1. Površinska napetost
Sila kontrakcije po jedinici duljine na površini tekućine naziva se površinska napetost, a mjeri se u N • m-1.
2. Površinska aktivnost i surfaktant
Svojstvo koje može smanjiti površinsku napetost otapala naziva se površinska aktivnost, a tvari s površinskom aktivnošću nazivaju se površinski aktivne tvari.
Surfaktanti se odnose na površinski aktivne tvari koje mogu stvarati micele i druge agregate u vodenim otopinama, imaju visoku površinsku aktivnost, a također imaju i svojstva vlaženja, emulgiranja, pjenjenja, pranja i druge funkcije.
3. Molekularne strukturne karakteristike surfaktanta
Surfaktanti su organski spojevi sa posebnim strukturama i svojstvima koji mogu značajno promijeniti međufaznu napetost između dvije faze ili površinsku napetost tekućina (obično vode), te imaju svojstva poput vlaženja, pjenjenja, emulgiranja i pranja.
Strukturno gledano, surfaktanti dijele zajedničku karakteristiku da u svojim molekulama sadrže dvije različite funkcionalne skupine. Jedan kraj je dugolančana nepolarna skupina koja je topljiva u ulju, ali netopljiva u vodi, poznata kao hidrofobna skupina ili hidrofobna skupina. Ove hidrofobne skupine su općenito dugolančani ugljikovodici, ponekad i organski fluor, organosilicij, organofosfor, organokositreni lanci itd. Drugi kraj je funkcionalna skupina topljiva u vodi, naime hidrofilna skupina ili hidrofilna skupina. Hidrofilna skupina mora imati dovoljnu hidrofilnost kako bi se osiguralo da je cijeli surfaktant topljiv u vodi i ima potrebnu topljivost. Zbog prisutnosti hidrofilnih i hidrofobnih skupina u surfaktantima, oni se mogu otopiti u barem jednoj fazi tekuće faze. Hidrofilna i oleofilna svojstva surfaktanata nazivaju se amfifilnost.
4. Vrste surfaktanata
Surfaktanti su amfifilne molekule koje imaju i hidrofobne i hidrofilne skupine. Hidrofobne skupine surfaktanata općenito se sastoje od dugolančanih ugljikovodika, kao što su ravnolančani alkil C8-C20, razgranati alkil C8-C20, alkilfenil (s 8-16 alkilnih atoma ugljika) itd. Razlika u hidrofobnim skupinama uglavnom leži u strukturnim promjenama ugljikovo-vodikovih lanaca, s relativno malim razlikama, dok postoji više vrsta hidrofilnih skupina. Stoga 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 općenito temelji na strukturi hidrofilnih skupina. Ova se klasifikacija uglavnom temelji na tome jesu li hidrofilne skupine ionske, dijeleći ih na anionske, kationske, neionske, cviterionske i druge posebne vrste surfaktanata.
5. Karakteristike vodene otopine surfaktanta
① Adsorpcija surfaktanata na granicama površina
Molekule surfaktanata imaju lipofilne i hidrofilne skupine, što ih čini amfifilnim molekulama. Voda je jako polarna tekućina. Kada se surfaktanti otope u vodi, prema principu sličnosti polariteta i odbijanja razlike polariteta, njihove hidrofilne skupine privlače se vodenoj fazi i otapaju se u vodi, dok njihove lipofilne skupine odbijaju vodu i napuštaju vodu. Kao rezultat toga, molekule surfaktanata (ili ioni) adsorbiraju se na granici između dvije faze, smanjujući međufaznu napetost između dvije faze. Što se više molekula surfaktanata (ili iona) adsorbira na granici, to je veće smanjenje međufazne napetosti.
② Neka svojstva adsorpcijske membrane
Površinski tlak adsorpcijske membrane: Surfaktanti se adsorbiraju na granici plin-tekućina i tvore adsorpcijsku membranu. Ako se na granicu postavi pomična plutajuća ploča bez trenja i plutajuća ploča gura adsorpcijsku membranu duž površine otopine, membrana vrši tlak na plutajuću ploču, što se naziva površinski tlak.
Površinska viskoznost: Poput površinskog tlaka, površinska viskoznost je svojstvo koje pokazuju netopljivi molekularni filmovi. Platinski prsten objesite tankom metalnom žicom, njegova ravnina dodiruje površinu vode sudopera, okrećite platinasti prsten, platinasti prsten je ometan viskoznošću vode, a amplituda se postupno smanjuje, prema čemu se može izmjeriti površinska viskoznost. Metoda je: prvo se provedu eksperimenti na čistoj površini vode, izmjeri slabljenje amplitude, zatim se izmjeri slabljenje nakon formiranja površinske maske lica i izračuna viskoznost površinske maske lica iz razlike između ta dva.
Površinska viskoznost usko je povezana s čvrstoćom površinske maske za lice. Budući da adsorpcijski film ima površinski tlak i viskoznost, mora biti elastičan. Što je veći površinski tlak i viskoznost adsorpcijske membrane, to je veći njezin modul elastičnosti. Modul elastičnosti površinskog adsorpcijskog filma od velikog je značaja u procesu stabilizacije pjene.
③ Stvaranje micela
Razrijeđena otopina surfaktanata slijedi zakone idealnih otopina. Adsorpcijska količina surfaktanata na površini otopine povećava se s koncentracijom otopine. Kada koncentracija dosegne ili prijeđe određenu vrijednost, adsorpcijska količina se više ne povećava. Ove prekomjerne molekule surfaktanata u otopini su neuređene ili postoje na pravilan način. I praksa i teorija pokazale su da one u otopini tvore agregate, koji se nazivaju micele.
Kritična koncentracija micelija: Minimalna koncentracija pri kojoj surfaktanti tvore micele u otopini naziva se kritična koncentracija micelija.
④ CMC vrijednost uobičajenog surfaktanta.
6. Hidrofilna i oleofilna ravnotežna vrijednost
HLB je kratica za hidrofilnu lipofilnu ravnotežu, koja predstavlja hidrofilne i lipofilne ravnotežne vrijednosti hidrofilnih i lipofilnih skupina surfaktanta, tj. HLB vrijednost surfaktanta. Visoka HLB vrijednost ukazuje na jaku hidrofilnost i slabu lipofilnost molekule; Naprotiv, molekula ima jaku lipofilnost i slabu hidrofilnost.
① Propisi o HLB vrijednosti
HLB vrijednost je relativna vrijednost, pa se pri formuliranju HLB vrijednosti, kao standard, HLB vrijednost parafina bez hidrofilnih svojstava postavlja na 0, dok se HLB vrijednost natrijevog dodecil sulfata s jakom topljivošću u vodi postavlja na 40. Stoga je HLB vrijednost surfaktanata općenito unutar raspona od 1-40. Općenito govoreći, emulgatori s HLB vrijednostima manjim od 10 su lipofilni, dok su emulgatori s HLB vrijednostima većim od 10 hidrofilni. Stoga je prekretnica od lipofilnosti do hidrofilnosti približno 10.
7. Učinci emulgiranja i solubilizacije
Dvije nemješljive tekućine, jedna nastala disperzijom čestica (kapljica ili tekućih kristala) u drugoj, nazivaju se emulzije. Prilikom stvaranja emulzije, površina površine između dvije tekućine se povećava, što sustav čini termodinamički nestabilnim. Za stabilizaciju emulzije potrebno je dodati treću komponentu - emulgator - kako bi se smanjila energija površine sustava. Emulgatori pripadaju surfaktantima, a njihova glavna funkcija je djelovati kao emulgatori. Faza u kojoj kapljice postoje u emulziji naziva se dispergirana faza (ili unutarnja faza, diskontinuirana faza), a druga faza povezana zajedno naziva se dispergirani medij (ili vanjska faza, kontinuirana faza).
① Emulgatori i emulzije
Uobičajene emulzije sastoje se od jedne faze vode ili vodene otopine, a druge faze organskih spojeva koji se ne miješaju s vodom, poput ulja, voskova itd. Emulzije nastale od vode i ulja mogu se podijeliti u dvije vrste na temelju njihove disperzije: ulje dispergirano u vodi tvori emulziju voda u ulju, predstavljenu s O/W (ulje/voda); voda dispergirana u ulju tvori emulziju voda u ulju, predstavljenu s W/O (voda/ulje). Osim toga, mogu se formirati i kompleksne emulzije voda u ulju u vodi W/O/W i ulje u vodi u ulju O/W/O.
Emulgator stabilizira emulziju smanjenjem međupovršinske napetosti i stvaranjem jednoslojne maske za lice.
Zahtjevi za emulgatore u emulgiranju: a: emulgatori moraju biti sposobni adsorbirati ili obogatiti na granici između dviju faza, smanjujući međufaznu napetost; b: Emulgatori moraju česticama dati električni naboj, uzrokujući elektrostatičko odbijanje između čestica ili stvarajući stabilan, visoko viskozan zaštitni film oko čestica. Dakle, tvari koje se koriste kao emulgatori moraju imati amfifilne skupine kako bi imale emulgirajuće učinke, a surfaktanti mogu ispuniti taj zahtjev.
② Metode pripreme emulzija i čimbenici koji utječu na stabilnost emulzije
Postoje dvije metode za pripremu emulzija: jedna je korištenje mehaničkih metoda za disperziju tekućine u male čestice u drugoj tekućini, što se obično koristi u industriji za pripremu emulzija; druga metoda je otapanje tekućine u molekularnom stanju u drugoj tekućini, a zatim njezino odgovarajuće agregiranje u emulziju.
Stabilnost emulzija odnosi se na njihovu sposobnost da se odupru agregaciji čestica i uzrokuju razdvajanje faza. Emulzije su termodinamički nestabilni sustavi sa značajnom slobodnom energijom. Stoga se stabilnost emulzije zapravo odnosi na vrijeme potrebno da sustav postigne ravnotežu, odnosno vrijeme potrebno da se tekućina u sustavu odvoji.
Kada se u maski za lice nalaze polarne organske molekule poput masnih alkohola, masnih kiselina i masnih amina, čvrstoća membrane značajno se povećava. To je zato što molekule emulgatora u sloju adsorpcije na granici površine međusobno djeluju s polarnim molekulama poput alkohola, kiseline i amina kako bi formirale "kompleks", što povećava čvrstoću maske za lice na granici površine.
Emulgatori sastavljeni od dva ili više surfaktanata nazivaju se miješani emulgatori. Mješoviti emulgatori adsorbiraju se na granici voda/ulje, a međumolekularne interakcije mogu stvarati komplekse. Zbog jake međumolekularne interakcije, međufazna napetost se značajno smanjuje, količina emulgatora adsorbiranog na granici značajno se povećava, a gustoća i čvrstoća formirane međufazne maske lica se povećavaju.
Naboj kapljica ima značajan utjecaj na stabilnost emulzija. Stabilne emulzije obično imaju kapljice s električnim nabojem. Pri korištenju ionskih emulgatora, ioni emulgatora adsorbirani na granici faza ubacuju svoje lipofilne skupine u uljnu fazu, dok su hidrofilne skupine u vodenoj fazi, čineći tako kapljice nabijenima. Zbog činjenice da kapljice emulzije nose isti naboj, one se međusobno odbijaju i ne aglomeriraju se lako, što rezultira povećanom stabilnošću. Može se vidjeti da što je više iona emulgatora adsorbiranih na kapljice, to je njihov naboj veći i veća je njihova sposobnost sprječavanja koalescencije kapljica, što emulzijski sustav čini stabilnijim.
Viskoznost emulzijskog disperzijskog medija 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 visoka, što snažno ometa Brownovo gibanje kapljica tekućine, usporava sudar između kapljica i održava sustav stabilnim. Polimerne tvari koje su obično topljive u emulzijama mogu povećati viskoznost sustava i poboljšati stabilnost emulzije. Osim toga, polimer također može formirati čvrstu međufaznu masku za lice, čineći emulzijski sustav stabilnijim.
U nekim slučajevima, dodavanje čvrstog praha također može stabilizirati emulziju. Čvrsti prah nije u vodi, ulju ili na granici faza, ovisno o sposobnosti vlaženja ulja i vode na čvrstom prahu. Ako čvrsti prah nije potpuno navlažen vodom, a može se navlažiti uljem, ostat će na granici faza voda-ulje.
Razlog zašto čvrsti prah ne stabilizira emulziju je taj što prah skupljen na granici faza ne jača masku za lice na granici faza, što je slično adsorpcijskim molekulama emulgatora na granici faza. Stoga, što su čestice čvrstog praha bliže raspoređene na granici faza, to će emulzija biti stabilnija.
Surfaktanti imaju sposobnost značajno povećati topljivost organskih spojeva koji su netopljivi ili slabo topljivi u vodi nakon stvaranja micela u vodenoj otopini, a otopina je u tom trenutku prozirna. Taj učinak micela naziva se solubilizacija. Surfaktanti koji mogu proizvesti solubilizirajuće učinke nazivaju se solubilizatori, a organski spojevi koji su solubilizirani nazivaju se solubilizirani spojevi.
8. Pjena
Pjena igra važnu ulogu u procesu pranja. Pjena se odnosi na disperzijski sustav u kojem je plin dispergiran u tekućini ili krutini. Plin je disperzijska faza, a tekućina ili krutina je disperzijski medij. Prva se naziva tekuća pjena, dok se druga naziva kruta pjena, kao što su pjenasta plastika, pjenasto staklo, pjenasti cement itd.
(1) Stvaranje pjene
Pjena se ovdje odnosi na agregaciju mjehurića odvojenih tekućim filmom. Zbog velike razlike u gustoći između disperzne faze (plin) i disperznog medija (tekućine) te niske viskoznosti tekućine, pjena se uvijek može brzo podići do razine tekućine.
Proces stvaranja pjene je uvođenje velike količine plina u tekućinu, a mjehurići u tekućini se brzo vraćaju na površinu tekućine, tvoreći agregat mjehurića odvojen malom količinom tekućine i plina.
Pjena ima dvije izvanredne morfološke karakteristike: prvo, mjehurići kao disperzna faza često su poliedarski, jer na presjeku mjehurića postoji tendencija da film tekućine postane tanji, čineći mjehuriće poliedarskim. Kada film tekućine postane tanji do određene mjere, mjehurići će puknuti; drugo, čista tekućina ne može formirati stabilnu pjenu, ali tekućina koja može formirati pjenu sastoji se od najmanje dvije ili više komponenti. Vodena otopina surfaktanta je tipičan sustav koji lako stvara pjenu, a njegova sposobnost stvaranja pjene povezana je i s drugim svojstvima.
Površinski aktivne tvari s dobrom sposobnošću pjenjenja nazivaju se pjenilima. Iako pjenilo ima dobru sposobnost pjenjenja, formirana pjena možda se neće moći dugo održati, odnosno njezina stabilnost možda neće biti dobra. Kako bi se održala stabilnost pjene, pjenilu se često dodaje tvar koja može povećati stabilnost pjene, a naziva se stabilizator pjene. Uobičajeno korišteni stabilizatori pjene su lauroil dietanolamin i dodecil dimetil amin oksid.
(2) Stabilnost pjene
Pjena je termodinamički nestabilan sustav, a konačni trend je da se ukupna površina tekućine u sustavu smanjuje, a slobodna energija smanjuje nakon pucanja mjehurića. Proces uklanjanja pjene je proces u kojem tekući film koji odvaja plin mijenja debljinu sve dok ne pukne. Stoga je stabilnost pjene uglavnom određena brzinom ispuštanja tekućine i čvrstoćom tekućeg filma. Postoji nekoliko drugih utjecajnih čimbenika.
① Površinska napetost
S energetskog gledišta, niska površinska napetost je povoljnija za stvaranje pjene, ali ne može jamčiti stabilnost pjene. Niska površinska napetost, niska razlika tlaka, spora brzina ispuštanja tekućine i sporo stanjivanje tekućeg filma pogoduju stabilnosti pjene.
② Površinska viskoznost
Ključni faktor koji određuje stabilnost pjene je čvrstoća tekućeg filma, koja je uglavnom određena čvrstoćom površinskog adsorpcijskog filma, mjerenom površinskom viskoznošću. Eksperimenti pokazuju da pjena proizvedena otopinom s većom površinskom viskoznošću ima dulji vijek trajanja. To je zato što interakcija između adsorbiranih molekula na površini dovodi do povećanja čvrstoće membrane, čime se poboljšava vijek trajanja pjene.
③ Viskoznost otopine
Kada se viskoznost same tekućine poveća, tekućina u tekućem filmu se ne ispušta lako, a brzina stanjivanja debljine tekućeg filma je spora, što odgađa vrijeme pucanja tekućeg filma i povećava stabilnost pjene.
④ Učinak 'popravljanja' površinske napetosti
Surfaktanti adsorbirani na površini tekućeg filma imaju sposobnost oduprijeti se širenju ili skupljanja površine tekućeg filma, što nazivamo učinkom popravka. To je zato što postoji tekući film surfaktanata adsorbiran na površini, a širenje njegove površine smanjit će koncentraciju molekula adsorbiranih na površini i povećati površinsku napetost. Daljnje širenje površine zahtijevat će veći napor. Suprotno tome, skupljanje površine povećat će koncentraciju adsorbiranih molekula na površini, smanjujući površinsku napetost i sprječavajući daljnje skupljanje.
⑤ Difuzija plina kroz tekući film
Zbog postojanja kapilarnog tlaka, tlak malih mjehurića u pjeni je veći od tlaka velikih mjehurića, što uzrokuje difuziju plina u malim mjehurićima u velike mjehuriće niskog tlaka kroz tekući film, što rezultira fenomenom da mali mjehurići postaju manji, veliki mjehurići postaju veći, te na kraju pjena puca. Ako se doda surfaktant, pjena će biti ujednačena i gusta prilikom pjenjenja, te ju nije lako ukloniti iz pjene. Budući da je surfaktant gusto raspoređen na tekućem filmu, teško ga je prozračiti, što pjenu čini stabilnijom.
⑥ Utjecaj površinskog naboja
Ako je pjenasti tekući film nabijen istim simbolom, dvije površine tekućeg filma će se međusobno odbijati, sprječavajući stanjivanje ili čak uništenje tekućeg filma. Ionski surfaktanti mogu pružiti ovaj stabilizirajući učinak.
Zaključno, čvrstoća tekućeg filma ključni je faktor za određivanje stabilnosti pjene. Kao surfaktant za sredstva za pjenjenje i stabilizatore pjene, nepropusnost i čvrstoća molekula adsorbiranih na površini najvažniji su faktori. Kada je interakcija između adsorbiranih molekula na površini jaka, adsorbirane molekule su gusto raspoređene, što ne samo da samu površinsku masku za lice čini visokom čvrstoćom, već i otežava protok otopine uz površinsku masku za lice zbog visoke površinske viskoznosti, pa je tekućem filmu relativno teško otjecati, a debljinu tekućeg filma lako je održavati. Osim toga, gusto raspoređene površinske molekule također mogu smanjiti propusnost molekula plina i time povećati stabilnost pjene.
(3) Uništavanje pjene
Osnovni princip uništavanja pjene je promjena uvjeta za stvaranje pjene ili uklanjanje faktora stabilnosti pjene, stoga postoje dvije metode uklanjanja pjene, fizička i kemijska.
Fizičko uklanjanje pjene je promjena uvjeta pod kojima se stvara pjena, a istovremeno održavanje kemijskog sastava otopine pjene nepromijenjenim. Na primjer, djelovanje vanjske sile, promjena temperature ili tlaka i ultrazvučna obrada učinkovite su fizičke metode za uklanjanje pjene.
Metoda kemijskog uklanjanja pjene je dodavanje nekih tvari koje djeluju u interakciju s pjenilom, smanjuju čvrstoću tekućeg filma u pjeni, a zatim smanjuju stabilnost pjene kako bi se postigao cilj uklanjanja pjene. Takve tvari nazivaju se odpjenjivači. Većina odpjenjivača su surfaktanti. Stoga, prema mehanizmu uklanjanja pjene, odpjenjivači bi trebali imati snažnu sposobnost smanjenja površinske napetosti, lako se adsorbirati na površinu i imati slabe interakcije između molekula adsorbiranih na površini, što rezultira relativno labavom strukturom rasporeda adsorbiranih molekula.
Postoje različite vrste sredstava protiv pjenjenja, ali uglavnom su to neionski surfaktanti. Neionski surfaktanti imaju svojstva protiv pjenjenja blizu ili iznad točke zamućenja i obično se koriste kao sredstva protiv pjenjenja. Alkoholi, posebno oni s razgranatim strukturama, masne kiseline i esteri, poliamidi, fosfati, silikonska ulja itd., također se često koriste kao izvrsna sredstva protiv pjenjenja.
(4) Pjena i pranje
Ne postoji izravna veza između pjene i učinka pranja, a količina pjene ne znači da je učinak pranja dobar ili loš. Na primjer, učinak pjenjenja neionskih površinski aktivnih tvari daleko je lošiji od sapuna, ali njihova moć čišćenja puno je bolja od sapuna.
U nekim slučajevima, pjena je korisna u uklanjanju prljavštine. Na primjer, prilikom pranja posuđa kod kuće, pjena deterdženta može ukloniti isprane kapljice ulja; prilikom ribanja tepiha, pjena pomaže u uklanjanju čvrste prljavštine poput prašine i praha. Osim toga, pjena se ponekad može koristiti kao pokazatelj učinkovitosti deterdženta, jer mrlje od masnog ulja mogu spriječiti stvaranje pjene deterdženta. Kada ima previše mrlja od ulja, a premalo deterdženta, neće biti pjene ili će izvorna pjena nestati. Ponekad se pjena može koristiti i kao pokazatelj čistoće ispiranja. Budući da se količina pjene u otopini za ispiranje smanjuje sa smanjenjem sadržaja deterdženta, stupanj ispiranja može se procijeniti količinom pjene.
9. Postupak pranja
U širem smislu, pranje je proces uklanjanja neželjenih komponenti s predmeta koji se pere i postizanja određene svrhe. Pranje u uobičajenom smislu odnosi se na proces uklanjanja prljavštine s površine nosača. Tijekom pranja, interakcija između prljavštine i nosača se slabi ili eliminira djelovanjem nekih kemijskih tvari (kao što su deterdženti), pretvarajući kombinaciju prljavštine i nosača u kombinaciju prljavštine i deterdženta, što u konačnici uzrokuje odvajanje prljavštine i nosača. Budući da su predmeti koji se peru i prljavština koju treba ukloniti raznoliki, pranje je vrlo složen proces, a osnovni proces pranja može se predstaviti sljedećim jednostavnim odnosom
Nosač • Prljavština + Deterdžent = Nosač + Prljavština • Deterdžent
Proces pranja obično se može podijeliti u dvije faze: prva je odvajanje prljavštine i njenog nosača djelovanjem deterdženta; druga je da se odvojena prljavština dispergira i suspendira u mediju. Proces pranja je reverzibilan proces, a prljavština koja je dispergirana ili suspendirana u mediju može se ponovno istaložiti iz medija na rublje. Stoga, izvrstan deterdžent ne bi trebao samo imati sposobnost odvajanja prljavštine od nosača, već i dobru sposobnost disperzije i suspendiranja prljavštine te sprječavanja ponovnog taloženja prljavštine.
(1) Vrste prljavštine
Čak i za isti predmet, vrsta, sastav i količina prljavštine varirat će ovisno o okruženju korištenja. Prljavština od ulja uglavnom uključuje životinjska i biljna ulja, kao i mineralna ulja (poput sirove nafte, loživog ulja, katrana ugljena itd.), dok kruta prljavština uglavnom uključuje dim, prašinu, hrđu, čađ itd. Što se tiče prljavštine od odjeće, postoji prljavština s ljudskog tijela, poput znoja, sebuma, krvi itd.; prljavština iz hrane, poput mrlja od voća, mrlja od jestivog ulja, mrlja od začina, škroba itd.; prljavština koju donosi kozmetika, poput ruža za usne i laka za nokte; prljavština iz atmosfere, poput dima, prašine, zemlje itd.; drugi materijali poput tinte, čaja, boje itd. Može se reći da postoje razne i raznolike vrste.
Različite vrste prljavštine obično se mogu podijeliti u tri kategorije: čvrsta prljavština, tekuća prljavština i posebna prljavština.
① Uobičajena kruta prljavština uključuje čestice poput pepela, blata, zemlje, hrđe i čađi. Većina tih čestica ima površinski naboj, uglavnom negativan, i lako se adsorbira na vlaknaste predmete. Općenito, krutu prljavštinu je teško otopiti u vodi, ali se može dispergirati i suspendirati otopinama deterdženata. Krutu prljavštinu s malim česticama teško je ukloniti.
② Tekuća prljavština je uglavnom topljiva u ulju, uključujući životinjska i biljna ulja, masne kiseline, masne alkohole, mineralna ulja i njihove okside. Među njima, životinjska i biljna ulja i masne kiseline mogu se saponificirati lužinama, dok se masni alkoholi i mineralna ulja ne saponificiraju lužinama, ali se mogu otopiti u alkoholima, eterima i organskim ugljikovodičnim otapalima te se emulgirati i dispergirati vodenim otopinama deterdženata. Tekuća prljavština topljiva u ulju općenito ima snažnu interakcijsku silu s vlaknastim predmetima i čvrsto se adsorbira na vlakna.
③ Posebna prljavština uključuje proteine, škrob, krv, ljudske izlučevine poput znoja, sebuma, urina, kao i voćni sok, sok čaja itd. Većina ovih vrsta prljavštine može se snažno adsorbirati na vlaknaste predmete kemijskim reakcijama. Stoga je pranje prilično teško.
Različite vrste prljavštine rijetko postoje same, često su pomiješane i zajedno adsorbirane na predmetima. Prljavština ponekad može oksidirati, razgraditi se ili propasti pod vanjskim utjecajima, što rezultira stvaranjem nove prljavštine.
(2) Učinak prianjanja prljavštine
Razlog zašto se odjeća, ruke itd. mogu zaprljati jest taj što postoji neka vrsta interakcije između predmeta i prljavštine. Postoje različiti učinci prianjanja prljavštine na predmete, ali to su uglavnom fizička i kemijska adhezija.
① Fizičko prianjanje pepela cigareta, prašine, sedimenta, crnog ugljika i drugih tvari na odjeću. Općenito govoreći, interakcija između prilijepljene prljavštine i kontaminiranog predmeta je relativno slaba, a uklanjanje prljavštine je također relativno lako. Prema različitim silama, fizičko prianjanje prljavštine može se podijeliti na mehaničko prianjanje i elektrostatsko prianjanje.
A: Mehaničko prianjanje uglavnom se odnosi na prianjanje čvrste prljavštine poput prašine i sedimenta. Mehaničko prianjanje je slaba metoda prianjanja prljavštine, koja se gotovo može ukloniti jednostavnim mehaničkim metodama. Međutim, kada je veličina čestica prljavštine mala (<0,1 μm), teže ju je ukloniti.
B: Elektrostatička adhezija se uglavnom očituje djelovanjem nabijenih čestica prljavštine na predmete s suprotnim nabojima. Većina vlaknastih predmeta nosi negativni naboj u vodi i lako se prianja na njih pozitivno nabijena prljavština poput vapna. Neka prljavština, iako negativno nabijena, poput čestica ugljičnog crnila u vodenim otopinama, može se prianjati na vlakna putem ionskih mostova koje tvore pozitivni ioni (kao što su Ca2+, Mg2+ itd.) u vodi (ioni djeluju zajedno između više suprotnih naboja, djelujući poput mostova).
Statički elektricitet je jači od jednostavnog mehaničkog djelovanja, što otežava uklanjanje prljavštine.
③ Uklanjanje posebne prljavštine
Proteini, škrob, ljudski izlučevi, voćni sok, sok od čaja i druge vrste prljavštine teško se uklanjaju uobičajenim surfaktantima i zahtijevaju posebne metode tretmana.
Mrlje od proteina poput vrhnja, jaja, krvi, mlijeka i kožnih izlučevina sklone su koagulaciji i denaturaciji na vlaknima te se čvršće prianjaju. Za uklanjanje proteinskih mrlja može se koristiti proteaza. Proteaza može razgraditi proteine u prljavštini na aminokiseline topljive u vodi ili oligopeptide.
Mrlje od škroba uglavnom potječu od hrane, dok druge poput mesnih sokova, paste itd. Škrobni enzimi imaju katalitički učinak na hidrolizu škrobnih mrlja, razgrađujući škrob u šećere.
Lipaza može katalizirati razgradnju nekih triglicerida koje je teško ukloniti konvencionalnim metodama, poput sebuma koji luči ljudsko tijelo, jestivih ulja itd., kako bi se trigliceride razgradio u topljivi glicerol i masne kiseline.
Neke obojene mrlje od voćnog soka, čaja, tinte, ruža za usne itd. često je teško temeljito očistiti čak i nakon ponovljenog pranja. Ova vrsta mrlje može se ukloniti oksidacijsko-redukcijskim reakcijama korištenjem oksidansa ili redukcijskih sredstava poput izbjeljivača, koji razgrađuju strukturu kromofora ili kromoforskih skupina i razgrađuju ih na manje komponente topljive u vodi.
Iz perspektive kemijskog čišćenja, postoje otprilike tri vrste prljavštine.
① Prljavština topljiva u ulju uključuje različita ulja i masti, koje su tekuće ili masne i topljive u otopinama za kemijsko čišćenje.
② Prljavština topljiva u vodi topljiva je u vodenoj otopini, ali netopljiva u sredstvima za kemijsko čišćenje. Apsorbira se na odjeću u obliku vodene otopine, a nakon što voda ispari, talože se granulirane čvrste tvari poput anorganskih soli, škroba, proteina itd.
③ U ulju netopljiva prljavština netopljiva je i u vodi i u otopinama za kemijsko čišćenje, kao što su crni ugljik, razni metalni silikati i oksidi.
Zbog različitih svojstava različitih vrsta prljavštine, postoje različiti načini uklanjanja prljavštine tijekom procesa kemijskog čišćenja. Prljavština topljiva u ulju, poput životinjskih i biljnih ulja, mineralnih ulja i masti, lako se topi u organskim otapalima i može se lako ukloniti tijekom kemijskog čišćenja. Izvrsna topljivost otapala za kemijsko čišćenje ulja i masti u biti je posljedica van der Waalsovih sila između molekula.
Za uklanjanje nečistoća topivih u vodi poput anorganskih soli, šećera, proteina, znoja itd., potrebno je dodati i odgovarajuću količinu vode u sredstvo za kemijsko čišćenje, inače je nečistoću topivu u vodi teško ukloniti s odjeće. No, voda se teško otapa u sredstvima za kemijsko čišćenje, pa je za povećanje količine vode potrebno dodati surfaktante. Voda prisutna u sredstvima za kemijsko čišćenje može hidratizirati nečistoću i površinu odjeće, što olakšava interakciju s polarnim skupinama surfaktanata, što je korisno za adsorpciju surfaktanata na površini. Osim toga, kada surfaktanti tvore micele, nečistoća topljiva u vodi i voda mogu se otopiti u micelama. Surfaktanti ne samo da mogu povećati sadržaj vode u otapalima za kemijsko čišćenje, već i spriječiti ponovno taloženje nečistoće kako bi se poboljšao učinak čišćenja.
Prisutnost male količine vode je neophodna za uklanjanje prljavštine topive u vodi, ali prekomjerna količina vode može uzrokovati deformaciju, gužvanje itd. neke odjeće, stoga sadržaj vode u suhom deterdžentu mora biti umjeren.
Čvrste čestice poput pepela, blata, zemlje i ugljičnog crnila, koje nisu ni topljive u vodi ni u ulju, općenito se prianjaju na odjeću elektrostatskom adsorpcijom ili kombiniranjem s mrljama od ulja. Kod kemijskog čišćenja, protok i utjecaj otapala mogu uzrokovati otpadanje prljavštine adsorbirane elektrostatskim silama, dok sredstva za kemijsko čišćenje mogu otopiti mrlje od ulja, uzrokujući da čvrste čestice koje se kombiniraju s mrljama od ulja i prianjaju na odjeću otpadaju sa sredstva za kemijsko čišćenje. Mala količina vode i surfaktanata u sredstvu za kemijsko čišćenje može stabilno suspendirati i raspršiti čestice čvrste prljavštine koje otpadaju, sprječavajući njihovo ponovno taloženje na odjeći.
(5) Čimbenici koji utječu na učinak pranja
Usmjerena adsorpcija surfaktanata na granici faza i smanjenje površinske (međufazne) napetosti glavni su čimbenici za uklanjanje tekućih ili krutih nečistoća. No, proces pranja je relativno složen, pa čak i na učinak pranja iste vrste deterdženta utječu mnogi drugi čimbenici. Ti čimbenici uključuju koncentraciju deterdženta, temperaturu, prirodu prljavštine, vrstu vlakana i strukturu tkanine.
① Koncentracija surfaktanata
Miceli surfaktanata u otopini igraju važnu ulogu u procesu pranja. Kada koncentracija dosegne kritičnu koncentraciju micela (cmc), učinak pranja naglo se povećava. Stoga, koncentracija deterdženta u otapalu treba biti veća od CMC vrijednosti kako bi se postigao dobar učinak pranja. Međutim, kada koncentracija surfaktanata premaši CMC vrijednost, povećanje učinka pranja postaje manje značajno i pretjerano povećanje koncentracije surfaktanata nije potrebno.
Prilikom korištenja solubilizacije za uklanjanje mrlja od ulja, čak i ako je koncentracija iznad CMC vrijednosti, učinak solubilizacije i dalje se povećava s povećanjem koncentracije surfaktanta. U ovom slučaju, preporučljivo je koristiti deterdžent lokalno, poput manžeta i ovratnika odjeće gdje ima puno prljavštine. Prilikom pranja, prvo se može nanijeti sloj deterdženta kako bi se poboljšao učinak solubilizacije surfaktanata na mrlje od ulja.
② Temperatura ima značajan utjecaj na učinak čišćenja. Općenito, povećanje temperature je korisno za uklanjanje prljavštine, ali ponekad previsoka temperatura može uzrokovati i nepovoljne čimbenike.
Povećanje temperature korisno je za difuziju prljavštine. Čvrste mrlje od ulja lako se emulgiraju kada je temperatura iznad njihove točke taljenja, a vlakna također povećavaju stupanj širenja zbog porasta temperature. Svi ovi čimbenici korisni su za uklanjanje prljavštine. Međutim, kod gustih tkanina, mikro praznine između vlakana smanjuju se nakon širenja vlakana, što ne pogoduje uklanjanju prljavštine.
Promjene temperature također utječu na topljivost, CMC vrijednost i veličinu micelija surfaktanata, čime utječu na učinak pranja. Surfaktanti s dugim ugljikovim lancem imaju nižu topljivost na niskim temperaturama, a ponekad čak i nižu topljivost od CMC vrijednosti. U tom slučaju, temperaturu pranja treba odgovarajuće povećati. Utjecaj temperature na CMC vrijednost i veličinu micelija razlikuje se za ionske i neionske surfaktante. Kod ionskih surfaktanata, povećanje temperature općenito dovodi do povećanja CMC vrijednosti i smanjenja veličine micelija. To znači da treba povećati koncentraciju surfaktanata u otopini za pranje. Kod neionskih surfaktanata, povećanje temperature dovodi do smanjenja njihove CMC vrijednosti i značajnog povećanja veličine micelija. Može se vidjeti da odgovarajuće povećanje temperature može pomoći neionskim surfaktantima da iskažu svoju površinsku aktivnost. Ali temperatura ne smije prijeći točku zamućenja.
Ukratko, najprikladnija temperatura pranja povezana je s formulom deterdženta i predmetom koji se pere. Neki deterdženti imaju dobre učinke čišćenja na sobnoj temperaturi, dok neki deterdženti imaju značajno različite učinke čišćenja za hladno i vruće pranje.
③ Pjena
Ljudi često brkaju sposobnost pjenjenja s učinkom pranja, vjerujući da deterdženti s jakom sposobnošću pjenjenja imaju bolji učinak pranja. Rezultati pokazuju da učinak pranja nije izravno povezan s količinom pjene. Na primjer, korištenje deterdženta s niskim stvaranjem pjene za pranje nema lošiji učinak pranja od deterdženta s visokim stvaranjem pjene.
Iako pjena nije izravno povezana s pranjem, pjena je i dalje korisna za uklanjanje prljavštine u nekim situacijama. Na primjer, pjena tekućine za pranje može odnijeti kapljice ulja prilikom ručnog pranja posuđa. Prilikom ribanja tepiha, pjena također može ukloniti čvrste čestice prljavštine poput prašine. Prašina čini veliki udio prljavštine na tepihu, stoga sredstvo za čišćenje tepiha treba imati određenu sposobnost pjenjenja.
Pjenjenje je također važno za šampon. Fina pjena koju tekućina proizvodi prilikom pranja kose ili kupanja pruža ljudima ugodan osjećaj.
④ Vrste vlakana i fizikalna svojstva tekstila
Osim kemijske strukture vlakana koja utječe na prianjanje i uklanjanje prljavštine, izgled vlakana i organizacijska struktura pređe i tkanina također utječu na teškoću uklanjanja prljavštine.
Ljuske vunenih vlakana i ravna trakasta struktura pamučnih vlakana sklonije su nakupljanju prljavštine od glatkih vlakana. Na primjer, čađa prilijepljena za celuloznu foliju (ljepljivi film) lako se uklanja, dok se čađa prilijepljena za pamučnu tkaninu teško pere. Na primjer, tkanine od poliestera s kratkim vlaknima sklonije su nakupljanju mrlja od tkanina s dugim vlaknima, a mrlje od ulja na tkaninama s kratkim vlaknima također je teže ukloniti od onih na tkaninama s dugim vlaknima.
Čvrsto uvijene pređe i čvrste tkanine, zbog malih mikropraznina između vlakana, mogu odoljeti prodiranju prljavštine, ali i spriječiti otopinu za čišćenje da ukloni unutarnju prljavštinu. Stoga čvrste tkanine imaju dobru otpornost na prljavštinu na početku, ali ih je također teško očistiti nakon što se kontaminiraju.
⑤ Tvrdoća vode
Koncentracija metalnih iona poput Ca2+ i Mg2+ u vodi ima značajan utjecaj na učinak pranja, posebno kada anionski surfaktanti susreću Ca2+ i Mg2+ ione stvarajući kalcijeve i magnezijeve soli sa slabom topljivošću, što može smanjiti njihovu sposobnost čišćenja. Čak i ako je koncentracija surfaktanata visoka u tvrdoj vodi, njihov učinak čišćenja je i dalje mnogo lošiji nego kod destilacije. Kako bi se postigao najbolji učinak pranja surfaktanata, koncentraciju Ca2+ iona u vodi treba smanjiti na ispod 1 × 10-6mol/L (CaCO3 treba smanjiti na 0,1 mg/L). To zahtijeva dodavanje različitih omekšivača u deterdžent.
Vrijeme objave: 16. kolovoza 2024.