Bet kokio ilgio vieneto susitraukimo jėga skysčio paviršiuje vadinama paviršiaus įtempimu, o vienetas yra N.·m-1.
Tirpiklio paviršiaus įtempimo mažinimo savybė vadinama paviršiaus aktyvumu, o tokią savybę turinti medžiaga – paviršinio aktyvumo medžiaga.
Paviršinio aktyvumo medžiaga, galinti surišti molekules vandeniniame tirpale ir sudaryti miceles bei kitas asociacijas, pasižyminti dideliu paviršiniu aktyvumu, taip pat turinti drėkinimo, emulsinimo, putojimo, plovimo ir kt. poveikį, vadinama paviršinio aktyvumo medžiaga.
Paviršinio aktyvumo medžiaga – tai ypatingos struktūros ir savybių organiniai junginiai, galintys reikšmingai pakeisti dviejų fazių paviršių įtempimą arba skysčių (dažniausiai vandens) paviršiaus įtempimą, pasižymintys drėkinimo, putojimo, emulsinimo, plovimo ir kitomis savybėmis.
Kalbant apie struktūrą, aktyviosios paviršiaus medžiagos turi bendrą bruožą, nes jų molekulėse yra dvi skirtingo pobūdžio grupės. Viename gale yra ilga nepolinės grupės grandinė, tirpi aliejuje ir netirpi vandenyje, dar vadinama hidrofobine grupe arba vandenį atstumiančia grupe. Tokia vandenį atstumianti grupė paprastai yra ilgos angliavandenilių grandinės, kartais ir organinio fluoro, silicio, organinio fosfato, organinio alavo grandinės ir kt. Kitame gale yra vandenyje tirpi grupė, hidrofilinė grupė arba aliejų atstumianti grupė. Hidrofilinė grupė turi būti pakankamai hidrofilinė, kad visos paviršinio aktyvumo medžiagos būtų tirpios vandenyje ir turi būtiną tirpumą. Kadangi aktyviosios paviršiaus medžiagos turi hidrofilinių ir hidrofobinių grupių, jos gali būti tirpios bent vienoje iš skystųjų fazių. Ši hidrofilinė ir lipofilinė paviršiaus aktyviosios medžiagos savybė vadinama amfifilumu.
Paviršinio aktyvumo medžiaga yra tam tikros rūšies amfifilinės molekulės, turinčios ir hidrofobines, ir hidrofilines grupes. Hidrofobines paviršinio aktyvumo medžiagų grupes paprastai sudaro ilgos grandinės angliavandeniliai, tokie kaip linijinės grandinės alkilo C8-C20, šakotosios grandinės alkil-C8-C20, alkilfenilo (alkilo anglies atomų skaičius yra 8-16) ir panašiai. Nedidelis skirtumas tarp hidrofobinių grupių daugiausia susijęs su angliavandenilių grandinių struktūriniais pokyčiais. Ir hidrofilinių grupių tipų yra daugiau, todėl paviršinio aktyvumo medžiagų savybės daugiausia susijusios su hidrofilinėmis grupėmis, be hidrofobinių grupių dydžio ir formos. Hidrofilinių grupių struktūriniai pokyčiai yra didesni nei hidrofobinių grupių, todėl paviršinio aktyvumo medžiagų klasifikacija paprastai grindžiama hidrofilinių grupių struktūra. Ši klasifikacija grindžiama tuo, ar hidrofilinė grupė yra joninė, ar ne, ir ji skirstoma į anijonines, katijonines, nejonines, cviterionines ir kitų specialių tipų paviršinio aktyvumo medžiagas.
① Paviršinio aktyvumo medžiagų adsorbcija sąsajoje
Paviršinio aktyvumo medžiagų molekulės yra amfifilinės molekulės, turinčios ir lipofilines, ir hidrofilines grupes. Kai paviršinio aktyvumo medžiaga ištirpinama vandenyje, jos hidrofilinė grupė pritraukiama prie vandens ir ištirpsta vandenyje, o lipofilinė grupė yra atstumiama vandens ir palieka vandenį, todėl paviršinio aktyvumo medžiagos molekulės (arba jonai) adsorbuojasi ant dviejų fazių sąsajos. , kuris sumažina sąsajos įtampą tarp dviejų fazių. Kuo daugiau paviršinio aktyvumo medžiagų molekulių (arba jonų) adsorbuojama sąsajoje, tuo labiau sumažėja sąsajos įtampa.
② Kai kurios adsorbcinės membranos savybės
Adsorbcinės membranos paviršinis slėgis: Paviršinio aktyvumo medžiagos adsorbcija dujų ir skysčio sąsajoje, kad susidarytų adsorbcinė membrana, pvz., ant sąsajos uždėkite trinties nuimamą plūduriuojančią lakštą, plūduriuojantis lakštas stumia adsorbcinę membraną išilgai tirpalo paviršiaus, o membrana sukuria slėgį. ant slankiojo lakšto, kuris vadinamas paviršiaus slėgiu.
Paviršiaus klampumas: kaip ir paviršiaus slėgis, paviršiaus klampumas yra netirpios molekulinės membranos savybė. Pakabinamas plonos metalinės vielos platinos žiedu, kad jo plokštuma liestųsi su rezervuaro vandens paviršiumi, pasukite platinos žiedą, platinos žiedą pagal vandens kliūties klampumą, amplitudė palaipsniui mažėja, pagal kurią paviršiaus klampumas gali būti keičiamas. išmatuotas. Metodas yra toks: pirma, eksperimentas atliekamas gryno vandens paviršiuje, kad būtų išmatuotas amplitudės skilimas, o tada matuojamas skilimas po paviršiaus membranos susidarymo, o paviršiaus membranos klampumas nustatomas pagal skirtumą tarp šių dviejų. .
Paviršiaus klampumas yra glaudžiai susijęs su paviršiaus membranos kietumu, o kadangi adsorbcinė membrana turi paviršiaus slėgį ir klampumą, ji turi būti elastinga. Kuo didesnis paviršiaus slėgis ir kuo didesnis adsorbuotos membranos klampumas, tuo didesnis jos tamprumo modulis. Paviršiaus adsorbcijos membranos tamprumo modulis yra svarbus burbulo stabilizavimo procese.
③ Micelių susidarymas
Praskiesti paviršinio aktyvumo medžiagų tirpalai paklūsta dėsniams, po kurių seka idealūs tirpalai. Tirpalo paviršiuje adsorbuotos paviršinio aktyvumo medžiagos kiekis didėja didėjant tirpalo koncentracijai, o kai koncentracija pasiekia arba viršija tam tikrą reikšmę, adsorbcijos kiekis nebedidėja, o šios aktyviosios paviršiaus medžiagos molekulių perteklius tirpale yra atsitiktinai. būdu arba kokiu nors įprastiniu būdu. Tiek praktika, tiek teorija rodo, kad jie sudaro asociacijas tirpale, ir šios asociacijos vadinamos micelėmis.
Kritinė micelių koncentracija (CMC): mažiausia koncentracija, kuriai esant aktyviosios paviršiaus medžiagos sudaro miceles tirpale, vadinama kritine micelių koncentracija.
④ įprastų aktyviųjų paviršiaus medžiagų CMC vertės.
HLB yra hidrofilinio lipofilo balanso santrumpa, nurodanti paviršiaus aktyviosios medžiagos hidrofilinių ir lipofilinių grupių hidrofilinį ir lipofilinį balansą, ty paviršinio aktyvumo medžiagos HLB reikšmę. Didelė HLB reikšmė rodo molekulę, pasižyminčią stipriu hidrofiliškumu ir silpnu lipofiliškumu; atvirkščiai, stiprus lipofiliškumas ir silpnas hidrofiliškumas.
① HLB vertės nuostatos
HLB reikšmė yra santykinė vertė, todėl, kai nustatoma HLB reikšmė, kaip standartas, hidrofilinių savybių neturinčio parafino vaško HLB reikšmė nurodoma kaip 0, o natrio dodecilsulfato HLB vertė, kuri yra labiau tirpsta vandenyje, yra 40. Todėl paviršinio aktyvumo medžiagų HLB vertė paprastai yra nuo 1 iki 40. Paprastai tariant, emulsikliai, kurių HLB vertė mažesnė nei 10, yra lipofiliniai, o didesni nei 10 yra hidrofiliniai. Taigi posūkio taškas iš lipofilinio į hidrofilinį yra apie 10.
Remiantis paviršinio aktyvumo medžiagų HLB vertėmis, galima susidaryti bendrą idėją apie galimus jų panaudojimo būdus, kaip parodyta 1-3 lentelėje.
Du tarpusavyje netirpūs skysčiai, vienas išsklaidytas kitame kaip dalelės (lašeliai arba skystieji kristalai), sudaro sistemą, vadinamą emulsija. Ši sistema yra termodinamiškai nestabili, nes susidaro dviejų skysčių ribinis plotas, kai susidaro emulsija. Norint, kad emulsija būtų stabili, reikia pridėti trečią komponentą – emulsiklį, kuris sumažintų sistemos sąsajos energiją. Emulsiklis priklauso aktyviajai paviršiaus medžiagai, jo pagrindinė funkcija yra emulsijos vaidmuo. Emulsijos fazė, kuri egzistuoja kaip lašeliai, vadinama dispersine faze (arba vidine faze, nepertraukiama faze), o kita fazė, kuri yra sujungta, vadinama dispersine terpe (arba išorine faze, ištisine faze).
① Emulsikliai ir emulsijos
Įprastos emulsijos, viena fazė yra vanduo arba vandeninis tirpalas, kita fazė yra organinės medžiagos, nesimaišančios su vandeniu, pvz., riebalai, vaškas ir kt. Emulsiją, kurią sudaro vanduo ir aliejus, galima suskirstyti į du tipus pagal jų dispersijos situaciją: aliejus disperguotas vandenyje, kad susidarytų aliejus vandenyje tipo emulsija, išreikšta O/V (alyva/vanduo): vanduo, disperguotas aliejuje, kad susidarytų aliejaus vandenyje tipo emulsija, išreikšta kaip W/O (vanduo/aliejus). Taip pat gali būti sudarytos sudėtingos vandens-aliejuje-vandenyje W/O/W ir aliejus vandenyje-aliejuje O/W/O tipo multiemulsijos.
Emulsikliai naudojami emulsijoms stabilizuoti, mažinant sąsajos įtampą ir formuojant vienos molekulės sąsajos membraną.
Emulsinant emulsiklio reikalavimus:
a: emulsiklis turi sugebėti adsorbuoti arba praturtinti sąsają tarp dviejų fazių, kad sumažėtų sąsajos įtampa;
b: Emulsiklis turi įkrauti daleles taip, kad tarp dalelių elektrostatinis atstūmimas arba aplink daleles susidarytų stabili, labai klampi apsauginė membrana.
Todėl kaip emulsiklis naudojamoje medžiagoje turi būti amfifilinių grupių, kad galėtų emulguoti, o aktyviosios paviršiaus medžiagos gali atitikti šį reikalavimą.
② Emulsijų paruošimo būdai ir emulsijų stabilumą įtakojantys veiksniai
Emulsijas galima paruošti dviem būdais: vienas – mechaninis metodas, skirtas skystį smulkiomis dalelėmis išsklaidyti kitame skystyje, kuris dažniausiai naudojamas pramonėje emulsijoms ruošti; kita – ištirpinti molekulinės būsenos skystį kitame skystyje, o tada tinkamai susirinkti, kad susidarytų emulsijos.
Emulsijos stabilumas yra gebėjimas užkirsti kelią dalelių agregacijai, dėl kurio atsiranda fazių atsiskyrimas. Emulsijos yra termodinamiškai nestabilios sistemos, turinčios didelę laisvąją energiją. Todėl vadinamasis emulsijos stabilumas iš tikrųjų yra laikas, kurio reikia, kad sistema pasiektų pusiausvyrą, ty laikas, reikalingas vieno iš sistemos skysčių atsiskyrimui.
Kai sąsajos membrana su riebalų alkoholiais, riebalų rūgštimis ir riebiaisiais aminais ir kitomis polinėmis organinėmis molekulėmis, membranos stiprumas žymiai didesnis. Taip yra dėl to, kad emulsiklio molekulių ir alkoholių, rūgščių ir aminų bei kitų polinių molekulių paviršiuje adsorbcijos sluoksnyje susidaro "kompleksas", todėl padidėjo sąsajos membranos stiprumas.
Emulsikliai, susidedantys iš daugiau nei dviejų paviršinio aktyvumo medžiagų, vadinami mišriaisiais emulsikliais. Mišrus emulsiklis, adsorbuotas vandens ir aliejaus sąsajoje; tarpmolekulinis veikimas gali sudaryti kompleksus. Dėl stipraus tarpmolekulinio veikimo ženkliai sumažėja tarpfazinė įtampa, ženkliai padidėja sąsajoje adsorbuoto emulsiklio kiekis, didėja tarpfazinės membranos tankis, stiprėja.
Skystų granulių įkrova turi didelę įtaką emulsijos stabilumui. Stabilios emulsijos, kurių skystos granulės paprastai būna įkrautos. Kai naudojamas joninis emulsiklis, emulsiklio jonų, adsorbuotų sąsajoje, lipofilinė grupė įterpiama į alyvos fazę, o hidrofilinė grupė yra vandens fazėje, todėl skystos granulės yra įkrautos. Kadangi emulsijos rutuliukai su tuo pačiu krūviu, jie atstumia vienas kitą, nėra lengva aglomeruoti, todėl padidėja stabilumas. Matyti, kad kuo daugiau emulsiklio jonų adsorbuojasi ant granulių, tuo didesnis krūvis, tuo didesnė galimybė neleisti granulėms susikaupti, tuo stabilesnė emulsijos sistema.
Emulsijos dispersijos terpės klampumas turi tam tikrą įtaką emulsijos stabilumui. Paprastai kuo didesnis dispersinės terpės klampumas, tuo didesnis emulsijos stabilumas. Taip yra todėl, kad dispersinės terpės klampumas yra didelis, o tai stipriai veikia skystųjų granulių Brauno judėjimą ir sulėtina skystų granulių susidūrimą, todėl sistema išlieka stabili. Paprastai polimerinės medžiagos, kurios gali būti ištirpintos emulsijose, gali padidinti sistemos klampumą ir padidinti emulsijų stabilumą. Be to, polimerai taip pat gali sudaryti stiprią paviršių membraną, todėl emulsijos sistema tampa stabilesnė.
Kai kuriais atvejais, pridėjus kietų miltelių, emulsija gali stabilizuotis. Kietieji milteliai yra vandenyje, aliejuje arba sąsajoje, priklausomai nuo aliejaus, vanduo pagal kietų miltelių drėkinimo gebą, jei kietieji milteliai nėra visiškai sudrėkinti vandeniu, bet ir sudrėkinti aliejaus, liks ant vandens ir aliejaus sąsaja.
Kietieji milteliai nepadaro emulsijos stabilios, nes sąsajoje susikaupę milteliai pagerina paviršių membraną, kuri yra panaši į emulsiklio molekulių adsorbciją tarp paviršių, todėl kuo glaudžiau kieta miltelių medžiaga išsidėsčiusi sąsajoje, tuo stabilesnė emulsija yra.
Paviršinio aktyvumo medžiagos turi savybę ženkliai padidinti netirpių arba vandenyje mažai tirpių organinių medžiagų tirpumą po to, kai susidaro micelės vandeniniame tirpale, o tirpalas šiuo metu yra skaidrus. Šis micelės poveikis vadinamas tirpimu. Paviršinio aktyvumo medžiaga, kuri gali sukelti tirpinimą, vadinama tirpikliu, o organinė medžiaga, kuri yra tirpinama, vadinama tirpinta medžiaga.
Putos vaidina svarbų vaidmenį skalbimo procese. Putos yra dispersinė sistema, kurioje dujos yra disperguotos skystoje arba kietoje medžiagoje, kai dujos yra dispersinė fazė, o skystoji arba kieta medžiaga yra dispersinė terpė, pirmoji vadinama skystomis putomis, o antroji – kietomis putomis, pvz. kaip putplastis, putplastis stiklas, putplastis cementas ir kt.
(1) Putų susidarymas
Putplasčiu čia turime omenyje oro burbuliukų sankaupą, atskirtą skysta membrana. Šio tipo burbuliukai visada greitai kyla į skysčio paviršių dėl didelio tankio skirtumo tarp dispersinės fazės (dujų) ir dispersinės terpės (skysčio), kartu su mažu skysčio klampumu.
Burbulo susidarymo procesas yra į skystį įnešti didelį kiekį dujų, o skystyje esantys burbuliukai greitai grįžta į paviršių, sudarydami burbuliukų sankaupą, atskirtą nedideliu kiekiu skystųjų dujų.
Putos turi dvi reikšmingas morfologijos savybes: viena yra ta, kad burbuliukai, kaip išsklaidyta fazė, dažnai yra daugiakampės formos, nes burbuliukų susikirtimo vietoje skysčio plėvelė linkusi plonėti ir burbuliukai tampa daugiakampis, kai skysčio plėvelė tam tikru mastu suplonėja, tai sukelia burbulo plyšimą; antrasis yra tai, kad gryni skysčiai negali sudaryti stabilių putų, skystis, galintis sudaryti putas, yra bent du ar daugiau komponentų. Vandeniniai paviršinio aktyvumo medžiagų tirpalai būdingi sistemoms, kurios linkusios susidaryti putų, o jų gebėjimas susidaryti putas taip pat susijęs su kitomis savybėmis.
Paviršinio aktyvumo medžiagos, turinčios gerą putojimo galią, vadinamos putojančiomis medžiagomis. Nors putojantis agentas pasižymi geromis putojimo savybėmis, tačiau susidariusios putos gali neišsilaikyti ilgai, tai yra, jos stabilumas nebūtinai yra geras. Siekiant išlaikyti putų stabilumą, dažnai į putojančią medžiagą įdedant medžiagų, kurios gali padidinti putų stabilumą, medžiaga vadinama putų stabilizatoriumi, dažniausiai naudojamas stabilizatorius yra laurildietanolaminas ir dodecildimetilamino oksidas.
(2) Putų stabilumas
Putplastis yra termodinamiškai nestabili sistema, o galutinė tendencija yra ta, kad visas skysčio paviršiaus plotas sistemoje sumažėja po to, kai burbulas sulaužomas ir sumažėja laisva energija. Putų šalinimo procesas yra procesas, kurio metu skystoji membrana, skirianti dujas, tampa storesnė ir plonesnė, kol sutrūksta. Todėl putų stabilumo laipsnį daugiausia lemia skysčio išleidimo greitis ir skysčio plėvelės stiprumas. Tam įtakos turi ir šie veiksniai.
(3) Putų sunaikinimas
Pagrindinis putų naikinimo principas – pakeisti sąlygas, dėl kurių susidaro putos, arba pašalinti putas stabilizuojančius veiksnius, todėl yra ir fizinių, ir cheminių putų šalinimo būdų.
Fizinis putų šalinimas reiškia putų gamybos sąlygų pakeitimą išlaikant putų tirpalo cheminę sudėtį, pvz., išoriniai trikdžiai, temperatūros ar slėgio pokyčiai ir apdorojimas ultragarsu yra veiksmingi fiziniai metodai putoms pašalinti.
Cheminis putų šalinimo metodas yra tam tikrų medžiagų, kurios sąveikauja su putojančiu agentu, pridėjimas, siekiant sumažinti putų skystos plėvelės stiprumą ir taip sumažinti putų stabilumą, kad būtų pasiektas putų šalinimo tikslas, tokios medžiagos vadinamos putojimą mažinančiomis medžiagomis. Dauguma putojančių medžiagų yra aktyviosios paviršiaus medžiagos. Todėl, atsižvelgiant į putų šalinimo mechanizmą, putų šalinimo priemonė turi turėti stiprų gebėjimą sumažinti paviršiaus įtempimą, lengvai adsorbuotis ant paviršiaus, o paviršiaus adsorbcijos molekulių sąveika yra silpna, adsorbcijos molekulės išsidėsčiusios laisvesnėje struktūroje.
Yra įvairių tipų putų šalinimo priemonės, tačiau iš esmės jie visi yra nejoninės aktyviosios paviršiaus medžiagos. Nejoninės aktyviosios paviršiaus medžiagos pasižymi putojimą slopinančiomis savybėmis, kurios yra artimos arba viršija jų drumstumo tašką ir dažnai naudojamos kaip putą mažinančios medžiagos. Alkoholiai, ypač šakotos struktūros alkoholiai, riebalų rūgštys ir riebalų rūgščių esteriai, poliamidai, fosfato esteriai, silikoninės alyvos ir kt.
(4) Putos ir plovimas
Tiesioginio ryšio tarp putų ir skalbimo efektyvumo nėra, o putų kiekis nerodo skalbimo efektyvumo. Pavyzdžiui, nejoninės aktyviosios paviršiaus medžiagos turi daug mažiau putojančių savybių nei muilai, tačiau jų nukenksminimas yra daug geresnis nei muilo.
Kai kuriais atvejais putos gali padėti pašalinti nešvarumus ir nešvarumus. Pavyzdžiui, plaunant indus namuose, ploviklio putos surenka aliejaus lašelius, o šveičiant kilimus putos padeda surinkti dulkes, miltelius ir kitus kietus nešvarumus. Be to, putos kartais gali būti naudojamos kaip ploviklio veiksmingumo rodiklis. Kadangi riebūs aliejai slopina ploviklio putas, kai yra per daug aliejaus ir per mažai ploviklio, nesusidarys putos arba pradings pirminės putos. Putos taip pat kartais gali būti naudojamos kaip skalavimo priemonės švarumo indikatorius, nes putų kiekis skalavimo tirpale linkęs mažėti mažėjant ploviklio kiekiui, todėl pagal putų kiekį galima įvertinti skalavimo laipsnį.
Plačiąja prasme plovimas yra nepageidaujamų komponentų pašalinimas iš plaunamo objekto ir tam tikro tikslo pasiekimas. Skalbimas įprasta prasme reiškia nešvarumų pašalinimą nuo laikiklio paviršiaus. Skalbimo metu nešvarumų ir nešiklio sąveika susilpnėja arba pašalinama veikiant kai kurioms cheminėms medžiagoms (pvz., plovikliui ir pan.), todėl nešvarumų ir nešiklio derinys pakeičiamas į purvo ir ploviklio derinį, galiausiai nešvarumai atskiriami nuo nešiklio. Kadangi plaunami daiktai ir šalinami nešvarumai yra įvairūs, plovimas yra labai sudėtingas procesas, o pagrindinis plovimo procesas gali būti išreikštas tokiais paprastais ryšiais.
Carrie··Dirt + Detergent= Carrier + Dirt·Detergent
Skalbimo procesą paprastai galima suskirstyti į du etapus: pirma, veikiant plovikliui, nešvarumai atskiriami nuo nešiklio; antra, atsiskyrę nešvarumai išsklaidomi ir pakimba terpėje. Plovimo procesas yra grįžtamasis procesas, o terpėje išsisklaidę ir suspenduoti nešvarumai taip pat gali būti pakartotinai nusodinami iš terpės į plaunamą objektą. Todėl geras ploviklis turi turėti galimybę išsklaidyti ir sustabdyti nešvarumus ir užkirsti kelią nešvarumų pakartotiniam nusėdimui, be to, kad jis turi galimybę pašalinti nešvarumus iš laikiklio.
(1) Nešvarumų rūšys
Net ir to paties daikto nešvarumų tipas, sudėtis ir kiekis gali skirtis priklausomai nuo aplinkos, kurioje jis naudojamas. Alyvos kūno nešvarumus daugiausia sudaro kai kurie gyvūniniai ir augaliniai aliejai bei mineralinės alyvos (pvz., žalias aliejus, mazutas, akmens anglių derva ir kt.), kietasis purvas daugiausia yra suodžiai, pelenai, rūdys, suodžiai ir kt. Kalbant apie drabužių nešvarumus, yra nešvarumų iš žmogaus kūno, tokių kaip prakaitas, riebalai, kraujas ir kt.; nešvarumai nuo maisto, pavyzdžiui, vaisių dėmės, kepimo aliejaus dėmės, prieskonių dėmės, krakmolas ir kt.; nešvarumai nuo kosmetikos, pavyzdžiui, lūpų dažai, nagų lakas ir kt.; nešvarumai iš atmosferos, pavyzdžiui, suodžiai, dulkės, purvas ir kt.; kiti, pavyzdžiui, rašalas, arbata, danga ir tt Jis būna įvairių tipų.
Įvairius nešvarumų tipus paprastai galima suskirstyti į tris pagrindines kategorijas: kietąjį, skystą ir specialųjį nešvarumus.
① Kietas purvas
Įprastus kietus nešvarumus sudaro pelenų, purvo, žemės, rūdžių ir suodžių dalelės. Daugumos šių dalelių paviršiuje yra elektros krūvis, dauguma jų yra neigiamai įkrautos ir gali būti lengvai adsorbuojamos ant pluoštinių elementų. Kietus nešvarumus paprastai sunku ištirpinti vandenyje, tačiau juos galima išsklaidyti ir suspenduoti ploviklio tirpalais. Kietus nešvarumus, kurių masės taškas yra mažesnis, pašalinti sunkiau.
② Skysti nešvarumai
Skysti nešvarumai dažniausiai tirpsta aliejuje, įskaitant augalinius ir gyvūninius aliejus, riebalų rūgštis, riebiuosius alkoholius, mineralines alyvas ir jų oksidus. Tarp jų gali atsirasti augalinių ir gyvulinių aliejų, riebalų rūgščių ir šarminių muilinimo būdų, o riebiųjų alkoholių, mineralinių aliejų muilinimas šarmais nesukelia, bet gali tirpti alkoholiuose, eteriuose ir angliavandenilių organiniuose tirpikliuose, taip pat ploviklio vandens tirpalo emulsinimas ir dispersija. Aliejuje tirpūs skysti nešvarumai paprastai turi stiprią jėgą su pluoštiniais elementais ir yra tvirčiau adsorbuojami ant pluoštų.
③ Ypatingas purvas
Ypatingi nešvarumai yra baltymai, krakmolas, kraujas, žmogaus išskyros, tokios kaip prakaitas, riebalai, šlapimas ir vaisių sultys bei arbatos sultys. Dauguma šio tipo nešvarumų gali būti chemiškai ir stipriai adsorbuoti ant pluošto gaminių. Todėl sunku nuplauti.
Įvairių tipų nešvarumai retai randami atskirai, tačiau dažnai sumaišomi ir adsorbuojami ant objekto. Nešvarumai kartais gali oksiduotis, suirti arba suirti veikiami išorinių poveikių ir taip susidaryti nauji nešvarumai.
(2) Nešvarumų sukibimas
Drabužiai, rankos ir tt gali būti dėmių, nes yra tam tikra sąveika tarp objekto ir purvo. Nešvarumai prie daiktų prilimpa įvairiais būdais, tačiau yra ne daugiau kaip fizinis ir cheminis sukibimas.
①Suodžių, dulkių, purvo, smėlio ir anglies sukibimas su drabužiais yra fizinis sukibimas. Paprastai tariant, dėl šio nešvarumų sukibimo, o tarp dėmėto objekto vaidmuo yra gana silpnas, nešvarumus taip pat gana lengva pašalinti. Pagal skirtingas jėgas fizinį nešvarumų sukibimą galima suskirstyti į mechaninį sukibimą ir elektrostatinį sukibimą.
A: Mechaninis sukibimas
Šio tipo sukibimas daugiausia susijęs su kai kurių kietų nešvarumų (pvz., dulkių, purvo ir smėlio) sukibimu. Mechaninis sukibimas yra viena iš silpnesnių nešvarumų sukibimo formų ir gali būti pašalinta beveik grynai mechaninėmis priemonėmis, tačiau kai nešvarumai yra maži (<0,1 um), juos pašalinti yra sunkiau.
B: Elektrostatinis sukibimas
Elektrostatinis sukibimas daugiausia pasireiškia įkrautų nešvarumų dalelių veikimu ant priešingai įkrautų objektų. Dauguma pluoštinių objektų yra neigiamai įkrauti vandenyje ir gali lengvai prilipti prie tam tikrų teigiamai įkrautų nešvarumų, pavyzdžiui, kalkių. Kai kurie nešvarumai, nors ir neigiamai įkrauti, pvz., suodžių dalelės vandeniniuose tirpaluose, gali prilipti prie skaidulų per joninius tiltelius (jonus tarp kelių priešingai įkrautų objektų, veikiančių kartu su jais tilto būdu), kuriuos sudaro teigiami jonai vandenyje (pvz., , Ca2+, Mg2+ ir kt.).
Elektrostatinis veikimas yra stipresnis nei paprastas mechaninis veikimas, todėl nešvarumus pašalinti gana sunku.
② Cheminis sukibimas
Cheminis sukibimas reiškia reiškinį, kai nešvarumai veikia objektą per chemines arba vandenilio jungtis. Pavyzdžiui, poliariniai kietieji nešvarumai, baltymai, rūdys ir kiti sukibimai ant pluošto gaminių, pluoštuose yra karboksilo, hidroksilo, amido ir kitų grupių, šios grupės ir riebių nešvarumų riebalų rūgštys, riebalų alkoholiai lengvai sudaro vandenilinius ryšius. Cheminės jėgos paprastai yra stiprios, todėl nešvarumai tvirčiau sukimba su objektu. Šio tipo nešvarumus sunku pašalinti įprastais metodais, todėl norint juos pašalinti, reikia specialių metodų.
Nešvarumų sukibimo laipsnis yra susijęs su paties purvo pobūdžiu ir objekto, prie kurio jis prilipęs, pobūdžiu. Paprastai dalelės lengvai prilimpa prie pluoštinių daiktų. Kuo mažesnė kieto purvo tekstūra, tuo stipresnis sukibimas. Poliariniai nešvarumai ant hidrofilinių objektų, tokių kaip medvilnė ir stiklas, prilimpa stipriau nei nepoliniai nešvarumai. Nepoliniai nešvarumai prilimpa stipriau nei poliariniai nešvarumai, tokie kaip poliariniai riebalai, dulkės ir molis, todėl juos ne taip lengva pašalinti ir išvalyti.
(3) Purvo pašalinimo mechanizmas
Skalbimo tikslas – pašalinti nešvarumus. Tam tikros temperatūros terpėje (daugiausia vandenyje). Naudojant įvairius fizinius ir cheminius ploviklio poveikius, siekiant susilpninti arba pašalinti nešvarumų ir nuplautų daiktų poveikį, veikiant tam tikroms mechaninėms jėgoms (pvz., trintant rankomis, maišant skalbimo mašiną, veikiant vandeniui), kad nešvarumai ir nuplauti daiktai nuo nukenksminimo tikslo.
① Skystų nešvarumų pašalinimo mechanizmas
A: Drėkinimas
Skysti nešvarumai dažniausiai yra aliejaus pagrindu. Aliejus sušlapina daugumą pluoštinių daiktų ir daugiau ar mažiau kaip aliejaus plėvelė pasklinda ant pluoštinės medžiagos paviršiaus. Pirmasis plovimo veiksmas yra paviršiaus sudrėkinimas plovimo skysčiu. Iliustracijos dėlei pluošto paviršius gali būti laikomas lygiu kietu paviršiumi.
B: Alyvos atskyrimas – garbanojimo mechanizmas
Antrasis plovimo veiksmas yra alyvos ir riebalų pašalinimas, skystų nešvarumų pašalinimas pasiekiamas tam tikra spirale. Skysti nešvarumai iš pradžių egzistavo ant paviršiaus pasklidusios alyvos plėvelės pavidalu, o plovimo skysčiui veikiant pirmenybiniam kieto paviršiaus (ty pluošto paviršiaus) drėkinamajam poveikiui, jie palaipsniui susisuko į aliejaus rutuliukus, kurie buvo pakeisti plovimo skysčiu ir galiausiai paliko paviršių veikiami tam tikrų išorinių jėgų.
② Kietų nešvarumų pašalinimo mechanizmas
Skysti nešvarumai daugiausia pašalinami plovimo tirpalu sudrėkinant nešvarumų nešiklį, o kietų nešvarumų pašalinimo mechanizmas yra kitoks, kai plovimo procesas daugiausia susijęs su purvo masės ir jo nešiklio paviršiaus sudrėkinimu plovimo metu. sprendimas. Dėl paviršinio aktyvumo medžiagų adsorbcijos ant kieto purvo ir jo nešiklio paviršiaus sumažėja nešvarumų ir paviršiaus sąveika bei sumažėja nešvarumų masės sukibimo su paviršiumi stiprumas, todėl nešvarumų masė lengvai pašalinama nuo purvo paviršiaus. vežėjas.
Be to, aktyviųjų paviršiaus medžiagų, ypač joninių aktyviųjų paviršiaus medžiagų, adsorbcija ant kieto nešvarumų paviršiaus ir jo nešiklio gali padidinti paviršiaus potencialą ant kieto nešvarumų ir jo nešiklio paviršiaus, o tai yra palankesnė nešvarumų pašalinimui. purvas. Kieti arba paprastai pluoštiniai paviršiai paprastai yra neigiamai įkrauti vandeninėje terpėje, todėl ant purvo masės arba kietų paviršių gali sudaryti difuzinius dvigubus elektroninius sluoksnius. Dėl vienarūšių krūvių atstūmimo susilpnėja vandenyje esančių nešvarumų dalelių sukibimas su kietu paviršiumi. Pridėjus anijoninės aktyviosios paviršiaus medžiagos, nes ji vienu metu gali padidinti neigiamą purvo dalelės ir kieto paviršiaus paviršiaus potencialą, sustiprėja atstūmimas tarp jų, sumažėja dalelės sukibimo stiprumas, o nešvarumus lengviau pašalinti. .
Nejoninės aktyviosios paviršiaus medžiagos adsorbuojamos ant paprastai įkrautų kietų paviršių ir, nors jos reikšmingai nekeičia sąsajos potencialo, adsorbuotos nejoninės aktyviosios paviršiaus medžiagos linkusios suformuoti tam tikro storio adsorbuotą sluoksnį ant paviršiaus, kuris padeda išvengti nešvarumų pakartotinio nusėdimo.
Kalbant apie katijonines aktyviąsias paviršiaus medžiagas, jų adsorbcija sumažina arba pašalina neigiamą nešvarumų masės ir ją nešančio paviršiaus paviršiaus potencialą, o tai sumažina atstūmimą tarp nešvarumų ir paviršiaus, todėl nėra palanki nešvarumų šalinimui; be to, po adsorbcijos ant kieto paviršiaus katijoninės aktyviosios paviršiaus medžiagos linkusios paversti kietą paviršių hidrofobiniu ir todėl nėra palankios paviršiaus drėkinimui ir dėl to plovimui.
③ Specialių dirvožemių pašalinimas
Baltymus, krakmolą, žmogaus išskyras, vaisių sultis, arbatos sultis ir kitus tokius nešvarumus sunku pašalinti įprastomis aktyviosiomis paviršiaus medžiagomis ir reikalauja specialaus apdorojimo.
Baltymų dėmės, tokios kaip grietinėlė, kiaušiniai, kraujas, pienas ir odos išskyros, linkusios krešėti ant skaidulų ir išsigimti bei stipriau sukibti. Baltymų nešvarumus galima pašalinti naudojant proteazes. Fermentas proteazė suskaido purve esančius baltymus į vandenyje tirpias aminorūgštis arba oligopeptidus.
Krakmolo dėmės daugiausia atsiranda nuo maisto produktų, kitų, pavyzdžiui, padažo, klijų ir kt. Amilazė turi katalizinį poveikį krakmolo dėmių hidrolizei, todėl krakmolas skyla į cukrų.
Lipazė katalizuoja trigliceridų, kuriuos sunku pašalinti įprastais metodais, pvz., riebalus ir maistinius aliejus, skaidymą ir skaido juos į tirpų glicerolį ir riebalų rūgštis.
Kai kurias spalvotas vaisių sulčių, arbatos sulčių, rašalo, lūpų dažų ir kt. dėmes dažnai sunku kruopščiai išvalyti net ir po pakartotinio plovimo. Šios dėmės gali būti pašalintos redokso reakcijos būdu su oksiduojančiu arba redukuojančiu agentu, pavyzdžiui, balikliu, kuris sunaikina spalvą sukuriančių arba spalvą pagalbinių grupių struktūrą ir suskaido jas į mažesnius vandenyje tirpius komponentus.
(4) Sauso valymo dėmių šalinimo mechanizmas
Aukščiau iš tikrųjų yra skirtas vanduo kaip skalbimo priemonė. Tiesą sakant, dėl skirtingų drabužių tipų ir struktūros kai kuriuos drabužius, naudojant skalbimą vandeniu, nėra patogu arba nelengva išplauti švariai, kai kuriuos drabužius po skalbimo ir net deformacijos, išblukimo ir pan., pvz.: dauguma natūralių pluoštų sugeria vandenį ir lengvai brinksta, o sausas ir lengvai susitraukia, todėl po plovimo deformuosis; plaunant vilnonius gaminius taip pat dažnai atsiranda susitraukimo reiškinys, kai kuriuos vilnonius gaminius plaunant vandeniu taip pat lengva susmulkinti, pakeisti spalvą; Kai kurių šilkų rankų pojūtis po plovimo pablogėja ir praranda blizgesį. Šiems drabužiams nukenksminti dažnai naudojamas cheminis valymas. Vadinamasis sausas valymas paprastai reiškia plovimą organiniuose tirpikliuose, ypač nepoliniuose tirpikliuose.
Sausas valymas yra švelnesnis plovimo būdas nei plovimas vandeniu. Kadangi cheminis valymas nereikalauja daug mechaninių veiksmų, jis nepažeidžia, nesiglamžo ir nedeformuoja drabužių, o cheminio valymo priemonės, skirtingai nei vanduo, retai plečiasi ir susitraukia. Tol, kol tinkamai elgiamasi su technologija, drabužius galima valyti sausai be iškraipymų, spalvų išblukimo ir ilgesnio tarnavimo laiko.
Kalbant apie cheminį valymą, yra trys plačios nešvarumų rūšys.
①Aliejuje tirpūs nešvarumai Aliejuje tirpūs nešvarumai apima visų rūšių alyvą ir riebalus, kurie yra skysti arba riebūs ir gali būti ištirpinti sauso valymo tirpikliuose.
②Vandenyje tirpūs nešvarumai Vandenyje tirpūs nešvarumai tirpsta vandeniniuose tirpaluose, bet netirpsta sauso valymo priemonėse, vandens pavidalu adsorbuojami ant drabužių, vanduo išgaruoja nusodinus granuliuotas kietas medžiagas, tokias kaip neorganinės druskos, krakmolas, baltymai ir kt.
③ Aliejuje ir vandenyje netirpūs nešvarumai Aliejuje ir vandenyje netirpūs nešvarumai netirpsta vandenyje ir netirpsta cheminio valymo tirpikliuose, tokiuose kaip suodžiai, įvairių metalų silikatai ir oksidai ir kt.
Dėl skirtingo įvairių nešvarumų pobūdžio yra įvairių būdų, kaip pašalinti nešvarumus cheminio valymo procese. Aliejuje tirpūs nešvarumai, tokie kaip gyvuliniai ir augaliniai aliejai, mineraliniai aliejai ir tepalai, lengvai tirpsta organiniuose tirpikliuose ir gali būti lengviau pašalinami cheminio valymo metu. Puikus aliejams ir tepalams skirtų cheminio valymo tirpiklių tirpumas iš esmės atsiranda dėl van der Walls jėgų tarp molekulių.
Norint pašalinti vandenyje tirpius nešvarumus, tokius kaip neorganinės druskos, cukrus, baltymai ir prakaitas, į cheminio valymo priemonę taip pat reikia įpilti reikiamą vandens kiekį, kitaip vandenyje tirpius nešvarumus nuo drabužių bus sunku pašalinti. Tačiau sauso valymo priemonėje vanduo sunkiai tirpsta, todėl norint padidinti vandens kiekį, reikia dėti ir paviršinio aktyvumo medžiagų. Sauso valymo priemonėje esantis vanduo gali sudrėkinti nešvarumų ir drabužių paviršių, kad būtų lengva sąveikauti su poliarinėmis paviršinio aktyvumo medžiagų grupėmis, o tai skatina paviršinio aktyvumo medžiagų adsorbciją. Be to, kai aktyviosios paviršiaus medžiagos sudaro miceles, vandenyje tirpūs nešvarumai ir vanduo gali ištirpti micelėse. Paviršinio aktyvumo medžiagos gali ne tik padidinti sauso valymo tirpiklio vandens kiekį, bet ir užkirsti kelią pakartotiniam nešvarumų nusėdimui, kad būtų sustiprintas nukenksminimo efektas.
Nedidelis vandens kiekis yra būtinas norint pašalinti vandenyje tirpius nešvarumus, tačiau per didelis vandens kiekis gali iškraipyti ir susiglamžyti kai kuriuos drabužius, todėl vandens kiekis cheminio valymo priemonėje turi būti saikingas.
Purvas, netirpus nei vandenyje, nei aliejuje, kietos dalelės, tokios kaip pelenai, purvas, žemė ir suodžiai, dažniausiai prisitvirtina prie drabužio veikiant elektrostatinėms jėgoms arba kartu su aliejumi. Sauso valymo metu tirpiklio srautas, smūgis gali sukelti elektrostatinės jėgos adsorbciją nešvarumams, o cheminio valymo agentas gali ištirpinti aliejų, todėl alyvos ir purvo derinys ir prie drabužių prisitvirtinusios kietosios dalelės sausoje vietoje. -valymo priemonė, sauso valymo priemonė nedideliame kiekyje vandens ir aktyviųjų paviršiaus medžiagų, kad nuo kietų nešvarumų dalelės būtų stabilios suspensijos, dispersijos, kad būtų išvengta pakartotinio nusėdimo ant drabužių.
(5) Veiksniai, turintys įtakos plovimui
Kryptinė paviršiaus aktyviųjų medžiagų adsorbcija sąsajoje ir paviršiaus (sąsajos) įtempimo mažinimas yra pagrindiniai veiksniai, padedantys pašalinti skystą ar kietą nešvarumą. Tačiau skalbimo procesas yra sudėtingas, o plovimo efektą, net ir naudojant tą patį skalbiklio tipą, įtakoja daugelis kitų veiksnių. Šie veiksniai apima skalbiklio koncentraciją, temperatūrą, nešvarumo pobūdį, pluošto tipą ir audinio struktūrą.
① Paviršinio aktyvumo medžiagos koncentracija
Tirpalo aktyviųjų paviršiaus medžiagų micelės vaidina svarbų vaidmenį plovimo procese. Kai koncentracija pasiekia kritinę micelių koncentraciją (CMC), plovimo efektas smarkiai padidėja. Todėl, norint turėti gerą plovimo efektą, ploviklio koncentracija tirpiklyje turi būti didesnė už CMC vertę. Tačiau kai aktyviosios paviršiaus medžiagos koncentracija yra didesnė už CMC vertę, laipsniškas plovimo efekto padidėjimas nėra akivaizdus ir nebūtina per daug didinti aktyviosios paviršiaus medžiagos koncentracijos.
Pašalinant aliejų tirpinant, tirpinimo efektas didėja didėjant aktyviosios paviršiaus medžiagos koncentracijai, net kai koncentracija viršija CMC. Šiuo metu ploviklį patartina naudoti centralizuotai. Pavyzdžiui, jei ant drabužio rankogalių ir apykaklės yra daug nešvarumų, skalbimo metu galima užtepti skalbiklio sluoksnį, kuris padidins paviršinio aktyvumo medžiagos tirpinamąjį poveikį aliejui.
②Temperatūra turi labai didelę įtaką nukenksminimo veiksmui. Apskritai temperatūros padidinimas palengvina nešvarumų pašalinimą, tačiau kartais per aukšta temperatūra gali sukelti ir trūkumų.
Temperatūros padidėjimas palengvina nešvarumų difuziją, kieti riebalai lengvai emulsuojasi esant aukštesnei nei jo lydymosi temperatūrai, o pluoštai didėja dėl temperatūros padidėjimo, o tai palengvina nešvarumų pašalinimą. Tačiau kompaktiškiems audiniams mikrotarpai tarp pluoštų mažėja, nes pluoštai plečiasi, o tai kenkia nešvarumų pašalinimui.
Temperatūros pokyčiai taip pat turi įtakos paviršinio aktyvumo medžiagų tirpumui, CMC vertei ir micelių dydžiui, todėl turi įtakos plovimo efektui. Paviršinio aktyvumo medžiagų, turinčių ilgas anglies grandines, tirpumas žemoje temperatūroje yra mažas, o kartais tirpumas net mažesnis už CMC vertę, todėl plovimo temperatūrą reikia atitinkamai pakelti. Temperatūros poveikis CMC vertei ir micelių dydžiui skiriasi joninėms ir nejoninėms aktyviosioms paviršiaus medžiagoms. Joninių aktyviųjų paviršiaus medžiagų atveju temperatūros padidėjimas paprastai padidina CMC vertę ir sumažina micelių dydį, o tai reiškia, kad aktyviosios paviršiaus medžiagos koncentracija plovimo tirpale turėtų būti padidinta. Nejoninėms aktyviosioms paviršiaus medžiagoms dėl temperatūros padidėjimo sumažėja CMC vertė ir žymiai padidėja micelių tūris, todėl akivaizdu, kad tinkamas temperatūros padidėjimas padės nejoninei aktyviajai paviršiaus medžiagai atlikti paviršinio aktyvumo poveikį. . Tačiau temperatūra neturi viršyti drumstumo taško.
Trumpai tariant, optimali skalbimo temperatūra priklauso nuo ploviklio sudėties ir plaunamo objekto. Kai kurios skalbimo priemonės turi gerą skalbimo poveikį kambario temperatūroje, o kitų skalbimo efektyvumas skiriasi nuo šalto ir karšto skalbimo.
③ Putplastis
Įprasta painioti putojimą su skalbimo efektu, manydami, kad plovikliai, turintys didelę putojimo galią, turi gerą skalbimo efektą. Tyrimai parodė, kad nėra tiesioginio ryšio tarp plovimo efekto ir putų kiekio. Pavyzdžiui, skalbimas mažai putojančiais plovikliais yra ne mažiau efektyvus nei skalbimas stipriai putojančiais plovikliais.
Nors putos nėra tiesiogiai susijusios su plovimu, pasitaiko atvejų, kai jos padeda pašalinti nešvarumus, pavyzdžiui, plaunant indus rankomis. Šveičiant kilimus, putos taip pat gali pašalinti dulkes ir kitas kietas purvo daleles, kilimų nešvarumai sudaro didelę dulkių dalį, todėl kilimų valymo priemonės turėtų turėti tam tikrą putojimo savybę.
Putojanti galia taip pat svarbi šampūnams, nes dėl smulkių putų, kurias skystis gamina plaunant šampūnu ar maudant, plaukai tampa sutepti ir patogūs.
④ Pluošto veislės ir fizinės tekstilės savybės
Be cheminės pluoštų struktūros, kuri turi įtakos sukibimui ir nešvarumų pašalinimui, pluošto išvaizda ir verpalų bei audinio sandara turi įtakos nešvarumų pašalinimo paprastumui.
Vilnos pluošto žvyneliai ir lenkti plokšti medvilnės pluošto kaspinai labiau kaupia nešvarumus nei lygūs pluoštai. Pavyzdžiui, ant celiuliozės plėvelių (viskozės plėvelių) suteptą suodžių nesunku nuplauti, o ant medvilninių audinių suteptą suodžius sunku nuplauti. Kitas pavyzdys yra tai, kad trumpo pluošto audiniai, pagaminti iš poliesterio, labiau linkę kauptis aliejaus dėmes nei ilgo pluošto audiniai, o aliejaus dėmes ant trumpo pluošto audinių taip pat sunkiau pašalinti nei aliejaus dėmes ant ilgo pluošto audinių.
Tvirtai susukti siūlai ir sandarūs audiniai dėl mažo tarpo tarp pluoštų gali atsispirti nešvarumams, tačiau tai taip pat gali neleisti skalbimo skysčiui pašalinti vidinius nešvarumus, todėl sandarūs audiniai pradeda gerai atsispirti nešvarumams, bet jau nusidažo. plauti taip pat sunkiau.
⑤ Vandens kietumas
Ca2+, Mg2+ ir kitų metalų jonų koncentracija vandenyje turi didelę įtaką plovimo efektui, ypač kai anijoninės paviršinio aktyvumo medžiagos susiduria su Ca2+ ir Mg2+ jonais, sudarant kalcio ir magnio druskas, kurios yra mažiau tirpios ir sumažins jo plovimą. Kietame vandenyje, net jei paviršinio aktyvumo medžiagos koncentracija yra didelė, plovimas vis tiek yra daug prastesnis nei distiliuojant. Kad paviršinio aktyvumo medžiaga turėtų geriausią plovimo efektą, Ca2+ jonų koncentracija vandenyje turėtų būti sumažinta iki 1 x 10-6 mol/L (CaCO3 iki 0,1 mg/L) arba mažiau. Tam į ploviklį reikia pridėti įvairių minkštiklių.
Paskelbimo laikas: 2022-02-25