1. Tensió superficial
La força de contracció per unitat de longitud a la superfície d'un líquid s'anomena tensió superficial i es mesura en N • m-1.
2. Activitat superficial i tensioactiu
La propietat que pot reduir la tensió superficial dels dissolvents s'anomena activitat superficial, i les substàncies amb activitat superficial s'anomenen substàncies tensioactives.
Els tensioactius es refereixen a substàncies tensioactives que poden formar micel·les i altres agregats en solucions aquoses, tenen una alta activitat superficial i també tenen funcions humectants, emulsionants, escumants, rentadores i altres.
3. Característiques estructurals moleculars del tensioactiu
Els tensioactius són compostos orgànics amb estructures i propietats especials que poden alterar significativament la tensió interfacial entre dues fases o la tensió superficial dels líquids (normalment aigua), i tenen propietats com ara humectar, formar escuma, emulsionar i rentar.
Estructuralment parlant, els tensioactius comparteixen una característica comuna de contenir dos grups funcionals diferents a les seves molècules. Un extrem és un grup no polar de cadena llarga que és soluble en oli però insoluble en aigua, conegut com a grup hidrofòbic o grup hidrofòbic. Aquests grups hidrofòbics són generalment hidrocarburs de cadena llarga, de vegades també cadenes de fluor orgànic, organosilici, organofosforat, organoestany, etc. L'altre extrem és un grup funcional soluble en aigua, és a dir, un grup hidrofílic o grup hidrofílic. El grup hidrofílic ha de tenir prou hidrofilicitat per garantir que tot el tensioactiu sigui soluble en aigua i tingui la solubilitat necessària. A causa de la presència de grups hidrofílics i hidrofòbics en els tensioactius, es poden dissoldre en almenys una fase de la fase líquida. Les propietats hidrofíliques i oleofíliques dels tensioactius s'anomenen amfifilicitat.
4. Tipus de tensioactius
Els tensioactius són molècules amfifíliques que tenen grups hidròfobs i hidròfils. Els grups hidròfobs dels tensioactius generalment estan compostos per hidrocarburs de cadena llarga, com ara alquil C8-C20 de cadena lineal, alquil C8-C20 de cadena ramificada, alquilfenil (amb 8-16 àtoms de carboni alquil), etc. La diferència en els grups hidròfobs rau principalment en els canvis estructurals de les cadenes d'hidrogen de carboni, amb diferències relativament petites, mentre que hi ha més tipus de grups hidròfils. Per tant, les propietats dels tensioactius estan relacionades principalment amb els grups hidròfils, a més de la mida i la forma dels grups hidròfobs. Els canvis estructurals dels grups hidròfils són més grans que els dels grups hidròfobs, de manera que la classificació dels tensioactius generalment es basa en l'estructura dels grups hidròfils. Aquesta classificació es basa principalment en si els grups hidròfils són iònics, dividint-los en aniònics, catiònics, no iònics, zwitteriònics i altres tipus especials de tensioactius.
5. Característiques de la solució aquosa de tensioactiu
① Adsorció de tensioactius a les interfícies
Les molècules tensioactives tenen grups lipòfils i hidròfils, cosa que les converteix en molècules amfifíliques. L'aigua és un líquid fortament polar. Quan els tensioactius es dissolen en aigua, segons el principi de similitud de polaritat i repulsió de diferència de polaritat, els seus grups hidròfils són atrets per la fase aquosa i es dissolen en aigua, mentre que els seus grups lipòfils repel·leixen l'aigua i l'abandonen. Com a resultat, les molècules (o ions) tensioactives s'adsorbeixen a la interfície entre les dues fases, reduint la tensió interfacial entre les dues fases. Com més molècules (o ions) tensioactives s'adsorbeixin a la interfície, més gran serà la disminució de la tensió interfacial.
② Algunes propietats de la membrana d'adsorció
Pressió superficial de la membrana d'adsorció: Els tensioactius s'adsorbeixen a la interfície gas-líquid per formar una membrana d'adsorció. Si es col·loca una placa flotant mòbil sense fricció a la interfície i la placa flotant empeny la membrana d'adsorció al llarg de la superfície de la solució, la membrana exerceix una pressió sobre la placa flotant, que s'anomena pressió superficial.
Viscositat superficial: Igual que la pressió superficial, la viscositat superficial és una propietat que presenten les pel·lícules moleculars insolubles. Suspeneu un anell de platí amb un fil metàl·lic prim, feu que el seu pla entri en contacte amb la superfície de l'aigua de la pica, gireu l'anell de platí, l'anell de platí es veu obstaculitzat per la viscositat de l'aigua i l'amplitud s'atenua gradualment, segons la qual es pot mesurar la viscositat superficial. El mètode és: primer realitzeu experiments a la superfície d'aigua pura, mesureu l'atenuació de l'amplitud, després mesureu l'atenuació després de la formació de la màscara facial superficial i calculeu la viscositat de la màscara facial superficial a partir de la diferència entre les dues.
La viscositat superficial està estretament relacionada amb la fermesa de la màscara facial superficial. Com que la pel·lícula d'adsorció té pressió superficial i viscositat, ha de ser elàstica. Com més alta sigui la pressió superficial i la viscositat de la membrana d'adsorció, més gran serà el seu mòdul elàstic. El mòdul elàstic de la pel·lícula d'adsorció superficial és de gran importància en el procés d'estabilització de l'escuma.
③ Formació de micel·les
La solució diluïda de tensioactius segueix les lleis de les solucions ideals. La quantitat d'adsorció de tensioactius a la superfície d'una solució augmenta amb la concentració de la solució. Quan la concentració arriba o supera un cert valor, la quantitat d'adsorció ja no augmenta. Aquests excessius de molècules de tensioactiu a la solució estan desordenats o existeixen de manera regular. Tant la pràctica com la teoria han demostrat que formen agregats en solució, que s'anomenen micel·les.
Concentració micel·lar crítica: la concentració mínima a la qual els tensioactius formen micel·les en una solució s'anomena concentració micel·lar crítica.
④ El valor CMC del tensioactiu comú.
6. Valor d'equilibri hidròfil i oleofílic
HLB significa equilibri lipofílic hidrofílic, que representa els valors d'equilibri hidrofílic i lipofílic dels grups hidrofílics i lipofílics d'un tensioactiu, és a dir, el valor HLB del tensioactiu. Un valor HLB alt indica una forta hidrofilicitat i una lipofilicitat feble de la molècula; al contrari, té una forta lipofilicitat i una hidrofilicitat feble.
① Reglament sobre el valor HLB
El valor HLB és un valor relatiu, de manera que quan es formula el valor HLB, com a estàndard, el valor HLB de la parafina sense propietats hidròfiles s'estableix a 0, mentre que el valor HLB del dodecilsulfat de sodi amb una forta solubilitat en aigua s'estableix a 40. Per tant, el valor HLB dels tensioactius generalment es troba dins del rang d'1-40. En general, els emulsionants amb valors HLB inferiors a 10 són lipòfils, mentre que els emulsionants amb valors HLB superiors a 10 són hidròfils. Per tant, el punt d'inflexió de la lipofilicitat a la hidrofilicitat és aproximadament 10.
7. Efectes d'emulsificació i solubilització
Dos líquids immiscibles, un format per dispersió de partícules (gotes o cristalls líquids) en l'altre, s'anomenen emulsions. Quan es forma una emulsió, l'àrea interfacial entre els dos líquids augmenta, fent que el sistema sigui termodinàmicament inestable. Per estabilitzar l'emulsió, cal afegir un tercer component, l'emulsionant, per reduir l'energia interfacial del sistema. Els emulsionants pertanyen als tensioactius i la seva funció principal és actuar com a emulsionants. La fase en què existeixen gotes en una emulsió s'anomena fase dispersa (o fase interna, fase discontínua), i l'altra fase connectada entre si s'anomena medi dispers (o fase externa, fase contínua).
① Emulsionants i emulsions
Les emulsions comunes consten d'una fase d'aigua o solució aquosa, i l'altra fase de compostos orgànics que són immiscibles amb l'aigua, com ara olis, ceres, etc. L'emulsió formada per aigua i oli es pot dividir en dos tipus segons la seva dispersió: l'oli dispers en aigua forma una emulsió aigua en oli, representada per O/A (oli/aigua); l'aigua dispersa en oli forma una emulsió aigua en oli, representada per W/O (aigua/oli). A més, també es poden formar emulsions complexes aigua en oli en aigua W/O/A i oli en aigua en oli O/W/O.
L'emulsionant estabilitza l'emulsió reduint la tensió interfacial i formant una màscara facial monocapa.
Requisits per als emulsionants en l'emulsificació: a: els emulsionants han de ser capaços d'adsorbir o enriquir a la interfície entre les dues fases, reduint la tensió interfacial; b: els emulsionants han de donar a les partícules una càrrega elèctrica, provocant repulsió electrostàtica entre les partícules o formant una pel·lícula protectora estable i altament viscosa al voltant de les partícules. Per tant, les substàncies utilitzades com a emulsionants han de tenir grups amfifílics per tenir efectes emulsionants, i els tensioactius poden complir aquest requisit.
② Mètodes de preparació d'emulsions i factors que afecten l'estabilitat de l'emulsió
Hi ha dos mètodes per preparar emulsions: un és utilitzar mètodes mecànics per dispersar el líquid en petites partícules en un altre líquid, que s'utilitza habitualment a la indústria per preparar emulsions; Un altre mètode és dissoldre un líquid en estat molecular en un altre líquid i després deixar que s'agregui adequadament per formar una emulsió.
L'estabilitat de les emulsions es refereix a la seva capacitat de resistir l'agregació de partícules i causar la separació de fases. Les emulsions són sistemes termodinàmicament inestables amb una energia lliure significativa. Per tant, l'estabilitat d'una emulsió en realitat es refereix al temps que triga el sistema a assolir l'equilibri, és a dir, el temps que triga un líquid del sistema a separar-se.
Quan hi ha molècules orgàniques polars com ara alcohol gras, àcid gras i amina grasa a la màscara facial, la resistència de la membrana augmenta significativament. Això es deu al fet que les molècules emulsionants de la capa d'adsorció de la interfície interactuen amb molècules polars com ara alcohol, àcid i amina per formar un "complex", cosa que augmenta la resistència de la màscara facial de la interfície.
Els emulsionants compostos per dos o més tensioactius s'anomenen emulsionants mixtos. Els emulsionants mixtos s'adsorbeixen a la interfície aigua/oli i les interaccions intermoleculars poden formar complexos. A causa de la forta interacció intermolecular, la tensió interfacial es redueix significativament, la quantitat d'emulsionant adsorbit a la interfície augmenta significativament i la densitat i la resistència de la màscara facial interfacial formada augmenten.
La càrrega de les gotes té un impacte significatiu en l'estabilitat de les emulsions. Les emulsions estables solen tenir gotes amb càrregues elèctriques. Quan s'utilitzen emulsionants iònics, els ions emulsionants adsorbits a la interfície insereixen els seus grups lipòfils a la fase oliosa, mentre que els grups hidròfils es troben a la fase aquosa, fent que les gotes estiguin carregades. A causa del fet que les gotes de l'emulsió porten la mateixa càrrega, es repel·leixen entre si i no s'aglomeren fàcilment, cosa que resulta en una major estabilitat. Es pot veure que com més ions emulsionants s'adsorbeixen a les gotes, més gran és la seva càrrega i més gran és la seva capacitat per evitar la coalescència de les gotes, fent que el sistema d'emulsió sigui més estable.
La viscositat del medi de dispersió d'emulsió té un cert impacte en l'estabilitat de l'emulsió. Generalment, com més alta sigui la viscositat del medi dispersant, més alta serà l'estabilitat de l'emulsió. Això es deu al fet que la viscositat del medi dispersant és alta, cosa que dificulta fortament el moviment brownià de les gotes de líquid, alenteix la col·lisió entre les gotes i manté el sistema estable. Les substàncies polimèriques que normalment són solubles en emulsions poden augmentar la viscositat del sistema i millorar l'estabilitat de l'emulsió. A més, el polímer també pot formar una màscara facial d'interfície sòlida, fent que el sistema d'emulsió sigui més estable.
En alguns casos, afegir pols sòlida també pot estabilitzar l'emulsió. La pols sòlida no es troba ni a l'aigua, ni a l'oli, ni a la interfície, depenent de la capacitat de mullar de l'oli i l'aigua sobre la pols sòlida. Si la pols sòlida no està completament mullada per l'aigua i sí que ho pot ser per l'oli, romandrà a la interfície aigua-oli.
El motiu pel qual la pols sòlida no estabilitza l'emulsió és que la pols recollida a la interfície no enforteix la màscara facial de la interfície, cosa que és similar a les molècules emulsionants d'adsorció de la interfície. Per tant, com més a prop estiguin les partícules de pols sòlida disposades a la interfície, més estable serà l'emulsió.
Els tensioactius tenen la capacitat d'augmentar significativament la solubilitat dels compostos orgànics que són 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 les micel·les s'anomena solubilització. Els tensioactius que poden produir efectes solubilitzants s'anomenen solubilitzants, i els compostos orgànics que es solubilitzen s'anomenen compostos solubilitzats.
8. Escuma
L'escuma juga un paper important en el procés de rentat. L'escuma fa referència al sistema de dispersió en què el gas es dispersa en líquid o sòlid. El gas és la fase de dispersió i el líquid o sòlid és el medi de dispersió. El primer s'anomena escuma líquida, mentre que el segon s'anomena escuma sòlida, com ara el plàstic escumós, el vidre escumós, el ciment escumós, etc.
(1) Formació d'escuma
L'escuma aquí fa referència a l'agregació de bombolles separades per una pel·lícula líquida. A causa de la gran diferència de densitat entre la fase dispersa (gas) i el medi dispers (líquid), i la baixa viscositat del líquid, l'escuma sempre pot pujar ràpidament al nivell del líquid.
El procés de formació d'escuma consisteix a introduir una gran quantitat de gas al líquid i les bombolles del líquid tornen ràpidament a la superfície del líquid, formant un agregat de bombolles separat per una petita quantitat de líquid i gas.
L'escuma té dues característiques morfològiques remarcables: una és que les bombolles com a fase dispersa sovint són polièdriques, perquè a la intersecció de les bombolles, hi ha una tendència a què la pel·lícula líquida es torni més prima, fent que les bombolles siguin polièdriques. Quan la pel·lícula líquida es torna més prima fins a cert punt, les bombolles es trencaran; en segon lloc, el líquid pur no pot formar escuma estable, però el líquid que pot formar escuma té almenys dos o més components. La solució aquosa de tensioactiu és un sistema típic que genera fàcilment escuma, i la seva capacitat per generar escuma també està relacionada amb altres propietats.
Els tensioactius amb bona capacitat d'escuma s'anomenen agents escumants. Tot i que l'agent escumant té una bona capacitat d'escuma, l'escuma formada pot no ser capaç de mantenir-se durant molt de temps, és a dir, la seva estabilitat pot no ser bona. Per mantenir l'estabilitat de l'escuma, sovint s'afegeix a l'agent escumant una substància que pot augmentar l'estabilitat de l'escuma, que s'anomena estabilitzador d'escuma. Els estabilitzadors d'escuma més utilitzats són la lauroil dietanolamina i l'òxid de dodecil dimetil amina.
(2) Estabilitat de l'escuma
L'escuma és un sistema termodinàmicament inestable, i la tendència final és que la superfície total del líquid en el sistema disminueix i l'energia lliure disminueix després de trencar les bombolles. El procés de desescuma és el procés en què la pel·lícula líquida que separa el gas canvia de gruix fins que es trenca. Per tant, l'estabilitat de l'escuma està determinada principalment per la velocitat de descàrrega del líquid i la resistència de la pel·lícula líquida. Hi ha diversos altres factors que influeixen.
① Tensió superficial
Des del punt de vista energètic, una baixa tensió superficial és més favorable per a la formació d'escuma, però no pot garantir l'estabilitat de l'escuma. La baixa tensió superficial, la baixa diferència de pressió, la lenta velocitat de descàrrega de líquid i l'aprimament lent de la pel·lícula líquida afavoreixen l'estabilitat de l'escuma.
② Viscositat superficial
El factor clau que determina l'estabilitat de l'escuma és la resistència de la pel·lícula líquida, que es determina principalment per la fermesa de la pel·lícula d'adsorció superficial, mesurada per la viscositat superficial. Els experiments mostren que l'escuma produïda per la solució amb una viscositat superficial més alta té una vida útil més llarga. Això es deu al fet que la interacció entre les molècules adsorbides a la superfície condueix a l'augment de la resistència de la membrana, millorant així la vida útil de l'escuma.
③ Viscositat de la solució
Quan la viscositat del líquid augmenta, el líquid de la pel·lícula líquida no es descarrega fàcilment i la velocitat d'aprimament del gruix de la pel·lícula líquida és lenta, cosa que retarda el temps de ruptura de la pel·lícula líquida i augmenta l'estabilitat de l'escuma.
④ L'efecte "reparador" de la tensió superficial
Els tensioactius adsorbits a la superfície de la pel·lícula líquida tenen la capacitat de resistir l'expansió o la contracció de la superfície de la pel·lícula líquida, al que anomenem efecte de reparació. Això es deu al fet que hi ha una pel·lícula líquida de tensioactius adsorbits a la superfície, i l'expansió de la seva superfície reduirà la concentració de molècules adsorbites a la superfície i augmentarà la tensió superficial. L'expansió addicional de la superfície requerirà un esforç més gran. Per contra, la contracció de la superfície augmentarà la concentració de molècules adsorbites a la superfície, reduint la tensió superficial i dificultant una major contracció.
⑤ La difusió de gas a través d'una pel·lícula líquida
A causa de l'existència de pressió capil·lar, la pressió de les bombolles petites a l'escuma és més alta que la de les bombolles grans, cosa que farà que el gas de les bombolles petites es difongui a les bombolles grans de baixa pressió a través de la pel·lícula líquida, donant lloc al fenomen que les bombolles petites es fan més petites, les bombolles grans es fan més grans i finalment l'escuma es trenca. Si s'afegeix tensioactiu, l'escuma serà uniforme i densa en escumar, i no és fàcil d'antiespumar. Com que el tensioactiu està disposat estretament sobre la pel·lícula líquida, és difícil de ventilar, cosa que fa que l'escuma sigui més estable.
⑥ La influència de la càrrega superficial
Si la pel·lícula líquida d'escuma es carrega amb el mateix símbol, les dues superfícies de la pel·lícula líquida es repel·liran mútuament, evitant que la pel·lícula líquida s'aprima o fins i tot es destrueixi. Els tensioactius iònics poden proporcionar aquest efecte estabilitzador.
En conclusió, la resistència de la pel·lícula líquida és el factor clau per determinar l'estabilitat de l'escuma. Com a tensioactiu per a agents escumants i estabilitzadors d'escuma, l'estanquitat i la fermesa de les molècules adsorbides a la superfície són els factors més importants. Quan la interacció entre les molècules adsorbides a la superfície és forta, les molècules adsorbides estan disposades estretament, cosa que no només fa que la màscara facial superficial en si tingui una alta resistència, sinó que també dificulta el flux de la solució adjacent a la màscara facial superficial a causa de l'alta viscositat superficial, de manera que és relativament difícil que la pel·lícula líquida s'escorri i el gruix de la pel·lícula líquida és fàcil de mantenir. A més, les molècules superficials disposades estretament també poden reduir la permeabilitat de les molècules de gas i, per tant, augmentar l'estabilitat de l'escuma.
(3) Destrucció d'escuma
El principi bàsic de la destrucció de l'escuma és canviar les condicions per produir-la o eliminar els factors d'estabilitat de l'escuma, per la qual cosa hi ha dos mètodes antiespumants, el físic i el químic.
L'antiespumant físic consisteix a canviar les condicions en què es genera l'escuma mantenint la composició química de la solució d'escuma sense canvis. Per exemple, la pertorbació de forces externes, els canvis de temperatura o pressió i el tractament per ultrasons són mètodes físics eficaços per eliminar l'escuma.
El mètode antiespumant químic consisteix a afegir algunes substàncies per interactuar amb l'agent espumant, reduir la resistència de la pel·lícula líquida a l'escuma i després reduir l'estabilitat de l'escuma per aconseguir l'objectiu d'antiespumant. Aquestes substàncies s'anomenen antiespumants. La majoria dels antiespumants són tensioactius. Per tant, segons el mecanisme d'antiespumant, els antiespumants han de tenir una forta capacitat per reduir la tensió superficial, ser fàcilment adsorbits a la superfície i tenir interaccions febles entre les molècules adsorbides a la superfície, donant lloc a una estructura de disposició relativament fluixa de les molècules adsorbides.
Hi ha diversos tipus d'antiespumants, però majoritàriament són tensioactius no iònics. Els tensioactius no iònics tenen propietats antiespumants a prop o per sobre del seu punt de núvol i s'utilitzen habitualment com a antiespumants. Els alcohols, especialment els que tenen estructures ramificades, els àcids grassos i els èsters, les poliamides, els fosfats, els olis de silicona, etc., també s'utilitzen habitualment com a excel·lents antiespumants.
(4) Escuma i rentat
No hi ha cap relació directa entre l'escuma i l'efecte de rentat, i la quantitat d'escuma no vol dir que l'efecte de rentat sigui bo o dolent. Per exemple, el rendiment escumant dels tensioactius no iònics és molt inferior al del sabó, però el seu poder de neteja és molt millor que el del sabó.
En alguns casos, l'escuma és útil per eliminar la brutícia. Per exemple, quan es renten els vaixella a casa, l'escuma del detergent pot eliminar les gotes d'oli que s'han arrossegat; quan es frega una catifa, l'escuma ajuda a eliminar la brutícia sòlida com la pols i la pols. A més, l'escuma de vegades es pot utilitzar com a indicador de si el detergent és eficaç, perquè les taques d'oli i greix poden inhibir l'escuma del detergent. Quan hi ha massa taques d'oli i massa poc detergent, no hi haurà escuma o l'escuma original desapareixerà. De vegades, l'escuma també es pot utilitzar com a indicador de si l'esbandida és neta. Com que la quantitat d'escuma a la solució d'esbandida tendeix a disminuir amb la disminució del contingut de detergent, el grau d'esbandida es pot avaluar per la quantitat d'escuma.
9. Procés de rentat
En un sentit ampli, el rentat és el procés d'eliminar components no desitjats de l'objecte que es renta i aconseguir un propòsit determinat. El rentat en el sentit habitual es refereix al procés d'eliminar la brutícia de la superfície d'un suport. Durant el rentat, la interacció entre la brutícia i el suport s'afebleix o s'elimina mitjançant l'acció d'algunes substàncies químiques (com ara detergents), transformant la combinació de brutícia i suport en una combinació de brutícia i detergent, fent que finalment la brutícia i el suport es desprenguin. Com que els objectes que s'han de rentar i la brutícia que s'ha d'eliminar són diversos, el rentat és un procés molt complex, i el procés bàsic de rentat es pot representar amb la següent relació simple.
Vehicle • Brutícia + Detergent = Vehicle + Brutícia • Detergent
El procés de rentat normalment es pot dividir en dues etapes: una és la separació de la brutícia i el seu portador sota l'acció del detergent; la segona és que la brutícia despresa es dispersa i es suspèn en el medi. El procés de rentat és un procés reversible, i la brutícia que es dispersa o es suspèn en el medi també pot tornar a precipitar del medi sobre la roba. Per tant, un detergent excel·lent no només ha de tenir la capacitat de desprendre la brutícia del portador, sinó que també ha de tenir una bona capacitat per dispersar i suspendre la brutícia i evitar que la brutícia es torni a dipositar.
(1) Tipus de brutícia
Fins i tot per al mateix article, el tipus, la composició i la quantitat de brutícia variaran segons l'entorn d'ús. La brutícia corporal oleosa inclou principalment olis animals i vegetals, així com olis minerals (com ara petroli cru, fuel-oil, quitrà d'hulla, etc.), mentre que la brutícia sòlida inclou principalment fum, pols, òxid, negre de carboni, etc. Pel que fa a la brutícia de la roba, hi ha brutícia del cos humà, com ara suor, sèu, sang, etc.; brutícia dels aliments, com ara taques de fruita, taques d'oli comestible, taques de condiments, midó, etc.; brutícia aportada pels cosmètics, com ara pintallavis i esmalt d'ungles; brutícia de l'atmosfera, com ara fum, pols, terra, etc.; altres materials com tinta, te, pintura, etc. Es pot dir que n'hi ha de diversos tipus.
Els diversos tipus de brutícia es poden dividir normalment en tres categories: brutícia sòlida, brutícia líquida i brutícia especial.
① La brutícia sòlida comuna inclou partícules com ara cendra, fang, terra, rovell i negre de carboni. La majoria d'aquestes partícules tenen una càrrega superficial, majoritàriament negativa, i s'adsorbeixen fàcilment sobre objectes fibrosos. Generalment, la brutícia sòlida és difícil de dissoldre en aigua, però es pot dispersar i suspendre mitjançant solucions de detergent. La brutícia sòlida amb partícules petites és difícil d'eliminar.
② La brutícia líquida és majoritàriament soluble en oli, incloent-hi olis animals i vegetals, àcids grassos, alcohols grassos, olis minerals i els seus òxids. Entre ells, els olis animals i vegetals i els àcids grassos poden patir saponificació amb àlcali, mentre que els alcohols grassos i els olis minerals no es saponifiquen amb àlcali, però es poden dissoldre en alcohols, èters i dissolvents orgànics d'hidrocarburs, i ser emulsionats i dispersats per solucions aquoses de detergent. La brutícia líquida soluble en oli generalment té una forta força d'interacció amb objectes fibrosos i s'adsorbeix fermament a les fibres.
③ La brutícia especial inclou proteïnes, midó, sang, secrecions humanes com la suor, el sèu, l'orina, així com suc de fruita, suc de te, etc. La majoria d'aquests tipus de brutícia es poden adsorbir fortament als objectes fibrosos mitjançant reaccions químiques. Per tant, rentar-la és força difícil.
Diversos tipus de brutícia rarament existeixen sols, sovint barrejats i adsorbits junts sobre objectes. La brutícia de vegades es pot oxidar, descompondre o deteriorar sota influències externes, donant lloc a la formació de nova brutícia.
(2) L'efecte d'adhesió de la brutícia
La raó per la qual la roba, les mans, etc. es poden embrutar és perquè hi ha algun tipus d'interacció entre els objectes i la brutícia. Hi ha diversos efectes d'adhesió de la brutícia als objectes, però són principalment adhesió física i adhesió química.
① L'adhesió física de la cendra de cigarret, la pols, els sediments, el negre de carboni i altres substàncies a la roba. En general, la interacció entre la brutícia adherida i l'objecte contaminat és relativament feble, i 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: L'adhesió mecànica es refereix principalment a l'adhesió de brutícia sòlida com ara pols i sediments. L'adhesió mecànica és un mètode d'adhesió feble per a la brutícia, que gairebé es pot eliminar amb mètodes mecànics simples. Tanmateix, quan la mida de les partícules de la brutícia és petita (<0,1 µm), és més difícil d'eliminar.
B: L'adhesió electrostàtica es manifesta principalment per l'acció de partícules de brutícia carregades sobre objectes amb càrregues oposades. La majoria dels objectes fibrosos porten una càrrega negativa a l'aigua i s'hi adhereixen fàcilment la brutícia carregada positivament, com la calç. Algunes brutícies, tot i que tenen càrrega negativa, com les partícules de negre de carboni en solucions aquoses, es poden adherir a les fibres a través de ponts iònics formats per ions positius (com ara Ca2+, Mg2+, etc.) a l'aigua (els ions actuen junts entre múltiples càrregues oposades, actuant com a ponts).
L'electricitat estàtica és més forta que la simple acció mecànica, cosa que fa que sigui relativament difícil eliminar la brutícia.
③ Eliminació de brutícia especial
Les proteïnes, el midó, les secrecions humanes, el suc de fruita, el suc de te i altres tipus de brutícia són difícils d'eliminar amb tensioactius generals i requereixen mètodes de tractament especials.
Les taques de proteïnes com la crema, els ous, la sang, la llet i els excrements de la pell són propenses a la coagulació i la desnaturalització a les fibres, i s'adhereixen amb més fermesa. Per a l'incrustació de proteïnes, es pot utilitzar proteasa per eliminar-la. La proteasa pot descompondre les proteïnes de la brutícia en aminoàcids o oligopèptids solubles en aigua.
Les taques de midó provenen principalment dels aliments, mentre que d'altres com els sucs de carn, la pasta, etc. Els enzims de midó tenen un efecte catalític en la hidròlisi de les taques de midó, descomponent el midó en sucres.
La lipasa pot catalitzar la descomposició d'alguns triglicèrids que són difícils d'eliminar per mètodes convencionals, com ara el sèu secretat pel cos humà, els olis comestibles, etc., per descompondre els triglicèrids en glicerol soluble i àcids grassos.
Algunes taques de color de suc de fruita, suc de te, tinta, pintallavis, etc. sovint són difícils de netejar a fons, fins i tot després de rentar-les repetidament. Aquest tipus de taca es pot eliminar mitjançant reaccions d'oxidació-reducció utilitzant oxidants o agents reductors com el lleixiu, que descomponen l'estructura del cromòfor o dels grups cromòfors i els degraden en components més petits solubles en aigua.
Des de la perspectiva de la neteja en sec, hi ha aproximadament tres tipus de brutícia.
① La brutícia soluble en oli inclou diversos olis i greixos, que són líquids o greixosos i solubles en dissolvents de neteja en sec.
② La brutícia soluble en aigua és soluble en solució aquosa, però insoluble en detergents de neteja en sec. S'adsorbeix a la roba en forma de solució aquosa i, després que l'aigua s'evapori, precipiten sòlids granulars com ara sals inorgàniques, midó, proteïnes, etc.
③ La brutícia insoluble en aigua i oli és insoluble tant en aigua com en dissolvents de neteja en sec, com ara el negre de carboni, diversos silicats metàl·lics i òxids.
A causa de les diferents propietats dels diversos tipus de brutícia, hi ha diferents maneres d'eliminar-la durant el procés de neteja en sec. La brutícia soluble en oli, com ara els olis animals i vegetals, els olis minerals i els greixos, és fàcilment soluble en dissolvents orgànics i es pot eliminar fàcilment durant la neteja en sec. L'excel·lent solubilitat dels dissolvents de neteja en sec per a oli i greix es deu essencialment a les forces de van der Waals entre les molècules.
Per eliminar la brutícia soluble en aigua com ara sals inorgàniques, sucres, proteïnes, suor, etc., també cal afegir una quantitat adequada d'aigua a l'agent de neteja en sec, ja que en cas contrari la brutícia soluble en aigua és difícil d'eliminar de la roba. Però l'aigua és difícil de dissoldre en els agents de neteja en sec, per la qual cosa per augmentar la quantitat d'aigua, cal afegir tensioactius. L'aigua present en els agents de neteja en sec pot hidratar la brutícia i la superfície de la roba, facilitant la interacció amb els grups polars dels tensioactius, cosa que és beneficiosa per a l'adsorció de tensioactius a la superfície. A més, quan els tensioactius formen micel·les, la brutícia i l'aigua solubles en aigua es poden solubilitzar a les micel·les. Els tensioactius no només poden augmentar el contingut d'aigua en els dissolvents de neteja en sec, sinó que també poden evitar la deposició de brutícia per millorar l'efecte de neteja.
La presència d'una petita quantitat d'aigua és necessària per eliminar la brutícia soluble en aigua, però l'excés d'aigua pot fer que algunes peces deformin, s'arruguin, etc., per la qual cosa el contingut d'aigua del detergent sec ha de ser moderat.
Les partícules sòlides com la cendra, el fang, la terra i el negre de carboni, que no són ni solubles en aigua ni solubles en oli, generalment s'adhereixen a la roba per adsorció electrostàtica o combinant-se amb taques d'oli. En la neteja en sec, el flux i l'impacte dels dissolvents poden fer que la brutícia adsorbida per forces electrostàtiques caigui, mentre que els agents de neteja en sec poden dissoldre les taques d'oli, fent que les partícules sòlides que es combinen amb les taques d'oli i s'adhereixen a la roba caiguin de l'agent de neteja en sec. La petita quantitat d'aigua i tensioactius de l'agent de neteja en sec pot suspendre i dispersar de manera estable les partícules de brutícia sòlida que cauen, evitant que es tornin a dipositar a la roba.
(5) Factors que afecten l'efecte de rentat
L'adsorció direccional de tensioactius a la interfície i la reducció de la tensió superficial (interfacial) són els principals factors per a l'eliminació de la brutícia líquida o sòlida. Però el procés de rentat és relativament complex, i fins i tot l'efecte de rentat del mateix tipus de detergent es veu afectat 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 de tensioactius en la solució tenen un paper important en el procés de rentat. Quan la concentració arriba a la concentració micel·lar crítica (cmc), l'efecte de rentat augmenta bruscament. Per tant, la concentració de detergent en el dissolvent ha de ser superior al valor CMC per aconseguir un bon efecte de rentat. Tanmateix, quan la concentració de tensioactius supera el valor CMC, l'augment de l'efecte de rentat esdevé menys significatiu i un augment excessiu de la concentració de tensioactiu no és necessari.
Quan s'utilitza la solubilització per eliminar taques d'oli, fins i tot si la concentració és superior al valor CMC, l'efecte de solubilització encara augmenta amb l'augment de la concentració de tensioactiu. En aquest moment, és recomanable utilitzar detergent localment, com ara als punys i colls de la roba on hi ha molta brutícia. En rentar, es pot aplicar primer una capa de detergent per millorar l'efecte de solubilització dels tensioactius sobre les taques d'oli.
② La temperatura té un impacte significatiu en l'efecte de neteja. En general, augmentar la temperatura és beneficiós per eliminar la brutícia, però de vegades una temperatura excessiva també pot causar factors adversos.
Un augment de la temperatura és beneficiós per a la difusió de la brutícia. Les taques d'oli sòlid s'emulsionen fàcilment quan la temperatura és superior al seu punt de fusió, i les fibres també augmenten el seu grau d'expansió a causa de l'augment de la temperatura. Tots aquests factors són beneficiosos per a l'eliminació de la brutícia. Tanmateix, per a teixits ajustats, els microespais entre les fibres es redueixen després de l'expansió de les fibres, cosa que no afavoreix l'eliminació de la brutícia.
Els canvis de temperatura també afecten la solubilitat, el valor CMC i la mida de les micel·les dels tensioactius, cosa que afecta l'efecte de rentat. Els tensioactius de cadena llarga de carboni tenen una solubilitat més baixa a baixes temperatures i, de vegades, fins i tot una solubilitat més baixa que el valor CMC. En aquest cas, la temperatura de rentat s'ha d'augmentar adequadament. L'efecte de la temperatura sobre el valor CMC i la mida de les micel·les és diferent per als tensioactius iònics i no iònics. Per als tensioactius iònics, un augment de la temperatura generalment condueix a un augment del valor CMC i a una disminució de la mida de les micel·les. Això significa que la concentració de tensioactius s'ha d'augmentar a la solució de rentat. Per als tensioactius no iònics, augmentar la temperatura condueix a una disminució del seu valor CMC i a un augment significatiu de la mida de les micel·les. Es pot veure que augmentar adequadament la temperatura pot ajudar els tensioactius no iònics a exercir la seva activitat superficial. Però la temperatura no ha de superar el seu punt de núvol.
En resum, la temperatura de rentat més adequada està relacionada amb la fórmula del detergent i l'objecte que es renta. Alguns detergents tenen bons efectes de neteja a temperatura ambient, mentre que d'altres tenen efectes de neteja significativament diferents per al rentat en fred i en calent.
③ Escuma
Sovint la gent confon la capacitat d'escuma amb l'efecte de rentat, creient que els detergents amb una forta capacitat d'escuma tenen millors efectes de rentat. Els resultats mostren que l'efecte de rentat no està directament relacionat amb la quantitat d'escuma. Per exemple, utilitzar detergent amb poca escuma per rentar no té un pitjor efecte de rentat que un detergent amb molta escuma.
Tot i que l'escuma no està directament relacionada amb el rentat, l'escuma encara és útil per eliminar la brutícia en algunes situacions. Per exemple, l'escuma del líquid de rentat pot arrossegar les gotes d'oli quan es renten els plats a mà. Quan es frega la catifa, l'escuma també pot eliminar partícules de brutícia sòlida com la pols. La pols representa una gran proporció de la brutícia de la catifa, per la qual cosa el netejador de catifes ha de tenir una certa capacitat d'escuma.
El poder escumós també és important per al xampú. L'escuma fina que produeix el líquid en rentar els cabells o banyar-se fa que la gent se senti còmoda.
④ Tipus 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'estructura organitzativa dels fils i teixits també influeixen en la dificultat d'eliminació de la brutícia.
Les escates de les fibres de llana i l'estructura plana en forma de tira de les fibres de cotó són més propenses a acumular brutícia que les fibres llises. Per exemple, el negre de carboni adherit a la pel·lícula de cel·lulosa (pel·lícula adhesiva) és fàcil d'eliminar, mentre que el negre de carboni adherit al teixit de cotó és difícil de rentar. Per exemple, els teixits de fibra curta de polièster són més propensos a acumular taques d'oli que els teixits de fibra llarga, i les taques d'oli dels teixits de fibra curta també són més difícils d'eliminar que les dels teixits de fibra llarga.
Els fils i els teixits ajustats, a causa dels petits microespais entre les fibres, poden resistir la invasió de la brutícia, però també impedir que la solució de neteja elimini la brutícia interna. Per tant, els teixits ajustats tenen una bona resistència a la brutícia al principi, però també són difícils de netejar un cop contaminats.
⑤ La duresa de l'aigua
La concentració d'ions metàl·lics com el Ca2+ i el Mg2+ a l'aigua té un impacte significatiu en l'efecte de rentat, especialment quan els tensioactius aniònics es troben amb ions Ca2+ i Mg2+ per formar sals de calci i magnesi amb poca solubilitat, cosa que pot reduir la seva capacitat de neteja. Fins i tot si la concentració de tensioactius és alta en aigua dura, el seu efecte de neteja encara és molt pitjor que en la destil·lació. Per aconseguir el millor efecte de rentat dels tensioactius, la concentració d'ions Ca2+ a l'aigua s'ha de reduir per sota d'1 × 10-6 mol/L (el CaCO3 s'ha de reduir a 0,1 mg/L). Això requereix afegir diversos suavitzants al detergent.
Data de publicació: 16 d'agost de 2024