Усадочная сила любой единицы длины на поверхности жидкости называется поверхностным натяжением, а единицей является Н.·м-1.
Свойство уменьшать поверхностное натяжение растворителя называют поверхностной активностью, а вещество, обладающее этим свойством, называют поверхностно-активным веществом.
Поверхностно-активное вещество, способное связывать молекулы в водном растворе и образовывать мицеллы и другие ассоциации, обладающее высокой поверхностной активностью, а также обладающее действием смачивающего, эмульгирующего, пенообразующего, моющего и т. д., называется поверхностно-активным веществом.
Поверхностно-активные вещества представляют собой органические соединения с особой структурой и свойствами, которые могут существенно изменять поверхностное 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 черту, заключающуюся в том, что они содержат в своих молекулах две группы различной 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 цепочки углеводородов, иногда также для органического фтора, кремния, органофосфата, оловоорганической цепи и т. д. На другом конце находится водорастворимая группа, гидрофильная группа или маслоотталкивающая группа.Гидрофильная группа должна быть достаточно гидрофильной, чтобы все поверхностно-активные вещества были растворимы в воде и обладали необходимой растворимостью.Поскольку ПАВ содержат гидрофильные и гидрофобные группы, они могут быть растворимы по крайней мере в одной из жидких фаз.Это гидрофильное и липофильное свойство поверхностно-активного вещества называется амфифильностью.
Поверхностно-активное вещество представляет собой разновидность амфифильных молекул, содержащих как гидрофобные, так и гидрофильные группы.Гидрофобные группы поверхностно-активных веществ обычно состоят из углеводородов с длинной цепью, таких как алкил C8~C20 с прямой цепью, алкил C8~C20 с разветвленной цепью, алкилфенил (углеродное число алкила составляет 8~16) и т.п.Небольшая разница между гидрофобными группами заключается в основном в структурных изменениях углеводородных цепей.А типов гидрофильных групп больше, поэтому свойства ПАВ в основном связаны с гидрофильными группами в дополнение к размеру и форме гидрофобных групп.Структурные изменения гидрофильных групп больше, чем у гидрофобных групп, поэтому классификация поверхностно-активных веществ обычно основана на структуре гидрофильных групп.Эта классификация основана на том, является ли гидрофильная группа ионной или нет, и делится на анионные, катионные, неионогенные, цвиттерионные и другие специальные типы поверхностно-активных веществ.
① Адсорбция поверхностно-активных веществ на границе
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 покидает воду, что приводит к адсорбции молекул (или ионов) ПАВ на границе раздела двух фаз. , что снижает поверхностное 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 мембрану адсорбента вдоль поверхности раствора, а мембрана создает давление. на плавающий лист, который называется поверхностным давлением.
Поверхностная вязкость: Как и поверхностное давление, поверхностная вязкость является свойством нерастворимой молекулярной мембраны.Подвешенное платиновым кольцом из тонкой металлической проволоки так, чтобы его плоскость соприкасалась с поверхностью воды резервуара, вращайте платиновое кольцо, платиновое кольцо за счет вязкости воды, амплитуда постепенно затухает, в соответствии с которой поверхностная вязкость может быть измерено.Метод заключается в следующем: сначала проводится эксперимент на поверхности чистой воды для измерения затухания амплитуды, а затем измеряется затухание после образования поверхностной мембраны, а вязкость поверхностной мембраны определяется по разнице между двумя .
Поверхностная вязкость тесно связана с прочностью поверхностной мембраны, а поскольку адсорбционная мембрана имеет поверхностное давление и вязкость, она должна обладать эластичностью.Чем выше поверхностное давление и 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 идеальных растворов.Количество ПАВ, адсорбированного на поверхности раствора, увеличивается с концентрацией раствора, и когда концентрация достигает или превышает определенное значение, количество адсорбции уже не увеличивается, и эти избыточные молекулы ПАВ оказываются в растворе бессистемно. способом или каким-то обычным способом.Как практика, так и теория показывают, что в растворе они образуют ассоциации, и эти ассоциации называются мицеллами.
Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ): минимальная концентрация, при которой поверхностно-активные вещества образуют мицеллы в растворе, называется критической концентрацией мицеллообразования.
④ Значения CMC для обычных поверхностно-активных веществ.
HLB представляет собой аббревиатуру гидрофильно-липофильного баланса, которая указывает на гидрофильный и липофильный баланс гидрофильной и липофильной групп поверхностно-активного вещества, т.е. значение HLB поверхностно-активного вещества.Большое значение HLB 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 разработке значения ГЛБ в качестве стандарта значение ГЛБ твердого парафина, не обладающего гидрофильными свойствами, указывается равным 0, в то время как значение ГЛБ додецилсульфата натрия, которое составляет более водорастворимым, составляет 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 эмульгаторы выше 10 - гидрофильными.Таким образом, точка перехода от липофильного к гидрофильному составляет около 10.
Основываясь на значениях 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.Для того 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, которая существует в виде капель, называется дисперсной фазой (или внутренней фазой, прерывистой фазой), а другая фаза, которая связана вместе, называется дисперсионной средой (или внешней фазой, сплошной фазой).
① Эмульгаторы и эмульсии
Обычные эмульсии, одна фаза представляет собой воду или водный раствор, а другая фаза представляет собой 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 диспергирования: масло диспергируется в воде с образованием эмульсии типа масло-в-воде, выраженной как М/В (масло/вода): вода диспергируется в масле с образованием эмульсии типа масло-в-воде, выражается как В/М (вода/масло).Также могут образовываться комплексные мультиэмульсии типа вода-в-масле-в-воде В/М/В и масло-вода-в-масле.
Эмульгаторы используются для стабилизации эмульсий за счет снижения межфазного натяжения и формирования одномолекулярной межфазной мембраны.
При эмульгировании требования к эмульгатору:
а: эмульгатор должен быть способен адсорбировать или обогащать поверхность раздела между двумя фазами, чтобы уменьшить межфазное натяжение;
б: Эмульгатор должен придавать частицам заряд, так что электростатическое отталкивание между частицами или образует стабильную высоковязкую защитную оболочку вокруг частиц.
Следовательно, вещество, используемое в качестве эмульгатора, должно иметь амфифильные группы для эмульгирования, и поверхностно-активные вещества могут удовлетворять этому требованию.
② Методы приготовления эмульсий и факторы, влияющие на стабильность эмульсий
Есть два способа приготовления эмульсий: один — использовать механический способ диспергирования жидкости в виде мельчайших частиц в другой жидкости, которая в основном используется в промышленности для приготовления эмульсий;другой - растворить жидкость в молекулярном состоянии в другой жидкости, а затем заставить ее правильно собраться для образования эмульсий.
Стабильность эмульсии – это способность к антиагрегации частиц, что приводит к фазовому разделению.Эмульсии представляют собой термодинамически неустойчивые системы с большой свободной энергией.Поэтому так называемая стабильность эмульсии есть на самом деле время, необходимое системе для достижения равновесия, т. е. время, необходимое для того, чтобы произошло разделение одной из жидкостей в системе.
При граничной мембране с жирными спиртами, жирными кислотами и жирными аминами и другими полярными органическими молекулами прочность мембран значительно выше.Это связано с тем, что в межфазном адсорбционном слое молекулы эмульгатора и спирты, кислоты и 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 значительно снижается межфазное натяжение, значительно увеличивается количество адсорбированного на границе раздела эмульгатора, увеличивается плотность образования межфазной мембраны, повышается прочность.
Заряд жидких шариков оказывает значительное влияние на стабильность эмульсии.Стабильные эмульсии, чьи жидкие шарики обычно заряжены.Когда используется ионный эмульгатор, ион эмульгатора, адсорбированный на поверхности раздела, имеет липофильную группу, встроенную в масляную фазу, а гидрофильная группа находится в водной фазе, таким образом делая жидкие шарики заряженными.Поскольку шарики эмульсии с одинаковым зарядом отталкиваются друг от друга, их нелегко агломерировать, что повышает стабильность.Видно, что чем больше ионов эмульгатора адсорбировано на шариках, чем больше заряд, тем больше способность предотвращать агломерацию шариков, тем стабильнее эмульсионная система.
Определенное влияние на стабильность эмульсии оказывает вязкость дисперсионной среды эмульсии.Как правило, чем выше вязкость дисперсионной среды, тем выше стабильность эмульсии.Это связано с тем, что вязкость дисперсионной среды велика, что оказывает сильное влияние на броуновское движение жидких шариков и замедляет столкновение между жидкими шариками, так что система остается стабильной.Обычно растворяемые в эмульсиях полимерные вещества могут повышать вязкость системы и повышать устойчивость эмульсий.Кроме того, полимеры также могут образовывать прочную межфазную мембрану, что делает эмульсионную систему более стабильной.
В некоторых случаях добавление твердого порошка также может привести к стабилизации эмульсии.Твердый порошок находится в воде, масле или на поверхности раздела, в зависимости от масла, воды на 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, потому что порошок, собранный на границе раздела, усиливает межфазную мембрану, что аналогично межфазной адсорбции молекул эмульгатора, поэтому чем ближе твердый порошковый материал расположен на границе раздела, тем стабильнее эмульсия есть.
ПАВ обладают способностью значительно повышать растворимость нерастворимых или малорастворимых в воде органических веществ после образования мицелл в водном растворе, причем раствор в это время прозрачен.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 веществе, при этом газ является дисперсной фазой, а жидкость или твердое вещество - дисперсионной средой, причем первая называется жидкой пеной, а вторая - твердой пеной. как пенопласт, пеностекло, пеноцемент и т.д.
(1) Образование пены
Под пеной мы понимаем здесь совокупность пузырьков воздуха, разделенных жидкой мембраной.Этот тип пузырьков всегда быстро поднимается к поверхности жидкости из-за большой разницы в плотности между дисперсной фазой (газом) и дисперсионной средой (жидкостью) в сочетании с низкой вязкостью жидкости.
Процесс образования пузырька заключается в том, чтобы в жидкость попало большое количество газа, и пузырьки в жидкости быстро возвращаются на поверхность, образуя совокупность пузырьков, разделенных небольшим количеством жидкого газа.
Пена имеет две важные характеристики с точки зрения морфологии: во-первых, пузырьки в виде дисперсной фазы часто имеют многогранную форму, это связано с тем, что на пересечении пузырьков пленка жидкости имеет тенденцию к утончению, так что пузырьки становятся полиэдрический, когда пленка жидкости до определенной степени истончается, что приводит к разрыву пузырька;второй заключается в том, что чистые жидкости не могут образовывать устойчивую пену, жидкость, которая может образовывать пену, состоит как минимум из двух или более компонентов.Водные растворы ПАВ типичны для систем, склонных к пенообразованию, и их способность к пенообразованию связана и с другими свойствами.
Поверхностно-активные вещества с хорошей пенообразующей способностью называются пенообразователями.Хотя пенообразователь обладает хорошей пенообразующей способностью, но образующаяся 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 является термодинамически неустойчивой системой, и конечная тенденция заключается в том, что общая площадь поверхности жидкости в системе уменьшается после разрыва пузырька и уменьшения свободной энергии.Процесс пеногашения — это процесс, при котором жидкая мембрана, разделяющая газ, становится все толще и тоньше, пока не порвется.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 деструкции пены заключается в изменении условий образования пены или в устранении стабилизирующих факторов пены, поэтому существуют как физические, так и химические методы пеногашения.
Физическое пеногашение означает изменение условий производства пены при сохранении химического состава раствора пены, например, внешние возмущения, изменения температуры или давления, а также ультразвуковая обработка — все это эффективные физические методы устранения пены.
Химический метод пеногашения 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 пеногашения, такие вещества называются пеногасителями.Большинство пеногасителей являются поверхностно-активными веществами.Следовательно, согласно механизму пеногашения, пеногаситель должен обладать сильной способностью снижать поверхностное натяжение, легко адсорбироваться на поверхности, а взаимодействие между поверхностными адсорбционными молекулами слабое, адсорбционные молекулы располагаются в более рыхлой структуре.
Существуют различные типы пеногасителей, но в основном все они представляют собой неионогенные поверхностно-активные вещества.Неионогенные поверхностно-активные вещества обладают антипенными свойствами вблизи или выше их точки помутнения и часто используются в качестве пеногасителей.Спирты, особенно спирты с разветвленной структурой, жирные кислоты и сложные эфиры жирных кислот, полиамиды, сложные эфиры фосфорной кислоты, силиконовые масла и т. д. также обычно используются в качестве превосходных пеногасителей.
(4) Пена и стирка
Прямой связи между пеной и эффективностью стирки нет, и количество пены не указывает на эффективность стирки.Например, неионогенные поверхностно-активные вещества обладают гораздо меньшими пенообразующими свойствами, чем мыла, но их дезактивация намного лучше, чем у мыла.
В некоторых случаях пена может быть полезна для удаления грязи и копоти.Например, при мытье посуды в домашних условиях пена моющего средства собирает капли масла, а при чистке ковров пена помогает собирать пыль, порошок и другую твердую грязь.Кроме того, пена иногда может использоваться как показатель эффективности моющего средства.Поскольку жирные масла ингибируют пенообразование моющего средства, при слишком большом количестве масла и слишком малом количестве моющего средства пена не образуется или первоначальная пена исчезает.Пена также может иногда использоваться в качестве индикатора чистоты полоскания, поскольку количество пены в растворе для полоскания имеет тенденцию к уменьшению с уменьшением количества моющего средства, поэтому количество пены можно использовать для оценки степени полоскания.
В широком смысле стирка — это процесс удаления из объекта стирки нежелательных компонентов и достижения какой-либо цели.Под мойкой в обычном понимании понимается процесс удаления грязи с поверхности носителя.При стирке взаимодействие грязи и носителя 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.Так как предметы, подлежащие мытью, и удаляемая грязь разнообразны, процесс мытья очень сложный, и основной процесс мытья можно выразить в следующих простых соотношениях.
Перевозчик··Грязь + Моющее средство = Перевозчик + Грязь·Моющее средство
Процесс стирки обычно можно разделить на два этапа: во-первых, под действием моющего средства грязь отделяется от ее носителя;во-вторых, отделившаяся грязь диспергируется и взвешивается в среде.Процесс мытья является обратимым процессом, и грязь, диспергированная и взвешенная в среде, может также повторно осаждаться из среды на моющийся 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 грязи
Даже для одного и того же предмета тип, состав и количество грязи могут различаться в зависимости от среды, в которой он используется.Масляные загрязнения тела в основном представляют собой некоторые животные и растительные масла и минеральные масла (такие как сырая нефть, мазут, каменноугольная смола и т. д.), твердые загрязнения в основном представляют собой сажу, пепел, ржавчину, сажу и т. д. Что касается грязи на одежде, наличие грязи с тела человека, например, пота, кожного сала, крови и т. д.;грязь от пищи, такая как пятна от фруктов, пятна от растительного масла, пятна от приправ, крахмал и т.д.;грязь от косметических средств, таких как губная помада, лак для ногтей и т. д.;загрязнения из атмосферы, такие как копоть, пыль, грязь и т.п.;другие, такие как чернила, чай, покрытие и т. д. Они бывают разных типов.
Различные типы загрязнений обычно можно разделить на три основные категории: твердые загрязнения, жидкие загрязнения и специальные загрязнения.
① Сплошная грязь
К обычным твердым загрязнениям относятся частицы пепла, грязи, земли, ржавчины и сажи.Большинство этих частиц имеют электрический заряд на своей поверхности, большинство из них заряжены отрицательно и могут легко адсорбироваться на изделиях из волокна.Твердые загрязнения, как правило, трудно растворяются в воде, но могут быть диспергированы и взвешены в растворах моющих средств.Твердые загрязнения с меньшей массой точки удалить труднее.
② Жидкая грязь
Жидкие загрязнения в основном растворимы в масле, включая растительные и животные масла, жирные кислоты, жирные спирты, минеральные масла и их оксиды.Среди них могут происходить растительные и животные масла, жирные кислоты и щелочное омыление, в то время как жирные спирты, минеральные масла не омыляются щелочью, но могут быть растворимы в спиртах, эфирах и углеводородных органических растворителях, а также эмульгируются и диспергируются в воде детергентного раствора.Маслорастворимая жидкая грязь обычно оказывает сильное воздействие на изделия из волокна и более прочно адсорбируется на волокнах.
③ Особая грязь
К специальной грязи относятся белки, крахмал, кровь, человеческие выделения, такие как пот, кожное сало, моча, фруктовый сок и чайный сок.Большая часть этого типа грязи может химически и прочно адсорбироваться на изделиях из волокна.Поэтому его трудно мыть.
Различные типы грязи редко встречаются поодиночке, но часто смешиваются и адсорбируются на объекте.Грязь иногда может окисляться, разлагаться или разлагаться под внешним воздействием, создавая новую грязь.
(2) Прилипание грязи
Одежда, руки и т. д. могут быть испачканы, потому что существует какое-то взаимодействие между предметом и грязью.Грязь прилипает к объектам различными способами, но есть не более чем физические и химические прилипания.
① Прилипание сажи, пыли, грязи, песка и древесного угля к одежде является физическим прилипанием.Вообще говоря, из-за этого прилипания грязи и относительно слабой роли между окрашенным объектом удаление грязи также относительно легко.В зависимости от различных сил физическое сцепление грязи можно разделить на механическое и электростатическое.
A: Механическая адгезия
Этот тип прилипания в основном относится к прилипанию некоторых твердых загрязнений (например, пыли, грязи и песка).Механическая адгезия является одной из самых слабых форм адгезии грязи и может быть удалена почти чисто механическими средствами, но когда грязь небольшая (<0,1 мкм), ее удалить труднее.
B：Электростатическая адгезия
Электростатическая адгезия в основном проявляется в действии заряженных частиц грязи на противоположно заряженные предметы.Большинство волокнистых объектов отрицательно заряжены в воде и могут легко прилипать к некоторым положительно заряженным загрязнениям, таким как известь.Некоторая грязь, хотя и отрицательно заряженная, например частицы сажи в водных растворах, может прилипать к волокнам через ионные мостики (ионы между несколькими противоположно заряженными объектами, действующие вместе с ними мостовидным образом), образованные положительными ионами в воде (например, , Ca2+, Mg2+ и др.).
Электростатическое действие сильнее, чем простое механическое действие, что делает удаление грязи относительно трудным.
② Химическая адгезия
Химическая адгезия относится к явлению воздействия грязи на объект посредством химических или водородных связей.Например, твердые полярные загрязнения, белок, ржавчина и другие налипания на волокнистые изделия, волокна содержат карбоксильные, гидроксильные, амидные и другие группы, эти группы жирных кислот и маслянистых загрязнений, жирных спиртов легко образуют водородные связи.Химические силы, как правило, сильны, и поэтому грязь более прочно прикрепляется к объекту.Этот тип грязи трудно удалить обычными методами и требует специальных методов борьбы с ним.
Степень прилипания грязи связана с природой самой грязи и характером объекта, к которому она прилипает.Как правило, частицы легко прилипают к волокнистым предметам.Чем мельче текстура твердой грязи, тем прочнее сцепление.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).Используя различные физические и химические эффекты моющего средства для ослабления или устранения воздействия грязи и вымытых предметов, под действием определенных механических сил (таких как трение рук, взбалтывание стиральной машины, воздействие воды), чтобы грязь и выстиранные предметы с целью обеззараживания.
① Механизм удаления жидкой грязи
A: смачивание
Жидкие загрязнения в основном на масляной основе.Масляные пятна смачивают большинство волокнистых изделий и распространяются более или менее в виде масляной пленки на поверхности волокнистого материала.Первым этапом моющего действия является смачивание поверхности моющей жидкостью.Для иллюстрации поверхность волокна можно представить как гладкую твердую поверхность.
B: Отделение масла - механизм закручивания
Вторым этапом мойки является удаление масла и жира, удаление жидкой грязи достигается за счет своеобразного наматывания.Жидкая грязь первоначально существовала на поверхности в виде распластанной масляной пленки, а под преимущественным смачивающим действием моющей жидкости на твердую поверхность (т. е. поверхность волокна) постепенно сворачивалась в масляные шарики, были заменены моющей жидкостью и в конечном итоге покинули поверхность под действием определенных внешних сил.
② Механизм удаления твердой грязи
Удаление жидких загрязнений происходит в основном за счет преимущественного смачивания грязеносителя моющим раствором, в то время как механизм удаления твердых загрязнений иной, где процесс мытья в основном заключается в смачивании грязевой массы и ее несущей поверхности моющим раствором. решение.За счет адсорбции поверхностно-активных веществ на твердую грязь и ее несущую поверхность уменьшается взаимодействие грязи с поверхностью и снижается прочность сцепления грязевой массы с поверхностью, при этом грязевая масса легко удаляется с поверхности перевозчик.
Кроме того, адсорбция поверхностно-активных веществ, особенно ионных поверхностно-активных веществ, на поверхности твердой грязи и ее носителя может увеличить поверхностный потенциал на поверхности твердой грязи и ее носителя, что в большей степени способствует удалению загрязнений. грязь.Твердые или обычно волокнистые поверхности обычно отрицательно заряжены в водной среде и поэтому могут образовывать диффузные двойные электронные слои на грязевых массах или твердых поверхностях.За счет отталкивания однородных зарядов ослабляется прилипание грязевых частиц, находящихся в воде, к твердой поверхности.Когда добавляется анионное поверхностно-активное вещество, поскольку оно может одновременно увеличивать отрицательный поверхностный потенциал частицы грязи и твердой поверхности, отталкивание между ними усиливается, сила сцепления частиц больше снижается, и грязь легче удаляется. .
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 ПАВ их адсорбция снижает или устраняет отрицательный поверхностный потенциал грязевой массы и ее несущей поверхности, что снижает 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, промыванию.
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 экскременты, склонны коагулировать на волокнах и 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 появляются от пищевых продуктов, таких как подливка, клей 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, чайных соков, чернил, губной помады и т. д. часто трудно полностью удалить даже после многократных стирок.Эти пятна можно удалить с помощью окислительно-восстановительной реакции с окислителем или восстановителем, таким как отбеливатель, который разрушает структуру цветообразующих или цвето-вспомогательных групп и разлагает их на более мелкие водорастворимые компоненты.
（4）Пятновыводящий механизм химчистки
Вышеупомянутое фактически относится к воде как средству мытья.На самом деле, из-за различных типов одежды и структуры, некоторая одежда с использованием водной стирки неудобна или не легко чистится, некоторая одежда после стирки даже деформируется, выцветает и т. д., например: большинство натуральных волокон впитывают воду и легко набухает, а сохнет и легко дает усадку, поэтому после стирки будет деформироваться;при стирке шерстяных изделий также часто появляется явление усадки, некоторые шерстяные изделия при стирке водой также легко скатываются, изменение цвета;Некоторые шелка после стирки ухудшаются на ощупь и теряют свой блеск.Для такой одежды часто используют метод химчистки для обеззараживания.Так называемая сухая чистка обычно относится к методу стирки в органических растворителях, особенно в неполярных растворителях.
Сухая чистка является более щадящей формой стирки, чем стирка в воде.Поскольку сухая чистка не требует большого механического воздействия, она не вызывает повреждений, складок и деформации одежды, а средства для химчистки, в отличие от воды, редко производят расширение и сжатие.При правильном обращении с технологией одежду можно сдавать в химчистку без деформации, выцветания и увеличения срока службы.
С точки зрения химчистки, существует три основных типа грязи.
①Маслорастворимая грязь Маслорастворимая грязь включает все виды масел и жиров, которые являются жидкими или жирными и могут быть растворены в растворителях для химической чистки.
②Водорастворимая грязь Водорастворимая грязь растворяется в водных растворах, но не в чистящих средствах, адсорбируется на одежде в водном состоянии, вода испаряется после осаждения зернистых твердых частиц, таких как неорганические соли, крахмал, белок и т. д.
③Нерастворимая в масле и воде грязь. Нерастворимая в масле и воде грязь не растворяется 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 видов загрязнений существуют разные способы удаления грязи в процессе химчистки.Маслорастворимые загрязнения, такие как животные и растительные масла, минеральные масла и жиры, легко растворяются в органических растворителях и легче удаляются при сухой чистке.Превосходная растворимость масел и смазок в растворителях для химической чистки в основном обусловлена силами Ван-дер-Воллса между молекулами.
Для удаления водорастворимых загрязнений, таких как неорганические соли, сахара, белки и пот, в средство для химической чистки также необходимо добавить нужное количество воды, иначе водорастворимые загрязнения трудно удалить с одежды.Однако вода плохо растворяется в средстве для химчистки, поэтому для увеличения количества воды нужно добавить еще и поверхностно-активные вещества.Присутствие воды в средстве для химической чистки может сделать поверхность грязи и одежды увлажненной, так что она легко взаимодействует с полярными группами поверхностно-активных веществ, что способствует адсорбции поверхностно-активных веществ на поверхности.Кроме того, когда поверхностно-активные вещества образуют мицеллы, водорастворимая грязь и вода могут растворяться в мицеллах.В дополнение к увеличению содержания воды в растворителе для химической чистки поверхностно-активные вещества также могут играть роль в предотвращении повторного осаждения грязи для усиления эффекта обеззараживания.
Наличие небольшого количества воды необходимо для удаления водорастворимых загрязнений, но слишком большое количество воды может вызвать деформацию и смятие некоторых вещей, поэтому количество воды в средстве для химчистки должно быть умеренным.
Грязь, которая не растворяется ни в воде, ни в масле, твердые частицы, такие как зола, грязь, земля и сажа, обычно прикрепляются к одежде под действием электростатических сил или в сочетании с маслом.При химчистке поток растворителя, удар может привести к адсорбции грязи электростатической силой, а средство для химчистки может растворить масло, так что сочетание масла и грязи и твердых частиц, прилипших к одежде, исчезнет в сухом состоянии. -моющее средство, средство для химчистки в небольшом количестве воды и поверхностно-активных веществ, благодаря чему удаляемые твердые частицы грязи могут образовывать стабильную суспензию, дисперсию, предотвращать ее повторное отложение на одежде.
（5）Факторы, влияющие на процесс стирки
Направленная адсорбция поверхностно-активных веществ на границе раздела и снижение поверхностного (межфазного) натяжения являются основными факторами удаления жидких или твердых загрязнений.Однако процесс стирки сложен, и на эффект стирки даже при использовании 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 поверхностно-активного вещества
Мицеллы поверхностно-активных веществ в растворе играют важную роль в процессе промывки.Когда концентрация достигает критической концентрации мицеллообразования (ККМ), моющий эффект резко возрастает.Следовательно, концентрация детергента в растворителе должна быть выше значения ККМ, чтобы иметь хороший моющий эффект.Однако, когда концентрация поверхностно-активного вещества выше, чем 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 поверхностно-активного вещества, даже когда 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 растворяющее действие ПАВ на масло.
②Температура оказывает очень важное влияние на обеззараживание.Как правило, повышение температуры облегчает удаление грязи, но иногда слишком высокая температура может вызвать и недостатки.
Повышение температуры способствует диффузии грязи, твердая смазка легко эмульгируется при температурах выше ее точки плавления, а волокна увеличивают набухание из-за повышения температуры, что облегчает удаление грязи.Однако для компактных тканей микрозазоры между волокнами уменьшаются по мере расширения волокон, что отрицательно сказывается на удалении грязи.
Изменения температуры также влияют на растворимость, значение ККМ и размер мицелл поверхностно-активных веществ, что влияет на эффект промывки.Растворимость поверхностно-активных веществ с длинными углеродными цепями низкая при низких температурах, а иногда растворимость даже ниже значения ККМ, поэтому температуру промывки следует соответствующим образом повысить.Влияние температуры на значение ККМ и размер мицелл различно для ионогенных и неионогенных ПАВ.Для ионных поверхностно-активных веществ повышение температуры обычно увеличивает значение ККМ и уменьшает размер мицелл, что означает необходимость увеличения концентрации поверхностно-активного вещества в моющем растворе.Для неионогенных поверхностно-активных веществ повышение температуры приводит к снижению значения ККМ и значительному увеличению объема мицелл, поэтому ясно, что соответствующее повышение температуры поможет неионогенному поверхностно-активному веществу проявить свое поверхностно-активное действие. .Однако температура не должна превышать его точку помутнения.
Короче говоря, оптимальная температура стирки зависит от состава моющего средства и моющегося объекта.Некоторые моющие средства обладают хорошим моющим эффектом при комнатной температуре, в то время как другие имеют сильно различающиеся моющие свойства при холодной и горячей стирке.
③ Пена
Принято путать пенообразующую способность с моющим эффектом, считая, что моющие средства с высокой пенообразующей способностью обладают хорошим моющим эффектом.Исследования показали, что прямой зависимости между эффектом стирки и количеством пены нет.Например, стирка низкопенящимися моющими средствами не менее эффективна, чем стирка высокопенящимися моющими средствами.
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 забирать пыль и другие твердые частицы грязи, большую часть пыли составляет грязь с ковров, поэтому чистящие средства для ковров должны обладать определенной пенообразующей способностью.
Пенообразующая способность также важна для шампуней, где тонкая пена, образующаяся во время мытья шампунем или купания, оставляет на волосах ощущение смазки и комфорта.
④ Разновидности волокон и физические свойства тканей
В дополнение к химической структуре волокон, влияющей на прилипание и удаление грязи, внешний вид волокон и организация пряжи и ткани влияют на легкость удаления грязи.
Чешуя шерстяных волокон и изогнутые плоские ленты хлопковых волокон более склонны к накоплению грязи, чем гладкие волокна.Например, пятна сажи на целлюлозных пленках (вискозных пленках) легко удаляются, а пятна сажи на хлопчатобумажных тканях смываются с трудом.Другим примером является то, что ткани с короткими волокнами из полиэстера 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.
Туго скрученные нити и плотные ткани, благодаря небольшому зазору между волокнами, могут сопротивляться проникновению грязи, но также могут препятствовать проникновению внутрь моющей жидкости, поэтому плотные ткани начинают хорошо сопротивляться загрязнениям, но однажды испачкавшись 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 его моющую способность.В жесткой воде, даже при высокой концентрации ПАВ, моющая способность все равно намного хуже, чем в дистилляционной.Для наилучшего моющего действия ПАВ концентрация ионов Са2+ в воде должна быть снижена до 1 х 10-6 моль/л (СаСО3 до 0,1 мг/л) или менее.Это требует добавления в моющее средство различных смягчителей.
Время публикации: 25 февраля 2022 г.