Sila skupljanja bilo koje jedinice duljine na površini tekućine naziva se površinska napetost, a jedinica je N.·m-1.
Svojstvo smanjenja površinske napetosti otapala naziva se površinska aktivnost, a tvar s tim svojstvom površinski aktivna tvar.
Površinski aktivna tvar koja može vezati molekule u vodenoj otopini i tvoriti micele i druge asocijacije, te ima visoku površinsku aktivnost, a pritom ima učinak vlaženja, emulgiranja, pjenjenja, pranja itd. naziva se surfaktant.
Surfaktant je organski spoj s posebnom strukturom i svojstvom, koji može značajno promijeniti međufaznu napetost između dvije faze ili površinsku napetost tekućina (općenito vode), sa svojstvima vlaženja, pjenjenja, emulgiranja, pranja i drugih svojstava.
Što se tiče strukture, tenzidi imaju zajedničku značajku da u svojim molekulama sadrže dvije skupine različite prirode. Na jednom kraju je dugačak lanac nepolarne skupine, topljive u ulju i netopive u vodi, također poznate kao hidrofobne skupine ili vodoodbojne skupine. Takva vodoodbojna skupina općenito su dugi lanci ugljikovodika, ponekad i za organski fluor, silicij, organofosfat, organokositreni lanac, itd. Na drugom kraju je skupina topljiva u vodi, hidrofilna skupina ili skupina koja odbija ulje. Hidrofilna skupina mora biti dovoljno hidrofilna kako bi osigurala da su cjelokupni surfaktanti topljivi u vodi i da imaju potrebnu topljivost. Budući da tenzidi sadrže hidrofilne i hidrofobne skupine, mogu biti topljivi u barem jednoj od tekućih faza. Ovo hidrofilno i lipofilno svojstvo surfaktanta naziva se amfifilnost.
Surfaktant je vrsta amfifilnih molekula s hidrofobnim i hidrofilnim skupinama. Hidrofobne skupine površinski aktivnih tvari općenito se sastoje od dugolančanih ugljikovodika, poput ravnolančanog alkila C8~C20, razgranatog lanca alkila C8~C20, alkilfenila (broj ugljika alkila je 8~16) i slično. Razlika koja je mala između hidrofobnih skupina uglavnom je u strukturnim promjenama lanaca ugljikovodika. I vrsta hidrofilnih skupina je više, tako da su svojstva surfaktanata uglavnom povezana s hidrofilnim skupinama uz veličinu i oblik hidrofobnih skupina. Strukturne promjene hidrofilnih skupina veće su od onih hidrofobnih skupina, pa se klasifikacija surfaktanata uglavnom temelji na strukturi hidrofilnih skupina. Ova se klasifikacija temelji na tome je li hidrofilna skupina ionska ili ne, a dijeli se na anionske, kationske, neionske, zwitterionske i druge posebne vrste površinski aktivnih tvari.
① Adsorpcija površinski aktivnih tvari na međufazi
Molekule surfaktanta su amfifilne molekule koje imaju i lipofilne i hidrofilne skupine. Kada se surfaktant otopi u vodi, njegova hidrofilna skupina biva privučena vodom i otapa se u vodi, dok njegovu lipofilnu skupinu voda odbija i napušta vodu, što rezultira adsorpcijom molekula (ili iona) surfaktanta na sučelju dviju faza. , što smanjuje međufaznu napetost između dviju faza. Što je više molekula surfaktanta (ili iona) adsorbirano na sučelju, to je veće smanjenje međupovršinske napetosti.
② Neka svojstva adsorpcijske membrane
Površinski tlak adsorpcijske membrane: adsorpcija surfaktanta na sučelju plin-tekućina radi formiranja adsorpcijske membrane, kao što je postavljanje plutajuće ploče koja se može ukloniti bez trenja na sučelje, plutajuća ploča gura adsorpcijsku membranu duž površine otopine, a membrana stvara pritisak na plutajući lim, što se naziva površinski pritisak.
Površinska viskoznost: Poput površinskog tlaka, površinska viskoznost je svojstvo koje pokazuje netopljiva molekularna membrana. Obješen platinastim prstenom od fine metalne žice, tako da njegova ravnina dodiruje vodenu površinu spremnika, rotirajte platinasti prsten, platinasti prsten viskoznošću vodene prepreke, amplituda postupno opada, prema kojoj se površinska viskoznost može izmjereno. Metoda je: prvo se eksperiment provodi na površini čiste vode kako bi se izmjerilo opadanje amplitude, a zatim se mjeri opadanje nakon formiranja površinske membrane, a viskoznost površinske membrane izvodi se iz razlike između dvije .
Površinska viskoznost usko je povezana s čvrstoćom površinske membrane, a budući da adsorpcijska membrana ima površinski tlak i viskoznost, mora imati elastičnost. Što je veći površinski tlak i veća viskoznost adsorbirane membrane, to je veći njezin modul elastičnosti. Modul elastičnosti površinske adsorpcijske membrane važan je u procesu stabilizacije mjehurića.
③ Stvaranje micela
Razrijeđene otopine površinski aktivnih tvari podliježu zakonima koje slijede idealne otopine. Količina surfaktanta adsorbiranog na površini otopine raste s koncentracijom otopine, a kada koncentracija dosegne ili prijeđe određenu vrijednost, količina adsorpcije se više ne povećava, a te se višak molekula tenzida nalaze u otopini nasumično. način ili na neki uobičajeni način. I praksa i teorija pokazuju da oni tvore asocijacije u otopini, a te se asocijacije nazivaju micele.
Kritična koncentracija micela (CMC): Minimalna koncentracija pri kojoj površinski aktivne tvari stvaraju micele u otopini naziva se kritična koncentracija micela.
④ CMC vrijednosti uobičajenih površinski aktivnih tvari.
HLB je skraćenica od hydrophile lipophile balance, koja označava hidrofilnu i lipofilnu ravnotežu hidrofilnih i lipofilnih skupina surfaktanta, odnosno HLB vrijednost surfaktanta. Velika HLB vrijednost ukazuje na molekulu s jakom hidrofilnošću i slabom lipofilnošću; obrnuto, jaka lipofilnost i slaba hidrofilnost.
① Odredbe HLB vrijednosti
HLB vrijednost je relativna vrijednost, pa kada se razvije HLB vrijednost, standardno je HLB vrijednost parafinskog voska, koji nema hidrofilna svojstva, 0, dok je HLB vrijednost natrijevog dodecil sulfata, koja je topiviji u vodi, iznosi 40. Stoga je HLB vrijednost surfaktanata općenito u rasponu od 1 do 40. Općenito govoreći, emulgatori s HLB vrijednostima manjim od 10 su lipofilni, dok su oni veći od 10 hidrofilni. Dakle, točka preokreta od lipofilnog do hidrofilnog je oko 10.
Na temelju HLB vrijednosti površinski aktivnih tvari može se dobiti opća predodžba o njihovoj mogućoj upotrebi, kao što je prikazano u tablici 1-3.
Dvije međusobno netopljive tekućine, jedna u drugoj raspršene kao čestice (kapljice ili tekući kristali) tvore sustav koji se naziva emulzija. Ovaj sustav je termodinamički nestabilan zbog povećanja graničnog područja dviju tekućina kada se formira emulzija. Kako bi emulzija bila stabilna, potrebno je dodati treću komponentu - emulgator kako bi se smanjila međufazna energija sustava. Emulgator pripada surfaktantima, njegova glavna funkcija je da igra ulogu emulzije. Faza emulzije koja postoji u obliku kapljica naziva se disperzna faza (ili unutarnja faza, diskontinuirana faza), a druga faza koja je međusobno povezana naziva se disperzijski medij (ili vanjska faza, kontinuirana faza).
① Emulgatori i emulzije
Uobičajene emulzije, jedna faza je voda ili vodena otopina, druga faza su organske tvari koje se ne miješaju s vodom, kao što su mast, vosak, itd. Emulzija koju čine voda i ulje može se podijeliti u dvije vrste prema njihovoj situaciji disperzije: ulje raspršena u vodi kako bi nastala emulzija tipa ulje u vodi, izražena kao O/W (ulje/voda): voda raspršena u ulju da bi nastala emulzija tipa ulje u vodi, izražena kao W/O (voda/ulje). Također se mogu formirati složene multiemulzije tipa voda-u-ulje-u-vodi W/O/W i ulje-u-vodi-u-ulju O/W/O tipa.
Emulgatori se koriste za stabilizaciju emulzija smanjenjem međupovršinske napetosti i stvaranjem jednomolekulske međupovršinske membrane.
Zahtjevi za emulgiranje emulgatora:
a: Emulgator mora biti u stanju adsorbirati ili obogatiti sučelje između dviju faza, tako da se međufazna napetost smanji;
b: Emulgator mora dati česticama naboj, tako da postoji elektrostatsko odbijanje između čestica, ili formira stabilnu, visoko viskoznu zaštitnu membranu oko čestica.
Stoga tvar koja se koristi kao emulgator mora imati amfifilne skupine kako bi emulgirala, a tenzidi mogu ispuniti ovaj zahtjev.
② Metode pripreme emulzija i čimbenici koji utječu na stabilnost emulzija
Postoje dva načina za pripremu emulzija: jedan je korištenje mehaničke metode za dispergiranje tekućine u sitnim česticama u drugoj tekućini, što se uglavnom koristi u industriji za pripremu emulzija; drugi je otopiti tekućinu u molekularnom stanju u drugoj tekućini, a zatim je natjerati da se pravilno skupi u emulzije.
Stabilnost emulzije je sposobnost anti-agregacije čestica koja dovodi do razdvajanja faza. Emulzije su termodinamički nestabilni sustavi s velikom slobodnom energijom. Stoga je tzv. stabilnost emulzije zapravo vrijeme potrebno da sustav postigne ravnotežu, odnosno vrijeme potrebno da dođe do odvajanja jedne od tekućina u sustavu.
Kada je međufazna membrana s masnim alkoholima, masnim kiselinama i masnim aminima i drugim polarnim organskim molekulama, čvrstoća membrane znatno veća. To je zato što, u međufaznom adsorpcijskom sloju molekula emulgatora i alkohola, kiselina i amina i drugih polarnih molekula formiraju "kompleks", tako da se snaga međufazne membrane povećava.
Emulgatori koji se sastoje od više od dva površinski aktivna sredstva nazivaju se mješoviti emulgatori. Mješoviti emulgator adsorbiran na granici voda/ulje; intermolekularno djelovanje može stvarati komplekse. Zbog snažnog intermolekularnog djelovanja značajno se smanjuje međufazna napetost, značajno se povećava količina emulgatora adsorbiranog na međupovršini, povećava se stvaranje gustoće međufazne membrane, povećava se čvrstoća.
Naboj tekućih kuglica ima značajan utjecaj na stabilnost emulzije. Stabilne emulzije, čije su tekuće kuglice općenito nabijene. Kada se koristi ionski emulgator, ion emulgatora adsorbiran na međupovršini ima svoju lipofilnu grupu umetnutu u uljnu fazu, a hidrofilna grupa je u vodenoj fazi, čime se zrnca tekućine naelektrišu. Budući da su kuglice emulzije s istim nabojem, odbijaju jedna drugu, nije ih lako aglomerirati, tako da je stabilnost povećana. Može se vidjeti da što je više iona emulgatora adsorbirano na kuglicama, to je veći naboj, veća je sposobnost sprječavanja aglomeracije kuglica, to je emulzijski sustav stabilniji.
Viskoznost disperzijskog medija emulzije ima određeni utjecaj na stabilnost emulzije. Općenito, što je veća viskoznost disperzijskog medija, to je veća stabilnost emulzije. To je zato što je viskoznost disperzijskog medija velika, što ima snažan učinak na Brownovo gibanje tekućih kuglica i usporava sudar između tekućih kuglica, tako da sustav ostaje stabilan. Obično polimerne tvari koje se mogu otopiti u emulzijama mogu povećati viskoznost sustava i učiniti većom stabilnost emulzija. Osim toga, polimeri također mogu formirati snažnu međufaznu membranu, čineći emulzijski sustav stabilnijim.
U nekim slučajevima, dodavanje krutog praha također može učiniti da se emulzija stabilizira. Čvrsti prah je u vodi, ulju ili sučelju, ovisno o ulju, vodi o kapacitetu vlaženja krutog praha, ako čvrsti prah nije potpuno mokar vodom, ali je mokar i uljem, ostat će na vodi i ulju sučelje.
Kruti prah ne čini emulziju stabilnom jer prah skupljen na međupovršini pojačava međupovršinsku membranu, što je slično međufaznoj adsorpciji molekula emulgatora, pa što je kruti praškasti materijal bliže raspoređen na sučelju, to je stabilniji emulzija je.
Surfaktanti imaju sposobnost značajno povećati topljivost netopljivih ili slabo topljivih u vodi organskih tvari nakon stvaranja micela u vodenoj otopini, a otopina je u tom trenutku prozirna. Ovaj učinak micela naziva se solubilizacija. Surfaktant koji može proizvesti solubilizaciju naziva se solubilizator, a organska tvar koja je otopljena naziva se solubilizirana tvar.
Pjena ima važnu ulogu u procesu pranja. Pjena je disperzijski sustav u kojem je plin raspršen u tekućini ili krutini, pri čemu je plin disperzna faza i tekućina ili krutina kao disperzni medij, pri čemu se prva naziva tekuća pjena, dok se potonja naziva čvrsta pjena, npr. kao pjenasta plastika, pjenasto staklo, pjenasti cement itd.
(1) Stvaranje pjene
Pod pjenom ovdje mislimo na skup mjehurića zraka odvojenih tekućom membranom. Ova vrsta mjehurića uvijek se brzo diže do površine tekućine zbog velike razlike u gustoći između disperzne faze (plina) i disperzijskog medija (tekućine), u kombinaciji s niskom viskoznošću tekućine.
Proces stvaranja mjehurića je dovođenje velike količine plina u tekućinu, a mjehurići u tekućini se brzo vraćaju na površinu, tvoreći skup mjehurića odvojenih malom količinom tekućeg plina.
Pjena ima dvije značajne karakteristike u smislu morfologije: jedna je da su mjehurići kao dispergirana faza često poliedarskog oblika, to je zato što na sjecištu mjehurića postoji tendencija da se tekući film stanji tako da mjehurići postanu poliedarski, kada se tekući film stanji do određene mjere, dolazi do pucanja mjehurića; drugo je da čiste tekućine ne mogu tvoriti stabilnu pjenu, tekućina koja može stvarati pjenu sastoji se od najmanje dvije komponente. Vodene otopine površinski aktivnih tvari tipične su za sustave koji su skloni stvaranju pjene, a njihova sposobnost stvaranja pjene također je povezana s drugim svojstvima.
Surfaktanti s dobrom moći pjenjenja nazivaju se pjenioci. Iako sredstvo za stvaranje pjene ima dobru sposobnost pjenjenja, ali stvorena pjena možda neće moći dugo trajati, odnosno njena stabilnost nije nužno dobra. Kako bi se održala stabilnost pjene, često se u sredstvo za stvaranje pjene dodaju tvari koje mogu povećati stabilnost pjene, tvar se naziva stabilizator pjene, obično korišteni stabilizator je lauril dietanolamin i dodecil dimetilamin oksid.
(2) Stabilnost pjene
Pjena je termodinamički nestabilan sustav i konačni trend je da se ukupna površina tekućine unutar sustava smanjuje nakon što se mjehurić razbije i slobodna energija opada. Proces uklanjanja pjene je proces kojim tekuća membrana koja odvaja plin postaje sve deblja i tanja dok ne pukne. Stoga je stupanj stabilnosti pjene uglavnom određen brzinom ispuštanja tekućine i čvrstoćom filma tekućine. Na to utječu i sljedeći čimbenici.
(3) Uništavanje pjene
Osnovni princip uništavanja pjene je promjena uvjeta koji stvaraju pjenu ili eliminacija stabilizirajućih čimbenika pjene, stoga postoje fizikalne i kemijske metode uklanjanja pjene.
Fizičko uklanjanje pjene znači promjenu uvjeta proizvodnje pjene uz zadržavanje kemijskog sastava otopine pjene, kao što su vanjske smetnje, promjene temperature ili tlaka i ultrazvučna obrada, učinkovite su fizičke metode za uklanjanje pjene.
Metoda kemijskog uklanjanja pjene je dodavanje određenih tvari u interakciju sa sredstvom za stvaranje pjene kako bi se smanjila čvrstoća tekućeg filma u pjeni i time smanjila stabilnost pjene kako bi se postigla svrha uklanjanja pjene, takve se tvari nazivaju sredstvima protiv pjenjenja. Većina sredstava protiv pjenjenja su površinski aktivne tvari. Stoga, prema mehanizmu uklanjanja pjene, sredstvo protiv pjenjenja treba imati snažnu sposobnost smanjenja površinske napetosti, lako se adsorbira na površini, a interakcija između površinskih adsorpcijskih molekula je slaba, adsorpcijske molekule raspoređene u labaviju strukturu.
Postoje razne vrste sredstava protiv pjenjenja, ali u osnovi su svi oni neionski tenzidi. Neionski surfaktanti imaju svojstva protiv pjenjenja blizu ili iznad svoje točke zamućenja i često se koriste kao sredstva protiv pjenjenja. Alkoholi, posebno alkoholi s razgranatom strukturom, masne kiseline i esteri masnih kiselina, poliamidi, fosfatni esteri, silikonska ulja itd. također se često koriste kao izvrsna sredstva protiv pjenjenja.
(4) Pjena i pranje
Ne postoji izravna veza između pjene i učinkovitosti pranja i količina pjene ne ukazuje na učinkovitost pranja. Na primjer, neionski surfaktanti imaju daleko manje svojstva pjenjenja od sapuna, ali je njihova dekontaminacija puno bolja od sapuna.
U nekim slučajevima, pjena može pomoći u uklanjanju prljavštine i gareži. Na primjer, kod pranja posuđa u kući, pjena deterdženta skuplja kapljice ulja, a kod ribanja tepiha, pjena pomaže u skupljanju prašine, praha i druge čvrste prljavštine. Osim toga, pjena se ponekad može koristiti kao pokazatelj učinkovitosti deterdženta. Budući da masna ulja imaju inhibicijski učinak na pjenu deterdženta, kada ima previše ulja, a premalo deterdženta, neće se stvarati pjena ili će izvorna pjena nestati. Pjena se također ponekad može koristiti kao pokazatelj čistoće ispiranja, budući da se količina pjene u otopini za ispiranje smanjuje sa smanjenjem deterdženta, tako da se količina pjene može koristiti za procjenu stupnja ispiranja.
U širem smislu, pranje je proces uklanjanja neželjenih komponenti s predmeta koji se pere i postizanje neke svrhe. Pranje u uobičajenom smislu odnosi se na proces uklanjanja prljavštine s površine nosača. Kod pranja se djelovanjem nekih kemijskih tvari (npr. deterdženta i sl.) oslabi ili eliminira međudjelovanje prljavštine i nositelja, tako da se kombinacija prljavštine i nositelja mijenja u kombinaciju prljavštine i deterdženta, a konačno se prljavština odvoji od nosača. Kako su predmeti koji se peru i prljavština koja se uklanja raznoliki, pranje je vrlo složen proces i osnovni proces pranja može se izraziti u sljedećim jednostavnim odnosima.
Carrie··Prljavština + Deterdžent= Nosač + Prljavština·Deterdžent
Proces pranja obično se može podijeliti u dvije faze: prvo, pod djelovanjem deterdženta, prljavština se odvaja od nositelja; drugo, odvojena prljavština se raspršuje i suspendira u mediju. Proces pranja je reverzibilan proces i prljavština raspršena i suspendirana u mediju također se može ponovno istaložiti iz medija na predmet koji se pere. Stoga bi dobar deterdžent trebao imati sposobnost raspršivanja i suspendiranja prljavštine te sprječavanja ponovnog taloženja nečistoće, osim sposobnosti uklanjanja prljavštine s nosača.
(1) Vrste prljavštine
Čak i za isti predmet, vrsta, sastav i količina prljavštine mogu varirati ovisno o okruženju u kojem se koristi. Uljna prljavština tijela uglavnom su neka životinjska i biljna ulja i mineralna ulja (kao što su sirova nafta, loživo ulje, katran ugljena itd.), čvrsta prljavština je uglavnom čađa, pepeo, hrđa, čađa itd. Što se tiče prljavštine odjeće, postoji prljavština s ljudskog tijela, poput znoja, sebuma, krvi itd.; prljavština od hrane, kao što su mrlje od voća, ulja za kuhanje, mrlje od začina, škroba itd.; prljavština od kozmetike, kao što su ruž za usne, lak za nokte itd.; prljavština iz atmosfere, kao što su čađa, prašina, blato itd.; drugi, kao što su tinta, čaj, premaz, itd. Dostupan je u raznim vrstama.
Različite vrste prljavštine obično se mogu podijeliti u tri glavne kategorije: čvrsta prljavština, tekuća prljavština i posebna prljavština.
① Čvrsta prljavština
Uobičajena čvrsta prljavština uključuje čestice pepela, blata, zemlje, hrđe i čađe. Većina ovih čestica ima električni naboj na svojoj površini, većina ih je negativno nabijena i lako se mogu adsorbirati na predmetima od vlakana. Čvrstu prljavštinu općenito je teško otopiti u vodi, ali se može raspršiti i suspendirati otopinama deterdženta. Čvrstu prljavštinu s manjom masnom točkom teže je ukloniti.
② Tekuća prljavština
Tekuća prljavština uglavnom je topiva u ulju, uključujući biljna i životinjska ulja, masne kiseline, masne alkohole, mineralna ulja i njihove okside. Među njima može doći do saponifikacije biljnih i životinjskih ulja, masnih kiselina i lužina, dok se masni alkoholi, mineralna ulja ne saponificiraju lužinama, ali mogu biti topljivi u alkoholima, eterima i ugljikovodičnim organskim otapalima te emulgiranje i disperzija vodene otopine deterdženta. Tekuća prljavština topljiva u ulju općenito ima jaku snagu s predmetima od vlakana i čvršće se apsorbira na vlakna.
③ Posebna prljavština
Posebna prljavština uključuje proteine, škrob, krv, ljudske izlučevine kao što su znoj, sebum, urin te voćni sok i sok od čaja. Većina ove vrste prljavštine može se kemijski i snažno adsorbirati na predmetima od vlakana. Stoga se teško pere.
Različite vrste prljavštine rijetko se nalaze same, već su često pomiješane i apsorbirane na objekt. Nečistoća se ponekad pod vanjskim utjecajima može oksidirati, razgraditi ili raspadati, stvarajući tako novu prljavštinu.
（2）Prianjanje prljavštine
Odjeća, ruke itd. mogu biti zamrljane jer postoji neka vrsta interakcije između predmeta i prljavštine. Prljavština se lijepi za predmete na različite načine, ali nema više od fizičkih i kemijskih prianjanja.
①Prianjanje čađe, prašine, blata, pijeska i drvenog ugljena na odjeću je fizičko prianjanje. Općenito govoreći, kroz ovo prianjanje prljavštine, a uloga između umrljanog predmeta je relativno slaba, uklanjanje prljavštine također je relativno lako. Prema različitim silama, fizičko prianjanje prljavštine može se podijeliti na mehaničko prianjanje i elektrostatsko prianjanje.
O: Mehaničko prianjanje
Ova vrsta prianjanja uglavnom se odnosi na prianjanje čvrste prljavštine (npr. prašine, blata i pijeska). Mehaničko prianjanje je jedan od slabijih oblika prianjanja prljavštine i može se ukloniti gotovo čisto mehaničkim putem, ali kada je prljavština mala (<0.1um), teže ju je ukloniti.
B:Elektrostatička adhezija
Elektrostatska adhezija uglavnom se očituje djelovanjem nabijenih čestica prljavštine na suprotno nabijene objekte. Većina vlaknastih predmeta negativno je nabijena u vodi i na njih se lako može zalijepiti određena pozitivno nabijena prljavština, poput vrsta kamenca. Neka prljavština, iako negativno nabijena, kao što su čestice čađe u vodenim otopinama, može prianjati na vlakna preko ionskih mostova (ioni između više suprotno nabijenih objekata, djelujući zajedno s njima na način poput mosta) koje tvore pozitivni ioni u vodi (npr. , Ca2+， Mg2+ itd.).
Elektrostatsko djelovanje jače je od jednostavnog mehaničkog djelovanja, što uklanjanje prljavštine čini relativno teškim.
② Kemijsko prianjanje
Kemijsko prianjanje odnosi se na pojavu prljavštine koja djeluje na predmet putem kemijskih ili vodikovih veza. Na primjer, polarna čvrsta prljavština, proteini, hrđa i druga adhezija na predmetima od vlakana, vlakna sadrže karboksilne, hidroksilne, amidne i druge skupine, ove skupine i masne prljavštine, masne kiseline, masni alkoholi lako tvore vodikove veze. Kemijske sile su općenito jake i prljavština je stoga čvršće vezana za predmet. Ovu vrstu prljavštine teško je ukloniti uobičajenim metodama i zahtijeva posebne metode za rješavanje.
Stupanj prianjanja prljavštine povezan je s prirodom same prljavštine i prirodom predmeta na koji se lijepi. Općenito, čestice se lako lijepe za vlaknaste predmete. Što je manja tekstura čvrste prljavštine, to je jače prianjanje. Polarna prljavština na hidrofilnim predmetima kao što su pamuk i staklo prianja jače od nepolarne prljavštine. Nepolarna prljavština prianja jače od polarne, poput polarne masti, prašine i gline, te ju je teže ukloniti i očistiti.
(3) Mehanizam za uklanjanje prljavštine
Svrha pranja je uklanjanje prljavštine. U mediju određene temperature (uglavnom voda). Koristeći različite fizikalne i kemijske učinke deterdženta za slabljenje ili uklanjanje učinka prljavštine i opranih predmeta, pod djelovanjem određenih mehaničkih sila (poput trljanja ruku, miješanja perilice rublja, udara vode), tako da prljavština i oprani predmeti iz svrhe dekontaminacije.
① Mehanizam uklanjanja tekuće prljavštine
A: mokrenje
Tekuće zaprljanje je uglavnom na bazi ulja. Uljne mrlje smoče većinu vlaknastih predmeta i šire se više ili manje kao uljni film na površini vlaknastog materijala. Prvi korak u pranju je vlaženje površine tekućinom za pranje. Ilustracije radi, površinu vlakna možemo zamisliti kao glatku čvrstu površinu.
B: Odvajanje ulja - mehanizam za uvijanje
Drugi korak u pranju je uklanjanje ulja i masti, uklanjanje tekuće prljavštine postiže se nekom vrstom namotavanja. Tekuća prljavština izvorno je postojala na površini u obliku raširenog uljnog filma, a pod povlaštenim učinkom vlaženja tekućine za pranje na čvrstu površinu (tj. površinu vlakana), uvijala se u uljne kuglice korak po korak, što bili zamijenjeni tekućinom za pranje i na kraju su napustili površinu pod određenim vanjskim silama.
② Mehanizam uklanjanja čvrste prljavštine
Uklanjanje tekuće prljavštine uglavnom se odvija kroz preferirano vlaženje nosača prljavštine otopinom za pranje, dok je mehanizam uklanjanja za čvrstu prljavštinu drugačiji, gdje se proces pranja uglavnom odnosi na vlaženje mase prljavštine i njene nosive površine pranjem. otopina. Uslijed adsorpcije tenzida na čvrstu prljavštinu i njezinu nosivu površinu smanjuje se međudjelovanje između nečistoće i površine i smanjuje se čvrstoća prianjanja nečistoće na površinu, čime se nečistoća lako uklanja s površine. prijevoznik.
Osim toga, adsorpcija površinski aktivnih tvari, posebno ionskih površinski aktivnih tvari, na površini čvrste prljavštine i njezinog nosača ima potencijal povećati površinski potencijal na površini čvrste prljavštine i njezinog nosača, što je pogodnije za uklanjanje prljavština. Čvrste ili općenito vlaknaste površine obično su negativno nabijene u vodenom mediju i stoga mogu formirati difuzne dvostruke elektronske slojeve na prljavštini ili čvrstim površinama. Zbog odbijanja homogenih naboja slabi se prianjanje čestica prljavštine u vodi na čvrstu površinu. Kada se doda anionski surfaktant, jer može istodobno povećati negativni površinski potencijal čestice prljavštine i čvrste površine, odbojnost između njih je pojačana, čvrstoća prianjanja čestice je smanjena, a prljavština se lakše uklanja .
Neionski tenzidi adsorbiraju se na općenito nabijenim čvrstim površinama i iako značajno ne mijenjaju međufazni potencijal, adsorbirani neionski tenzidi teže stvaranju određene debljine adsorbiranog sloja na površini koji pomaže u sprječavanju ponovnog taloženja prljavštine.
U slučaju kationskih površinski aktivnih tvari, njihova adsorpcija smanjuje ili eliminira negativni površinski potencijal mase prljavštine i njezine nosive površine, što smanjuje odbojnost između prljavštine i površine i stoga nije pogodno za uklanjanje prljavštine; nadalje, nakon adsorpcije na krutu površinu, kationski surfaktanti imaju tendenciju pretvoriti krutu površinu u hidrofobnu i stoga nisu pogodni za vlaženje površine, a time i za pranje.
③ Uklanjanje posebnih zaprljanja
Proteine, škrob, ljudske izlučevine, voćni sok, sok od čaja i drugu sličnu prljavštinu teško je ukloniti normalnim surfaktantima i zahtijevaju poseban tretman.
Proteinske mrlje poput vrhnja, jaja, krvi, mlijeka i kožnih izlučevina imaju tendenciju zgrušavanja na vlaknima i degeneracije te bolje prianjaju. Prljavost proteina može se ukloniti korištenjem proteaza. Enzim proteaza razgrađuje proteine u prljavštini u aminokiseline ili oligopeptide topive u vodi.
Mrlje od škroba uglavnom dolaze od prehrambenih proizvoda, drugih kao što su umak, ljepilo itd. Amilaza ima katalitički učinak na hidrolizu mrlja od škroba, uzrokujući razgradnju škroba u šećere.
Lipaza katalizira razgradnju triglicerida, koje je teško ukloniti uobičajenim metodama, kao što su sebum i jestiva ulja, te ih razgrađuje na topljivi glicerol i masne kiseline.
Neke obojene mrlje od voćnih sokova, sokova od čaja, tinte, ruža za usne itd. često je teško temeljito očistiti čak i nakon opetovanog pranja. Te se mrlje mogu ukloniti redoks reakcijom s oksidirajućim ili redukcijskim sredstvom kao što je izbjeljivač, koji uništava strukturu skupina koje stvaraju boju ili pomoćnih skupina za boju i razgrađuju ih na manje komponente topive u vodi.
（4）Mehanizam za uklanjanje mrlja kod kemijskog čišćenja
Gore navedeno se zapravo odnosi na vodu kao sredstvo za pranje. Zapravo, zbog različitih vrsta odjeće i strukture, neka odjeća koja se pere vodom nije zgodna ili nije laka za pranje, neka se odjeća nakon pranja čak deformira, izblijedi itd., na primjer: većina prirodnih vlakana upija vodu i lako nabubri, suši i lako se skuplja, pa će se nakon pranja deformirati; kod pranja proizvoda od vune također se često pojavljuje fenomen skupljanja, neki vuneni proizvodi kod pranja vodom također se lako pilinguju, promjena boje; Neke svilene ruke se pogoršavaju nakon pranja i gube sjaj. Za ovu odjeću često koristite metodu kemijskog čišćenja za dekontaminaciju. Takozvano kemijsko čišćenje općenito se odnosi na metodu pranja u organskim otapalima, posebice u nepolarnim otapalima.
Kemijsko čišćenje je nježniji oblik pranja od pranja vodom. Budući da kemijsko čišćenje ne zahtijeva mnogo mehaničkog djelovanja, ne uzrokuje oštećenja, gužvanje i deformacije odjeće, dok sredstva za kemijsko čišćenje, za razliku od vode, rijetko stvaraju širenje i skupljanje. Sve dok se s tehnologijom pravilno rukuje, odjeća se može kemijski čistiti bez izobličenja, blijeđenja boje i produljenog vijeka trajanja.
Što se tiče kemijskog čišćenja, postoje tri široke vrste prljavštine.
①Prljavština topljiva u ulju. Prljavština topljiva u ulju uključuje sve vrste ulja i masti, koje su tekuće ili masne i mogu se otopiti u otapalima za kemijsko čišćenje.
②Prljavština topljiva u vodi. Prljavština topljiva u vodi topiva je u vodenim otopinama, ali ne i u sredstvima za kemijsko čišćenje, adsorbira se na odjeću u vodenom stanju, voda isparava nakon taloženja granuliranih krutina, kao što su anorganske soli, škrob, proteini itd.
③Nečistoća netopiva u ulju i vodi Netopiva prljavština netopiva u vodi niti u otapalima za kemijsko čišćenje, kao što su čađa, silikati raznih metala i oksidi, itd.
Zbog različite prirode različitih vrsta prljavštine, postoje različiti načini uklanjanja prljavštine u procesu kemijskog čišćenja. Zaprljanja topiva u ulju, kao što su životinjska i biljna ulja, mineralna ulja i masti, lako su topiva u organskim otapalima i mogu se lakše ukloniti kemijskim čišćenjem. Izvrsna topljivost otapala za kemijsko čišćenje ulja i masti uglavnom dolazi od van der Wallsovih sila između molekula.
Za uklanjanje nečistoća topljivih u vodi kao što su anorganske soli, šećeri, proteini i znoj, sredstvu za kemijsko čišćenje također se mora dodati odgovarajuća količina vode, inače je prljavštinu topljivu u vodi teško ukloniti s odjeće. Međutim, voda se teško otapa u sredstvu za kemijsko čišćenje, pa je za povećanje količine vode potrebno dodati i površinski aktivne tvari. Prisutnost vode u sredstvu za kemijsko čišćenje može učiniti površinu prljavštine i odjeće hidratiziranom, tako da je laka interakcija s polarnim skupinama tenzida, što pogoduje adsorpciji tenzida na površini. Osim toga, kada površinski aktivne tvari tvore micele, prljavština topljiva u vodi i voda mogu se otopiti u micele. Osim povećanja sadržaja vode u otapalu za kemijsko čišćenje, površinski aktivne tvari također mogu igrati ulogu u sprječavanju ponovnog taloženja prljavštine kako bi se poboljšao učinak dekontaminacije.
Prisutnost male količine vode neophodna je za uklanjanje nečistoća topljivih u vodi, no previše vode može uzrokovati izobličenje i gužvanje neke odjeće, stoga količina vode u sredstvu za kemijsko čišćenje mora biti umjerena.
Prljavština koja nije topiva ni u vodi ni u ulju, krute čestice poput pepela, blata, zemlje i čađe, općenito su vezane za odjeću elektrostatičkim silama ili u kombinaciji s uljem. U kemijskom čišćenju, protok otapala, udar može uzrokovati adsorpciju prljavštine elektrostatskom silom, a sredstvo za kemijsko čišćenje može otopiti ulje, tako da se kombinacija ulja i prljavštine i čvrstih čestica pričvršćenih na odjeću ukloni u suhom stanju. -sredstvo za čišćenje, sredstvo za kemijsko čišćenje u maloj količini vode i površinski aktivnih tvari, tako da one od čvrstih čestica prljavštine mogu biti stabilne suspenzije, disperzije, kako bi se spriječilo njihovo ponovno taloženje na odjeću.
（5）Čimbenici koji utječu na djelovanje pranja
Usmjerena adsorpcija površinski aktivnih tvari na međupovršini i smanjenje površinske (međufazne) napetosti glavni su čimbenici uklanjanja tekuće ili čvrste prljavštine. Međutim, proces pranja je složen i na učinak pranja, čak i s istom vrstom deterdženta, utječu mnogi drugi čimbenici. Ti čimbenici uključuju koncentraciju deterdženta, temperaturu, prirodu zaprljanosti, vrstu vlakana i strukturu tkanine.
① Koncentracija surfaktanta
Micele površinski aktivnih tvari u otopini igraju važnu ulogu u procesu pranja. Kada koncentracija dosegne kritičnu koncentraciju micela (CMC), učinak pranja se naglo povećava. Stoga bi koncentracija deterdženta u otapalu trebala biti veća od CMC vrijednosti kako bi se postigao dobar učinak pranja. Međutim, kada je koncentracija surfaktanta viša od CMC vrijednosti, inkrementalno povećanje učinka pranja nije očito i nije potrebno previše povećati koncentraciju tenzida.
Kod uklanjanja ulja solubilizacijom, učinak solubilizacije raste s povećanjem koncentracije surfaktanta, čak i kada je koncentracija iznad CMC. U ovom trenutku preporučljivo je koristiti deterdžent na lokalni centralizirani način. Na primjer, ako ima puno prljavštine na manžetama i ovratniku odjeće, sloj deterdženta može se nanijeti tijekom pranja kako bi se povećao učinak otapanja površinski aktivne tvari na ulje.
②Temperatura ima vrlo važan utjecaj na djelovanje dekontaminacije. Općenito, povećanje temperature olakšava uklanjanje prljavštine, ali ponekad previsoka temperatura također može uzrokovati nedostatke.
Povećanje temperature olakšava difuziju prljavštine, čvrsta mast se lako emulgira na temperaturama iznad svoje točke taljenja, a vlakna se povećavaju u bubrenju zbog povećanja temperature, što sve olakšava uklanjanje prljavštine. Međutim, kod kompaktnih tkanina, mikrorazmaci između vlakana se smanjuju kako se vlakna šire, što je štetno za uklanjanje prljavštine.
Promjene temperature također utječu na topljivost, CMC vrijednost i veličinu micela površinski aktivnih tvari, što utječe na učinak pranja. Topivost površinski aktivnih tvari s dugim ugljikovim lancima je niska pri niskim temperaturama, a ponekad je topivost niža od CMC vrijednosti, pa temperaturu pranja treba odgovarajuće povisiti. Učinak temperature na CMC vrijednost i veličinu micela različit je za ionske i neionske tenzide. Za ionske tenzide povećanje temperature općenito povećava CMC vrijednost i smanjuje veličinu micela, što znači da treba povećati koncentraciju tenzida u otopini za pranje. Za neionske tenzide povećanje temperature dovodi do smanjenja CMC vrijednosti i značajnog povećanja volumena micela, pa je jasno da će odgovarajuće povećanje temperature pomoći neionskim tenzidima da ispolje svoj površinski aktivan učinak . Međutim, temperatura ne smije prijeći točku zamućenja.
Ukratko, optimalna temperatura pranja ovisi o formulaciji deterdženta i predmetu koji se pere. Neki deterdženti imaju dobar učinak deterdženta na sobnoj temperaturi, dok drugi imaju puno drugačiji učinak pranja između hladnog i vrućeg pranja.
③ Pjena
Uobičajeno je brkati moć pjenjenja s učinkom pranja, vjerujući da deterdženti s velikom moći pjenjenja imaju dobar učinak pranja. Istraživanja su pokazala da ne postoji izravna veza između učinka pranja i količine pjene. Na primjer, pranje s deterdžentima s niskom pjenom nije ništa manje učinkovito od pranja s deterdžentima s visokom pjenušavošću.
Iako pjena nije izravno povezana s pranjem, postoje situacije kada pomaže u uklanjanju prljavštine, na primjer, kod ručnog pranja posuđa. Kod ribanja tepiha, pjena također može ukloniti prašinu i druge čvrste čestice prljavštine, prljavština tepiha čini veliki udio prašine, stoga bi sredstva za čišćenje tepiha trebala imati određenu sposobnost pjenjenja.
Snaga pjenjenja također je važna za šampone, gdje fina pjena koju proizvodi tekućina tijekom šamponiranja ili kupanja ostavlja kosu podmazanu i ugodnu.
④ Raznolikost vlakana i fizikalna svojstva tekstila
Osim kemijske strukture vlakana koja utječe na prianjanje i uklanjanje prljavštine, izgled vlakana te organizacija pređe i tkanine utječu na lakoću uklanjanja prljavštine.
Ljuskice vunenih vlakana i zakrivljene ravne vrpce pamučnih vlakana imaju veću vjerojatnost da nakupljaju prljavštinu nego glatka vlakna. Na primjer, mrlje od čađe na celuloznim filmovima (filmovi od viskoze) lako se uklanjaju, dok se mrlje od čađe na pamučnim tkaninama teško ispiraju. Drugi primjer je da su tkanine s kratkim vlaknima izrađene od poliestera sklonije nakupljanju mrlja od ulja od tkanina s dugim vlaknima, a mrlje od ulja s tkanina s kratkim vlaknima također je teže ukloniti nego mrlje od ulja s tkanina s dugim vlaknima.
Čvrsto upredena pređa i tijesne tkanine, zbog malog razmaka između vlakana, mogu se oduprijeti prodoru prljavštine, ali isto tako mogu spriječiti tekućinu za pranje da ukloni unutarnju prljavštinu, tako da uske tkanine počnu dobro odolijevati prljavštini, ali nakon što se zamrljaju pranje je također teže.
⑤ Tvrdoća vode
Koncentracija Ca2+, Mg2+ i drugih metalnih iona u vodi ima velik utjecaj na učinak pranja, posebno kada se anionski surfaktanti susreću s Ca2+ i Mg2+ ionima tvoreći kalcijeve i magnezijeve soli koje su manje topive i smanjuju sposobnost pranja. U tvrdoj vodi, čak i ako je koncentracija surfaktanta visoka, detergentnost je još uvijek mnogo lošija nego kod destilacije. Kako bi surfaktant imao najbolji učinak pranja, koncentracija Ca2+ iona u vodi trebala bi se smanjiti na 1 x 10-6 mol/L (CaCO3 na 0,1 mg/L) ili manje. To zahtijeva dodavanje raznih omekšivača u deterdžent.
Vrijeme objave: 25. veljače 2022