La força de contracció de qualsevol unitat de longitud a la superfície del líquid s'anomena tensió superficial i la unitat és N.·m-1.
La propietat de reduir la tensió superficial del dissolvent s'anomena activitat superficial, i una substància amb aquesta propietat s'anomena substància tensioactiva.
La substància tensioactiva que pot unir molècules en solució aquosa i formar micel·les i altres associacions, i que té una gran activitat superficial, alhora que té l'efecte d'humectació, emulsionament, escuma, rentat, etc. s'anomena tensioactiu.
Els tensioactius són compostos orgànics amb estructura i propietats especials, que poden canviar significativament la tensió interfacial entre dues fases o la tensió superficial dels líquids (generalment aigua), amb propietats humectants, espumants, emulsionants, rentats i altres.
Pel que fa a l'estructura, els tensioactius tenen una característica comuna en què contenen dos grups de naturalesa diferent en les seves molècules. En un extrem hi ha una llarga cadena de grup no polar, soluble en oli i insoluble en aigua, també conegut com a grup hidròfob o grup hidròfug. Aquest grup repel·lent a l'aigua és generalment cadenes llargues d'hidrocarburs, de vegades també per a fluor orgànic, silici, organofosfat, cadena d'organoestany, etc. A l'altre extrem hi ha un grup hidrosoluble, un grup hidròfil o un grup repel·lent a l'oli. El grup hidròfil ha de ser prou hidròfil per garantir que els tensioactius sencers siguin solubles en aigua i tinguin la solubilitat necessària. Com que els tensioactius contenen grups hidròfils i hidròfobs, poden ser solubles en almenys una de les fases líquides. Aquesta propietat hidròfila i lipòfila del tensioactiu s'anomena amfifilicitat.
El tensioactiu és un tipus de molècules amfifíliques amb grups hidròfobs i hidròfils. Els grups hidrofòbics de tensioactius es componen generalment d'hidrocarburs de cadena llarga, com ara alquil de cadena recta C8 ~ C20, alquil de cadena ramificada C8 ~ C20, alquilfenil (el nombre de carboni d'alquil és de 8 ~ 16) i similars. La diferència que és petita entre els grups hidrofòbics es troba principalment en els canvis estructurals de les cadenes d'hidrocarburs. I els tipus de grups hidròfils són més, de manera que les propietats dels tensioactius es relacionen principalment amb els grups hidròfils, a més de la mida i la forma dels grups hidrofòbics. Els canvis estructurals dels grups hidròfils són més grans que els dels grups hidrofòbics, de manera que la classificació dels tensioactius es basa generalment en l'estructura dels grups hidròfils. Aquesta classificació es basa en si el grup hidròfil és iònic o no, i es divideix en tensioactius aniònics, catiònics, no iònics, zwitteriònics i altres tipus especials de tensioactius.
① Adsorció de tensioactius a la interfície
Les molècules de tensioactius són molècules amfifíliques que tenen grups tant lipòfils com hidròfils. Quan el tensioactiu es dissol a l'aigua, el seu grup hidròfil és atret per l'aigua i es dissol en aigua, mentre que el seu grup lipòfil és repel·lit per l'aigua i deixa aigua, donant lloc a l'adsorció de molècules de tensioactiu (o ions) a la interfície de les dues fases. , que redueix la tensió interfacial entre les dues fases. Com més molècules de tensioactiu (o ions) s'adsorbeixin a la interfície, més gran serà la reducció de la tensió interfacial.
② Algunes propietats de la membrana d'adsorció
Pressió superficial de la membrana d'adsorció: l'adsorció del tensioactiu a la interfície gas-líquid per formar una membrana d'adsorció, com ara col·locar una làmina flotant extraïble sense fricció a la interfície, la làmina flotant empeny la membrana adsorbent al llarg de la superfície de la solució i la membrana genera una pressió. a la làmina flotant, que s'anomena pressió superficial.
Viscositat superficial: com la pressió superficial, la viscositat superficial és una propietat que presenta la membrana molecular insoluble. Suspès per un anell de platí de filferro metàl·lic fi, de manera que el seu pla en contacte amb la superfície de l'aigua del dipòsit, gira l'anell de platí, l'anell de platí per la viscositat de l'obstacle de l'aigua, l'amplitud decau gradualment, segons la qual la viscositat superficial es pot mesurat. El mètode és: primer, l'experiment es realitza a la superfície de l'aigua pura per mesurar la decadència d'amplitud, i després es mesura la decadència després de la formació de la membrana superficial i la viscositat de la membrana superficial es deriva de la diferència entre les dues. .
La viscositat superficial està estretament relacionada amb la solidesa de la membrana superficial, i com que la membrana d'adsorció té pressió i viscositat superficials, ha de tenir elasticitat. Com més alta sigui la pressió superficial i com més gran sigui la viscositat de la membrana adsorbida, més gran serà el seu mòdul elàstic. El mòdul elàstic de la membrana d'adsorció superficial és important en el procés d'estabilització de la bombolla.
③ Formació de micel·les
Les solucions diluïdes de tensioactius obeeixen les lleis seguides per les solucions ideals. La quantitat de tensioactiu adsorbit a la superfície de la solució augmenta amb la concentració de la solució, i quan la concentració arriba o supera un cert valor, la quantitat d'adsorció ja no augmenta, i aquestes molècules de tensioactiu en excés es troben a la solució de manera casual. manera o d'alguna manera regular. Tant la pràctica com la teoria mostren que formen associacions en solució, i aquestes associacions s'anomenen micel·les.
Concentració crítica de micel·les (CMC): la concentració mínima a la qual els tensioactius formen micel·les en solució s'anomena concentració crítica de micel·les.
④ Valors CMC dels tensioactius comuns.
HLB és l'abreviatura de hydrophile lipophile balance, que indica l'equilibri hidròfil i lipòfil dels grups hidròfils i lipòfils del tensioactiu, és a dir, el valor HLB del tensioactiu. Un valor HLB gran indica una molècula amb una forta hidrofilicitat i una lipofilia feble; per contra, una forta lipofilia i una feble hidrofilicitat.
① Provisions de valor HLB
El valor HLB és un valor relatiu, de manera que quan es desenvolupa el valor HLB, com a estàndard, el valor HLB de la cera de parafina, que no té propietats hidròfiles, s'especifica com a 0, mentre que el valor HLB del dodecil sulfat de sodi, que és més soluble en aigua, és 40. Per tant, el valor HLB dels tensioactius es troba generalment entre 1 i 40. En termes generals, els emulsionants amb valors HLB inferiors a 10 són lipòfils, mentre que els superiors a 10 són hidròfils. Així, el punt d'inflexió de lipòfil a hidròfil és d'uns 10.
A partir dels valors HLB dels tensioactius, es pot obtenir una idea general dels seus possibles usos, tal com es mostra a la Taula 1-3.
Dos líquids mútuament insolubles, un dispers en l'altre com a partícules (gotetes o cristalls líquids) formen un sistema anomenat emulsió. Aquest sistema és termodinàmicament inestable a causa de l'augment de l'àrea del límit dels dos líquids quan es forma l'emulsió. Per tal que l'emulsió sigui estable, cal afegir un tercer component: emulsionant per reduir l'energia interfacial del sistema. L'emulsionant pertany al tensioactiu, la seva funció principal és jugar el paper d'emulsió. La fase de l'emulsió que existeix en forma de gotes s'anomena fase dispersa (o fase interna, fase discontínua), i l'altra fase que està unida entre si s'anomena medi de dispersió (o fase exterior, fase contínua).
① Emulsionants i emulsions
Emulsions comunes, una fase és aigua o solució aquosa, l'altra fase són substàncies orgàniques no miscibles amb aigua, com greix, cera, etc. L'emulsió formada per aigua i oli es pot dividir en dos tipus segons la seva situació de dispersió: oli dispersa en aigua per formar emulsió tipus oli en aigua, expressada com a O/W (oli/aigua): aigua dispersa en oli per formar emulsió tipus oli en aigua, expressada com a W/O (aigua/oli). També es poden formar multi-emulsions complexes de tipus W/O/W aigua-en-oli-en-aigua i oli-en-aigua-en-oli O/W/O.
Els emulsionants s'utilitzen per estabilitzar emulsions reduint la tensió interfacial i formant una membrana interfacial d'una sola molècula.
En l'emulsificació dels requisits de l'emulsionant:
a: L'emulsionant ha de ser capaç d'adsorbir o enriquir la interfície entre les dues fases, de manera que es redueixi la tensió interfacial;
b: L'emulsionant ha de donar les partícules a la càrrega, de manera que la repulsió electrostàtica entre les partícules o formi una membrana protectora estable i altament viscosa al voltant de les partícules.
Per tant, la substància utilitzada com a emulsionant ha de tenir grups amfifílics per poder emulsionar i els tensioactius poden complir aquest requisit.
② Mètodes de preparació d'emulsions i factors que afecten l'estabilitat de les emulsions
Hi ha dues maneres de preparar emulsions: una és utilitzar el mètode mecànic per dispersar el líquid en partícules diminutes en un altre líquid, que s'utilitza principalment a la indústria per preparar emulsions; l'altra consisteix a dissoldre el líquid en estat molecular en un altre líquid, i després fer-lo reunir adequadament per formar emulsions.
L'estabilitat d'una emulsió és la capacitat d'agregació anti-partícules que condueix a la separació de fases. Les emulsions són sistemes termodinàmicament inestables amb gran energia lliure. Per tant, l'anomenada estabilitat d'una emulsió és en realitat el temps necessari perquè el sistema arribi a l'equilibri, és a dir, el temps necessari perquè es produeixi la separació d'un dels líquids del sistema.
Quan la membrana interfacial amb alcohols grassos, àcids grassos i amines grasses i altres molècules orgàniques polars, la força de la membrana és significativament més alta. Això és degut a que, a la capa d'adsorció interfacial de molècules emulsionants i alcohols, àcids i amines i altres molècules polars per formar un "complex", de manera que la força de la membrana interfacial augmenta.
Els emulsionants que consisteixen en més de dos tensioactius s'anomenen emulsionants mixtes. Emulsionant mixt adsorbit a la interfície aigua/oli; L'acció intermolecular pot formar complexos. A causa de la forta acció intermolecular, la tensió interfacial es redueix significativament, la quantitat d'emulsionant adsorbida a la interfície augmenta significativament, la formació de la densitat de la membrana interfacial augmenta, la força augmenta.
La càrrega de les perles líquides té un efecte significatiu sobre l'estabilitat de l'emulsió. Emulsions estables, les perles líquides de les quals generalment estan carregades. Quan s'utilitza un emulsionant iònic, l'ió emulsionant adsorbit a la interfície té el seu grup lipòfil inserit a la fase d'oli i el grup hidròfil es troba a la fase aquosa, fent que les perles líquides es carreguin. Com les perles d'emulsió amb la mateixa càrrega, es repel·leixen entre si, no és fàcil d'aglomerar, de manera que augmenta l'estabilitat. Es pot veure que com més ions emulsionants s'adsorbeixin a les perles, com més gran sigui la càrrega, més gran serà la capacitat d'evitar l'aglomeració de les perles, més estable serà el sistema d'emulsió.
La viscositat del medi de dispersió de l'emulsió té una certa influència en l'estabilitat de l'emulsió. En general, com més gran sigui la viscositat del medi de dispersió, més gran serà l'estabilitat de l'emulsió. Això es deu al fet que la viscositat del medi de dispersió és gran, la qual cosa té un fort efecte sobre el moviment brownià de les perles líquides i alenteix la col·lisió entre les perles líquides, de manera que el sistema es manté estable. Normalment, les substàncies polimèriques que es poden dissoldre en emulsions poden augmentar la viscositat del sistema i augmentar l'estabilitat de les emulsions. A més, els polímers també poden formar una membrana interfacial forta, fent que el sistema d'emulsió sigui més estable.
En alguns casos, l'addició de pols sòlid també pot fer que l'emulsió tendeix a estabilitzar-se. La pols sòlida es troba a l'aigua, l'oli o la interfície, depenent de l'oli, l'aigua de la capacitat d'humectació de la pols sòlida, si la pols sòlida no està completament mullada amb aigua, sinó també mullada per l'oli, romandrà a l'aigua i l'oli. interfície.
La pols sòlida no fa que l'emulsió sigui estable perquè la pols reunida a la interfície millora la membrana interfacial, que és similar a l'adsorció interfacial de les molècules emulsionants, de manera que com més a prop estigui disposat el material en pols sòlid a la interfície, més estable serà l'emulsió és.
Els tensioactius tenen la capacitat d'augmentar significativament la solubilitat de substàncies orgàniques insolubles o lleugerament solubles en aigua després de formar micel·les en solució aquosa, i la solució és transparent en aquest moment. Aquest efecte de la micel·la s'anomena solubilització. El tensioactiu que pot produir solubilització s'anomena solubilitzant, i la matèria orgànica que es solubilitza s'anomena matèria solubilitzada.
L'escuma té un paper important en el procés de rentat. L'escuma és un sistema de dispersió en el qual un gas es dispersa en un líquid o sòlid, amb el gas com a fase dispersa i el líquid o sòlid com a mitjà de dispersió, el primer s'anomena escuma líquida, mentre que el segon s'anomena escuma sòlida, com com a plàstic escumat, vidre escumat, ciment escumat, etc.
(1) Formació d'escuma
Per escuma entenem aquí un agregat de bombolles d'aire separades per una membrana líquida. Aquest tipus de bombolla sempre puja ràpidament a la superfície del líquid a causa de la gran diferència de densitat entre la fase dispersa (gas) i el medi de dispersió (líquid), combinada amb la baixa viscositat del líquid.
El procés de formació d'una bombolla és introduir una gran quantitat de gas al líquid, i les bombolles del líquid tornen ràpidament a la superfície, formant un agregat de bombolles separades per una petita quantitat de gas líquid.
L'escuma té dues característiques significatives pel que fa a la morfologia: una és que les bombolles com a fase dispersa solen tenir forma polièdrica, això es deu al fet que a la intersecció de les bombolles, hi ha una tendència a que la pel·lícula líquida s'aprima de manera que les bombolles esdevinguin. polièdric, quan la pel·lícula líquida s'aprima fins a cert punt, condueix a la ruptura de la bombolla; el segon és que els líquids purs no poden formar escuma estable, el líquid que pot formar escuma és almenys dos o més components. Les solucions aquoses de tensioactius són típiques dels sistemes que són propensos a la generació d'escuma, i la seva capacitat per generar escuma també està relacionada amb altres propietats.
Els tensioactius amb un bon poder espumant s'anomenen agents espumants. Tot i que l'agent d'escuma té una bona capacitat d'escuma, però és possible que l'escuma formada no es pugui mantenir durant molt de temps, és a dir, la seva estabilitat no és necessàriament bona. Per mantenir l'estabilitat de l'escuma, sovint a l'agent d'escuma per afegir substàncies que poden augmentar l'estabilitat de l'escuma, la substància s'anomena estabilitzador d'escuma, l'estabilitzador d'ús habitual és la lauril dietanolamina i l'òxid de dodecil dimetilamina.
(2) Estabilitat de l'escuma
L'escuma és un sistema termodinàmicament inestable i la tendència final és que la superfície total del líquid dins del sistema disminueix després que la bombolla es trenca i l'energia lliure disminueix. El procés d'eliminació d'escuma és el procés pel qual la membrana líquida que separa el gas es fa més gruixuda i fina fins que es trenca. Per tant, el grau d'estabilitat de l'escuma està determinat principalment per la velocitat de descàrrega del líquid i la força de la pel·lícula líquida. Els factors següents també influeixen en això.
(3) Destrucció d'escuma
El principi bàsic de la destrucció de l'escuma és canviar les condicions que produeixen l'escuma o eliminar els factors estabilitzadors de l'escuma, per tant, hi ha mètodes físics i químics de desescuma.
L'eliminació d'escuma física significa canviar les condicions de producció d'escuma mentre es manté la composició química de la solució d'escuma, com ara pertorbacions externes, canvis de temperatura o pressió i tractament ultrasònic, són mètodes físics efectius per eliminar l'escuma.
El mètode d'eliminació d'escuma química és afegir determinades substàncies per interaccionar amb l'agent d'escuma per reduir la força de la pel·lícula líquida a l'escuma i reduir així l'estabilitat de l'escuma per aconseguir el propòsit d'eliminar l'escuma, aquestes substàncies s'anomenen antiespumantes. La majoria dels antiespumantes són tensioactius. Per tant, segons el mecanisme d'eliminació d'escuma, l'antiescuma hauria de tenir una forta capacitat per reduir la tensió superficial, fàcil d'adsorbir a la superfície i la interacció entre les molècules d'adsorció superficial és feble, les molècules d'adsorció disposades en una estructura més fluixa.
Hi ha diversos tipus d'antiespumantes, però bàsicament, tots són tensioactius no iònics. Els tensioactius no iònics tenen propietats anti-escuma prop o per sobre del seu punt de núvol i sovint s'utilitzen com a antiespumantes. Els alcohols, especialment els alcohols d'estructura ramificada, els àcids grassos i els èsters d'àcids grassos, les poliamides, els èsters fosfat, els olis de silicona, etc., també s'utilitzen habitualment com a excel·lents antiespumantes.
(4) Escuma i rentat
No hi ha cap vincle directe entre l'escuma i l'eficàcia del rentat i la quantitat d'escuma no indica l'efectivitat del rentat. Per exemple, els tensioactius no iònics tenen moltes menys propietats espumants que els sabons, però la seva descontaminació és molt millor que els sabons.
En alguns casos, l'escuma pot ser útil per eliminar la brutícia i la brutícia. Per exemple, quan es renta els plats a la llar, l'escuma del detergent recull les gotes d'oli i, quan es frega les catifes, l'escuma ajuda a recollir pols, pols i altra brutícia sòlida. A més, de vegades es pot utilitzar l'escuma com a indicació de l'eficàcia d'un detergent. Com que els olis grassos tenen un efecte inhibidor sobre l'escuma del detergent, quan hi ha massa oli i massa poc detergent, no es generarà escuma o l'escuma original desapareixerà. L'escuma també es pot utilitzar de vegades com a indicador de la neteja d'un esbandida, ja que la quantitat d'escuma de la solució d'esbandida tendeix a disminuir amb la reducció del detergent, de manera que la quantitat d'escuma es pot utilitzar per avaluar el grau d'esbandida.
En un sentit ampli, el rentat és el procés d'eliminar components no desitjats de l'objecte a rentar i aconseguir algun propòsit. El rentat en el sentit habitual es refereix al procés d'eliminació de la brutícia de la superfície del transportista. En el rentat, la interacció entre la brutícia i el transportador es debilita o s'elimina per l'acció d'algunes substàncies químiques (per exemple, detergent, etc.), de manera que la combinació de brutícia i transportador es converteix en la combinació de brutícia i detergent, i finalment la brutícia es separa del portador. Com que els objectes a rentar i la brutícia a eliminar són diversos, el rentat és un procés molt complex i el procés bàsic del rentat es pot expressar en les següents relacions senzilles.
Carrie··Dirt + Detergent= Portador + Dirt·Detergent
El procés de rentat normalment es pot dividir en dues etapes: en primer lloc, sota l'acció del detergent, la brutícia es separa del seu suport; en segon lloc, la brutícia despresa es dispersa i es suspèn en el medi. El procés de rentat és un procés reversible i la brutícia dispersa i suspesa en el medi també es pot tornar a precipitar del medi a l'objecte que es renta. Per tant, un bon detergent ha de tenir la capacitat de dispersar i suspendre la brutícia i evitar la reposició de la brutícia, a més de la capacitat d'eliminar la brutícia del transportador.
(1) Tipus de brutícia
Fins i tot per a un mateix article, el tipus, la composició i la quantitat de brutícia poden variar segons l'entorn en què s'utilitza. La brutícia del cos d'oli és principalment alguns olis animals i vegetals i olis minerals (com ara petroli cru, fuel, quitrà de hulla, etc.), la brutícia sòlida és principalment sutge, cendra, rovell, negre de carboni, etc. En termes de brutícia de roba, hi ha brutícia del cos humà, com suor, sèu, sang, etc.; brutícia dels aliments, com ara taques de fruita, taques d'oli de cuina, taques de condiment, midó, etc.; brutícia de cosmètics, com ara pintallavis, esmalt d'ungles, etc.; brutícia de l'atmosfera, com sutge, pols, fang, etc.; d'altres, com ara tinta, te, revestiment, etc. N'hi ha de diversos tipus.
Els diferents tipus de brutícia normalment es poden dividir en tres categories principals: brutícia sòlida, brutícia líquida i brutícia especial.
① Brutícia sòlida
La brutícia sòlida comuna inclou partícules de cendra, fang, terra, òxid i negre de carboni. La majoria d'aquestes partícules tenen una càrrega elèctrica a la seva superfície, la majoria estan carregades negativament i es poden adsorbir fàcilment als elements de fibra. La brutícia sòlida és generalment difícil de dissoldre en aigua, però es pot dispersar i suspendre amb solucions detergents. La brutícia sòlida amb un punt de massa més petit és més difícil d'eliminar.
② Brutícia líquida
La brutícia líquida és majoritàriament soluble en olis, incloent olis vegetals i animals, àcids grassos, alcohols grassos, olis minerals i els seus òxids. Entre ells, es poden produir olis vegetals i animals, àcids grassos i saponificació alcalina, mentre que els alcohols grassos i els olis minerals no estan saponificats per àlcali, però poden ser solubles en alcohols, èters i dissolvents orgànics d'hidrocarburs i emulsificació i dispersió de solucions d'aigua detergent. La brutícia líquida soluble en oli generalment té una força forta amb els articles de fibra i s'adsorbeix més fermament a les fibres.
③ Brutícia especial
La brutícia especial inclou proteïnes, midó, sang, secrecions humanes com suor, sèu, orina i suc de fruita i suc de te. La major part d'aquest tipus de brutícia es pot adsorbir químicament i fortament als articles de fibra. Per tant, és difícil de rentar.
Els diferents tipus de brutícia rarament es troben sols, però sovint es barregen i s'adsorbeixen a l'objecte. De vegades, la brutícia es pot oxidar, descompondre o descompondre's sota influències externes, creant així nova brutícia.
(2) Adhesió de la brutícia
La roba, les mans, etc. es poden tacar perquè hi ha algun tipus d'interacció entre l'objecte i la brutícia. La brutícia s'adhereix als objectes de diverses maneres, però no hi ha més que adhesions físiques i químiques.
①L'adhesió de sutge, pols, fang, sorra i carbó vegetal a la roba és una adhesió física. En termes generals, a través d'aquesta adhesió de la brutícia, i el paper entre l'objecte tacat és relativament feble, l'eliminació de la brutícia també és relativament fàcil. Segons les diferents forces, l'adhesió física de la brutícia es pot dividir en adhesió mecànica i adhesió electrostàtica.
A: Adhesió mecànica
Aquest tipus d'adhesió es refereix principalment a l'adhesió d'alguna brutícia sòlida (per exemple, pols, fang i sorra). L'adhesió mecànica és una de les formes més febles d'adhesió de la brutícia i es pot eliminar gairebé per mitjans purament mecànics, però quan la brutícia és petita (<0,1um), és més difícil d'eliminar.
B: Adhesió electrostàtica
L'adhesió electrostàtica es manifesta principalment en l'acció de partícules de brutícia carregades sobre objectes amb càrrega oposada. La majoria dels objectes fibrosos estan carregats negativament a l'aigua i es poden adherir fàcilment amb certa brutícia carregada positivament, com ara els tipus de calç. Alguna brutícia, tot i que està carregada negativament, com les partícules de negre de carboni en solucions aquoses, pot adherir-se a les fibres mitjançant ponts iònics (ions entre múltiples objectes de càrrega oposada, que actuen juntament amb ells de manera semblant a un pont) formats per ions positius a l'aigua (p. ex. , Ca2+, Mg2+, etc.).
L'acció electrostàtica és més forta que l'acció mecànica simple, cosa que fa que l'eliminació de la brutícia sigui relativament difícil.
② Adhesió química
L'adhesió química es refereix al fenomen de la brutícia que actua sobre un objecte mitjançant ponts químics o d'hidrogen. Per exemple, la brutícia sòlida polar, les proteïnes, l'òxid i altres adherències als articles de fibra, les fibres contenen carboxil, hidroxil, amida i altres grups, aquests grups i àcids grassos de brutícia greixosa, alcohols grassos són fàcils de formar ponts d'hidrogen. Les forces químiques són generalment fortes i, per tant, la brutícia està més fermament unida a l'objecte. Aquest tipus de brutícia és difícil d'eliminar amb els mètodes habituals i requereix mètodes especials per tractar-lo.
El grau d'adhesió de la brutícia està relacionat amb la naturalesa de la brutícia i la naturalesa de l'objecte al qual s'adhereix. En general, les partícules s'adhereixen fàcilment als elements fibrosos. Com més petita sigui la textura de la brutícia sòlida, més forta serà l'adhesió. La brutícia polar d'objectes hidròfils com el cotó i el vidre s'adhereix amb més força que la brutícia no polar. La brutícia no polar s'adhereix amb més força que la brutícia polar, com ara greixos polars, pols i argila, i és menys fàcil d'eliminar i netejar.
(3) Mecanisme d'eliminació de brutícia
El propòsit del rentat és eliminar la brutícia. En un medi d'una determinada temperatura (principalment aigua). Utilitzant els diferents efectes físics i químics del detergent per debilitar o eliminar l'efecte de la brutícia i els objectes rentats, sota l'acció de determinades forces mecàniques (com el fregament de mans, l'agitació de la rentadora, l'impacte de l'aigua), de manera que la brutícia i els objectes rentats amb la finalitat de la descontaminació.
① Mecanisme d'eliminació de brutícia líquida
A: Mullar
La brutícia líquida és majoritàriament a base d'oli. Les taques d'oli mullen la majoria dels elements fibrosos i s'estenen més o menys com una pel·lícula d'oli a la superfície del material fibrós. El primer pas de l'acció de rentat és la humectació de la superfície pel líquid de rentat. Per il·lustració, la superfície d'una fibra es pot pensar com una superfície sòlida llisa.
B: despreniment d'oli - mecanisme de curling
El segon pas de l'acció de rentat és l'eliminació d'oli i greix, l'eliminació de la brutícia líquida s'aconsegueix mitjançant una mena d'enrotllament. La brutícia líquida existia originalment a la superfície en forma d'una pel·lícula d'oli estesa, i sota l'efecte humectant preferent del líquid de rentat a la superfície sòlida (és a dir, la superfície de la fibra), es va arrossegar en perles d'oli pas a pas, que van ser substituïts pel líquid de rentat i finalment van deixar la superfície sota determinades forces externes.
② Mecanisme d'eliminació de brutícia sòlida
L'eliminació de la brutícia líquida es fa principalment a través de la humectació preferent del transportador de brutícia per la solució de rentat, mentre que el mecanisme d'eliminació de la brutícia sòlida és diferent, on el procés de rentat es basa principalment en la humectació de la massa de brutícia i la seva superfície de transport pel rentat. solució. A causa de l'adsorció de tensioactius a la brutícia sòlida i la seva superfície portadora, la interacció entre la brutícia i la superfície es redueix i la força d'adhesió de la massa de brutícia a la superfície es redueix, així la massa de brutícia s'elimina fàcilment de la superfície de el portador.
A més, l'adsorció de tensioactius, especialment tensioactius iònics, a la superfície de la brutícia sòlida i el seu portador té el potencial d'augmentar el potencial superficial a la superfície de la brutícia sòlida i el seu portador, que és més propici per a l'eliminació de la brutícia sòlida. brutícia. Les superfícies sòlides o generalment fibroses solen estar carregades negativament en medis aquosos i, per tant, poden formar capes electròniques dobles difuses sobre masses de brutícia o superfícies sòlides. A causa de la repulsió de càrregues homogènies, l'adhesió de les partícules de brutícia de l'aigua a la superfície sòlida es debilita. Quan s'afegeix un tensioactiu aniònic, perquè pot augmentar simultàniament el potencial de superfície negatiu de la partícula de brutícia i la superfície sòlida, la repulsió entre elles es millora, la força d'adhesió de la partícula es redueix més i la brutícia és més fàcil d'eliminar. .
Els tensioactius no iònics s'adsorbeixen en superfícies sòlides amb càrrega general i, tot i que no canvien significativament el potencial interfacial, els tensioactius no iònics adsorbits tendeixen a formar un cert gruix de capa adsorbida a la superfície que ajuda a evitar la reposició de la brutícia.
En el cas dels tensioactius catiònics, la seva adsorció redueix o elimina el potencial superficial negatiu de la massa de brutícia i la seva superfície portadora, la qual cosa redueix la repulsió entre la brutícia i la superfície i, per tant, no afavoreix l'eliminació de la brutícia; a més, després de l'adsorció a la superfície sòlida, els tensioactius catiònics tendeixen a convertir la superfície sòlida en hidròfoba i, per tant, no afavoreixen la humectació de la superfície i, per tant, el rentat.
③ Eliminació de sòls especials
Les proteïnes, el midó, les secrecions humanes, el suc de fruites, el suc de te i altres tipus de brutícia són difícils d'eliminar amb tensioactius normals i requereixen un tractament especial.
Les taques de proteïnes com la nata, els ous, la sang, la llet i els excrements de la pell tendeixen a coagular-se a les fibres i a degenerar i aconseguir una adherència més forta. La brutícia proteica es pot eliminar mitjançant l'ús de proteases. L'enzim proteasa descompone les proteïnes de la brutícia en aminoàcids o oligopèptids solubles en aigua.
Les taques de midó provenen principalment d'aliments, d'altres com la salsa, la cola, etc. L'amilasa té un efecte catalític sobre la hidròlisi de les taques de midó, fent que el midó es descompongui en sucres.
La lipasa catalitza la descomposició dels triglicèrids, que són difícils d'eliminar per mètodes normals, com el sèu i els olis comestibles, i els descompone en glicerol soluble i àcids grassos.
Algunes taques de colors de sucs de fruites, sucs de te, tintes, pintallavis, etc. sovint són difícils de netejar a fons fins i tot després de rentar-se repetidament. Aquestes taques es poden eliminar mitjançant una reacció redox amb un agent oxidant o reductor com el lleixiu, que destrueix l'estructura dels grups generadors de color o auxiliars de color i els degrada en components solubles en aigua més petits.
（4）Mecanisme d'eliminació de taques de neteja en sec
L'anterior és en realitat per a l'aigua com a mitjà de rentat. De fet, a causa dels diferents tipus de roba i estructura, algunes peces de roba que utilitzen el rentat amb aigua no són convenients o no són fàcils de rentar, algunes peces després del rentat i fins i tot es deforman, es decoloren, etc., per exemple: la majoria de les fibres naturals absorbeixen aigua i fàcil d'inflar, i sec i fàcil de reduir, de manera que després del rentat es deformarà; al rentar els productes de llana també apareixen sovint un fenomen de contracció, alguns productes de llana amb rentat amb aigua també són fàcils de fer pilling, canvi de color; Algunes sensacions de mà de seda empitjora després del rentat i perden la seva brillantor. Per a aquesta roba s'utilitza sovint el mètode de neteja en sec per descontaminar. L'anomenada neteja en sec es refereix generalment al mètode de rentat en dissolvents orgànics, especialment en dissolvents no polars.
La neteja en sec és una forma de rentat més suau que el rentat amb aigua. Com que la neteja en sec no requereix molta acció mecànica, no causa danys, arrugues i deformacions a la roba, mentre que els agents de neteja en sec, a diferència de l'aigua, rarament produeixen expansió i contracció. Sempre que la tecnologia es manipuli correctament, la roba es pot netejar en sec sense distorsió, esvaïment del color i vida útil allargada.
Pel que fa a la neteja en sec, hi ha tres grans tipus de brutícia.
①La brutícia soluble en oli La brutícia soluble en oli inclou tot tipus d'oli i greix, que és líquid o greixós i es pot dissoldre en dissolvents de neteja en sec.
② La brutícia soluble en aigua La brutícia soluble en aigua és soluble en solucions aquoses, però no en agents de neteja en sec, s'adsorbeix a la roba en estat aquós, l'aigua s'evapora després de la precipitació de sòlids granulars, com ara sals inorgàniques, midó, proteïnes, etc.
③ La brutícia insoluble en oli i aigua La brutícia insoluble en oli i aigua no és soluble en aigua ni soluble en dissolvents de neteja en sec, com ara negre de carboni, silicats de diversos metalls i òxids, etc.
A causa de la naturalesa diferent dels diferents tipus de brutícia, hi ha diferents maneres d'eliminar la brutícia en el procés de neteja en sec. Els sòls solubles en oli, com els olis animals i vegetals, els olis minerals i els greixos, són fàcilment solubles en dissolvents orgànics i es poden eliminar més fàcilment en la neteja en sec. L'excel·lent solubilitat dels dissolvents de neteja en sec per a olis i greixos prové essencialment de les forces de van der Walls entre molècules.
Per eliminar la brutícia soluble en aigua, com ara sals inorgàniques, sucres, proteïnes i suor, també s'ha d'afegir la quantitat adequada d'aigua a l'agent de neteja en sec, en cas contrari, la brutícia soluble en aigua és difícil d'eliminar de la roba. Tanmateix, l'aigua és difícil de dissoldre a l'agent de neteja en sec, de manera que per augmentar la quantitat d'aigua, també cal afegir tensioactius. La presència d'aigua a l'agent de neteja en sec pot fer que la superfície de la brutícia i la roba s'hidratin, de manera que és fàcil interactuar amb els grups polars de tensioactius, cosa que afavoreix l'adsorció de tensioactius a la superfície. A més, quan els tensioactius formen micel·les, la brutícia soluble en aigua i l'aigua es poden solubilitzar a les micel·les. A més d'augmentar el contingut d'aigua del dissolvent de neteja en sec, els tensioactius també poden jugar un paper en la prevenció de la re-deposició de la brutícia per millorar l'efecte de descontaminació.
La presència d'una petita quantitat d'aigua és necessària per eliminar la brutícia soluble en aigua, però massa aigua pot causar distorsió i arrugues en algunes peces, de manera que la quantitat d'aigua a l'agent de neteja en sec ha de ser moderada.
La brutícia que no és ni soluble en aigua ni soluble en oli, partícules sòlides com la cendra, el fang, la terra i el negre de carboni, generalment s'adhereixen a la peça per forces electrostàtiques o en combinació amb oli. A la neteja en sec, el flux de dissolvent, l'impacte pot fer que la força electrostàtica absorbeixi la brutícia, i l'agent de neteja en sec pot dissoldre l'oli, de manera que la combinació d'oli i brutícia i s'uneix a la roba de partícules sòlides en sec. -agent de neteja, agent de neteja en sec en una petita quantitat d'aigua i tensioactius, de manera que les partícules de brutícia sòlides puguin ser una suspensió estable, dispersió, per evitar que es torni a dipositar a la roba.
（5）Factors que afecten l'acció de rentat
L'adsorció direccional dels tensioactius a la interfície i la reducció de la tensió superficial (interfacial) són els factors principals en l'eliminació de brutícia líquida o sòlida. Tanmateix, el procés de rentat és complex i l'efecte del rentat, fins i tot amb el mateix tipus de detergent, està influenciat per molts altres factors. Aquests factors inclouen la concentració del detergent, la temperatura, la naturalesa de la brutícia, el tipus de fibra i l'estructura del teixit.
① Concentració de tensioactius
Les micel·les dels tensioactius en solució tenen un paper important en el procés de rentat. Quan la concentració arriba a la concentració crítica de micel·les (CMC), l'efecte de rentat augmenta bruscament. Per tant, la concentració de detergent en el dissolvent ha de ser superior al valor CMC per tenir un bon efecte de rentat. Tanmateix, quan la concentració de tensioactiu és superior al valor CMC, l'augment incremental de l'efecte de rentat no és evident i no és necessari augmentar massa la concentració de tensioactiu.
Quan s'elimina l'oli per solubilització, l'efecte de solubilització augmenta amb l'augment de la concentració de tensioactiu, fins i tot quan la concentració està per sobre de CMC. En aquest moment, s'aconsella utilitzar detergent de manera local centralitzada. Per exemple, si hi ha molta brutícia als punys i al coll d'una peça, es pot aplicar una capa de detergent durant el rentat per augmentar l'efecte solubilitzant del tensioactiu sobre l'oli.
②La temperatura té una influència molt important en l'acció de descontaminació. En general, augmentar la temperatura facilita l'eliminació de la brutícia, però de vegades una temperatura massa elevada també pot provocar inconvenients.
L'augment de la temperatura facilita la difusió de la brutícia, el greix sòlid s'emulsiona fàcilment a temperatures superiors al seu punt de fusió i les fibres augmenten en inflor a causa de l'augment de temperatura, tot això facilita l'eliminació de la brutícia. Tanmateix, per als teixits compactes, els microespais entre les fibres es redueixen a mesura que les fibres s'expandeixen, la qual cosa és perjudicial per a l'eliminació de la brutícia.
Els canvis de temperatura també afecten la solubilitat, el valor CMC i la mida de la micel·la dels tensioactius, afectant així l'efecte de rentat. La solubilitat dels tensioactius amb cadenes llargues de carboni és baixa a baixes temperatures i, de vegades, la solubilitat és fins i tot inferior al valor CMC, de manera que la temperatura de rentat s'ha d'augmentar adequadament. L'efecte de la temperatura sobre el valor CMC i la mida de la micel·la és diferent per als tensioactius iònics i no iònics. Per als tensioactius iònics, un augment de la temperatura generalment augmenta el valor CMC i redueix la mida de la micel·la, la qual cosa significa que s'ha d'augmentar la concentració de tensioactiu a la solució de rentat. Per als tensioactius no iònics, un augment de la temperatura comporta una disminució del valor de CMC i un augment significatiu del volum de la micel·la, per la qual cosa està clar que un augment adequat de la temperatura ajudarà el tensioactiu no iònic a exercir el seu efecte tensioactiu. . No obstant això, la temperatura no ha de superar el seu punt de núvol.
En resum, la temperatura òptima de rentat depèn de la formulació del detergent i de l'objecte que es renta. Alguns detergents tenen un bon efecte detergent a temperatura ambient, mentre que altres tenen una detergència molt diferent entre el rentat en fred i el rentat calent.
③ Escuma
És habitual confondre el poder d'escuma amb l'efecte de rentat, creient que els detergents amb gran poder d'escuma tenen un bon efecte de rentat. La investigació ha demostrat que no hi ha una relació directa entre l'efecte del rentat i la quantitat d'escuma. Per exemple, el rentat amb detergents amb poca escuma no és menys efectiu que el rentat amb detergents amb gran escuma.
Tot i que l'escuma no està directament relacionada amb el rentat, hi ha ocasions en què ajuda a eliminar la brutícia, per exemple, quan es renta els plats a mà. Quan es frega les catifes, l'escuma també pot treure la pols i altres partícules sòlides de brutícia, la brutícia de les catifes representa una gran proporció de pols, de manera que els agents de neteja de catifes haurien de tenir una certa capacitat d'escuma.
El poder d'escuma també és important per als xampús, on l'escuma fina produïda pel líquid durant el xampú o el bany deixa el cabell lubricat i còmode.
④ Varietats de fibres i propietats físiques dels tèxtils
A més de l'estructura química de les fibres, que afecta l'adhesió i l'eliminació de la brutícia, l'aspecte de les fibres i l'organització del fil i el teixit influeixen en la facilitat d'eliminació de la brutícia.
Les escates de fibres de llana i les cintes planes corbes de fibres de cotó tenen més probabilitats d'acumular brutícia que les fibres llises. Per exemple, les taques de negre de carboni a les pel·lícules de cel·lulosa (pel·lícules de viscosa) són fàcils d'eliminar, mentre que les taques de negre de carboni a les teles de cotó són difícils de rentar. Un altre exemple és que els teixits de fibra curta fets de polièster són més propensos a acumular taques d'oli que els teixits de fibra llarga, i les taques d'oli als teixits de fibra curta també són més difícils d'eliminar que les taques d'oli als teixits de fibra llarga.
Els fils ben retorçats i els teixits ajustats, a causa del petit espai entre les fibres, poden resistir la invasió de la brutícia, però el mateix també pot evitar que el líquid de rentat exclogui la brutícia interna, de manera que els teixits ajustats comencen a resistir bé la brutícia, però un cop tacats rentar també és més difícil.
⑤ Duresa de l'aigua
La concentració de Ca2+, Mg2+ i altres ions metàl·lics a l'aigua té una gran influència en l'efecte de rentat, especialment quan els tensioactius aniònics es troben amb ions Ca2+ i Mg2+ que formen sals de calci i magnesi que són menys solubles i reduiran la seva detergència. En aigua dura, encara que la concentració de tensioactiu sigui alta, la detergència encara és molt pitjor que en la destil·lació. Perquè el tensioactiu tingui el millor efecte de rentat, la concentració d'ions Ca2+ a l'aigua s'ha de reduir a 1 x 10-6 mol/L (CaCO3 a 0,1 mg/L) o menys. Això requereix l'addició de diversos suavitzants al detergent.
Hora de publicació: 25-feb-2022