Согласно таблице, поверхностно-активные вещества, подходящие для использования в качестве эмульгаторов масла в воде, имеют значение HLB от 3,5 до 6, в то время как эмульгаторы с водой в масле падают от 8 до 18.

② Определение значений HLB (опущено).

07 Эмульгирование и солюбилизация

Эмульсия - это система, образованная, когда одна несмешиваемая жидкость диспергируется в другой в виде мелких частиц (капель или жидких кристаллов). Эмульгатор, который является типом поверхностно -активного вещества, имеет важное значение для стабилизации этой термодинамически нестабильной системы путем уменьшения межфазной энергии. Фаза, существующая в форме капли в эмульсии, называется дисперсной фазой (или внутренней фазой), в то время как фаза, образующая непрерывную слой, называется дисперсионной средой (или внешней фазой).

① Эмульгаторы и эмульсии

Общие эмульсии часто состоят из одной фазы в виде воды или водного раствора, а другой - как органическое вещество, такое как масла или воски. В зависимости от их рассеивания эмульсии могут быть классифицированы как вода-масло (без), где нефть рассеивается в воде, или в масле в воде (O/W), где вода диспергируется в масле. Более того, могут существовать сложные эмульсии, такие как без/w или o/w/o. Эмульгаторы стабилизируют эмульсии, снижая межфазное натяжение и образуя мономолекулярные мембраны. Эмульгатор должен адсорбировать или накапливаться на границе раздела для более низкого межфазного натяжения и передавать заряды каплям, генерируя электростатическое отталкивание или обращать защитную пленку с высокой вязкой вокруг частиц. Следовательно, вещества, используемые в качестве эмульгаторов, должны обладать амфифильными группами, которые могут обеспечить поверхностно -активные вещества.

② Методы подготовки эмульсии и факторы, влияющие на стабильность

Существует два основных метода подготовки эмульсий: механические методы диспергируют жидкости в крошечные частицы в другой жидкости, в то время как второй метод включает в себя растворение жидкостей в молекулярной форме в другой и приводящих их к агрегации надлежащим образом. Стабильность эмульсии относится к его способности противостоять агрегации частиц, которая приводит к разделению фазы. Эмульсии представляют собой термодинамически нестабильные системы с более высокой свободной энергией, поэтому их стабильность отражает время, необходимое для достижения равновесия, то есть время, необходимое для отделения жидкости от эмульсии. Когда жирные спирты, жирные кислоты и жирные амины присутствуют в межфазной пленке, сила мембраны значительно увеличивается, поскольку полярные органические молекулы образуют комплексы в адсорбированном слое, усиливая межфазную мембрану.

Эмульгаторы, состоящие из двух или более поверхностно -активных веществ, называются смешанными эмульгаторами. Смешанные эмульгаторы адсорбируются на границе раздела водяного масла, а молекулярные взаимодействия могут образовывать комплексы, которые значительно снижают межфазное натяжение, увеличивая количество адсорбата и образуя более плотные, более сильные межфазные мембраны.

Электрически заряженные капли особенно влияют на стабильность эмульсий. В стабильных эмульсиях капли обычно несут электрический заряд. Когда используются ионные эмульгаторы, гидрофобный конец ионных поверхностно -активных веществ включается в масляную фазу, в то время как гидрофильный конец остается в водной фазе, передавая заряд капли. Подобно зарядам между каплями вызывает отталкивание и предотвращает коалесценцию, что повышает стабильность. Таким образом, чем больше концентрация ионов эмульгатора, адсорбированных на капель, тем больше их заряд и тем выше стабильность эмульсии.

Вязкость дисперсионной среды также влияет на стабильность эмульсии. Как правило, среды более высокой вязкости улучшают стабильность, потому что они сильнее препятствуют капельным движению капель, замедляя вероятность столкновений. Высокомолекулярные вещества, которые растворяются в эмульсии, могут увеличить вязкость и стабильность средней. Кроме того, вещества высокого молекулярного веса могут образовывать надежные межфазные мембраны, еще больше стабилизируя эмульсию. В некоторых случаях добавление твердых порошков может также стабилизировать эмульсии. Если твердые частицы полностью смачиваются водой и могут быть смачиваются маслом, они будут сохранены на границе раздела воды. Сплошные порошки стабилизируют эмульсию, усиливая пленку, когда они кластер на интерфейс, так же, как адсорбированные поверхностно -активные вещества.

Поверхностно -активные вещества могут значительно повысить растворимость органических соединений, которые нерастворимы или немного растворимы в воде после того, как в растворе образовались мицеллы. В настоящее время решение кажется ясным, и эта способность называется солюбилизацией. Поверхностно -активные вещества, которые могут способствовать солюбилизации, называются солюбилизаторами, в то время как солюбилизируемые органические соединения называются солюбилатами.

08 пена

Пена играет решающую роль в процессах промывки. Пена относится к дисперсионной системе газа, диспергированной в жидкости или твердого вещества, с газом в качестве дисперсной фазы и жидкости или твердого вещества в качестве дисперсионной среды, известной как жидкая пена или твердая пена, такая как пенопластика, пенопластовое стекло и пенопластовый бетон.

(1) Образование пены

Термин «пена» относится к коллекции пузырьков воздуха, разделенных жидкими пленками. Из -за значительной разницы в плотности между газом (дисперсной фазой) и жидкостью (дисперсионная среда) и низкой вязкости жидкости, пузырьки газа быстро поднимаются на поверхность. Образование пены включает в себя включение большого количества газа в жидкость; Затем пузырьки быстро возвращаются на поверхность, создавая заполнитель пузырьков воздуха, разделенных минимальной жидкой пленкой. Пена имеет две отличительные морфологические характеристики: во -первых, газовые пузырьки часто принимают многогранную форму, потому что тонкая жидкая пленка на пересечении пузырьков имеет тенденцию становиться тоньше, что в конечном итоге приводит к разрыву пузырьков. Во -вторых, чистые жидкости не могут образовывать стабильную пену; По крайней мере два компонента должны присутствовать для создания пены. Решение поверхностно-активного вещества-это типичная система пенообразования, чья пенообразовая способность связана с другими его свойствами. Серванкинвалентные вещества с хорошей способностью пенообразования называются пенообразующими агентами. Хотя пенистые агенты демонстрируют хорошие возможности пены, пена, которую они генерируют, может длиться недолго, то есть их стабильность не гарантирована. Чтобы улучшить стабильность пены, могут быть добавлены вещества, которые повышают стабильность; Это называются стабилизаторами, с общими стабилизаторами, включая лори -диетаноламин и оксиды додецилметиламина.

(2) Стабильность пены

Пена является термодинамически нестабильной системой; Его естественное развитие приводит к разрыву, тем самым уменьшая общую площадь поверхности жидкости и уменьшая свободную энергию. Процесс обморожения включает в себя постепенное прореживание жидкой пленки, разделяющей газ, пока не произойдет разрыв. Степень стабильности пены в первую очередь влияет на скорость дренажа жидкости и прочность жидкой пленки. Влиятельные факторы включают:

① Поверхностное натяжение: с энергичной точки зрения, более низкое поверхностное натяжение способствует формированию пены, но не гарантирует стабильность пены. Низкое поверхностное натяжение указывает на меньшую дифференциал давления, что приводит к более медленному дренажу жидкости и утолщению жидкой пленки, оба из которых способствуют стабильности.

② Поверхностная вязкость: ключевым фактором в стабильности пены является прочность жидкой пленки, в основном определяемое надежностью поверхностной адсорбционной пленки, измеренной поверхностной вязкостью. Экспериментальные результаты показывают, что растворы с высокой вязкостью поверхности вызывают более длительную пену из-за усиления молекулярных взаимодействий в адсорбированной пленке, которые значительно увеличивают прочность мембраны.

③ Вязкость раствора. Более высокая вязкость в самой жидкости замедляет дренаж жидкости из мембраны, тем самым продлевая время жизни жидкой пленки до разрыва, повышая стабильность пены.

④ Поверхностное натяжение «восстановление» Действие: поверхностно -активные вещества, адсорбированные на мембрану, могут противодействовать расширению или сокращению поверхности пленки; Это называется ремонтным действием. Когда поверхностно -активные вещества адсорбируются к жидкой пленке и расширяют его площадь поверхности, это уменьшает концентрацию поверхностно -активного вещества на поверхности и увеличивает поверхностное натяжение; И наоборот, сокращение приводит к увеличению концентрации поверхностно -активного вещества на поверхности и впоследствии уменьшает поверхностное натяжение.

⑤ Газовая диффузия через жидкую пленку: из -за капиллярного давления меньшие пузырьки имеют тенденцию иметь более высокое внутреннее давление по сравнению с более крупными пузырьками, что приводит к диффузии газа из небольших пузырьков в более крупные, что приводит к сокращению небольших пузырьков, а более крупные растут, что в конечном итоге приводит к коллапсу пены. Последовательное применение поверхностно -активных веществ создает равномерные, мелко распределенные пузыри и ингибирует дефуаминг. С поверхностно -активными веществами, плотно упакованными на жидкой пленке, диффузию газа препятствует, что повышает стабильность пены.

⑥ Эффект поверхностного заряда. Если пленка из пенопласта несет такой же заряд, две поверхности будут отталкиваться друг с другом, предотвращая прореживание пленки или разбитую. Ионные поверхностно -активные вещества могут обеспечить этот стабилизирующий эффект. Таким образом, сила жидкой пленки является важным фактором, определяющим стабильность пены. Поверхностно -активные вещества, действующие в качестве пенистых агентов и стабилизаторов, должны сделать молекулы с поглощенными поверхностью, так как это значительно влияет на межфазное молекулярное взаимодействие, усиливая прочность самой поверхностной пленки и, таким образом, предотвращая выпадение жидкости от соседней пленки, что делает стабильность пены более достижимой.

(3) Разрушение пены

Фундаментальный принцип разрушения пены включает изменение условий, которые производят пену или устранение стабилизирующих факторов пены, что приводит к физическим и химическим методам дефорации. Физическое обоснование поддерживает химический состав пенопластового раствора, изменяя такие условия, как внешние нарушения, температура или изменения давления, а также ультразвуковую обработку, все эффективные методы устранения пены. Химическое обморожение относится к добавлению определенных веществ, которые взаимодействуют с пенообразующими агентами, чтобы уменьшить прочность жидкой пленки в пене, снижая стабильность пены и достижение уколачивания. Такие вещества называются дефоморами, большинство из которых являются поверхностно -активными веществами. Дефоморы, как правило, обладают заметной способностью уменьшать натяжение поверхности и могут легко адсорбировать поверхности с более слабым взаимодействием между составляющими молекулами, что создает слабо расположенную молекулярную структуру. Типы дефоамеров варьируются, но они, как правило, являются неонологическими поверхностно -активными веществами, с разветвленными спиртами, жирными кислотами, эфирами жирных кислот, полиамидами, фосфатами и силиконовыми маслами, обычно используемыми в качестве превосходных дефораторов.

(4) пена и очистка

Количество пены напрямую не коррелирует с эффективностью очистки; Больше пены не означает лучшую очистку. Например, неионовые поверхностно -активные вещества могут производить меньше пены, чем мыло, но они могут иметь превосходные возможности чистки. Однако в определенных условиях пена может помочь удалению грязи; Например, пена от мытья посуды помогает унести смазку, в то время как чистка ковров позволяет пены удалять грязь и твердые загрязнения. Более того, пена может сигнализировать о эффективности моющего средства; Чрезмерная жирная смазка часто ингибирует образование пузырьков, вызывая либо отсутствие пены, либо уменьшение существующей пены, что указывает на низкую эффективность моющих средств. Кроме того, пена может служить индикатором чистоты полоскания, поскольку уровни пены в ополастной воде часто снижаются с более низкими концентрациями моющих средств.

09 Процесс стирки

Вообще говоря, промывание - это процесс удаления нежелательных компонентов из очищаемого объекта для достижения определенной цели. В общем плане, стирка относится к удалению грязи с поверхности носителя. Во время промывки определенные химические вещества (например, моющие средства) действуют, чтобы ослабить или устранить взаимодействие между грязью и носителем, превращая связь между грязью и носителем в связь между грязью и моющим средством, что позволяет их разделить. Учитывая, что объекты, которые должны быть очищены, и грязь, которая требует удаления, может сильно различаться, промывание является сложным процессом, который может быть упрощен в следующие отношения:

Носитель • грязь + детергент = носитель + грязь • Мостот. Процесс промывки, как правило, можно разделить на два этапа:

1. грязь отделяется от носителя под действием моющего средства;

2. отдельная грязь рассеивается и подвешена в среде. Процесс промывки является обратимым, что означает, что дисперсная или подвешенная грязь может потенциально переоценить очищенный элемент. Таким образом, эффективные моющие средства не только нуждаются в способности отделять грязь от носителя, но и рассеивать и подвешивать грязь, предотвращая ее переселение.

(1) Типы грязи

Даже один элемент может накапливать различные типы, композиции и количество грязи в зависимости от контекста его использования. Масляная грязь состоит в основном из различных животных и растительных масел и минеральных масел (таких как сырая нефть, мазут, угольная смола и т. Д.); Сплошная грязь включает в себя твердые частицы, такие как сажа, пыль, ржава и углеродная черная. Что касается грязи одежды, это может возникнуть из -за человеческих выделений, таких как пот, кожный ковят и кровь; Связанные с пищевыми продуктами, такие как фрукты или масляные пятна и приправы; остатки косметики, такие как помада и лак для ногтей; Атмосферные загрязнители, такие как дым, пыль и почва; и дополнительные пятна, такие как чернила, чай и краска. Это разнообразие грязи, как правило, можно классифицировать на твердые, жидкие и специальные типы.

① Сплошная грязь. Общие примеры включают сажи, грязь и частицы пыли, большинство из которых имеют тенденцию иметь заряды - часто заряженные отрицательно - которые легко придерживаются волокнистых материалов. Сплошная грязь, как правило, менее растворим в воде, но может быть рассеяна и подвешена в моющих средствах. Частицы меньше 0,1 мкм могут быть особенно сложными для удаления.

② Жидкая грязь: к ним относятся жирные вещества, которые растворимы в масле, содержат масла животных, жирные кислоты, жирные спирты, минеральные масла и их оксиды. В то время как животные и растительные масла и жирные кислоты могут реагировать с щелочками с образованием мыла, жирные спирты и минеральные масла не подвергаются омылению, но могут быть растворены спиртами, эфирами и органическими углеводородами и могут быть эмульсированы и рассеяны с помощью решений моющего средства. Жидкая маслянистая грязь обычно твердо прилипана к волокнистым материалам из -за сильных взаимодействий.

③ Специальная грязь: эта категория состоит из белков, крахмалов, крови и человеческих выделения, таких как пот и моча, а также фруктовые и чайные соки. Эти материалы часто крепко связываются с волокнами посредством химических взаимодействий, что затрудняет их вымывание. Различные типы грязи редко существуют независимо, скорее, они смешиваются вместе и коллективно придерживаются поверхностей. Часто при внешних влияниях грязь может окислять, разложить или разлагаться, создавая новые формы грязи.

(2) адгезия грязи

Грязь цепляется за такие материалы, как одежда и кожа из -за определенных взаимодействий между объектом и грязью. Клейкая сила между грязью и объектом может возникнуть в результате физической или химической адгезии.

① Физическая адгезия: адгезия грязи, такая как сажа, пыль и грязь в основном включает в себя слабые физические взаимодействия. Как правило, эти типы грязи могут быть удалены относительно легко из -за их более слабой адгезии, которая в основном возникает из механических или электростатических сил.

A: Механическая адгезия **: это обычно относится к твердой грязи, подобной пыли или песку, которая прилипает к механическим средствам, которые относительно легко удалить, хотя меньшие частицы при 0,1 мкм довольно сложно очистить.

B: Электростатическая адгезия **: Это включает заряженные частицы грязи, взаимодействующие с противоположно заряженными материалами; Обычно волокнистые материалы несут отрицательные заряды, позволяя им привлекать положительно заряженных приверженцев, таких как некоторые соли. Некоторые отрицательно заряженные частицы все еще могут накапливаться на этих волокнах через ионные мосты, образованные положительными ионами в растворе.

② Химическая адгезия: это относится к грязи, придерживаюсь объекта через химические связи. Например, полярная сплошная грязь или материалы, такие как ржавчина, имеют тенденцию твердо придерживаться химических связей, образованных с функциональными группами, такими как карбоксил, гидроксил или аминовые группы, присутствующие в фиброзных материалах. Эти связи создают более сильные взаимодействия, что затрудняет удаление такой грязи; Специальные процедуры могут быть необходимы для эффективной чистки. Степень грязной адгезии зависит как от свойств самой грязи, так и от свойств поверхности, которой она придерживается.

(3) Механизмы удаления грязи

Целью стирки является устранение грязи. Это включает в себя использование разнообразных физических и химических действий моющих средств для ослабления или устранения адгезии между грязью и промытыми предметами, которым помогают механические силы (например, ручной очистку, перемешивание стиральной машины или воздействие на воду), в конечном итоге приводят к разделению грязи.

① Механизм удаления грязи жидкости

A: влажность: большая часть жидкой грязи является жирной и имеет тенденцию намочить различные волокнистые предметы, образуя маслянистую пленку на их поверхностях. Первым шагом в стирке является действие моющего средства, которое вызывает смачивание поверхности.
B: Механизм подключения для удаления масла: Второй шаг удаления грязи жидкости происходит в процессе свертывания. Жидкая грязь, которая распространяется в виде пленки на поверхности постепенно катится в капли из -за преимущественного смачивания волокнистых поверхностей для промывки, в конечном итоге заменяется промывкой жидкостью.

② Механизм удаления твердой грязи

В отличие от жидкой грязи, удаление твердой грязи зависит от способности промывки жидкости намочить как частицы грязи, так и поверхность материала носителя. Адсорбция поверхностно -активных веществ на поверхностях твердой грязи и носителя уменьшает свои силы взаимодействия, тем самым снижая прочность на адгезию частиц грязи, что облегчает их удаление. Кроме того, поверхностно -активные вещества, особенно ионные поверхностно -активные вещества, могут увеличить электрический потенциал твердой грязи и поверхностного материала, способствуя дальнейшему удалению.

Неонированные поверхностно -активные вещества имеют тенденцию к адсорбированию на обычно заряженных твердых поверхностях и могут образовывать значительный адсорбированный слой, что приводит к уменьшению переселения грязи. Катионные поверхностно -активные вещества, однако, могут уменьшить электрический потенциал грязи и поверхности носителя, что приводит к уменьшению отталкивания и препятствует удалению грязи.

③ Удаление специальной грязи

Типичные моющие средства могут бороться с упрямыми пятнами из белков, крахмалов, крови и телесных выделения. Ферменты, такие как протеаза, могут эффективно удалять пятна белка, разбивая белки на растворимые аминокислоты или пептиды. Точно так же крахмалы могут быть разложены на сахар с помощью амилазы. Липазы могут помочь разложить примеси триацилглицерина, которые часто трудно удалить обычными средствами. Окрашивания от фруктовых соков, чая или чернил иногда требуют окислительных агентов или редуктативных веществ, которые реагируют с группами, генерирующими цвет, чтобы развить их в более растворимых в воде фрагментах.

(4) Механизм сухой чистки

Вышеупомянутые пункты относятся в первую очередь для мытья водой. Тем не менее, из -за разнообразия тканей, некоторые материалы могут плохо реагировать на промывание воды, что приводит к деформации, цвету выцветания и т. Д. Таким образом, сухой чистка, обычно с использованием органических растворителей, часто предпочтительнее для этого текстиля.

Сухая чистка мягче по сравнению с мокрой промывкой, так как минимизирует механические действия, которые могут повредить одежду. Для эффективного удаления грязи в сухой чистке грязь классифицируется на три основных типа:

① Маслорастворимая грязь: это включает в себя масла и жиры, которые легко растворяются в сухих чистящих растворителях.

② водорастворимая грязь: этот тип может растворяться в воде, но не в сухих чистящих растворителях, содержащих неорганические соли, крахмалы и белки, которые могут кристаллизоваться после испарения воды.

③ грязь, которая не является ни маслом, ни растворимой в воде: это включает в себя такие вещества, как углеродный черный и металлические силикаты, которые не растворяются ни в одной из средств.

Каждый тип грязи требует различных стратегий для эффективного удаления во время сухой чистки. Растворимаяся нефтяная грязь методологически удаляется с использованием органических растворителей из-за их превосходной растворимости в неполярных растворителях. Для водорастворимых пятен в сухом чистке должна присутствовать адекватная вода, поскольку вода имеет решающее значение для эффективного удаления грязи. К сожалению, поскольку вода имеет минимальную растворимость в сухих чистящих средствах, часто добавляются поверхностно -активные вещества, чтобы помочь интегрировать воду.

Поверхностно-активные вещества усиливают способность чистящего агента к воде и помогают обеспечить солюбилизацию водорастворимых примесей в мицелле. Кроме того, поверхностно -активные вещества могут ингибировать грязь от образования новых отложений после промывки, повышая эффективность очистки. Небольшое добавление воды имеет важное значение для удаления этих примесей, но чрезмерные количества могут привести к искажению ткани, что требует сбалансированного содержания воды в решениях сухой чистки.

(5) Факторы, влияющие на действие стирки

Адсорбция поверхностно -активных веществ на интерфейсах и результирующее восстановление межфазного натяжения имеют решающее значение для удаления жидкости или твердой грязи. Тем не менее, промывка по своей природе является сложной, под влиянием многочисленных факторов по сравнению с аналогичными типами моющих средств. Эти факторы включают концентрацию моющих средств, температуру, свойства грязи, типы волокон и структуру ткани.

① Концентрация поверхностно -активных веществ: мицеллы, образованные поверхностно -активными веществами, играют ключевую роль в промывке. Эффективность промывки значительно увеличивается, как только концентрация превосходит критическую концентрацию мицеллы (CMC), поэтому моющие средства следует использовать в концентрациях выше, чем CMC для эффективного промывки. Тем не менее, концентрации моющих средств выше урожая CMC снижаются доходность, что делает избыточную концентрацию ненужной.

② Эффект температуры: температура оказывает глубокое влияние на эффективность очистки. Как правило, более высокие температуры облегчают удаление грязи; Однако чрезмерное тепло может иметь неблагоприятные последствия. Повышение температуры, как правило, помогает дисперсии грязи, а также может привести к более легкому эмульгированию жирной грязи. Тем не менее, в плотно тканых тканях повышение температуры, создавая волокна, может случайно снизить эффективность удаления.

Фуктуальные температуры также влияют на растворимость поверхностно -активного вещества, CMC и мицелл, что влияет на эффективность очистки. Для многих длительных поверхностно-активных веществ более низкие температуры снижают растворимость, иногда ниже их собственного CMC; Таким образом, соответствующее потепление может быть необходимым для оптимальной функции. Влияние температуры на CMC и мицеллы различаются для ионных по сравнению с неионными поверхностно -активными веществами: повышение температуры обычно повышает CMC ионных поверхностно -активных веществ, что требует корректировки концентрации.

③ пена: существует общее заблуждение, связывающее способность пенообразования с эффективностью промывки - больше пены не равны превосходной промывке. Эмпирические данные свидетельствуют о том, что моющие средства с низким содержанием подражания могут быть одинаково эффективными. Тем не менее, пена может помочь удалить грязь в определенных применениях, например, в мытью посуды, где пена помогает вытеснить жир или в очистке ковров, где она поднимает грязь. Кроме того, присутствие пены может указывать, функционируют ли моющие средства; Избыточная смазка может ингибировать образование пены, в то время как уменьшение пены означает снижение концентрации детергента.

④ Тип волокна и текстильные свойства: за пределами химической структуры внешний вид и организация волокон влияют на сложность грязи и сложности удаления. Волокна с грубыми или плоскими конструкциями, такими как шерсть или хлопок, имеют тенденцию ловить грязь более легко, чем гладкие волокна. Тонкие тканые ткани могут изначально противостоять накоплению грязи, но могут затруднить эффективное промывание из -за ограниченного доступа к пойманной грязи.

⑤ Твердость воды: концентрации Ca²⁺, Mg²⁺ и других металлических ионов значительно влияют на мытье результатов, особенно для анионных поверхностно -активных веществ, которые могут образовывать нерастворимые соли, которые снижают эффективность очистки. В жесткой воде даже при достаточной концентрации поверхностно -активного вещества эффективность очистки не достигается по сравнению с дистиллированной водой. Для оптимальной производительности поверхностно-активного вещества концентрация Ca²⁺ должна быть сведена к минимуму до ниже 1 × 10 мл/л (Caco₃ ниже 0,1 мг/л), что часто требует включения водных агентов в составы моющих средств.