вода/масло; межмолекулярное действие может образовывать комплексы. За счет сильного межмолекулярного действия существенно снижается межфазное натяжение, существенно увеличивается количество адсорбированного на границе раздела эмульгатора, увеличивается плотность образования межфазной мембраны, увеличивается прочность.
Заряд жидких шариков оказывает существенное влияние на стабильность эмульсии. Стабильные эмульсии, жидкие шарики которых обычно заряжены. При использовании ионного эмульгатора липофильная группа иона эмульгатора, адсорбированного на границе раздела фаз, вводится в масляную фазу, а гидрофильная группа находится в водной фазе, что делает жидкие шарики заряженными. Поскольку шарики эмульсии с одинаковым зарядом отталкивают друг друга, их нелегко агломерировать, что повышает стабильность. Видно, что чем больше ионов эмульгатора адсорбировано на гранулах, тем больше заряд, тем больше способность предотвращать агломерацию гранул, тем стабильнее эмульсионная система.
Вязкость эмульсионной дисперсионной среды оказывает определенное влияние на стабильность эмульсии. Как правило, чем выше вязкость дисперсионной среды, тем выше стабильность эмульсии. Это связано с тем, что вязкость дисперсионной среды велика, что сильно влияет на броуновское движение жидких шариков и замедляет столкновение между жидкими шариками, так что система остается стабильной. Обычно растворяемые в эмульсиях полимерные вещества позволяют повысить вязкость системы и повысить стабильность эмульсий. Кроме того, полимеры также могут образовывать прочную межфазную мембрану, делая эмульсионную систему более стабильной.
В некоторых случаях добавление твердого порошка также может привести к стабилизации эмульсии. Твердый порошок находится в воде, масле или на границе раздела, в зависимости от масла, вода зависит от смачивающей способности твердого порошка, если твердый порошок не полностью смачивается водой, но также смачивается маслом, останется на воде и масле. интерфейс.
Твердый порошок не делает эмульсию стабильной, поскольку порошок, собранный на границе раздела, усиливает межфазную мембрану, что аналогично межфазной адсорбции молекул эмульгатора, поэтому чем плотнее твердый порошковый материал расположен на границе раздела, тем стабильнее эмульсия есть.
ПАВ обладают способностью значительно увеличивать растворимость нерастворимых или малорастворимых в воде органических веществ после образования мицелл в водном растворе, при этом раствор в это время является прозрачным. Этот эффект мицеллы называется солюбилизацией. Поверхностно-активное вещество, которое может вызывать солюбилизацию, называется солюбилизатором, а солюбилизированное органическое вещество называется солюбилизированным веществом.
Пена играет важную роль в процессе стирки. Пена представляет собой дисперсионную систему, в которой газ диспергирован в жидкости или твердом теле, причем газ является дисперсной фазой, а жидкость или твердое вещество — диспергирующей средой, причем первая называется жидкой пеной, а вторая — твердой пеной, например как пенопласт, пеностекло, пеноцемент и т. д.
(1) Образование пены
Под пеной здесь понимают совокупность пузырьков воздуха, разделенных жидкой мембраной. Пузырьки такого типа всегда быстро поднимаются к поверхности жидкости из-за большой разницы плотностей дисперсной фазы (газа) и дисперсионной среды (жидкости) в сочетании с низкой вязкостью жидкости.
Процесс образования пузырька заключается в попадании в жидкость большого количества газа, при этом пузырьки в жидкости быстро возвращаются на поверхность, образуя совокупность пузырьков, разделенных небольшим количеством жидкого газа.
Пена имеет две важные характеристики с точки зрения морфологии: первая заключается в том, что пузырьки как дисперсная фаза часто имеют многогранную форму, потому что на пересечении пузырьков существует тенденция к утончению пленки жидкости, в результате чего пузырьки становятся многогранный, когда пленка жидкости до определенной степени истончается, это приводит к разрыву пузырька; во-вторых, чистые жидкости не могут образовывать устойчивую пену, жидкость, способная образовывать пену, состоит как минимум из двух и более компонентов. Водные растворы ПАВ типичны для систем, склонных к пенообразованию, причем их способность к пенообразованию связана и с другими свойствами.
Поверхностно-активные вещества с хорошей пенообразующей способностью называются пенообразователями. Хотя пенообразователь обладает хорошей пенообразующей способностью, образовавшаяся пена может не сохраняться в течение длительного времени, то есть ее стабильность не обязательно является хорошей. Чтобы сохранить стабильность пены, часто в пенообразователь добавляют вещества, которые могут повысить стабильность пены, это вещество называется стабилизатором пены, обычно используемым стабилизатором является лаурилдиэтаноламин и оксид додецилдиметиламина.
(2) Стабильность пены
Пена представляет собой термодинамически нестабильную систему, и конечная тенденция заключается в том, что общая площадь поверхности жидкости внутри системы уменьшается после разрушения пузырька и уменьшается свободная энергия. Процесс пенообразования — это процесс, при котором жидкая мембрана, разделяющая газ, становится все толще и тоньше, пока не разорвется. Поэтому степень устойчивости пены в основном определяется скоростью истечения жидкости и прочностью пленки жидкости. На это также влияют следующие факторы.
(3) Разрушение пены
Основной принцип разрушения пены заключается в изменении условий образования пены или устранении стабилизирующих факторов пены, при этом существуют как физические, так и химические методы пенообразования.
Физическое пеногашение означает изменение условий образования пены при сохранении химического состава раствора пены, например, внешние воздействия, изменения температуры или давления, а также ультразвуковая обработка – все это эффективные физические методы устранения пены.
Метод химического пеногасителя заключается в добавлении определенных веществ для взаимодействия с пенообразователем для уменьшения прочности жидкой пленки в пене и, таким образом, снижения стабильности пены для достижения цели пеногасления, такие вещества называются пеногасителями. Большинство пеногасителей являются поверхностно-активными веществами. Следовательно, согласно механизму пенообразования, пеногаситель должен обладать сильной способностью снижать поверхностное натяжение, легко адсорбироваться на поверхности, а взаимодействие между поверхностными адсорбционными молекулами должно быть слабым, адсорбционные молекулы расположены в более рыхлой структуре.
Существуют различные типы пеногасителей, но в основном все они представляют собой неионогенные поверхностно-активные вещества. Неионогенные поверхностно-активные вещества обладают пеногасящими свойствами вблизи или выше точки помутнения и часто используются в качестве пеногасителей. В качестве отличных пеногасителей также широко используются спирты, особенно спирты с разветвленной структурой, жирные кислоты и сложные эфиры жирных кислот, полиамиды, фосфатные эфиры, силиконовые масла и т.д.
(4) Пена и мытье
Прямой связи между пеной и эффективностью стирки нет, а количество пены не говорит об эффективности стирки. Например, неионогенные поверхностно-активные вещества обладают гораздо меньшими пенообразующими свойствами, чем мыло, но их обеззараживание намного лучше, чем у мыла.
В некоторых случаях пена может помочь удалить грязь и копоть. Например, при мытье посуды в домашних условиях пена моющего средства собирает капли масла, а при чистке ковров пена помогает собрать пыль, порошок и другую твердую грязь. Кроме того, пену иногда можно использовать как показатель эффективности моющего средства. Поскольку жирные масла подавляют пену моющего средства, при слишком большом количестве масла и слишком малом количестве моющего средства пена не образуется или первоначальная пена исчезает. Пену также иногда можно использовать как индикатор чистоты полоскания, поскольку количество пены в растворе для полоскания имеет тенденцию уменьшаться с уменьшением количества моющего средства, поэтому количество пены можно использовать для оценки степени полоскания.
В широком смысле мытье – это процесс удаления нежелательных компонентов из моющегося предмета и достижения какой-либо цели. Под стиркой в обычном понимании понимается процесс удаления загрязнений с поверхности носителя. При стирке взаимодействие между грязью и носителем ослабляется или устраняется действием некоторых химических веществ (например, моющих средств и т. д.), так что комбинация грязи и носителя превращается в комбинацию грязи и моющего средства, и наконец, грязь отделяется от носителя. Поскольку предметы, подлежащие стирке, и удаляемые загрязнения разнообразны, стирка представляет собой очень сложный процесс, и основной процесс стирки можно выразить следующими простыми соотношениями.
Кэрри··Грязь + Моющее средство = Носитель + Грязь·Моющее средство
Процесс стирки обычно можно разделить на два этапа: во-первых, под действием моющего средства грязь отделяется от ее носителя; во-вторых, отделенная грязь рассеивается и суспендируется в среде. Процесс мытья является обратимым процессом, и грязь, диспергированная и суспендированная в среде, также может повторно осаждаться из среды на промываемый объект. Следовательно, хорошее моющее средство должно обладать способностью диспергировать и суспендировать грязь и предотвращать повторное осаждение грязи в дополнение к способности удалять грязь с носителя.
(1) Типы загрязнений
Даже для одного и того же предмета тип, состав и количество загрязнений могут различаться в зависимости от среды, в которой он используется. Грязь масляного тела - это в основном некоторые животные и растительные масла и минеральные масла (такие как сырая нефть, мазут, каменноугольная смола и т. д.), твердая грязь - это в основном сажа, зола, ржавчина, технический углерод и т. д. Что касается грязи на одежде, присутствуют загрязнения человеческого тела, такие как пот, кожное сало, кровь и т. д.; загрязнения от пищевых продуктов, такие как пятна от фруктов, пятна от кулинарного масла, пятна от приправ, крахмала и т. д.; грязь от косметики, например, от помады, лака для ногтей и т. д.; грязь из атмосферы, например, сажа, пыль, грязь и т. д.; другие, такие как чернила, чай, покрытие и т. д. Они бывают разных типов.
Различные типы грязи обычно можно разделить на три основные категории: твердая грязь, жидкая грязь и специальная грязь.
① Твердая грязь
Обычная твердая грязь включает частицы золы, грязи, земли, ржавчины и технического углерода. Большинство этих частиц имеют электрический заряд на своей поверхности, большинство из них заряжены отрицательно и легко адсорбируются на волокнистых предметах. Твердые загрязнения, как правило, трудно растворить в воде, но их можно диспергировать и суспендировать растворами моющих средств. Твердые загрязнения с точкой меньшей массы удалить труднее.
② Жидкая грязь
Жидкие загрязнения преимущественно маслорастворимы, включая растительные и животные масла, жирные кислоты, жирные спирты, минеральные масла и их оксиды. Среди них могут встречаться растительные и животные масла, жирные кислоты и щелочное омыление, тогда как жирные спирты, минеральные масла не омыляются щелочью, но могут быть растворимы в спиртах, эфирах и углеводородных органических растворителях, а также эмульгирование и диспергирование водного раствора моющего средства. Маслорастворимая жидкая грязь обычно оказывает сильное воздействие на волокнистые предметы и более прочно адсорбируется на волокнах.
③ Особая грязь
К особым загрязнениям относятся белки, крахмал, кровь, выделения человека, такие как пот, кожное сало, моча, фруктовый сок и чайный сок. Большая часть этого типа грязи может химически и сильно адсорбироваться на волокнистых предметах. Поэтому мыть сложно.
Различные типы грязи редко встречаются по отдельности, а часто смешиваются и адсорбируются на предмете. Иногда грязь может окисляться, разлагаться или разлагаться под внешними воздействиями, создавая тем самым новую грязь.
(2) Прилипание грязи
Одежда, руки и т. д. могут остаться испачканными, поскольку между предметом и грязью происходит какое-то взаимодействие. Грязь прилипает к предметам разными способами, но это не более чем физическое и химическое прилипание.
①Прилипание сажи, пыли, грязи, песка и угля к одежде является физическим прилипанием. Вообще говоря, благодаря такому прилипанию грязи и относительно слабой роли окрашенного объекта удаление грязи также происходит относительно легко. В зависимости от различных сил физическое прилипание грязи можно разделить на механическое прилипание и электростатическое прилипание.
А: Механическая адгезия
Этот тип адгезии в основном относится к прилипанию некоторых твердых загрязнений (например, пыли, грязи и песка). Механическая адгезия является одной из самых слабых форм прилипания грязи и может быть удалена почти чисто механическими средствами, но когда грязь небольшая (<0,1 мкм), ее труднее удалить.
B: Электростатическая адгезия
Электростатическая адгезия проявляется главным образом при действии заряженных частиц грязи на противоположно заряженные предметы. Большинство волокнистых предметов в воде заряжены отрицательно, и к ним легко может прилипнуть определенная положительно заряженная грязь, например, известняк. Некоторые загрязнения, хотя и отрицательно заряженные, например, частицы технического углерода в водных растворах, могут прилипать к волокнам через ионные мостики (ионы между несколькими противоположно заряженными объектами, действующие вместе с ними по принципу мостика), образованные положительными ионами в воде (например, , Ca2+, Mg2+ и др.).
Электростатическое воздействие сильнее, чем простое механическое воздействие, что затрудняет удаление грязи.
② Химическая адгезия
Химическая адгезия означает явление воздействия грязи на объект посредством химических или водородных связей. Например, полярная твердая грязь, белок, ржавчина и другие адгезии на волокнистых предметах, волокна содержат карбоксильные, гидроксильные, амидные и другие группы, эти группы и маслянистые загрязнения, жирные кислоты, жирные спирты легко образуют водородные связи. Химические силы, как правило, сильны, поэтому грязь более прочно связывается с объектом. Этот вид загрязнений сложно удалить обычными методами и для борьбы с ним требуются специальные методы.
Степень прилипания грязи зависит от природы самой грязи и природы объекта, к которому она прилипла. Обычно частицы легко прилипают к волокнистым предметам. Чем мельче текстура твердой грязи, тем сильнее адгезия. Полярная грязь на гидрофильных предметах, таких как хлопок и стекло, прилипает сильнее, чем неполярная грязь. Неполярная грязь прилипает сильнее, чем полярная грязь, такая как полярные жиры, пыль и глина, и ее труднее удалить и очистить.
(3) Механизм удаления грязи
Цель мытья – удалить грязь. В среде определенной температуры (преимущественно вода). Использование различных физических и химических эффектов моющего средства для ослабления или устранения воздействия грязи и вымытых предметов под действием определенных механических сил (таких как трение рук, перемешивание стиральной машины, воздействие воды), так что грязь и вымытые предметы с целью обеззараживания.
① Механизм удаления жидкой грязи
А: смачивание
Жидкие загрязнения в основном имеют масляную основу. Масляные пятна смачивают большинство волокнистых предметов и распространяются в виде масляной пленки на поверхность волокнистого материала. Первым этапом моющего действия является смачивание поверхности моющей жидкостью. Для иллюстрации поверхность волокна можно представить как гладкую твердую поверхность.
B: Маслосъемный механизм – механизм завивки
Вторым этапом моющего действия является удаление масла и жира, удаление жидкой грязи достигается своеобразным наматыванием. Жидкая грязь изначально существовала на поверхности в виде растекшейся масляной пленки, а под преимущественным смачивающим действием моющей жидкости на твердую поверхность (т. е. поверхность волокна) она шаг за шагом сворачивалась в масляные шарики, которые были заменены промывочной жидкостью и в конечном итоге покинули поверхность под действием определенных внешних сил.
② Механизм удаления твердых загрязнений
Удаление жидких загрязнений происходит в основном за счет преимущественного смачивания грязеносителя моющим раствором, тогда как механизм удаления твердых загрязнений иной, где процесс мытья заключается в основном в смачивании грязеносителя и его несущей поверхности моющим средством. решение. За счет адсорбции ПАВ на твердой грязи и ее несущей поверхности снижается взаимодействие грязи с поверхностью и снижается прочность сцепления грязной массы с поверхностью, благодаря чему грязная масса легко удаляется с поверхности. перевозчик.
Кроме того, адсорбция поверхностно-активных веществ, особенно ионных поверхностно-активных веществ, на поверхности твердой грязи и ее носителя потенциально может увеличить поверхностный потенциал на поверхности твердой грязи и ее носителя, что в большей степени способствует удалению грязь. Твердые или, как правило, волокнистые поверхности в водных средах обычно отрицательно заряжены и поэтому могут образовывать диффузные двойные электронные слои на грязных массах или твердых поверхностях. За счет отталкивания однородных зарядов ослабляется сцепление частиц грязи в воде с твердой поверхностью. Когда добавляется анионное поверхностно-активное вещество, поскольку оно может одновременно увеличивать отрицательный поверхностный потенциал частицы грязи и твердой поверхности, отталкивание между ними усиливается, прочность сцепления частиц снижается, и грязь легче удалить. .
Неионогенные поверхностно-активные вещества адсорбируются на обычно заряженных твердых поверхностях, и хотя они существенно не изменяют межфазный потенциал, адсорбированные неионогенные поверхностно-активные вещества имеют тенденцию образовывать на поверхности адсорбированный слой определенной толщины, что помогает предотвратить повторное осаждение грязи.
В случае катионных поверхностно-активных веществ их адсорбция уменьшает или устраняет отрицательный поверхностный потенциал массы грязи и ее несущей поверхности, что уменьшает отталкивание между грязью и поверхностью и, следовательно, не способствует удалению грязи; кроме того, после адсорбции на твердой поверхности катионные поверхностно-активные вещества имеют тенденцию превращать твердую поверхность в гидрофобную и, следовательно, не способствуют смачиванию поверхности и, следовательно, мытью.
③ Удаление особых загрязнений
Белок, крахмал, человеческие выделения, фруктовый сок, чайный сок и другие подобные загрязнения трудно удалить обычными поверхностно-активными веществами и требуют специальной обработки.
Белковые пятна, такие как сливки, яйца, кровь, молоко и кожные выделения, имеют тенденцию коагулировать на волокнах, дегенерировать и приобретать более сильную адгезию. Белковые загрязнения можно удалить с помощью протеаз. Фермент протеаза расщепляет белки грязи на водорастворимые аминокислоты или олигопептиды.
Крахмальные пятна в основном возникают от пищевых продуктов, а также от подливки, клея и т. д. Амилаза оказывает каталитическое действие на гидролиз крахмальных пятен, вызывая расщепление крахмала на сахара.
Липаза катализирует разложение триглицеридов, которые трудно удалить обычными методами, таких как кожное сало и пищевые масла, и расщепляет их на растворимый глицерин и жирные кислоты.
Некоторые цветные пятна от фруктовых соков, чайного сока, чернил, губной помады и т. д. зачастую трудно тщательно очистить даже после неоднократной стирки. Эти пятна можно удалить с помощью окислительно-восстановительной реакции с окислителем или восстановителем, например отбеливателем, который разрушает структуру цветообразующих или вспомогательных цветных групп и разлагает их на более мелкие водорастворимые компоненты.
（4）Механизм удаления пятен при химической чистке
На самом деле вышеизложенное относится к воде как средству стирки. Фактически, из-за различных типов одежды и структуры, некоторую одежду, использующую стирку в воде, неудобно или нелегко стирать, некоторую одежду после стирки даже деформируют, выцветают и т. д., например: большинство натуральных волокон впитывают воду и легко набухает, сохнет и легко дает усадку, поэтому после стирки будет деформироваться; при стирке шерстяных изделий также часто появляется явление усадки, некоторые шерстяные изделия при стирке в воде также легко скатываются, меняют цвет; После стирки некоторые шелковые изделия становятся хуже на ощупь и теряют блеск. Для такой одежды часто используют метод химчистки для обеззараживания. Так называемая химчистка обычно относится к методу стирки в органических растворителях, особенно в неполярных растворителях.
Сухая чистка – более щадящая форма стирки, чем стирка в воде. Поскольку химическая чистка не требует большого механического воздействия, она не вызывает повреждений, складок и деформации одежды, а средства для химической чистки, в отличие от воды, редко вызывают расширение и сжатие. При правильном обращении с технологией одежду можно сдавать в химчистку без деформации, выгорания цвета и увеличения срока службы.
Что касается химической чистки, существует три основных типа загрязнений.
①Маслорастворимые загрязнения К маслорастворимым загрязнениям относятся все виды масел и жиров, которые могут быть жидкими или жирными и могут растворяться в растворителях для химической чистки.
②Водорастворимая грязь Водорастворимая грязь растворима в водных растворах, но не в средствах химической чистки, адсорбируется на одежде в водном состоянии, вода испаряется после осаждения гранулированных твердых веществ, таких как неорганические соли, крахмал, белок и т. д.
③Нерастворимые в масле и воде загрязнения. Нерастворимые в масле и воде загрязнения не растворяются ни в воде, ни в растворителях для химической чистки, таких как сажа, силикаты различных металлов и оксиды и т. д.
Из-за разной природы различных типов загрязнений существуют разные способы удаления загрязнений в процессе химической чистки. Маслорастворимые загрязнения, такие как животные и растительные масла, минеральные масла и жиры, легко растворяются в органических растворителях и их легче удалить при химической чистке. Отличная растворимость растворителей для химической чистки масел и смазок, по существу, обусловлена действием сил Ван-дер-Вальса между молекулами.
Для удаления водорастворимых загрязнений, таких как неорганические соли, сахара, белки и пот, в средство для химической чистки необходимо также добавить нужное количество воды, иначе водорастворимые загрязнения будет трудно удалить с одежды. Однако вода плохо растворяется в средстве для химической чистки, поэтому для увеличения количества воды нужно добавлять еще и поверхностно-активные вещества. Присутствие воды в средстве химической чистки может сделать поверхность грязи и одежды гидратированной, благодаря чему они могут легко взаимодействовать с полярными группами поверхностно-активных веществ, что способствует адсорбции поверхностно-активных веществ на поверхности. Кроме того, когда поверхностно-активные вещества образуют мицеллы, водорастворимые загрязнения и вода могут растворяться в мицеллах. Помимо увеличения содержания воды в растворителе для химической чистки, поверхностно-активные вещества также могут играть роль в предотвращении повторного осаждения грязи, усиливая эффект обеззараживания.
Присутствие небольшого количества воды необходимо для удаления водорастворимых загрязнений, однако слишком большое количество воды может привести к деформации и сморщиванию некоторой одежды, поэтому количество воды в средстве для химической чистки должно быть умеренным.
Твердые частицы, такие как зола, грязь, земля и сажа, которые не являются ни водорастворимыми, ни маслорастворимыми, обычно прилипают к одежде под действием электростатических сил или в сочетании с маслом. При химической чистке поток растворителя, удар может вызвать адсорбцию грязи электростатической силой, а средство химической чистки может растворить масло, так что сочетание масла и грязи и твердых частиц, прикрепленных к одежде, удаляется в сухой чистке. -Чистящее средство, средство для химической чистки в небольшом количестве воды и поверхностно-активные вещества, благодаря чему твердые частицы грязи могут образовывать стабильную суспензию, дисперсию, чтобы предотвратить ее повторное осаждение на одежду.
（5）Факторы, влияющие на моющее действие
Направленная адсорбция ПАВ на границе раздела фаз и снижение поверхностного (межфазного) натяжения являются основными факторами удаления жидких или твердых загрязнений. Однако процесс стирки сложен, и на эффект стирки даже с использованием одного и того же типа моющего средства влияет множество других факторов. К этим факторам относятся концентрация моющего средства, температура, характер загрязнения, тип волокна и структура ткани.
① Концентрация ПАВ
Мицеллы ПАВ в растворе играют важную роль в процессе стирки. Когда концентрация достигает критической концентрации мицеллообразования (ККМ), моющий эффект резко возрастает. Следовательно, для обеспечения хорошего моющего эффекта концентрация моющего средства в растворителе должна быть выше значения КМЦ. Однако когда концентрация поверхностно-активного вещества превышает значение ККМ, постепенное увеличение моющего эффекта не является очевидным, и нет необходимости слишком сильно увеличивать концентрацию поверхностно-активного вещества.
При удалении масла путем солюбилизации эффект солюбилизации увеличивается с увеличением концентрации ПАВ, даже если концентрация превышает ККМ. В это время целесообразно использовать моющее средство локально централизованно. Например, если на манжетах и воротнике одежды много грязи, во время стирки можно нанести слой моющего средства, чтобы усилить солюбилизирующее действие ПАВ на масло.
②Температура имеет очень важное влияние на действие обеззараживания. В целом повышение температуры облегчает удаление грязи, но иногда слишком высокая температура может вызвать и недостатки.
Повышение температуры облегчает диффузию грязи, твердая смазка легко эмульгируется при температуре выше точки ее плавления, а волокна увеличиваются в набухании из-за повышения температуры, что облегчает удаление грязи. Однако для компактных тканей микрозазоры между волокнами уменьшаются по мере расширения волокон, что вредно для удаления грязи.
Изменения температуры также влияют на растворимость, значение ККМ и размер мицелл поверхностно-активных веществ, влияя тем самым на моющий эффект. Растворимость поверхностно-активных веществ с длинными углеродными цепями низкая при низких температурах, а иногда растворимость даже ниже значения ККМ, поэтому температуру стирки следует соответствующим образом повысить. Влияние температуры на величину ККМ и размер мицелл различно для ионных и неионогенных ПАВ. Для ионных ПАВ повышение температуры обычно увеличивает значение ККМ и уменьшает размер мицелл, а это означает, что концентрацию ПАВ в моющем растворе следует увеличить. Для неионогенных ПАВ повышение температуры приводит к уменьшению значения ККМ и значительному увеличению объема мицелл, поэтому очевидно, что соответствующее повышение температуры поможет неионогенному ПАВ проявить свое поверхностно-активное действие. . Однако температура не должна превышать точку помутнения.
Короче говоря, оптимальная температура стирки зависит от состава моющего средства и стираемого предмета. Некоторые моющие средства оказывают хорошее моющее действие при комнатной температуре, в то время как другие обладают совершенно разной моющей способностью при холодной и горячей стирке.
③ Пена
Принято путать пенообразующую способность с моющим эффектом, полагая, что моющие средства с высокой пенообразующей способностью обладают хорошим моющим эффектом. Исследования показали, что прямой зависимости между эффектом мытья и количеством пены нет. Например, стирка средствами с низким пенообразованием не менее эффективна, чем стирка средствами с высоким пенообразованием.
Хотя пена не имеет прямого отношения к мытью, бывают случаи, когда она помогает удалить грязь, например, при мытье посуды вручную. При чистке ковров пена также может удалять пыль и другие твердые частицы грязи, большая часть пыли составляет ковровая грязь, поэтому средства для чистки ковров должны обладать определенной пенообразующей способностью.
Пенящаяся способность также важна для шампуней, поскольку мелкая пена, образуемая жидкостью во время мытья головы или купания, оставляет на волосах ощущение смазывания и комфорта.
④ Разновидности волокон и физические свойства текстиля.
Помимо химической структуры волокон, которая влияет на прилипание и удаление грязи, на легкость удаления грязи влияет внешний вид волокон и организация пряжи и ткани.
Чешуйки шерстяных волокон и изогнутые плоские ленты хлопковых волокон с большей вероятностью накапливают грязь, чем гладкие волокна. Например, сажа, испачканная на целлюлозных пленках (вискозных пленках), легко удаляется, а сажа, испачканная на хлопчатобумажных тканях, отстирается с трудом. Другой пример: ткани из полиэстера с короткими волокнами более склонны к накоплению масляных пятен, чем ткани с длинными волокнами, а масляные пятна на тканях с короткими волокнами также труднее удалить, чем масляные пятна на тканях с длинными волокнами.
Плотно скрученная пряжа и плотные ткани из-за небольшого зазора между волокнами могут противостоять проникновению грязи, но в то же время могут препятствовать промывочной жидкости исключать внутреннюю грязь, поэтому плотные ткани начинают хорошо сопротивляться загрязнениям, но после появления пятен мыть тоже сложнее.
⑤ Жесткость воды
Концентрация ионов Ca2+, Mg2+ и других металлов в воде оказывает большое влияние на моющий эффект, особенно когда анионные поверхностно-активные вещества сталкиваются с ионами Ca2+ и Mg2+, образуя соли кальция и магния, которые менее растворимы и снижают ее моющую способность. В жесткой воде, даже если концентрация ПАВ высока, моющая способность все равно значительно хуже, чем при дистилляции. Для того чтобы ПАВ оказало наилучшее моющее действие, концентрацию ионов Са2+ в воде следует снизить до 1 х 10-6 моль/л (CaCO3 до 0,1 мг/л) или менее. Это требует добавления в моющее средство различных смягчителей.
Время публикации: 25 февраля 2022 г.