Silo krčenja katere koli enote dolžine na površini tekočine imenujemo površinska napetost, enota pa je N.·m-1.
Lastnost zmanjševanja površinske napetosti topila imenujemo površinska aktivnost, snov s to lastnostjo pa površinsko aktivna snov.
Površinsko aktivna snov, ki lahko veže molekule v vodni raztopini in tvori micele in druge asociacije ter ima visoko površinsko aktivnost, hkrati pa ima tudi učinek vlaženja, emulgiranja, penjenja, pranja itd., se imenuje površinsko aktivna snov.
Površinsko aktivna snov je organska spojina s posebno strukturo in lastnostjo, ki lahko bistveno spremeni medfazno napetost med dvema fazama ali površinsko napetost tekočine (običajno vode), z omočilnimi, penilnimi, emulgirnimi, pralnimi in drugimi lastnostmi.
Po strukturi imajo površinsko aktivne snovi skupno lastnost, da vsebujejo v svojih molekulah dve različni skupini.Na enem koncu je dolga veriga nepolarne skupine, topne v olju in netopne v vodi, znane tudi kot hidrofobna skupina ali vodoodbojna skupina.Takšna vodoodbojna skupina so na splošno dolge verige ogljikovodikov, včasih tudi za organski fluor, silicij, organofosfat, organokositrno verigo itd. Na drugem koncu je vodotopna skupina, hidrofilna skupina ali skupina, ki odbija olje.Hidrofilna skupina mora biti dovolj hidrofilna, da zagotovi, da so celotne površinsko aktivne snovi topne v vodi in imajo potrebno topnost.Ker površinsko aktivne snovi vsebujejo hidrofilne in hidrofobne skupine, so lahko topne v vsaj eni od tekočih faz.Ta hidrofilna in lipofilna lastnost površinsko aktivne snovi se imenuje amfifilnost.
Surfaktant je vrsta amfifilnih molekul s hidrofobnimi in hidrofilnimi skupinami.Hidrofobne skupine površinsko aktivnih snovi so na splošno sestavljene iz dolgoverižnih ogljikovodikov, kot je ravnoverižni alkil C8~C20, razvejan alkil C8~C20, alkilfenil (število alkilnega ogljika je 8~16) in podobno.Razlika, ki je med hidrofobnimi skupinami majhna, je predvsem v strukturnih spremembah ogljikovodikovih verig.Vrst hidrofilnih skupin je več, zato so lastnosti površinsko aktivnih snovi poleg velikosti in oblike hidrofobnih skupin povezane predvsem s hidrofilnimi skupinami.Strukturne spremembe hidrofilnih skupin so večje kot hidrofobnih skupin, zato klasifikacija površinsko aktivnih snovi na splošno temelji na zgradbi hidrofilnih skupin.Ta razvrstitev temelji na tem, ali je hidrofilna skupina ionska ali ne, in jo delimo na anionske, kationske, neionske, zwitterionske in druge posebne vrste površinsko aktivnih snovi.
① Adsorpcija površinsko aktivnih snovi na meji
Molekule površinsko aktivnih snovi so amfifilne molekule, ki imajo lipofilne in hidrofilne skupine.Ko je površinsko aktivna snov raztopljena v vodi, njeno hidrofilno skupino pritegne voda in se raztopi v vodi, medtem ko njeno lipofilno skupino voda odbija in zapusti vodo, kar ima za posledico adsorpcijo površinsko aktivnih molekul (ali ionov) na meji obeh faz. , ki zmanjša medfazno napetost med obema fazama.Več kot je površinsko aktivnih molekul (ali ionov) adsorbiranih na vmesniku, večje je zmanjšanje medfazne napetosti.
② Nekatere lastnosti adsorpcijske membrane
Površinski tlak adsorpcijske membrane: adsorpcija površinsko aktivne snovi na vmesniku plin-tekočina, da se oblikuje adsorpcijska membrana, kot je namestitev brez trenja odstranljive plavajoče plošče na vmesnik, plavajoča plošča potiska adsorbentno membrano vzdolž površine raztopine in membrana ustvarja pritisk na plavajoči plošči, kar imenujemo površinski tlak.
Površinska viskoznost: Tako kot površinski tlak je tudi površinska viskoznost lastnost netopne molekularne membrane.Obešen s platinastim obročem iz fine kovinske žice, tako da se njegova ravnina dotika vodne površine rezervoarja, zavrtite platinasti obroč, platinasti obroč z viskoznostjo vodne ovire, amplituda postopoma upada, v skladu s katero se lahko površinska viskoznost izmerjeno.Metoda je: najprej se poskus izvede na površini čiste vode, da se izmeri upad amplitude, nato pa se izmeri razpad po nastanku površinske membrane, viskoznost površinske membrane pa izpelje iz razlike med obema .
Površinska viskoznost je tesno povezana s trdnostjo površinske membrane in ker ima adsorpcijska membrana površinski tlak in viskoznost, mora imeti elastičnost.Višji kot je površinski tlak in večja kot je viskoznost adsorbirane membrane, večji je njen modul elastičnosti.Modul elastičnosti površinske adsorpcijske membrane je pomemben v procesu stabilizacije mehurčkov.
③ Tvorba micelov
Razredčene raztopine površinsko aktivnih snovi se držijo zakonov, ki jim sledijo idealne raztopine.Količina površinsko aktivne snovi, adsorbirane na površini raztopine, narašča s koncentracijo raztopine in ko koncentracija doseže ali preseže določeno vrednost, se količina adsorpcije ne poveča več in te presežne molekule površinsko aktivne snovi so v raztopini naključno. način ali na kakšen običajen način.Tako praksa kot teorija kažeta, da v raztopini tvorijo asociacije, ki se imenujejo miceli.
Kritična koncentracija micelov (CMC): Minimalna koncentracija, pri kateri površinsko aktivne snovi tvorijo micele v raztopini, se imenuje kritična koncentracija micelov.
④ Vrednosti CMC običajnih površinsko aktivnih snovi.
HLB je okrajšava za hidrofilno lipofilno ravnotežje, ki označuje hidrofilno in lipofilno ravnovesje hidrofilnih in lipofilnih skupin površinsko aktivne snovi, to je vrednost HLB površinsko aktivne snovi.Velika vrednost HLB kaže na molekulo z močno hidrofilnostjo in šibko lipofilnostjo;nasprotno, močna lipofilnost in šibka hidrofilnost.
① Določbe vrednosti HLB
Vrednost HLB je relativna vrednost, tako da je pri razvoju vrednosti HLB kot standard vrednost HLB parafinskega voska, ki nima hidrofilnih lastnosti, določena na 0, medtem ko je vrednost HLB natrijevega dodecil sulfata, ki je bolj vodotopen, je 40. Zato je vrednost HLB površinsko aktivnih snovi na splošno v razponu od 1 do 40. Na splošno so emulgatorji z vrednostmi HLB manj kot 10 lipofilni, tisti z več kot 10 pa hidrofilni.Tako je točka preobrata iz lipofilnega v hidrofilnega približno 10.
Na podlagi vrednosti HLB površinsko aktivnih snovi je mogoče pridobiti splošno predstavo o njihovi možni uporabi, kot je prikazano v tabeli 1-3.
Dve medsebojno netopni tekočini, ki sta ena v drugi razpršeni kot delci (kapljice ali tekoči kristali), tvorita sistem, imenovan emulzija.Ta sistem je termodinamično nestabilen zaradi povečanja mejne površine obeh tekočin, ko nastane emulzija.Da bi bila emulzija stabilna, je treba dodati še tretjo komponento - emulgator za zmanjšanje medfazne energije sistema.Emulgator spada med površinsko aktivne snovi, njegova glavna funkcija je, da igra vlogo emulzije.Faza emulzije, ki obstaja kot kapljice, se imenuje dispergirana faza (ali notranja faza, diskontinuirana faza), druga faza, ki je med seboj povezana, pa se imenuje disperzijski medij (ali zunanja faza, kontinuirana faza).
① Emulgatorji in emulzije
Običajne emulzije, ena faza je voda ali vodna raztopina, druga faza so organske snovi, ki se ne mešajo z vodo, kot so mast, vosek itd. Emulzijo, ki jo tvorita voda in olje, lahko razdelimo na dve vrsti glede na njihovo razpršenost: olje razpršena v vodi, da nastane emulzija tipa olje v vodi, izražena kot O/V (olje/voda): voda, dispergirana v olju, da nastane emulzija tipa olje v vodi, izražena kot V/O (voda/olje).Nastanejo lahko tudi kompleksne večemulzije tipa voda-v-olju-v-vodi W/O/W in olje-v-vodi-v-olju O/W/O.
Emulgatorji se uporabljajo za stabilizacijo emulzij z zmanjšanjem medfazne napetosti in tvorbo enomolekulske medfazne membrane.
Pri emulgiranju zahtev emulgatorja:
a: Emulgator mora biti sposoben adsorbirati ali obogatiti vmesnik med obema fazama, tako da se medfazna napetost zmanjša;
b: Emulgator mora delce prepustiti naboju, tako da pride do elektrostatičnega odboja med delci ali tvori stabilno, visoko viskozno zaščitno membrano okoli delcev.
Zato mora imeti snov, ki se uporablja kot emulgator, amfifilne skupine, da lahko emulgira, in površinsko aktivne snovi lahko izpolnijo to zahtevo.
② Metode priprave emulzij in dejavniki, ki vplivajo na stabilnost emulzij
Obstajata dva načina priprave emulzij: ena je uporaba mehanske metode za dispergiranje tekočine v drobnih delcih v drugi tekočini, ki se večinoma uporablja v industriji za pripravo emulzij;drugi je raztopiti tekočino v molekularnem stanju v drugi tekočini in jo nato pravilno zbrati v emulzijo.
Stabilnost emulzije je sposobnost proti agregaciji delcev, ki vodi do ločevanja faz.Emulzije so termodinamično nestabilni sistemi z veliko prosto energijo.Zato je tako imenovana stabilnost emulzije pravzaprav čas, ki je potreben, da sistem doseže ravnovesje, torej čas, ki je potreben, da pride do ločitve ene od tekočin v sistemu.
Ko je medfazna membrana z maščobnimi alkoholi, maščobnimi kislinami in maščobnimi amini ter drugimi polarnimi organskimi molekulami, je moč membrane bistveno višja.To je zato, ker se v medfazni adsorpcijski plasti molekul emulgatorja in alkoholov, kislin, aminov in drugih polarnih molekul tvori "kompleks", tako da se poveča trdnost medfazne membrane.
Emulgatorje, sestavljene iz več kot dveh površinsko aktivnih snovi, imenujemo mešani emulgatorji.Mešani emulgator, adsorbiran na meji voda/olje;medmolekulsko delovanje lahko tvori komplekse.Zaradi močnega medmolekularnega delovanja se znatno zmanjša medfazna napetost, znatno poveča količina emulgatorja, adsorbiranega na meji, poveča se tvorba gostote medfazne membrane, poveča se trdnost.
Naboj tekočih kroglic pomembno vpliva na stabilnost emulzije.Stabilne emulzije, katerih tekoče kroglice so običajno naelektrene.Ko se uporablja ionski emulgator, ima ion emulgatorja, adsorbiran na vmesniku, svojo lipofilno skupino, vstavljeno v oljno fazo, hidrofilno skupino pa v vodno fazo, zaradi česar so tekoče kroglice nabite.Ker so emulzijske kroglice z enakim nabojem, se med seboj odbijajo in jih ni enostavno aglomerirati, tako da se poveča stabilnost.Vidimo lahko, da več kot je adsorbiranih ionov emulgatorja na kroglicah, večji je naboj, večja je sposobnost preprečevanja aglomeracije kroglic, bolj stabilen je emulzijski sistem.
Viskoznost emulzijskega disperzijskega medija ima določen vpliv na stabilnost emulzije.Na splošno velja, da večja kot je viskoznost disperzijskega medija, večja je stabilnost emulzije.To je zato, ker je viskoznost disperzijskega medija velika, kar močno vpliva na Brownovo gibanje tekočih kroglic in upočasnjuje trk med tekočimi kroglicami, tako da sistem ostane stabilen.Običajno lahko polimerne snovi, ki jih je mogoče raztopiti v emulzijah, povečajo viskoznost sistema in povečajo stabilnost emulzij.Poleg tega lahko polimeri tvorijo tudi močno medfazno membrano, zaradi česar je emulzijski sistem bolj stabilen.
V nekaterih primerih lahko dodatek trdnega prahu tudi povzroči, da se emulzija stabilizira.Trden prah je v vodi, olju ali vmesniku, odvisno od olja, vode glede moči moči trdnega prahu, če trdni prah ni popolnoma moker z vodo, ampak tudi moker z oljem, bo ostal na vodi in olju vmesnik.
Zaradi trdnega prahu emulzija ni stabilna, ker prah, zbran na vmesniku, poveča mejno membrano, ki je podobna medfazni adsorpciji molekul emulgatorja, zato čim tesneje je trdni praškasti material razporejen na meji, bolj stabilen je emulzija je.
Površinsko aktivne snovi imajo sposobnost, da znatno povečajo topnost netopnih ali rahlo vodotopnih organskih snovi po tvorbi micelov v vodni raztopini, raztopina pa je v tem času prozorna.Ta učinek micela se imenuje solubilizacija.Površinsko aktivna snov, ki lahko povzroči solubilizacijo, se imenuje solubilizator, organska snov, ki je solubilizirana, pa se imenuje solubilizirana snov.
Pena igra pomembno vlogo v procesu pranja.Pena je disperzijski sistem, v katerem je plin razpršen v tekočini ali trdni snovi, pri čemer je plin dispergirana faza in tekočina ali trdna snov kot disperzni medij, pri čemer se prva imenuje tekoča pena, druga pa trdna pena, npr. kot penasta plastika, penasto steklo, penasti cement itd.
(1) Nastajanje pene
S peno tukaj mislimo na skupek zračnih mehurčkov, ločenih s tekočo membrano.Ta vrsta mehurčkov se vedno hitro dvigne na površino tekočine zaradi velike razlike v gostoti med disperzno fazo (plin) in disperzijskim medijem (tekočina) v kombinaciji z nizko viskoznostjo tekočine.
Postopek oblikovanja mehurčkov je vnos velike količine plina v tekočino, mehurčki v tekočini pa se hitro vrnejo na površino in tvorijo skupek mehurčkov, ločenih z majhno količino tekočega plina.
Pena ima dve pomembni značilnosti v smislu morfologije: ena je ta, da so mehurčki kot razpršena faza pogosto poliedrske oblike, to pa zato, ker na presečišču mehurčkov obstaja težnja, da se film tekočine stanjša, tako da postanejo mehurčki poliedričen, ko se film tekočine do določene mere stanjša, pride do razpoka mehurčka;drugo je, da čiste tekočine ne morejo tvoriti stabilne pene, tekočina, ki lahko tvori peno, je sestavljena iz vsaj dveh ali več komponent.Vodne raztopine površinsko aktivnih snovi so značilne za sisteme, ki so nagnjeni k tvorjenju pene, njihova sposobnost tvorjenja pene pa je povezana tudi z drugimi lastnostmi.
Površinsko aktivne snovi z dobro močjo penjenja imenujemo penila.Čeprav ima sredstvo za penjenje dobro sposobnost penjenja, se nastala pena morda ne bo mogla obdržati dolgo časa, kar pomeni, da njena stabilnost ni nujno dobra.Da bi ohranili stabilnost pene, se v penilec pogosto dodajo snovi, ki lahko povečajo stabilnost pene, snov se imenuje stabilizator pene, običajno uporabljen stabilizator je lavril dietanolamin in dodecil dimetilamin oksid.
(2) Stabilnost pene
Pena je termodinamično nestabilen sistem in končni trend je, da se skupna površina tekočine v sistemu zmanjša, ko se mehurček razbije, prosta energija pa se zmanjša.Postopek odstranjevanja pene je postopek, pri katerem postaja tekoča membrana, ki ločuje plin, debelejša in tanjša, dokler ne poči.Zato je stopnja stabilnosti pene odvisna predvsem od hitrosti izpusta tekočine in trdnosti tekočega filma.Na to vplivajo tudi naslednji dejavniki.
(3) Uničenje pene
Osnovni princip uničevanja pene je sprememba pogojev, ki nastajajo peno, oziroma izločitev stabilizacijskih faktorjev pene, zato obstajajo fizikalne in kemične metode odstranjevanja pene.
Fizično odstranjevanje pene pomeni spreminjanje pogojev proizvodnje pene ob ohranjanju kemične sestave raztopine pene, kot so zunanje motnje, spremembe temperature ali tlaka in ultrazvočna obdelava, vse so učinkovite fizikalne metode za odstranjevanje pene.
Metoda kemičnega odstranjevanja pene je dodajanje določenih snovi za interakcijo s sredstvom za penjenje, da se zmanjša trdnost tekočega filma v peni in s tem zmanjša stabilnost pene, da se doseže namen odstranjevanja pene; takšne snovi se imenujejo sredstva za odstranjevanje pene.Večina sredstev proti penjenju je površinsko aktivnih snovi.Zato mora imeti sredstvo proti penjenju močno sposobnost zmanjšanja površinske napetosti, enostavno adsorpcijo na površini, interakcija med površinskimi adsorpcijskimi molekulami pa je šibka, adsorpcijske molekule pa so razporejene v bolj ohlapno strukturo.
Obstajajo različne vrste sredstev proti penjenju, vendar so v bistvu vsi neionske površinsko aktivne snovi.Neionske površinsko aktivne snovi imajo lastnosti proti penjenju blizu ali nad točko motnosti in se pogosto uporabljajo kot sredstva proti penjenju.Alkoholi, zlasti alkoholi z razvejano strukturo, maščobne kisline in estri maščobnih kislin, poliamidi, fosfatni estri, silikonska olja itd., se pogosto uporabljajo tudi kot odlična sredstva proti penjenju.
(4) Pena in pranje
Med peno in učinkovitostjo pranja ni neposredne povezave in količina pene ne kaže na učinkovitost pranja.Na primer, neionske površinsko aktivne snovi imajo veliko manj penečih lastnosti kot mila, vendar je njihova dekontaminacija veliko boljša kot mila.
V nekaterih primerih je lahko pena v pomoč pri odstranjevanju umazanije in umazanije.Na primer, pri pomivanju posode doma pena detergenta pobere kapljice olja, pri drgnjenju preprog pa pena pomaga pobrati prah, prašek in drugo trdno umazanijo.Poleg tega se lahko pena včasih uporablja kot pokazatelj učinkovitosti detergenta.Ker imajo maščobna olja zaviralni učinek na penjenje detergenta, ko je olja preveč in premalo detergenta, ne bo nastajala pena ali pa bo prvotna pena izginila.Peno lahko včasih uporabimo tudi kot pokazatelj čistosti izpiranja, saj se količina pene v raztopini za izpiranje ponavadi zmanjšuje z zmanjšanjem količine detergenta, zato lahko količino pene uporabimo za oceno stopnje izpiranja.
V širšem smislu je pranje postopek odstranjevanja neželenih komponent iz predmeta, ki ga želite oprati, in doseganje nekega namena.Pranje v običajnem smislu se nanaša na postopek odstranjevanja umazanije s površine nosilca.Pri pranju se medsebojno delovanje umazanije in nosilca z delovanjem nekaterih kemičnih snovi (npr. detergenta ipd.) oslabi ali izniči, tako da se kombinacija umazanije in nosilca spremeni v kombinacijo umazanije in detergenta ter končno se umazanija loči od nosilca.Ker so predmeti, ki jih je treba oprati, in umazanija, ki jo je treba odstraniti, različni, je pranje zelo kompleksen proces in osnovni proces pranja lahko izrazimo v naslednjih preprostih razmerjih.
Carrie··Umazanija + Detergent= Nosilec + Umazanija·Detergent
Postopek pranja lahko običajno razdelimo na dve stopnji: prvič, pod delovanjem detergenta se umazanija loči od nosilca;drugič, ločena umazanija se razprši in suspendira v mediju.Postopek pranja je reverzibilen proces in umazanija, razpršena in suspendirana v mediju, se lahko tudi ponovno obori iz medija na predmet, ki se pere.Zato mora imeti dober detergent sposobnost razprševanja in suspendiranja umazanije ter preprečiti ponovno odlaganje umazanije, poleg sposobnosti odstranjevanja umazanije z nosilca.
(1) Vrste umazanije
Tudi pri istem predmetu se lahko vrsta, sestava in količina umazanije razlikujejo glede na okolje, v katerem se uporablja.Oljna umazanija telesa so predvsem nekatera živalska in rastlinska olja ter mineralna olja (kot so surova nafta, kurilno olje, premogov katran itd.), trdna umazanija je predvsem saje, pepel, rja, saje itd. Kar zadeva umazanijo oblačil, obstaja umazanija iz človeškega telesa, kot so znoj, sebum, kri itd.;umazanija iz hrane, kot so madeži sadja, madeži jedilnega olja, madeži začimb, škroba itd.;umazanija kozmetičnih izdelkov, kot so šminka, lak za nohte itd.;umazanija iz ozračja, kot so saje, prah, blato itd.;drugi, kot so črnilo, čaj, premaz itd. Na voljo je v različnih vrstah.
Različne vrste umazanije običajno lahko razdelimo v tri glavne kategorije: trdna umazanija, tekoča umazanija in posebna umazanija.
① Trdna umazanija
Običajna trdna umazanija vključuje delce pepela, blata, zemlje, rje in saj.Večina teh delcev ima električni naboj na svoji površini, večina jih je negativno nabitih in jih je mogoče enostavno adsorbirati na predmetih iz vlaken.Trdno umazanijo je na splošno težko raztopiti v vodi, lahko pa jo razpršimo in suspendiramo z raztopinami detergentov.Trdno umazanijo z manjšo masno točko je težje odstraniti.
② Tekoča umazanija
Tekoča umazanija je večinoma topna v olju, vključno z rastlinskimi in živalskimi olji, maščobnimi kislinami, maščobnimi alkoholi, mineralnimi olji in njihovimi oksidi.Med njimi lahko pride do umiljenja rastlinskih in živalskih olj, maščobnih kislin in alkalij, medtem ko maščobni alkoholi, mineralna olja niso umiljeni z alkalijami, lahko pa so topni v alkoholih, etrih in ogljikovodikovih organskih topilih ter emulgiranje in dispergiranje vodne raztopine detergenta.V olju topna tekoča umazanija ima na splošno močan vpliv na predmete iz vlaken in se trdneje adsorbira na vlakna.
③ Posebna umazanija
Posebna umazanija vključuje beljakovine, škrob, kri, človeške izločke, kot so znoj, sebum, urin ter sadni in čajni sok.Večino te vrste umazanije je mogoče kemično in močno adsorbirati na predmetih iz vlaken.Zato ga je težko oprati.
Različne vrste umazanije redko najdemo same, ampak so pogosto pomešane in adsorbirane na predmet.Umazanija lahko včasih pod zunanjimi vplivi oksidira, razpade ali razpade in tako nastane nova umazanija.
（2）Oprijem umazanije
Oblačila, roke itd. so lahko umazani, ker obstaja nekakšna interakcija med predmetom in umazanijo.Umazanija se oprime predmetov na različne načine, vendar ne obstajajo le fizikalni in kemični oprijemi.
①Oprijem saj, prahu, blata, peska in oglja na oblačila je fizični oprijem.Na splošno je zaradi tega oprijema umazanije in je vloga med obarvanim predmetom razmeroma šibka, odstranjevanje umazanije pa je tudi relativno enostavno.Glede na različne sile lahko fizični oprijem umazanije razdelimo na mehanski oprijem in elektrostatični oprijem.
O: Mehanski oprijem
Ta vrsta oprijema se v glavnem nanaša na oprijem trdne umazanije (npr. prahu, blata in peska).Mehanski oprijem je ena izmed šibkejših oblik oprijema umazanije in ga je mogoče odstraniti skoraj povsem mehansko, ko pa je umazanija majhna (<0,1um), jo je težje odstraniti.
B: elektrostatična adhezija
Elektrostatična adhezija se kaže predvsem v delovanju nabitih delcev umazanije na nasprotno nabite predmete.Večina vlaknastih predmetov je v vodi negativno nabitih in se nanje zlahka oprime določena pozitivno nabita umazanija, kot so vrste apna.Nekatera umazanija, čeprav negativno nabita, kot so delci saj v vodnih raztopinah, se lahko oprime vlaken prek ionskih mostov (ioni med več nasprotno nabitimi predmeti, ki delujejo skupaj z njimi na način, podoben mostu), ki jih tvorijo pozitivni ioni v vodi (npr. , Ca2+, Mg2+ itd.).
Elektrostatično delovanje je močnejše od preprostega mehanskega delovanja, zaradi česar je odstranjevanje umazanije relativno težko.
② Kemična adhezija
Kemična adhezija se nanaša na pojav umazanije, ki deluje na predmet prek kemičnih ali vodikovih vezi.Na primer, polarna trdna umazanija, beljakovine, rja in drugi oprijem na predmetih iz vlaken, vlakna vsebujejo karboksilne, hidroksilne, amidne in druge skupine, te skupine in oljnata umazanija, maščobne kisline, maščobni alkoholi zlahka tvorijo vodikove vezi.Kemične sile so na splošno močne in umazanija se zato trdneje veže na predmet.To vrsto umazanije je težko odstraniti z običajnimi metodami in zahteva posebne metode za odpravo.
Stopnja oprijema umazanije je povezana z naravo same umazanije in naravo predmeta, na katerega se prilepi.Na splošno se delci zlahka oprimejo vlaknatih predmetov.Manjša kot je tekstura trdne umazanije, močnejši je oprijem.Polarna umazanija se na hidrofilne predmete, kot sta bombaž in steklo, oprime močneje kot nepolarna umazanija.Nepolarna umazanija se oprime močneje kot polarna umazanija, kot so polarne maščobe, prah in glina, in jo je težje odstraniti in očistiti.
(3) Mehanizem za odstranjevanje umazanije
Namen pranja je odstraniti umazanijo.V mediju določene temperature (predvsem voda).Uporaba različnih fizikalnih in kemičnih učinkov detergenta za oslabitev ali odpravo učinka umazanije in opranih predmetov pod delovanjem določenih mehanskih sil (kot so drgnjenje rok, stresanje pralnega stroja, udar vode), tako da se umazanija in oprani predmeti odstranijo. od namena dekontaminacije.
① Mehanizem tekočega odstranjevanja umazanije
A: Močenje
Tekoča umazanija je večinoma na oljni osnovi.Oljni madeži zmočijo večino vlaknatih predmetov in se bolj ali manj širijo kot oljni film na površini vlaknastega materiala.Prvi korak pri pranju je navlažitev površine s čistilno tekočino.Za ponazoritev si lahko površino vlakna predstavljamo kot gladko trdno površino.
B: Odstranjevanje olja - mehanizem za kodranje
Drugi korak pri pranju je odstranitev olja in maščobe, odstranitev tekoče umazanije se doseže z nekakšnim navijanjem.Tekoča umazanija je prvotno obstajala na površini v obliki razpršenega oljnega filma in se je pod prednostnim učinkom vlaženja pralne tekočine na trdno površino (tj. površino vlaken) postopoma zvila v oljne kroglice, ki jih je nadomestila čistilna tekočina in so sčasoma pod določenimi zunanjimi silami zapustili površino.
② Mehanizem odstranjevanja trdne umazanije
Odstranjevanje tekoče umazanije poteka predvsem s prednostnim omočenjem nosilca umazanije s pralno raztopino, medtem ko je mehanizem odstranjevanja trdne umazanije drugačen, kjer gre v procesu pranja predvsem za omočenje mase umazanije in njene nosilne površine s pranjem. rešitev.Zaradi adsorpcije površinsko aktivnih snovi na trdno umazanijo in njeno nosilno površino se zmanjša interakcija med umazanijo in površino ter zmanjša oprijem umazanije na površino, zato se umazanija zlahka odstrani s površine. prevoznik.
Poleg tega lahko adsorpcija površinsko aktivnih snovi, zlasti ionskih površinsko aktivnih snovi, na površini trdne umazanije in njenega nosilca poveča površinski potencial na površini trdne umazanije in njenega nosilca, kar je bolj ugodno za odstranitev umazanija.Trdne ali na splošno vlaknate površine so v vodnem mediju običajno negativno nabite in lahko zato tvorijo razpršene dvojne elektronske plasti na umazaniji ali trdnih površinah.Zaradi odbijanja homogenih nabojev je oprijem delcev umazanije v vodi na trdno površino oslabljen.Ko je dodana anionska površinsko aktivna snov, ker lahko hkrati poveča negativni površinski potencial delca umazanije in trdne površine, je odbojnost med njima bolj okrepljena, oprijemljivost delcev je bolj zmanjšana in umazanijo je lažje odstraniti. .
Neionske površinsko aktivne snovi se adsorbirajo na splošno naelektrenih trdnih površinah in čeprav bistveno ne spremenijo medfaznega potenciala, adsorbirane neionske površinsko aktivne snovi težijo k oblikovanju določene debeline adsorbirane plasti na površini, ki pomaga preprečiti ponovno odlaganje umazanije.
Pri kationskih površinsko aktivnih snoveh se z njihovo adsorpcijo zmanjša ali odpravi negativni površinski potencial mase umazanije in njene nosilne površine, kar zmanjša odboj med umazanijo in površino in zato ni ugodno za odstranjevanje umazanije;poleg tega po adsorpciji na trdno površino kationske površinsko aktivne snovi težijo k temu, da trdno površino spremenijo v hidrofobno in zato niso ugodne za vlaženje površine in s tem pranje.
③ Odstranjevanje posebne zemlje
Beljakovine, škrob, človeške izločke, sadni sok, čajni sok in drugo podobno umazanijo je težko odstraniti z običajnimi površinsko aktivnimi snovmi in zahteva posebno obdelavo.
Beljakovinski madeži, kot so smetana, jajca, kri, mleko in kožni iztrebki, se nagibajo k koagulaciji na vlaknih in degeneraciji ter se močneje oprimejo.Beljakovinsko umazanijo lahko odstranimo z uporabo proteaz.Encim proteaza razgradi beljakovine v umazaniji v vodotopne aminokisline ali oligopeptide.
Škrobni madeži večinoma izvirajo iz živil, drugih, kot so omaka, lepilo itd. Amilaza ima katalitični učinek na hidrolizo škrobnih madežev, zaradi česar se škrob razgradi v sladkorje.
Lipaza katalizira razgradnjo trigliceridov, ki jih je težko odstraniti z običajnimi metodami, kot so sebum in jedilna olja, ter jih razgradi v topni glicerol in maščobne kisline.
Nekatere barvne madeže sadnih sokov, čajnih sokov, črnila, šminke itd. je pogosto težko temeljito očistiti tudi po večkratnem pranju.Te madeže je mogoče odstraniti z redoks reakcijo z oksidacijskim ali redukcijskim sredstvom, kot je belilo, ki uniči strukturo barvnih ali barvno pomožnih skupin in jih razgradi v manjše vodotopne komponente.
（4）Mehanizem za odstranjevanje madežev pri kemičnem čiščenju
Zgoraj navedeno dejansko velja za vodo kot sredstvo za pranje.Pravzaprav zaradi različnih vrst oblačil in strukture nekatera oblačila, ki se operejo z vodo, niso primerna ali jih ni enostavno oprati, nekatera oblačila po pranju se celo deformirajo, zbledijo itd., na primer: večina naravnih vlaken vpije vodo in enostavno nabrekne, suši in se enostavno skrči, zato se po pranju deformira;s pranjem volnenih izdelkov se pogosto pojavi tudi pojav krčenja, nekatere volnene izdelke z vodnim pranjem je tudi enostavno piling, sprememba barve;Občutek nekaterih svilenih rok se po pranju poslabša in izgubi lesk.Za ta oblačila pogosto uporabite metodo kemičnega čiščenja za dekontaminacijo.Tako imenovano kemično čiščenje se na splošno nanaša na metodo pranja v organskih topilih, zlasti v nepolarnih topilih.
Kemično čiščenje je bolj nežna oblika pranja kot pranje z vodo.Ker kemično čiščenje ne zahteva veliko mehanskega delovanja, ne povzroča poškodb, gub in deformacij oblačil, medtem ko kemična čistila za razliko od vode le redko povzročajo raztezanje in krčenje.Dokler se s tehnologijo pravilno ravna, je oblačila mogoče kemično očistiti brez popačenja, bledenja barv in podaljšane življenjske dobe.
Kar zadeva kemično čiščenje, obstajajo tri široke vrste umazanije.
①Umazanija, topna v olju. Umazanija, topna v olju, vključuje vse vrste olj in maščob, ki so tekoče ali mastne in jih je mogoče raztopiti v topilih za kemično čiščenje.
②V vodi topna umazanija Vodotopna umazanija je topna v vodnih raztopinah, ne pa v sredstvih za kemično čiščenje, adsorbira se na oblačilih v vodnem stanju, voda izhlapi po obarjanju zrnatih trdnih snovi, kot so anorganske soli, škrob, beljakovine itd.
③Umazanija, netopna v olju in vodi. Umazanija, netopna v olju in vodi, ni niti topna v vodi niti v topilih za kemično čiščenje, kot so saje, silikati različnih kovin in oksidi itd.
Zaradi različne narave različnih vrst umazanije obstajajo različni načini odstranjevanja umazanije pri kemičnem čiščenju.Umazanije, topne v olju, kot so živalska in rastlinska olja, mineralna olja in masti, so zlahka topne v organskih topilih in jih je lažje odstraniti v kemičnem čiščenju.Odlična topnost topil za kemično čiščenje olj in masti v bistvu izhaja iz van der Wallsovih sil med molekulami.
Za odstranjevanje vodotopne umazanije, kot so anorganske soli, sladkorji, beljakovine in znoj, je treba sredstvu za kemično čiščenje dodati tudi pravo količino vode, sicer je vodotopno umazanijo težko odstraniti z oblačil.Voda pa se v sredstvu za kemično čiščenje težko raztopi, zato morate za povečanje količine vode dodati tudi površinsko aktivne snovi.Prisotnost vode v sredstvu za kemično čiščenje lahko naredi površino umazanije in oblačil hidrirano, tako da je lahko interakcija s polarnimi skupinami površinsko aktivnih snovi, kar vodi do adsorpcije površinsko aktivnih snovi na površini.Poleg tega, ko površinsko aktivne snovi tvorijo micele, se lahko vodotopna umazanija in voda raztopita v micele.Poleg povečanja vsebnosti vode v topilu za kemično čiščenje imajo lahko površinsko aktivne snovi tudi vlogo pri preprečevanju ponovnega odlaganja umazanije in tako povečajo učinek dekontaminacije.
Prisotnost majhne količine vode je potrebna za odstranjevanje vodotopne umazanije, vendar pa lahko preveč vode povzroči popačenje in zmečkanje nekaterih oblačil, zato mora biti količina vode v sredstvu za kemično čiščenje zmerna.
Umazanija, ki ni niti v vodi niti v olju topna, trdni delci, kot so pepel, blato, zemlja in saje, so običajno pritrjeni na oblačilo z elektrostatičnimi silami ali v kombinaciji z oljem.Pri kemičnem čiščenju lahko pretok topila, udarec povzroči adsorpcijo umazanije zaradi elektrostatične sile, sredstvo za kemično čiščenje pa lahko raztopi olje, tako da kombinacija olja in umazanije ter trdnih delcev, pritrjenih na oblačila, ostanejo suhi. - čistilno sredstvo, kemično čistilno sredstvo v majhni količini vode in površinsko aktivnih snovi, tako da so lahko trdni delci umazanije stabilna suspenzija, disperzija, da se prepreči njihovo ponovno odlaganje na oblačila.
（5）Dejavniki, ki vplivajo na delovanje pranja
Usmerjena adsorpcija površinsko aktivnih snovi na vmesniku in zmanjšanje površinske (medfazne) napetosti sta glavna dejavnika pri odstranjevanju tekoče ali trdne umazanije.Vendar pa je postopek pranja zapleten in na učinek pranja, tudi z isto vrsto detergenta, vpliva veliko drugih dejavnikov.Ti dejavniki vključujejo koncentracijo detergenta, temperaturo, naravo umazanije, vrsto vlaken in strukturo tkanine.
① Koncentracija površinsko aktivne snovi
Micele površinsko aktivnih snovi v raztopini igrajo pomembno vlogo v procesu pranja.Ko koncentracija doseže kritično koncentracijo micelov (CMC), se učinek pranja močno poveča.Zato mora biti koncentracija detergenta v topilu višja od vrednosti CMC, da bo učinek pomivanja dober.Če pa je koncentracija površinsko aktivne snovi višja od vrednosti CMC, postopno povečanje pralnega učinka ni očitno in koncentracije površinsko aktivne snovi ni treba preveč povečati.
Pri odstranjevanju olja s solubilizacijo se učinek solubilizacije poveča z naraščajočo koncentracijo površinsko aktivne snovi, tudi če je koncentracija nad CMC.V tem času je priporočljivo uporabljati detergent na lokalni centraliziran način.Na primer, če je na manšetah in ovratniku oblačila veliko umazanije, lahko med pranjem nanesete plast detergenta, da povečate učinek raztapljanja površinsko aktivne snovi na olje.
②Temperatura ima zelo pomemben vpliv na delovanje dekontaminacije.Na splošno zvišanje temperature olajša odstranjevanje umazanije, včasih pa lahko previsoka temperatura povzroči tudi slabosti.
Povišanje temperature olajša difuzijo umazanije, trdna maščoba se zlahka emulgira pri temperaturah nad tališčem in vlakna zaradi povišanja temperature nabreknejo, vse to pa olajša odstranjevanje umazanije.Pri kompaktnih tkaninah pa se mikrorazmiki med vlakni zmanjšajo, ko se vlakna razširijo, kar škoduje odstranjevanju umazanije.
Temperaturne spremembe vplivajo tudi na topnost, vrednost CMC in velikost micelov površinsko aktivnih snovi, kar vpliva na učinek pranja.Topnost površinsko aktivnih snovi z dolgimi ogljikovimi verigami je pri nizkih temperaturah majhna, včasih pa je topnost celo nižja od vrednosti CMC, zato je treba temperaturo pranja ustrezno povišati.Vpliv temperature na vrednost CMC in velikost micelov je različen za ionske in neionske površinsko aktivne snovi.Pri ionskih površinsko aktivnih snoveh zvišanje temperature na splošno poveča vrednost CMC in zmanjša velikost micela, kar pomeni, da je treba koncentracijo površinsko aktivne snovi v pralni raztopini povečati.Pri neionskih površinsko aktivnih snoveh zvišanje temperature vodi do zmanjšanja vrednosti CMC in znatnega povečanja volumna micela, zato je jasno, da bo ustrezno povišanje temperature pomagalo neionski površinsko aktivni snovi, da izrazi svoj površinsko aktiven učinek .Vendar pa temperatura ne sme preseči točke oblaka.
Skratka, optimalna temperatura pranja je odvisna od formulacije detergenta in predmeta, ki ga perete.Nekateri detergenti imajo dober pralni učinek pri sobni temperaturi, medtem ko imajo drugi veliko drugačno pralno sposobnost med hladnim in vročim pranjem.
③ Pena
Običajno je moč penjenja zamenjevati s pralnim učinkom, saj verjamemo, da imajo detergenti z visoko močjo penjenja dober pralni učinek.Raziskave so pokazale, da ni neposredne povezave med učinkom pranja in količino pene.Na primer, pranje z detergenti z nizko stopnjo penjenja ni nič manj učinkovito kot pranje z detergenti z visoko stopnjo penjenja.
Čeprav pena ni neposredno povezana s pomivanjem, včasih pomaga pri odstranjevanju umazanije, na primer pri ročnem pomivanju posode.Pri drgnjenju preprog lahko pena odvzame tudi prah in druge trdne delce umazanije, umazanija preprog predstavlja velik delež prahu, zato morajo sredstva za čiščenje preprog imeti določeno sposobnost penjenja.
Moč penjenja je pomembna tudi pri šamponih, kjer fina pena, ki jo proizvede tekočina med šamponiranjem ali kopanjem, daje lasem občutek namazanosti in udobja.
④ Različne vrste vlaken in fizikalne lastnosti tekstila
Poleg kemijske strukture vlaken, ki vpliva na oprijem in odstranjevanje umazanije, na enostavnost odstranjevanja umazanije vpliva videz vlaken ter organiziranost preje in tkanine.
Na luskah volnenih vlaken in ukrivljenih ploščatih trakovih bombažnih vlaken je večja verjetnost, da se nabira umazanija kot na gladkih vlaknih.Na primer, saje, umazane na celuloznih filmih (viskoznih filmih), je enostavno odstraniti, medtem ko je saje, umazane na bombažnih tkaninah, težko sprati.Drug primer je, da so tkanine s kratkimi vlakni iz poliestra bolj nagnjene k nabiranju oljnih madežev kot tkanine z dolgimi vlakni, prav tako pa je oljne madeže na tkaninah s kratkimi vlakni težje odstraniti kot oljne madeže na tkaninah z dolgimi vlakni.
Tesno zvita preja in tesne tkanine se zaradi majhnega razmika med vlakni lahko uprejo vdoru umazanije, lahko pa tudi preprečijo, da pralna tekočina izloči notranjo umazanijo, zato se tesne tkanine začnejo dobro upirati umazaniji, ko pa se obarvajo tudi pranje je težje.
⑤ Trdota vode
Koncentracija Ca2+, Mg2+ in drugih kovinskih ionov v vodi ima velik vpliv na učinek pranja, še posebej, če se anionske površinsko aktivne snovi srečajo z ioni Ca2+ in Mg2+, ki tvorijo kalcijeve in magnezijeve soli, ki so manj topne in bodo zmanjšale detergentnost.V trdi vodi, tudi če je koncentracija površinsko aktivne snovi visoka, je detergent še vedno veliko slabši kot pri destilaciji.Da bi imela površinsko aktivna snov najboljši učinek pranja, je treba koncentracijo ionov Ca2+ v vodi zmanjšati na 1 x 10-6 mol/L (CaCO3 na 0,1 mg/L) ali manj.To zahteva dodajanje različnih mehčalcev detergentu.
Čas objave: 25. februarja 2022