Sila zmršťovania akejkoľvek jednotky dĺžky na povrchu kvapaliny sa nazýva povrchové napätie a jednotkou je N.·m-1.
Vlastnosť znižovania povrchového napätia rozpúšťadla sa nazýva povrchová aktivita a látka s touto vlastnosťou sa nazýva povrchovo aktívna látka.
Povrchovo aktívna látka, ktorá môže viazať molekuly vo vodnom roztoku a vytvárať micely a iné asociácie a má vysokú povrchovú aktivitu, pričom má tiež účinok na zmáčanie, emulgovanie, penenie, umývanie atď., sa nazýva povrchovo aktívna látka.
Tenzid je organické zlúčeniny so špeciálnou štruktúrou a vlastnosťami, ktoré môžu výrazne meniť medzifázové napätie medzi dvoma fázami alebo povrchové napätie kvapalín (spravidla vody), so zmáčacími, penivými, emulgačnými, umývacími a inými vlastnosťami.
Z hľadiska štruktúry majú povrchovo aktívne látky spoločnú vlastnosť v tom, že vo svojich molekulách obsahujú dve skupiny rôzneho charakteru.Na jednom konci je dlhý reťazec nepolárnej skupiny, rozpustný v oleji a nerozpustný vo vode, tiež známy ako hydrofóbna skupina alebo vodoodpudivá skupina.Takouto vodoodpudivou skupinou sú vo všeobecnosti dlhé reťazce uhľovodíkov, niekedy tiež organický fluór, kremík, organofosfát, organocínový reťazec atď. Na druhom konci je vo vode rozpustná skupina, hydrofilná skupina alebo skupina odpudzujúca olej.Hydrofilná skupina musí byť dostatočne hydrofilná, aby sa zabezpečilo, že všetky povrchovo aktívne látky sú rozpustné vo vode a majú potrebnú rozpustnosť.Pretože povrchovo aktívne látky obsahujú hydrofilné a hydrofóbne skupiny, môžu byť rozpustné aspoň v jednej z kvapalných fáz.Táto hydrofilná a lipofilná vlastnosť povrchovo aktívnej látky sa nazýva amfifilita.
Povrchovo aktívna látka je druh amfifilných molekúl s hydrofóbnymi aj hydrofilnými skupinami.Hydrofóbne skupiny povrchovo aktívnych látok sú vo všeobecnosti zložené z uhľovodíkov s dlhým reťazcom, ako je napríklad alkyl C8-C20 s priamym reťazcom, alkyl C8-C20 s rozvetveným reťazcom, alkylfenyl (číslo alkylových uhlíkových atómov je 8-16) a podobne.Malý rozdiel medzi hydrofóbnymi skupinami je hlavne v štruktúrnych zmenách uhľovodíkových reťazcov.A typov hydrofilných skupín je viac, takže vlastnosti povrchovo aktívnych látok súvisia okrem veľkosti a tvaru hydrofóbnych skupín najmä s hydrofilnými skupinami.Štrukturálne zmeny hydrofilných skupín sú väčšie ako zmeny hydrofóbnych skupín, takže klasifikácia povrchovo aktívnych látok je vo všeobecnosti založená na štruktúre hydrofilných skupín.Táto klasifikácia je založená na tom, či je hydrofilná skupina iónová alebo nie, a delí sa na aniónové, katiónové, neiónové, zwitteriónové a iné špeciálne typy povrchovo aktívnych látok.
① Adsorpcia povrchovo aktívnych látok na rozhraní
Molekuly povrchovo aktívnych látok sú amfifilné molekuly, ktoré majú lipofilné aj hydrofilné skupiny.Keď je povrchovo aktívna látka rozpustená vo vode, jej hydrofilná skupina je priťahovaná k vode a rozpúšťa sa vo vode, zatiaľ čo jej lipofilná skupina je odpudzovaná vodou a opúšťa vodu, čo vedie k adsorpcii molekúl povrchovo aktívnej látky (alebo iónov) na rozhraní dvoch fáz. , čo znižuje medzipovrchové napätie medzi dvoma fázami.Čím viac molekúl povrchovo aktívnej látky (alebo iónov) je adsorbovaných na rozhraní, tým väčšie je zníženie medzifázového napätia.
② Niektoré vlastnosti adsorpčnej membrány
Povrchový tlak adsorpčnej membrány: Adsorpcia povrchovo aktívnej látky na rozhraní plyn-kvapalina na vytvorenie adsorpčnej membrány, ako je umiestnenie odnímateľnej plávajúcej vrstvy bez trenia na rozhranie, plávajúca vrstva tlačí adsorbčnú membránu pozdĺž povrchu roztoku a membrána vytvára tlak. na plávajúcom plechu, ktorý sa nazýva povrchový tlak.
Povrchová viskozita: Podobne ako povrchový tlak, povrchová viskozita je vlastnosť, ktorú vykazuje nerozpustná molekulárna membrána.Zavesený jemným kovovým drôteným platinovým krúžkom tak, aby sa jeho rovina dotýkala vodnej hladiny nádrže, otáčajte platinovým krúžkom, platinovým krúžkom viskozitou vodnej prekážky, amplitúda sa postupne znižuje, podľa čoho môže byť povrchová viskozita merané.Metóda je: najprv sa experiment vykonáva na čistom vodnom povrchu, aby sa zmeral pokles amplitúdy, a potom sa meral rozpad po vytvorení povrchovej membrány a viskozita povrchovej membrány sa odvodila z rozdielu medzi týmito dvoma .
Povrchová viskozita úzko súvisí s tuhosťou povrchovej membrány a keďže má adsorpčná membrána povrchový tlak a viskozitu, musí mať elasticitu.Čím vyšší je povrchový tlak a čím vyššia je viskozita adsorbovanej membrány, tým vyšší je jej modul pružnosti.Modul pružnosti povrchovej adsorpčnej membrány je dôležitý v procese stabilizácie bublín.
③ Tvorba miciel
Zriedené roztoky povrchovo aktívnych látok sa riadia zákonmi, za ktorými nasledujú ideálne roztoky.Množstvo povrchovo aktívnej látky adsorbovanej na povrchu roztoku sa zvyšuje s koncentráciou roztoku a keď koncentrácia dosiahne alebo prekročí určitú hodnotu, množstvo adsorpcie sa už nezvyšuje a tieto nadbytočné molekuly povrchovo aktívnej látky sú v roztoku náhodne spôsobom alebo nejakým pravidelným spôsobom.Prax aj teória ukazujú, že v roztoku vytvárajú asociácie a tieto asociácie sa nazývajú micely.
Critical Micelle Concentration (CMC): Minimálna koncentrácia, pri ktorej povrchovo aktívne látky tvoria micely v roztoku, sa nazýva kritická koncentrácia miciel.
④ Hodnoty CMC bežných povrchovo aktívnych látok.
HLB je skratka pre hydrofilnú lipofilnú rovnováhu, ktorá označuje hydrofilnú a lipofilnú rovnováhu hydrofilných a lipofilných skupín povrchovo aktívnej látky, tj hodnotu HLB povrchovo aktívnej látky.Vysoká hodnota HLB označuje molekulu so silnou hydrofilnosťou a slabou lipofilitou;naopak, silná lipofilita a slabá hydrofilnosť.
① Ustanovenia o hodnote HLB
Hodnota HLB je relatívna hodnota, takže keď je hodnota HLB vyvinutá, ako štandard, hodnota HLB parafínového vosku, ktorý nemá hydrofilné vlastnosti, je špecifikovaná ako 0, zatiaľ čo hodnota HLB dodecylsulfátu sodného, čo je viac vo vode rozpustné, je 40. Preto je hodnota HLB povrchovo aktívnych látok vo všeobecnosti v rozmedzí od 1 do 40. Všeobecne povedané, emulgátory s hodnotami HLB nižšími ako 10 sú lipofilné, zatiaľ čo emulgátory s hodnotami HLB nižšími ako 10 sú hydrofilné.Bod obratu z lipofilného na hydrofilný je teda asi 10.
Na základe hodnôt HLB povrchovo aktívnych látok možno získať všeobecnú predstavu o ich možnom použití, ako je uvedené v tabuľke 1-3.
Dve vzájomne nerozpustné kvapaliny, jedna rozptýlená v druhej ako častice (kvapôčky alebo tekuté kryštály), tvoria systém nazývaný emulzia.Tento systém je termodynamicky nestabilný v dôsledku zväčšenia hraničnej plochy dvoch kvapalín pri vytváraní emulzie.Aby bola emulzia stabilná, je potrebné pridať tretiu zložku - emulgátor na zníženie medzifázovej energie systému.Emulgátor patrí k povrchovo aktívnej látke, jeho hlavnou funkciou je hrať úlohu emulzie.Fáza emulzie, ktorá existuje ako kvapôčky, sa nazýva dispergovaná fáza (alebo vnútorná fáza, diskontinuálna fáza) a ďalšia fáza, ktorá je spolu spojená, sa nazýva disperzné médium (alebo vonkajšia fáza, spojitá fáza).
① Emulgátory a emulzie
Bežné emulzie, jedna fáza je voda alebo vodný roztok, druhá fáza sú organické látky nemiešateľné s vodou, ako je tuk, vosk a pod. Emulziu tvorenú vodou a olejom môžeme rozdeliť na dva typy podľa ich disperznej situácie: olej dispergovaný vo vode za vzniku emulzie typu olej vo vode, vyjadrený ako O/V (olej/voda): voda dispergovaná v oleji za vzniku emulzie typu olej vo vode, vyjadrená ako W/O (voda/olej).Môžu byť tiež vytvorené komplexné multiemulzie typu voda-v-oleji-vo-vode typu W/O/W a typu olej-vo-vode-v-oleji typu O/W/O.
Emulgátory sa používajú na stabilizáciu emulzií znížením medzifázového napätia a vytvorením jednomolekulovej medzifázovej membrány.
Pri emulgácii požiadavky na emulgátor:
a: Emulgátor musí byť schopný adsorbovať alebo obohatiť rozhranie medzi dvoma fázami, aby sa znížilo medzipovrchové napätie;
b: Emulgátor musí dať časticiam náboj tak, aby elektrostatické odpudzovanie medzi časticami, alebo vytvoril stabilnú, vysoko viskózna ochrannú membránu okolo častíc.
Preto látka použitá ako emulgátor musí mať amfifilné skupiny, aby mohla emulgovať a povrchovo aktívne látky môžu túto požiadavku spĺňať.
② Spôsoby prípravy emulzií a faktory ovplyvňujúce stabilitu emulzií
Existujú dva spôsoby prípravy emulzií: jedným je použitie mechanickej metódy na rozptýlenie kvapaliny v malých čiastočkách v inej kvapaline, ktorá sa väčšinou používa v priemysle na prípravu emulzií;druhý je rozpustiť kvapalinu v molekulárnom stave v inej kvapaline a potom ju správne zhromaždiť a vytvoriť emulziu.
Stabilita emulzie je schopnosť proti agregácii častíc, ktorá vedie k oddeleniu fáz.Emulzie sú termodynamicky nestabilné systémy s veľkou voľnou energiou.Preto takzvaná stabilita emulzie je vlastne čas potrebný na to, aby systém dosiahol rovnováhu, tj čas potrebný na to, aby došlo k oddeleniu jednej z kvapalín v systéme.
Pri medzifázovej membráne s mastnými alkoholmi, mastnými kyselinami a mastnými amínmi a inými polárnymi organickými molekulami je pevnosť membrány výrazne vyššia.Je to preto, že v medzifázovej adsorpčnej vrstve molekúl emulgátora a alkoholov, kyselín a amínov a iných polárnych molekúl tvoria "komplex", takže sa pevnosť medzifázovej membrány zvýšila.
Emulgátory pozostávajúce z viac ako dvoch povrchovo aktívnych látok sa nazývajú zmiešané emulgátory.Zmiešaný emulgátor adsorbovaný na rozhraní voda/olej;intermolekulárne pôsobenie môže vytvárať komplexy.Vďaka silnému intermolekulárnemu pôsobeniu sa výrazne znižuje medzipovrchové napätie, výrazne sa zvyšuje množstvo adsorbovaného emulgátora na rozhraní, zvyšuje sa tvorba hustoty medzipovrchovej membrány, zvyšuje sa pevnosť.
Náplň tekutých guľôčok má významný vplyv na stabilitu emulzie.Stabilné emulzie, ktorých tekuté guľôčky sú spravidla nabité.Keď sa použije iónový emulgátor, ión emulgátora adsorbovaný na rozhraní má svoju lipofilnú skupinu vloženú do olejovej fázy a hydrofilná skupina je vo vodnej fáze, čím sa kvapalné guľôčky nabijú.Keďže emulzné guľôčky s rovnakým nábojom sa navzájom odpudzujú, nie je ľahké ich aglomerovať, čím sa zvyšuje stabilita.Je možné vidieť, že čím viac iónov emulgátora sa adsorbuje na guľôčky, tým väčší je náboj, čím väčšia je schopnosť zabrániť aglomerácii guľôčok, tým je emulzný systém stabilnejší.
Viskozita emulzného disperzného média má určitý vplyv na stabilitu emulzie.Všeobecne platí, že čím vyššia je viskozita disperzného média, tým vyššia je stabilita emulzie.Je to preto, že viskozita disperzného média je veľká, čo má silný vplyv na Brownov pohyb kvapalných guľôčok a spomaľuje kolíziu medzi kvapalnými guľôčkami, takže systém zostáva stabilný.Polymérne látky, ktoré je možné rozpustiť v emulziách, môžu zvyčajne zvýšiť viskozitu systému a zvýšiť stabilitu emulzií.Okrem toho môžu polyméry vytvárať silnú medzifázovú membránu, vďaka čomu je emulzný systém stabilnejší.
V niektorých prípadoch môže pridanie tuhého prášku tiež spôsobiť, že emulzia bude mať tendenciu stabilizovať sa.Pevný prášok je vo vode, oleji alebo rozhraní, v závislosti od oleja, voda na zmáčavosti pevného prášku, ak nie je tuhý prášok úplne zmáčaný vodou, ale aj zmáčaný olejom, zostane na vode a oleji rozhranie.
Pevný prášok nerobí emulziu stabilnou, pretože prášok zhromaždený na rozhraní zvyšuje medzifázovú membránu, ktorá je podobná medzifázovej adsorpcii molekúl emulgátora, takže čím tesnejšie je pevný práškový materiál usporiadaný na rozhraní, tým je stabilnejší. emulzia je.
Povrchovo aktívne látky majú schopnosť výrazne zvýšiť rozpustnosť nerozpustných alebo vo vode málo rozpustných organických látok po vytvorení miciel vo vodnom roztoku a roztok je v tomto čase transparentný.Tento účinok micely sa nazýva solubilizácia.Povrchovo aktívna látka, ktorá môže spôsobiť solubilizáciu, sa nazýva solubilizátor a organická látka, ktorá je solubilizovaná, sa nazýva solubilizovaná látka.
Pena hrá dôležitú úlohu v procese prania.Pena je disperzný systém, v ktorom je plyn dispergovaný v kvapaline alebo pevnej látke, pričom plyn je dispergovaná fáza a kvapalina alebo pevná látka ako disperzné médium, prvé sa nazýva kvapalná pena, zatiaľ čo druhé sa nazýva pevná pena, napr. ako penový plast, penové sklo, penový cement atď.
(1) Tvorba peny
Penou tu rozumieme agregát vzduchových bublín oddelených kvapalinovou membránou.Tento typ bublín vždy rýchlo stúpa na povrch kvapaliny v dôsledku veľkého rozdielu v hustote medzi dispergovanou fázou (plyn) a disperzným médiom (kvapalina), v kombinácii s nízkou viskozitou kvapaliny.
Proces vytvárania bubliny spočíva v privedení veľkého množstva plynu do kvapaliny a bubliny v kvapaline sa rýchlo vracajú na povrch a vytvárajú zhluk bublín oddelených malým množstvom kvapalného plynu.
Pena má dve významné charakteristiky z hľadiska morfológie: jednou je, že bubliny ako dispergovaná fáza majú často mnohostenný tvar, pretože v priesečníku bublín existuje tendencia tekutého filmu stenčovať sa, takže bubliny sa stávajú polyedrický, keď sa tekutý film do určitej miery zriedi, vedie k prasknutiu bubliny;druhá je, že čisté kvapaliny nemôžu tvoriť stabilnú penu, kvapalina, ktorá môže tvoriť penu, sú najmenej dve alebo viac zložiek.Vodné roztoky povrchovo aktívnych látok sú typické pre systémy, ktoré sú náchylné na tvorbu peny a ich schopnosť vytvárať penu súvisí aj s ďalšími vlastnosťami.
Povrchovo aktívne látky s dobrou penivosťou sa nazývajú penotvorné látky.Penotvorné činidlo má síce dobrú penivosť, ale vytvorená pena nemusí byť schopná udržať si dlhú dobu, to znamená, že jej stabilita nie je nevyhnutne dobrá.Aby sa zachovala stabilita peny, často sa do penotvornej látky pridávajú látky, ktoré môžu zvýšiť stabilitu peny, látka sa nazýva stabilizátor peny, bežne používaným stabilizátorom je lauryldietanolamín a dodecyldimetylamínoxid.
(2) Stabilita peny
Pena je termodynamicky nestabilný systém a konečným trendom je, že po rozbití bubliny sa celková plocha povrchu kvapaliny v systéme zníži a voľná energia sa zníži.Proces odpeňovania je proces, pri ktorom sa tekutá membrána oddeľujúca plyn stáva hrubšou a tenšou, až kým sa nerozbije.Stupeň stability peny je teda určený hlavne rýchlosťou výtoku kvapaliny a silou tekutého filmu.Ovplyvňujú to aj nasledujúce faktory.
(3) Zničenie peny
Základným princípom deštrukcie peny je zmena podmienok, pri ktorých vzniká pena alebo eliminácia stabilizačných faktorov peny, preto existujú fyzikálne aj chemické spôsoby odpeňovania.
Fyzikálne odpeňovanie znamená zmenu podmienok výroby peny pri zachovaní chemického zloženia penového roztoku, ako sú vonkajšie poruchy, zmeny teploty alebo tlaku a ultrazvukové ošetrenie, to všetko sú účinné fyzikálne metódy na elimináciu peny.
Metóda chemického odpeňovania spočíva v pridávaní určitých látok na interakciu s penotvorným činidlom, aby sa znížila pevnosť tekutého filmu v pene a tým sa znížila stabilita peny na dosiahnutie účelu odpeňovania, takéto látky sa nazývajú odpeňovače.Väčšina odpeňovačov sú povrchovo aktívne látky.Preto podľa mechanizmu odpeňovania by mal mať odpeňovač silnú schopnosť znižovať povrchové napätie, ľahko sa adsorbovať na povrchu a interakcia medzi povrchovými adsorpčnými molekulami je slabá, adsorpčné molekuly usporiadané do voľnejšej štruktúry.
Existujú rôzne typy odpeňovačov, ale v podstate sú to všetky neiónové povrchovo aktívne látky.Neiónové povrchovo aktívne látky majú protipenivé vlastnosti blízko alebo nad bodom zákalu a často sa používajú ako odpeňovače.Ako vynikajúce odpeňovače sa bežne používajú aj alkoholy, najmä alkoholy s rozvetvenou štruktúrou, mastné kyseliny a estery mastných kyselín, polyamidy, fosfátové estery, silikónové oleje atď.
(4) Pena a pranie
Neexistuje priama súvislosť medzi penou a účinnosťou prania a množstvo peny nevypovedá o účinnosti prania.Napríklad neiónové povrchovo aktívne látky majú oveľa menšie penivé vlastnosti ako mydlá, ale ich dekontaminácia je oveľa lepšia ako mydlá.
V niektorých prípadoch môže byť pena nápomocná pri odstraňovaní nečistôt a špiny.Napríklad pri umývaní riadu v domácnosti pena saponátu zachytáva kvapôčky oleja a pri drhnutí kobercov pomáha pena zachytávať prach, prášok a iné pevné nečistoty.Navyše, pena môže byť niekedy použitá ako ukazovateľ účinnosti pracieho prostriedku.Pretože mastné oleje majú inhibičný účinok na penu čistiaceho prostriedku, keď je príliš veľa oleja a príliš málo čistiaceho prostriedku, nebude sa vytvárať žiadna pena alebo pôvodná pena zmizne.Pena môže byť tiež niekedy použitá ako indikátor čistoty plákania, pretože množstvo peny v plákacom roztoku má tendenciu klesať so znížením množstva pracieho prostriedku, takže množstvo peny môže byť použité na vyhodnotenie stupňa plákania.
V širšom zmysle je umývanie proces odstránenia nežiaducich komponentov z umývaného predmetu a dosiahnutia určitého účelu.Umývanie v bežnom zmysle znamená proces odstraňovania nečistôt z povrchu nosiča.Pri praní sa pôsobením niektorých chemických látok (napr. saponátu a pod.) oslabuje alebo eliminuje interakcia medzi nečistotou a nosičom, takže spojenie nečistoty a nosiča sa mení na kombináciu nečistoty a saponátu, resp. nakoniec sa nečistoty oddelia od nosiča.Keďže umývané predmety a odstraňovaná nečistota sú rôznorodé, umývanie je veľmi zložitý proces a základný proces umývania možno vyjadriť v nasledujúcich jednoduchých vzťahoch.
Nosič · Nečistota + Čistiaci prostriedok = Nosič + Špina · Čistiaci prostriedok
Proces umývania možno zvyčajne rozdeliť do dvoch stupňov: po prvé, pôsobením čistiaceho prostriedku sa špina oddelí od jej nosiča;po druhé, uvoľnená nečistota je rozptýlená a suspendovaná v médiu.Proces umývania je reverzibilný proces a nečistoty rozptýlené a suspendované v médiu sa môžu tiež znovu vyzrážať z média na umývaný predmet.Dobrý čistiaci prostriedok by preto mal mať okrem schopnosti odstraňovať nečistoty z nosiča aj schopnosť rozptýliť a suspendovať nečistoty a zabrániť opätovnému usadzovaniu nečistôt.
(1) Druhy nečistôt
Aj pri tej istej veci sa druh, zloženie a množstvo nečistôt môže líšiť v závislosti od prostredia, v ktorom sa používa.Nečistoty z olejových karosérií sú najmä niektoré živočíšne a rastlinné oleje a minerálne oleje (ako je ropa, vykurovací olej, uhoľný decht atď.), pevné nečistoty sú najmä sadze, popol, hrdza, sadze atď. z ľudského tela sú nečistoty, ako je pot, kožný maz, krv atď.;nečistoty z jedla, ako sú škvrny od ovocia, škvrny od kuchynského oleja, škvrny od korenín, škrob atď.;nečistoty z kozmetiky, ako je rúž, lak na nechty atď.;nečistoty z atmosféry, ako sú sadze, prach, blato atď.;iné, ako je atrament, čaj, náter atď. Dodáva sa v rôznych typoch.
Rôzne druhy nečistôt možno zvyčajne rozdeliť do troch hlavných kategórií: pevné nečistoty, tekuté nečistoty a špeciálne nečistoty.
① Pevná nečistota
Bežné pevné nečistoty zahŕňajú častice popola, blata, zeminy, hrdze a sadzí.Väčšina týchto častíc má na svojom povrchu elektrický náboj, väčšina z nich je nabitá záporne a môžu sa ľahko adsorbovať na vláknité predmety.Pevné nečistoty sa vo vode vo všeobecnosti ťažko rozpúšťajú, ale môžu sa rozptýliť a suspendovať pomocou čistiacich roztokov.Tuhé nečistoty s menším hmotnostným bodom sa odstraňujú ťažšie.
② Tekuté nečistoty
Tekuté nečistoty sú väčšinou rozpustné v olejoch, vrátane rastlinných a živočíšnych olejov, mastných kyselín, mastných alkoholov, minerálnych olejov a ich oxidov.Medzi nimi sa môžu vyskytnúť rastlinné a živočíšne oleje, mastné kyseliny a alkalické zmydelnenie, zatiaľ čo mastné alkoholy, minerálne oleje nie sú zmydelnené alkáliami, ale môžu byť rozpustné v alkoholoch, éteroch a uhľovodíkových organických rozpúšťadlách a emulgácii a disperzii vodného roztoku detergentu.Kvapalné nečistoty rozpustné v oleji majú vo všeobecnosti silnú silu s vláknitými predmetmi a sú pevnejšie adsorbované na vláknach.
③ Špeciálna nečistota
Špeciálne nečistoty zahŕňajú bielkoviny, škrob, krv, ľudské sekréty ako pot, kožný maz, moč a ovocné šťavy a čajové šťavy.Väčšina tohto typu nečistôt môže byť chemicky a silne adsorbovaná na vláknité predmety.Preto sa ťažko umýva.
Rôzne druhy nečistôt sa zriedka vyskytujú samostatne, ale často sú zmiešané a adsorbované na predmet.Nečistota môže niekedy vplyvom vonkajších vplyvov oxidovať, rozkladať alebo hniť a tak vytvárať nové nečistoty.
（2）Priľnavosť nečistôt
Oblečenie, ruky atď. môžu byť zafarbené, pretože medzi predmetom a nečistotou existuje určitý druh interakcie.Nečistoty sa prichytávajú na predmety rôznymi spôsobmi, ale nie sú viac ako fyzikálne a chemické priľnavosti.
①Priľnavosť sadzí, prachu, blata, piesku a dreveného uhlia k odevu je fyzická priľnavosť.Všeobecne povedané, vďaka tejto priľnavosti nečistôt a úlohe medzi zafarbeným predmetom je relatívne slabá, odstránenie nečistôt je tiež relatívne jednoduché.Podľa rôznych síl možno fyzickú priľnavosť nečistôt rozdeliť na mechanickú priľnavosť a elektrostatickú priľnavosť.
A: Mechanická priľnavosť
Tento typ priľnavosti sa týka najmä priľnavosti niektorých pevných nečistôt (napr. prachu, blata a piesku).Mechanická priľnavosť je jednou zo slabších foriem priľnavosti nečistôt a dá sa odstrániť takmer čisto mechanickými prostriedkami, ale keď je nečistota malá (<0,1 um), je jej odstránenie náročnejšie.
B: Elektrostatická priľnavosť
Elektrostatická adhézia sa prejavuje najmä pôsobením nabitých častíc nečistôt na opačne nabité predmety.Väčšina vláknitých predmetov je vo vode nabitá záporne a môžu sa na ne ľahko prilepiť určité kladne nabité nečistoty, ako sú napríklad druhy vápna.Niektoré nečistoty, aj keď sú negatívne nabité, ako sú častice sadzí vo vodných roztokoch, môžu priľnúť k vláknam cez iónové mostíky (ióny medzi viacerými opačne nabitými predmetmi, ktoré s nimi pôsobia mostíkovo) tvorené kladnými iónmi vo vode (napr. Ca2+, Mg2+ atď.).
Elektrostatické pôsobenie je silnejšie ako jednoduché mechanické pôsobenie, takže odstraňovanie nečistôt je pomerne náročné.
② Chemická priľnavosť
Chemická adhézia sa týka javu špiny pôsobiacej na predmet prostredníctvom chemických alebo vodíkových väzieb.Napríklad polárna pevná špina, bielkoviny, hrdza a iná adhézia na vláknité predmety, vlákna obsahujú karboxylové, hydroxylové, amidové a iné skupiny, tieto skupiny a mastné nečistoty mastné kyseliny, mastné alkoholy ľahko vytvárajú vodíkové väzby.Chemické sily sú vo všeobecnosti silné a špina je preto pevnejšie viazaná na predmet.Tento typ nečistôt je ťažké odstrániť bežnými metódami a vyžaduje si špeciálne metódy, ako sa s nimi vysporiadať.
Stupeň priľnavosti nečistôt súvisí s povahou samotnej nečistoty a povahou predmetu, na ktorý je prichytená.Vo všeobecnosti častice ľahko priľnú k vláknitým predmetom.Čím menšia je textúra tuhej špiny, tým silnejšia je priľnavosť.Polárne nečistoty na hydrofilných predmetoch, ako je bavlna a sklo, priľnú silnejšie ako nepolárne nečistoty.Nepolárne nečistoty priľnú silnejšie ako polárne nečistoty, ako sú polárne tuky, prach a hlina, a je ťažšie ich odstrániť a vyčistiť.
(3) Mechanizmus odstraňovania nečistôt
Účelom umývania je odstrániť nečistoty.V médiu určitej teploty (hlavne voda).Využitie rôznych fyzikálnych a chemických účinkov čistiaceho prostriedku na oslabenie alebo odstránenie účinku nečistôt a umytých predmetov pôsobením určitých mechanických síl (ako je trenie rúk, miešanie práčkou, náraz vody), takže nečistoty a umyté predmety z účelu dekontaminácie.
① Mechanizmus odstraňovania tekutých nečistôt
A: Zmáčanie
Tekuté znečistenie je väčšinou na olejovej báze.Olejové škvrny zmáčajú väčšinu vláknitých predmetov a šíria sa viac-menej ako olejový film na povrchu vláknitého materiálu.Prvým krokom pri umývaní je zvlhčenie povrchu umývacou kvapalinou.Pre ilustráciu si povrch vlákna možno predstaviť ako hladký pevný povrch.
B: Odlučovanie oleja - mechanizmus curlingu
Druhým krokom pri umývacej akcii je odstránenie oleja a mastnoty, odstránenie tekutých nečistôt sa dosiahne akýmsi navíjaním.Kvapalná špina sa pôvodne na povrchu vyskytovala vo forme rozprestretého olejového filmu a pod preferenčným zmáčacím účinkom pracej kvapaliny na pevnom povrchu (tj povrchu vlákna) sa krok za krokom skrútila do olejových guľôčok, ktoré boli nahradené umývacou kvapalinou a nakoniec opustili povrch pod vplyvom určitých vonkajších síl.
② Mechanizmus odstraňovania pevných nečistôt
Odstraňovanie tekutých nečistôt prebieha najmä prednostným zmáčaním nosiča nečistôt umývacím roztokom, pričom iný je mechanizmus odstraňovania tuhých nečistôt, kde v procese umývania ide najmä o zmáčanie hmoty špiny a jej povrchu nosiča umývaním. Riešenie.V dôsledku adsorpcie povrchovo aktívnych látok na pevnú špinu a jej nosný povrch sa znižuje interakcia medzi špinou a povrchom a znižuje sa sila priľnavosti špiny na povrchu, čím sa špina z povrchu ľahko odstraňuje. kariéra.
Okrem toho adsorpcia povrchovo aktívnych látok, najmä iónových povrchovo aktívnych látok na povrchu tuhej špiny a jej nosiča, má potenciál zvýšiť povrchový potenciál na povrchu tuhej špiny a jej nosiča, čo viac prispieva k odstráneniu špina.Pevné alebo všeobecne vláknité povrchy sú vo vodnom prostredí zvyčajne negatívne nabité a môžu preto vytvárať difúzne dvojité elektronické vrstvy na hmotách nečistôt alebo pevných povrchoch.V dôsledku odpudzovania homogénnych nábojov je oslabená priľnavosť častíc nečistôt vo vode k pevnému povrchu.Keď sa pridá aniónová povrchovo aktívna látka, pretože môže súčasne zvýšiť negatívny povrchový potenciál častice nečistôt a pevného povrchu, odpudzovanie medzi nimi sa zvýši, priľnavosť častice sa zníži a špina sa ľahšie odstráni. .
Neiónové povrchovo aktívne látky sú adsorbované na všeobecne nabitých pevných povrchoch a hoci výrazne nemenia medzifázový potenciál, adsorbované neiónové povrchovo aktívne látky majú tendenciu vytvárať na povrchu určitú hrúbku adsorbovanej vrstvy, ktorá pomáha predchádzať opätovnému ukladaniu nečistôt.
V prípade katiónových povrchovo aktívnych látok ich adsorpcia znižuje alebo eliminuje negatívny povrchový potenciál hmoty nečistôt a jej nosného povrchu, čo znižuje odpudzovanie medzi nečistotou a povrchom, a preto neprispieva k odstraňovaniu nečistôt;ďalej, po adsorpcii na pevnom povrchu majú katiónové povrchovo aktívne látky tendenciu zmeniť pevný povrch na hydrofóbne, a preto neprispievajú k povrchovému zmáčaniu, a teda umývaniu.
③ Odstránenie špeciálnych nečistôt
Proteín, škrob, ľudské sekréty, ovocné šťavy, čajové šťavy a iné podobné nečistoty sa bežnými povrchovo aktívnymi látkami ťažko odstraňujú a vyžadujú si špeciálne ošetrenie.
Proteínové škvrny ako smotana, vajcia, krv, mlieko a kožné výlučky majú tendenciu zrážať sa na vláknach a degenerovať a získavať silnejšiu priľnavosť.Proteínové znečistenie je možné odstrániť použitím proteáz.Enzým proteáza rozkladá proteíny v nečistotách na vo vode rozpustné aminokyseliny alebo oligopeptidy.
Škrobové škvrny pochádzajú hlavne z potravín, iných ako je omáčka, lepidlo atď. Amyláza má katalytický účinok na hydrolýzu škrobových škvŕn, čo spôsobuje rozklad škrobu na cukry.
Lipáza katalyzuje rozklad triglyceridov, ktoré je ťažké odstrániť bežnými metódami, ako je maz a jedlé oleje, a štiepi ich na rozpustný glycerol a mastné kyseliny.
Niektoré farebné škvrny od ovocných štiav, čajových štiav, atramentov, rúžov atď. sa často ťažko čistia dôkladne aj po opakovanom praní.Tieto škvrny možno odstrániť redoxnou reakciou s oxidačným alebo redukčným činidlom, ako je bielidlo, ktoré ničí štruktúru farbotvorných alebo farbo-pomocných skupín a rozkladá ich na menšie vo vode rozpustné zložky.
(4) Mechanizmus na odstraňovanie škvŕn pri chemickom čistení
Vyššie uvedené je v skutočnosti pre vodu ako prostriedok na umývanie.V skutočnosti, kvôli rôznym typom oblečenia a štruktúre, niektoré oblečenie, ktoré používa pranie vo vode, nie je vhodné alebo sa nedá ľahko vyprať, niektoré oblečenie po vypraní a dokonca aj deformácia, vyblednutie atď., napríklad: väčšina prírodných vlákien absorbuje vodu a ľahko napučiavať, a suché a ľahko zmršťovacie, takže po umytí bude deformovaný;praním vlnených výrobkov tiež často dochádza k javu zrážania, niektoré vlnené výrobky pri praní vodou sa tiež ľahko žmolia, mení sa farba;Niektoré hodvábne ruky sa po umytí zhoršujú a strácajú lesk.Pre tieto odevy často používajte na dekontamináciu metódu chemického čistenia.Takzvané chemické čistenie vo všeobecnosti označuje spôsob prania v organických rozpúšťadlách, najmä v nepolárnych rozpúšťadlách.
Chemické čistenie je šetrnejšia forma prania ako umývanie vodou.Pretože chemické čistenie nevyžaduje veľa mechanického pôsobenia, nespôsobuje poškodenie, krčenie a deformáciu odevu, zatiaľ čo chemické čistiace prostriedky na rozdiel od vody len zriedka spôsobujú rozťahovanie a kontrakciu.Pri správnom zaobchádzaní s technológiou je možné oblečenie chemicky čistiť bez skreslenia, vyblednutia farieb a predĺženia životnosti.
Pokiaľ ide o chemické čistenie, existujú tri široké typy nečistôt.
① Špina rozpustná v oleji Nečistota rozpustná v oleji zahŕňa všetky druhy oleja a mastnoty, ktoré sú tekuté alebo mastné a možno ich rozpustiť v rozpúšťadlách na chemické čistenie.
② Nečistoty rozpustné vo vode Nečistoty rozpustné vo vode sú rozpustné vo vodných roztokoch, nie však v prostriedkoch na chemické čistenie, adsorbujú sa na odeve vo vodnom stave, voda sa odparuje po vyzrážaní zrnitých pevných látok, ako sú anorganické soli, škrob, bielkoviny atď.
③ Nečistoty nerozpustné v oleji a vo vode Nečistoty nerozpustné v oleji a vo vode nie sú rozpustné vo vode ani nerozpustné v rozpúšťadlách na chemické čistenie, ako sú sadze, silikáty rôznych kovov a oxidov atď.
Vzhľadom na rôznu povahu rôznych typov nečistôt existujú rôzne spôsoby odstraňovania nečistôt v procese chemického čistenia.Nečistoty rozpustné v oleji, ako sú živočíšne a rastlinné oleje, minerálne oleje a tuky, sú ľahko rozpustné v organických rozpúšťadlách a dajú sa ľahšie odstrániť suchým čistením.Vynikajúca rozpustnosť rozpúšťadiel na chemické čistenie olejov a tukov v podstate pochádza z van der Wallsových síl medzi molekulami.
Na odstránenie nečistôt rozpustných vo vode, ako sú anorganické soli, cukry, bielkoviny a pot, je potrebné do čistiaceho prostriedku pridať aj správne množstvo vody, inak sa vo vode rozpustné nečistoty z oblečenia odstraňujú len ťažko.Voda sa však v čistiacom prostriedku ťažko rozpúšťa, takže na zvýšenie množstva vody je potrebné pridať aj povrchovo aktívne látky.Prítomnosť vody v čistiacom prostriedku môže spôsobiť hydratáciu povrchu špiny a oblečenia, takže je ľahké interagovať s polárnymi skupinami povrchovo aktívnych látok, čo prispieva k adsorpcii povrchovo aktívnych látok na povrchu.Okrem toho, keď povrchovo aktívne látky tvoria micely, vo vode rozpustné nečistoty a voda môžu byť rozpustené do miciel.Okrem zvyšovania obsahu vody v rozpúšťadle na chemické čistenie môžu povrchovo aktívne látky zohrávať úlohu aj pri predchádzaní opätovnému usadzovaniu nečistôt, aby sa zvýšil dekontaminačný účinok.
Prítomnosť malého množstva vody je potrebná na odstránenie nečistôt rozpustných vo vode, ale príliš veľa vody môže spôsobiť deformáciu a pokrčenie niektorých odevov, takže množstvo vody v čistiacom prostriedku musí byť mierne.
Nečistoty, ktoré nie sú rozpustné ani vo vode, ani v oleji, pevné častice, ako je popol, blato, zemina a sadze, sú zvyčajne pripevnené k odevu elektrostatickými silami alebo v kombinácii s olejom.Pri chemickom čistení môže tok rozpúšťadla, náraz spôsobiť elektrostatickú adsorpciu nečistôt a prostriedok na chemické čistenie môže rozpustiť olej, takže kombinácia oleja a nečistôt a prichytenie pevných častíc k odevu sa odstráni v suchu. -čistiaci prostriedok, prostriedok na chemické čistenie v malom množstve vody a povrchovo aktívnych látok, aby sa tie častice pevných nečistôt mohli stabilne suspendovať, rozptýliť, aby sa zabránilo ich opätovnému usadzovaniu na odeve.
(5) Faktory ovplyvňujúce účinok prania
Smerová adsorpcia povrchovo aktívnych látok na rozhraní a zníženie povrchového (medzifázového) napätia sú hlavnými faktormi pri odstraňovaní tekutých alebo pevných nečistôt.Proces prania je však zložitý a účinok prania aj pri rovnakom type pracieho prostriedku je ovplyvnený mnohými ďalšími faktormi.Medzi tieto faktory patrí koncentrácia pracieho prostriedku, teplota, povaha znečistenia, typ vlákna a štruktúra tkaniny.
① Koncentrácia povrchovo aktívnej látky
Micely povrchovo aktívnych látok v roztoku hrajú dôležitú úlohu v procese prania.Keď koncentrácia dosiahne kritickú koncentráciu miciel (CMC), premývací účinok sa prudko zvýši.Preto by koncentrácia pracieho prostriedku v rozpúšťadle mala byť vyššia ako hodnota CMC, aby sa dosiahol dobrý prací účinok.Keď je však koncentrácia povrchovo aktívnej látky vyššia ako hodnota CMC, prírastkové zvýšenie pracieho účinku nie je zrejmé a nie je potrebné príliš zvyšovať koncentráciu povrchovo aktívnej látky.
Pri odstraňovaní oleja solubilizáciou sa solubilizačný účinok zvyšuje so zvyšujúcou sa koncentráciou povrchovo aktívnej látky, aj keď je koncentrácia vyššia ako CMC.V tomto čase je vhodné použiť prací prostriedok lokálne centralizovaným spôsobom.Napríklad, ak je veľa nečistôt na manžetách a golieri odevu, môže sa počas prania naniesť vrstva pracieho prostriedku, aby sa zvýšil solubilizačný účinok povrchovo aktívnej látky na olej.
② Teplota má veľmi dôležitý vplyv na dekontamináciu.Vo všeobecnosti zvýšenie teploty uľahčuje odstraňovanie nečistôt, ale niekedy môže príliš vysoká teplota spôsobiť aj nevýhody.
Zvýšenie teploty uľahčuje difúziu nečistôt, tuhá mastnota sa pri teplotách nad bodom topenia ľahko emulguje a vlákna v dôsledku zvýšenia teploty napučiavajú, čo všetko uľahčuje odstraňovanie nečistôt.Pri kompaktných tkaninách sa však mikromedzery medzi vláknami zmenšujú, keď sa vlákna rozťahujú, čo je škodlivé pre odstránenie nečistôt.
Zmeny teploty tiež ovplyvňujú rozpustnosť, hodnotu CMC a veľkosť miciel povrchovo aktívnych látok, čím ovplyvňujú umývací účinok.Rozpustnosť povrchovo aktívnych látok s dlhými uhlíkovými reťazcami je nízka pri nízkych teplotách a niekedy je rozpustnosť dokonca nižšia ako hodnota CMC, takže teplota prania by sa mala primerane zvýšiť.Vplyv teploty na hodnotu CMC a veľkosť miciel je odlišný pre iónové a neiónové povrchovo aktívne látky.Pre iónové povrchovo aktívne látky zvýšenie teploty vo všeobecnosti zvyšuje hodnotu CMC a znižuje veľkosť miciel, čo znamená, že koncentrácia povrchovo aktívnej látky v pracom roztoku by sa mala zvýšiť.U neiónových povrchovo aktívnych látok vedie zvýšenie teploty k zníženiu hodnoty CMC a výraznému zvýšeniu objemu miciel, takže je zrejmé, že vhodné zvýšenie teploty pomôže neiónovej povrchovo aktívnej látke uplatniť svoj povrchovo aktívny účinok. .Teplota by však nemala prekročiť bod zákalu.
Stručne povedané, optimálna teplota prania závisí od zloženia pracieho prostriedku a umývaného predmetu.Niektoré pracie prostriedky majú dobrý čistiaci účinok pri izbovej teplote, zatiaľ čo iné majú veľmi rozdielnu detergentnosť medzi studeným a horúcim praním.
③ Pena
Je zvykom zamieňať si penivosť s pracím účinkom v domnienke, že pracie prostriedky s vysokou penivosťou majú dobrý prací účinok.Výskum ukázal, že neexistuje priamy vzťah medzi účinkom prania a množstvom peny.Napríklad umývanie s nízkopenivými čistiacimi prostriedkami nie je o nič menej účinné ako pranie s vysoko penivými čistiacimi prostriedkami.
Hoci pena priamo nesúvisí s umývaním, sú príležitosti, kedy pomôže odstrániť nečistoty, napríklad pri ručnom umývaní riadu.Pri drhnutí kobercov môže pena odoberať aj prach a iné pevné častice nečistôt, nečistoty z kobercov tvoria veľký podiel prachu, preto by prostriedky na čistenie kobercov mali mať určitú penivosť.
Sila peny je dôležitá aj pri šampónoch, kde jemná pena, ktorú tekutina vytvára počas šampónovania alebo kúpania, zanecháva vlasy mastnejšie a pohodlnejšie.
④ Odrody vlákien a fyzikálne vlastnosti textílií
Okrem chemickej štruktúry vlákien, ktorá ovplyvňuje priľnavosť a odstraňovanie nečistôt, má na ľahké odstraňovanie nečistôt vplyv aj vzhľad vlákien a organizácia priadze a tkaniny.
Šupiny vlnených vlákien a zakrivené ploché stuhy bavlnených vlákien majú väčšiu pravdepodobnosť hromadenia nečistôt ako hladké vlákna.Napríklad sadze zafarbené na celulózových fóliách (viskózových fóliách) sa dajú ľahko odstrániť, zatiaľ čo sadze zafarbené na bavlnených látkach sa dajú len ťažko vyprať.Ďalším príkladom je, že tkaniny s krátkymi vláknami vyrobené z polyesteru sú náchylnejšie na hromadenie olejových škvŕn ako tkaniny s dlhými vláknami a olejové škvrny na tkaninách s krátkymi vláknami sa tiež ťažšie odstraňujú ako olejové škvrny na tkaninách s dlhými vláknami.
Pevne skrútené priadze a tesné tkaniny vďaka malej medzere medzi vláknami dokážu odolať vnikaniu nečistôt, ale to isté môže tiež zabrániť pracej kvapaline, aby sa vylúčila vnútorná nečistota, takže tesné tkaniny začnú dobre odolávať nečistotám, ale po zafarbení umývanie je tiež náročnejšie.
⑤ Tvrdosť vody
Koncentrácia Ca2+, Mg2+ a iných kovových iónov vo vode má veľký vplyv na prací účinok, najmä ak sa aniónové povrchovo aktívne látky stretávajú s iónmi Ca2+ a Mg2+ tvoriacimi vápenaté a horečnaté soli, ktoré sú menej rozpustné a znižujú jej detergentnosť.V tvrdej vode, aj keď je koncentrácia povrchovo aktívnej látky vysoká, je detergentnosť stále oveľa horšia ako pri destilácii.Aby povrchovo aktívna látka mala najlepší umývací účinok, mala by sa koncentrácia iónov Ca2+ vo vode znížiť na 1 x 10-6 mol/l (CaCO3 na 0,1 mg/l) alebo menej.To si vyžaduje pridanie rôznych zmäkčovadiel do pracieho prostriedku.
Čas odoslania: 25. februára 2022