1. Overflatespenning
Sammentrekningskraften per lengdeenhet på overflaten av en væske kalles overflatespenning, målt i N • m⁻¹.
2. Overflateaktivitet og overflateaktivt middel
Egenskapen som kan redusere overflatespenningen til løsemidler kalles overflateaktivitet, og stoffer med overflateaktivitet kalles overflateaktive stoffer.
Surfaktanter refererer til overflateaktive stoffer som kan danne miceller og andre aggregater i vandige løsninger, har høy overflateaktivitet, og har også fuktende, emulgerende, skummende, vaskende og andre funksjoner.
3. Molekylære strukturelle egenskaper til overflateaktivt middel
Surfaktanter er organiske forbindelser med spesielle strukturer og egenskaper som kan endre grenseflatespenningen mellom to faser eller overflatespenningen til væsker (vanligvis vann) betydelig, og har egenskaper som fukting, skumming, emulgering og vasking.
Strukturelt sett har overflateaktive stoffer en felles egenskap ved at de inneholder to forskjellige funksjonelle grupper i molekylene sine. Den ene enden er en langkjedet ikke-polar gruppe som er løselig i olje, men uløselig i vann, kjent som en hydrofob gruppe eller hydrofob gruppe. Disse hydrofobe gruppene er vanligvis langkjedede hydrokarboner, noen ganger også organisk fluor, organosilisium, organofosfor, organotinnkjeder, osv. Den andre enden er en vannløselig funksjonell gruppe, nemlig en hydrofil gruppe eller hydrofil gruppe. Den hydrofile gruppen må ha tilstrekkelig hydrofilisitet for å sikre at hele det overflateaktive stoffet er løselig i vann og har den nødvendige løseligheten. På grunn av tilstedeværelsen av hydrofile og hydrofobe grupper i overflateaktive stoffer, kan de løses opp i minst én fase av væskefasen. De hydrofile og oleofile egenskapene til overflateaktive stoffer kalles amfifilisitet.
4. Typer overflateaktive stoffer
Surfaktanter er amfifile molekyler som har både hydrofobe og hydrofile grupper. De hydrofobe gruppene i overflateaktive stoffer består vanligvis av langkjedede hydrokarboner, som rettkjedet alkyl C8-C20, forgrenet alkyl C8-C20, alkylfenyl (med 8-16 alkylkarbonatomer), osv. Forskjellen i hydrofobe grupper ligger hovedsakelig i de strukturelle endringene i karbon-hydrogenkjedene, med relativt små forskjeller, mens det finnes flere typer hydrofile grupper. Derfor er egenskapene til overflateaktive stoffer hovedsakelig relatert til hydrofile grupper i tillegg til størrelsen og formen på de hydrofobe gruppene. De strukturelle endringene i hydrofile grupper er større enn i hydrofobe grupper, så klassifiseringen av overflateaktive stoffer er generelt basert på strukturen til de hydrofile gruppene. Denne klassifiseringen er hovedsakelig basert på om de hydrofile gruppene er ioniske, og deles inn i anioniske, kationiske, ikke-ioniske, zwitterioniske og andre spesielle typer overflateaktive stoffer.
5. Kjennetegn ved vandig løsning av overflateaktivt middel
① Adsorpsjon av overflateaktive stoffer ved grenseflater
Surfaktantmolekyler har lipofile og hydrofile grupper, noe som gjør dem til amfifile molekyler. Vann er en sterkt polar væske. Når overflateaktive stoffer løses opp i vann, i henhold til prinsippet om polaritetslikhet og polaritetsforskjellsfrastøting, tiltrekkes deres hydrofile grupper av vannfasen og løses opp i vann, mens deres lipofile grupper frastøter vann og forlater vannet. Som et resultat adsorberes overflateaktive molekyler (eller ioner) ved grensesnittet mellom de to fasene, noe som reduserer grensesnittspenningen mellom de to fasene. Jo flere overflateaktive molekyler (eller ioner) som adsorberes på grensesnittet, desto større blir reduksjonen i grensesnittspenningen.
② Noen egenskaper ved adsorpsjonsmembranen
Overflatetrykk på adsorpsjonsmembran: Surfaktanter adsorberes ved gass-væske-grensesnittet og danner en adsorpsjonsmembran. Hvis en friksjonsfri, bevegelig flyteplate plasseres på grensesnittet, og den flytende platen skyver adsorpsjonsmembranen langs løsningsoverflaten, utøver membranen et trykk på den flytende platen, som kalles overflatetrykk.
Overflateviskositet: I likhet med overflatetrykk er overflateviskositet en egenskap som vises av uløselige molekylære filmer. Heng en platinering opp med en tynn metalltråd, sørg for at dens plan berører vannoverflaten i vasken, roter platineringen. Platineringen hindres av vannets viskositet, og amplituden avtar gradvis, slik at overflateviskositeten kan måles. Metoden er: Utfør først eksperimenter på den rene vannoverflaten, mål amplitudedempingen, mål deretter dempningen etter dannelsen av overflatemasken, og beregn viskositeten til overflatemasken ut fra forskjellen mellom de to.
Overflateviskositeten er nært knyttet til fastheten til ansiktsmasken på overflaten. Siden adsorpsjonsfilmen har overflatetrykk og viskositet, må den være elastisk. Jo høyere overflatetrykk og viskositet til adsorpsjonsmembranen er, desto større er dens elastisitetsmodul. Elastisitetsmodulen til overflateadsorpsjonsfilmen er av stor betydning i prosessen med skumstabilisering.
③ Dannelse av miceller
Den fortynnede løsningen av overflateaktive stoffer følger lovene for ideelle løsninger. Adsorpsjonsmengden av overflateaktive stoffer på overflaten av en løsning øker med konsentrasjonen av løsningen. Når konsentrasjonen når eller overstiger en viss verdi, øker ikke lenger adsorpsjonsmengden. Disse overflødige overflateaktive molekylene i løsningen er uordnet eller eksisterer på en regelmessig måte. Både praksis og teori har vist at de danner aggregater i løsning, som kalles miceller.
Kritisk micellekonsentrasjon: Minimumskonsentrasjonen der overflateaktive stoffer danner miceller i en løsning kalles den kritiske micellekonsentrasjonen.
④ CMC-verdien for vanlig overflateaktivt middel.
6. Hydrofil og oleofil likevektsverdi
HLB står for hydrofil lipofil balanse, som representerer de hydrofile og lipofile likevektsverdiene til de hydrofile og lipofile gruppene i et overflateaktivt middel, dvs. HLB-verdien til overflateaktivt middel. En høy HLB-verdi indikerer sterk hydrofilisitet og svak lipofilisitet til molekylet; tvert imot har den sterk lipofilisitet og svak hydrofilisitet.
① Forskrifter om HLB-verdi
HLB-verdien er en relativ verdi, så når HLB-verdien formuleres, settes HLB-verdien for parafin uten hydrofile egenskaper som standard til 0, mens HLB-verdien for natriumdodecylsulfat med sterk vannløselighet settes til 40. Derfor er HLB-verdien for overflateaktive stoffer generelt innenfor området 1-40. Generelt sett er emulgatorer med HLB-verdier mindre enn 10 lipofile, mens emulgatorer med HLB-verdier større enn 10 er hydrofile. Derfor er vendepunktet fra lipofilisitet til hydrofilisitet omtrent 10.
7. Emulgerings- og oppløselighetseffekter
To ikke-blandbare væsker, den ene dannet ved å dispergere partikler (dråper eller flytende krystaller) i den andre, kalles emulsjoner. Når en emulsjon dannes, øker grenseflatearealet mellom de to væskene, noe som gjør systemet termodynamisk ustabilt. For å stabilisere emulsjonen må en tredje komponent - emulgator - tilsettes for å redusere systemets grenseflateenergi. Emulgatorer tilhører overflateaktive stoffer, og deres hovedfunksjon er å fungere som emulgatorer. Fasen der dråpene finnes i en emulsjon kalles den dispergerte fasen (eller den interne fasen, den diskontinuerlige fasen), og den andre fasen som er koblet sammen kalles det dispergerte mediet (eller den eksterne fasen, den kontinuerlige fase).
① Emulgatorer og emulsjoner
Vanlige emulsjoner består av én fase av vann eller vandig løsning, og den andre fasen av organiske forbindelser som ikke er blandbare med vann, slik som oljer, voks, osv. Emulsjonen som dannes av vann og olje kan deles inn i to typer basert på deres dispersjon: olje dispergert i vann danner en vann-i-olje-emulsjon, representert ved O/W (olje/vann); vann dispergert i olje danner en vann-i-olje-emulsjon, representert ved W/O (vann/olje). I tillegg kan det også dannes komplekse vann-i-olje-i-vann W/O/W- og olje-i-vann-i-olje O/W/O-emulsjoner.
Emulgatoren stabiliserer emulsjonen ved å redusere grenseflatespenningen og danne en ansiktsmaske i ett lag.
Krav til emulgatorer i emulgering: a: emulgatorer må kunne adsorbere eller anrike ved grenseflaten mellom de to fasene, noe som reduserer grenseflatespenningen; b: Emulgatorer må gi partiklene en elektrisk ladning, noe som forårsaker elektrostatisk frastøting mellom partiklene eller danner en stabil, svært viskøs beskyttelsesfilm rundt partiklene. Stoffer som brukes som emulgatorer må derfor ha amfifile grupper for å ha emulgerende effekter, og overflateaktive stoffer kan oppfylle dette kravet.
② Fremstillingsmetoder for emulsjoner og faktorer som påvirker emulsjonsstabiliteten
Det finnes to metoder for å fremstille emulsjoner: den ene er å bruke mekaniske metoder for å dispergere væsken i små partikler i en annen væske, noe som ofte brukes i industrien for å fremstille emulsjoner; en annen metode er å løse opp en væske i molekylær tilstand i en annen væske og deretter la den aggregere på riktig måte for å danne en emulsjon.
Emulsjoners stabilitet refererer til deres evne til å motstå partiklagregering og forårsake faseseparasjon. Emulsjoner er termodynamisk ustabile systemer med betydelig fri energi. Derfor refererer stabiliteten til en emulsjon faktisk til tiden det tar for systemet å nå likevekt, det vil si tiden det tar for en væske i systemet å separere.
Når det finnes polare organiske molekyler som fettalkohol, fettsyre og fettamin i ansiktsmasken, øker membranens styrke betydelig. Dette skyldes at emulgatormolekylene i adsorpsjonslaget i grenseflaten samhandler med polare molekyler som alkohol, syre og amin for å danne et "kompleks", noe som øker styrken til ansiktsmasken i grenseflaten.
Emulgatorer som består av to eller flere overflateaktive stoffer kalles blandede emulgatorer. Blandede emulgatorer adsorberer på vann/olje-grensesnittet, og intermolekylære interaksjoner kan danne komplekser. På grunn av sterk intermolekylær interaksjon reduseres grenseflatespenningen betydelig, mengden emulgator som adsorberes på grenseflaten økes betydelig, og tettheten og styrken til den dannede grenseflatemasken økes.
Ladningen til dråpene har en betydelig innvirkning på emulsjonenes stabilitet. Stabile emulsjoner har vanligvis dråper med elektriske ladninger. Ved bruk av ioniske emulgatorer setter emulgatorionene som er adsorbert på grenseflaten inn sine lipofile grupper i oljefasen, mens de hydrofile gruppene er i vannfasen, noe som gjør dråpene ladede. Fordi dråpene i emulsjonen har samme ladning, frastøter de hverandre og agglomereres ikke lett, noe som resulterer i økt stabilitet. Det kan sees at jo flere emulgatorioner som er adsorbert på dråpene, desto større blir ladningen deres, og desto større blir deres evne til å forhindre dråpekoalesens, noe som gjør emulsjonssystemet mer stabilt.
Viskositeten til emulsjonsdispersjonsmediet har en viss innvirkning på emulsjonens stabilitet. Generelt sett, jo høyere viskositeten til dispergeringsmediet er, desto høyere er emulsjonens stabilitet. Dette skyldes at viskositeten til dispergeringsmediet er høy, noe som sterkt hindrer den brownske bevegelsen til væskedråpene, bremser kollisjonen mellom dråpene og holder systemet stabilt. Polymerstoffer som vanligvis er løselige i emulsjoner, kan øke systemets viskositet og forbedre emulsjonens stabilitet. I tillegg kan polymeren også danne en fast grensesnittmaske, noe som gjør emulsjonssystemet mer stabilt.
I noen tilfeller kan tilsetning av fast pulver også stabilisere emulsjonen. Det faste pulveret er ikke i vann, olje eller i grenseflaten, avhengig av fuktingsevnen til olje og vann på det faste pulveret. Hvis det faste pulveret ikke fuktes fullstendig av vann, men kan fuktes av olje, vil det forbli i vann-olje-grenseflaten.
Grunnen til at det faste pulveret ikke stabiliserer emulsjonen er at pulveret som samles ved grensesnittet ikke styrker ansiktsmasken ved grensesnittet, som ligner på adsorpsjonsemulgatormolekylene ved grensesnittet. Derfor, jo nærmere de faste pulverpartiklene er anordnet ved grensesnittet, desto mer stabil vil emulsjonen være.
Surfaktanter har evnen til å øke løseligheten til organiske forbindelser som er uløselige eller litt løselige i vann betydelig etter at de har dannet miceller i vandig løsning, og løsningen er gjennomsiktig på dette tidspunktet. Denne effekten av miceller kalles oppløselighet. Surfaktanter som kan produsere oppløseliggjørende effekter kalles oppløseliggjørende midler, og organiske forbindelser som er oppløselige kalles oppløselige forbindelser.
8. Skum
Skum spiller en viktig rolle i vaskeprosessen. Skum refererer til dispersjonssystemet der gass dispergeres i væske eller fast form. Gass er dispersjonsfasen, og væske eller fast form er dispersjonsmediet. Førstnevnte kalles flytende skum, mens sistnevnte kalles fast skum, slik som skumplast, skumglass, skumsement, etc.
(1) Dannelse av skum
Skummet refererer her til aggregering av bobler atskilt av en væskefilm. På grunn av den store forskjellen i tetthet mellom den dispergerte fasen (gass) og det dispergerte mediet (væske), og væskens lave viskositet, kan skummet alltid stige raskt til væskenivået.
Prosessen med å danne skum er å bringe en stor mengde gass inn i væsken, og boblene i væsken returnerer raskt til væskeoverflaten, og danner et bobleaggregat atskilt av en liten mengde væske og gass.
Skum har to bemerkelsesverdige egenskaper i morfologi: den ene er at bobler i dispergert fase ofte er polyedriske, fordi det i skjæringspunktet mellom boblene er en tendens til at væskefilmen blir tynnere, noe som gjør boblene polyedriske. Når væskefilmen blir tynnere til en viss grad, vil boblene sprekke. For det andre kan ikke den rene væsken danne stabilt skum, men væsken som kan danne skum består av minst to eller flere komponenter. Den vandige løsningen av overflateaktivt middel er et typisk system som lett kan generere skum, og dens evne til å generere skum er også relatert til andre egenskaper.
Overflateaktive stoffer med god skummingsevne kalles skummidler. Selv om skummidlet har god skummingsevne, kan det hende at det dannede skummet ikke kan opprettholde sin skumstabilitet lenge, det vil si at stabiliteten ikke er god. For å opprettholde skumstabiliteten tilsettes ofte et stoff som kan øke skumstabiliteten til skummidlet, kalt skumstabilisator. De vanlig brukte skumstabilisatorene er lauroyldietanolamin og dodecyldimetylaminoksid.
(2) Skummets stabilitet
Skum er et termodynamisk ustabilt system, og den endelige trenden er at det totale overflatearealet til væsken i systemet avtar og den frie energien avtar etter at boblen knuses. Skumdempingsprosessen er prosessen der væskefilmen som separerer gassen endrer tykkelse inntil den brister. Derfor bestemmes skumstabiliteten hovedsakelig av hastigheten på væskeutslippet og styrken til væskefilmen. Det er flere andre påvirkningsfaktorer.
① Overflatespenning
Fra et energisynspunkt er lav overflatespenning gunstigere for dannelsen av skum, men det kan ikke garantere skummets stabilitet. Lav overflatespenning, lav trykkforskjell, langsom væskeutslippshastighet og langsom tynning av væskefilmen bidrar til skummets stabilitet.
② Overflateviskositet
Den viktigste faktoren som bestemmer skummets stabilitet er styrken til væskefilmen, som hovedsakelig bestemmes av fastheten til overflateadsorpsjonsfilmen, målt ved overflateviskositeten. Eksperimenter viser at skummet som produseres av løsningen med høyere overflateviskositet har lengre levetid. Dette er fordi samspillet mellom adsorberte molekyler på overflaten fører til økt membranstyrke, og dermed forbedrer skummets levetid.
③ Løsningsviskositet
Når viskositeten til væsken i seg selv øker, er det ikke lett å tømme væsken i væskefilmen, og hastigheten på tynningen av væskefilmtykkelsen er lav, noe som forsinker tiden for væskefilmbrudd og øker skummets stabilitet.
④ Den «reparerende» effekten av overflatespenning
Surfaktanter adsorbert på overflaten av den flytende filmen har evnen til å motstå utvidelse eller sammentrekning av overflaten, noe vi refererer til som reparasjonseffekten. Dette er fordi det er en flytende film av overflateaktive stoffer adsorbert på overflaten, og utvidelse av overflatearealet vil redusere konsentrasjonen av overflateadsorberte molekyler og øke overflatespenningen. Ytterligere utvidelse av overflaten vil kreve større innsats. Omvendt vil krymping av overflatearealet øke konsentrasjonen av adsorberte molekyler på overflaten, noe som reduserer overflatespenningen og hindrer ytterligere krymping.
⑤ Diffusjon av gass gjennom en væskefilm
På grunn av kapillærtrykk er trykket i små bobler i skum høyere enn i store bobler, noe som vil føre til at gassen i de små boblene diffunderer inn i de store lavtrykksboblene gjennom væskefilmen. Dette fører til at de små boblene blir mindre, de store boblene blir større, og til slutt brister skummet. Hvis det tilsettes overflateaktivt middel, vil skummet være jevnt og tett når det skummer, og det er ikke lett å skumdempe. Siden det overflateaktive stoffet er tett anordnet på væskefilmen, er det vanskelig å ventilere, noe som gjør skummet mer stabilt.
⑥ Påvirkningen av overflateladning
Hvis den flytende skumfilmen er ladet med samme symbol, vil de to overflatene av den flytende filmen frastøte hverandre, noe som forhindrer at den flytende filmen tynnes ut eller til og med ødelegges. Ioniske overflateaktive stoffer kan gi denne stabiliserende effekten.
Avslutningsvis er styrken til den flytende filmen nøkkelfaktoren for å bestemme skummets stabilitet. Som et overflateaktivt middel for skumdannende midler og skumstabilisatorer er tettheten og fastheten til de overflateadsorberte molekylene de viktigste faktorene. Når samspillet mellom de adsorberte molekylene på overflaten er sterkt, er de adsorberte molekylene tett anordnet, noe som ikke bare gjør at selve ansiktsmasken på overflaten har høy styrke, men også gjør det vanskelig for løsningen ved siden av ansiktsmasken på overflaten å flyte på grunn av den høye overflateviskositeten, slik at det er relativt vanskelig for væskefilmen å renne av, og tykkelsen på væskefilmen er enkel å opprettholde. I tillegg kan tett anordnede overflatemolekyler også redusere permeabiliteten til gassmolekyler og dermed øke skummets stabilitet.
(3) Ødeleggelse av skum
Det grunnleggende prinsippet for å ødelegge skum er å endre forholdene for å produsere skum eller eliminere stabilitetsfaktorene til skummet, så det finnes to skumdempende metoder, fysiske og kjemiske.
Fysisk skumfjerning er å endre forholdene som skum genereres under, samtidig som den kjemiske sammensetningen av skumløsningen holdes uendret. For eksempel er ytre kraftforstyrrelser, temperatur- eller trykkendringer og ultralydbehandling alle effektive fysiske metoder for å eliminere skum.
Den kjemiske skumdempende metoden går ut på å tilsette noen stoffer som samhandler med skummiddelet, redusere styrken til væskefilmen i skummet og deretter redusere skummets stabilitet for å oppnå formålet med skumdempende egenskaper. Slike stoffer kalles skumdempere. De fleste skumdempere er overflateaktive stoffer. Derfor, i henhold til skumdempende mekanismen, bør skumdempere ha en sterk evne til å redusere overflatespenning, lett absorberes på overflaten og ha svak interaksjon mellom overflateadsorberte molekyler, noe som resulterer i en relativt løs struktur av adsorberte molekyler.
Det finnes ulike typer skumdempere, men de er for det meste ikke-ioniske overflateaktive stoffer. Ikke-ioniske overflateaktive stoffer har skumdempende egenskaper nær eller over tåkepunktet og brukes ofte som skumdempere. Alkoholer, spesielt de med forgreningsstrukturer, fettsyrer og estere, polyamider, fosfater, silikonoljer, etc., brukes også ofte som utmerkede skumdempere.
(4) Skum og vask
Det er ingen direkte sammenheng mellom skum og vaskeeffekt, og mengden skum betyr ikke om vaskeeffekten er god eller dårlig. For eksempel er skummingsevnen til ikke-ioniske overflateaktive stoffer langt dårligere enn såpe, men rengjøringsevnen deres er mye bedre enn såpe.
I noen tilfeller er skum nyttig for å fjerne smuss. For eksempel, når man vasker servise hjemme, kan skummet fra vaskemiddelet fjerne oljedråpene som er skylt ned. Når man skrubber tepper, hjelper skum med å fjerne fast smuss som støv og pulver. I tillegg kan skum noen ganger brukes som et tegn på om vaskemiddelet er effektivt, fordi fettflekker kan hemme skumdannelsen i vaskemiddelet. Når det er for mye oljeflekker og for lite vaskemiddel, vil det ikke være noe skum, eller det opprinnelige skummet vil forsvinne. Noen ganger kan skum også brukes som en indikator på om skyllingen er ren. Fordi mengden skum i skylleløsningen har en tendens til å avta med synkende vaskemiddelinnhold, kan graden av skylling vurderes ut fra mengden skum.
9. Vaskeprosess
I bred forstand er vasking prosessen med å fjerne uønskede komponenter fra gjenstanden som vaskes og oppnå et bestemt formål. Vask i vanlig forstand refererer til prosessen med å fjerne smuss fra overflaten av et bærerstoff. Under vask svekkes eller elimineres samspillet mellom smuss og bærerstoff gjennom virkningen av noen kjemiske stoffer (som vaskemidler), som omdanner kombinasjonen av smuss og bærerstoff til kombinasjonen av smuss og vaskemiddel, noe som til slutt fører til at smusset og bæreren løsner. Ettersom gjenstandene som skal vaskes og smusset som skal fjernes er forskjellige, er vasking en svært kompleks prosess, og den grunnleggende vaskeprosessen kan representeres av følgende enkle forhold.
Bæremiddel • Smuss+Vaskemiddel = Bæremiddel+Smuss • Vaskemiddel
Vaskeprosessen kan vanligvis deles inn i to trinn: det ene er separasjon av smuss og bærerstoff under påvirkning av vaskemiddel; det andre er at det løsnede smusset dispergeres og suspenderes i mediet. Vaskeprosessen er en reversibel prosess, og smuss som er dispergert eller suspendert i mediet kan også utfelles fra mediet på tøyet. Derfor bør et utmerket vaskemiddel ikke bare ha evnen til å løsne smuss fra bæreren, men også ha god evne til å dispergere og suspendere smuss, og forhindre at smuss avsettes igjen.
(1) Typer smuss
Selv for samme gjenstand vil typen, sammensetningen og mengden smuss variere avhengig av bruksmiljøet. Oljeholdig smuss fra kroppen omfatter hovedsakelig animalske og vegetabilske oljer, samt mineraloljer (som råolje, fyringsolje, kulltjære osv.), mens fast smuss hovedsakelig omfatter røyk, støv, rust, karbon svart osv. Når det gjelder klessmuss, er det smuss fra menneskekroppen, som svette, talg, blod osv.; smuss fra mat, som fruktflekker, flekker fra spiselig olje, krydderflekker, stivelse osv.; smuss fra kosmetikk, som leppestift og neglelakk; smuss fra atmosfæren, som røyk, støv, jord osv.; andre materialer som blekk, te, maling osv. Det kan sies at det finnes forskjellige og mangfoldige typer.
Ulike typer smuss kan vanligvis deles inn i tre kategorier: fast smuss, flytende smuss og spesialsmuss.
① Vanlig fast smuss inkluderer partikler som aske, gjørme, jord, rust og karbonrøyk. De fleste av disse partiklene har en overflateladning, for det meste negativ, og absorberes lett på fiberholdige gjenstander. Vanligvis er fast smuss vanskelig å løse opp i vann, men kan spres og suspenderes av vaskemiddelløsninger. Fast smuss med små partikler er vanskelig å fjerne.
② Flytende smuss er for det meste oljeløselig, inkludert animalske og vegetabilske oljer, fettsyrer, fettalkoholer, mineraloljer og deres oksider. Blant disse kan animalske og vegetabilske oljer og fettsyrer forsåpning med alkali, mens fettalkoholer og mineraloljer ikke forsåpning av alkali, men kan løses opp i alkoholer, etere og hydrokarbonorganiske løsemidler, og emulgeres og dispergeres av vandige vaskemidler. Oljeløselig flytende smuss har generelt en sterk interaksjonskraft med fiberholdige gjenstander og absorberes godt på fibrene.
③ Spesielt smuss inkluderer protein, stivelse, blod, menneskelige sekreter som svette, talg, urin, samt fruktjuice, tejuice osv. De fleste av disse typene smuss kan absorberes sterkt på fiberholdige gjenstander gjennom kjemiske reaksjoner. Derfor er det ganske vanskelig å vaske det.
Ulike typer smuss eksisterer sjelden alene, ofte blandet sammen og adsorbert sammen på gjenstander. Smuss kan noen ganger oksidere, dekomponere eller råtne under ytre påvirkninger, noe som resulterer i dannelse av nytt smuss.
(2) Smussens hefteffekt
Grunnen til at klær, hender osv. kan bli skitne, er fordi det er en slags interaksjon mellom gjenstander og smuss. Det er forskjellige vedheftingseffekter av smuss på gjenstander, men de er hovedsakelig fysisk vedheft og kjemisk vedheft.
① Den fysiske adhesjonen av sigarettaske, støv, sediment, karbonrøyk og andre stoffer til klær. Generelt sett er samspillet mellom det vedheftede smusset og det forurensede objektet relativt svakt, og fjerning av smuss er også relativt enkelt. I henhold til forskjellige krefter kan den fysiske adhesjonen av smuss deles inn i mekanisk adhesjon og elektrostatisk adhesjon.
A: Mekanisk adhesjon refererer hovedsakelig til adhesjon av fast smuss som støv og sediment. Mekanisk adhesjon er en svak adhesjonsmetode for smuss, som nesten kan fjernes med enkle mekaniske metoder. Men når partikkelstørrelsen på smusset er liten (<0,1 µm), er det vanskeligere å fjerne.
B: Elektrostatisk adhesjon manifesteres hovedsakelig ved at ladede smusspartikler påvirker gjenstander med motsatt ladning. De fleste fiberholdige gjenstander har en negativ ladning i vann og fester seg lett til positivt ladet smuss, som kalk. Noe smuss, selv om det er negativt ladet, som karbonrøykpartikler i vandige løsninger, kan feste seg til fibre gjennom ionebroer dannet av positive ioner (som Ca2+, Mg2+, osv.) i vann (ioner virker sammen mellom flere motsatte ladninger og fungerer som broer).
Statisk elektrisitet er sterkere enn enkel mekanisk påvirkning, noe som gjør det relativt vanskelig å fjerne smuss.
③ Fjerning av spesialsmuss
Protein, stivelse, menneskelige sekreter, fruktjuice, tejuice og andre typer smuss er vanskelige å fjerne med vanlige overflateaktive stoffer og krever spesielle behandlingsmetoder.
Proteinflekker som fløte, egg, blod, melk og hudekskrementer er utsatt for koagulering og denaturering på fibrene, og fester seg fastere. For proteinforurensning kan protease brukes til å fjerne den. Proteasen kan bryte ned proteiner i smuss til vannløselige aminosyrer eller oligopeptider.
Stivelsesflekker kommer hovedsakelig fra mat, mens andre kommer fra kjøttsaft, pasta osv. Stivelsesenzymer har en katalytisk effekt på hydrolysen av stivelsesflekker, og bryter ned stivelse til sukker.
Lipase kan katalysere nedbrytningen av noen triglyserider som er vanskelige å fjerne med konvensjonelle metoder, som talg som skilles ut av menneskekroppen, spiselige oljer, etc., for å bryte ned triglyserider til løselig glyserol og fettsyrer.
Noen fargeflekker fra fruktjuice, tejuice, blekk, leppestift osv. er ofte vanskelige å rengjøre grundig selv etter gjentatt vask. Denne typen flekk kan fjernes ved oksidasjons-reduksjonsreaksjoner ved bruk av oksidanter eller reduksjonsmidler som blekemiddel, som bryter ned strukturen til kromoforen eller kromoforgruppene og degraderer dem til mindre vannløselige komponenter.
Fra et renseriperspektiv finnes det omtrent tre typer smuss.
① Oljeløselig smuss omfatter forskjellige oljer og fettstoffer, som er flytende eller fete og løselige i renseriløsninger.
② Vannløselig smuss er løselig i vandig løsning, men uløselig i renserier. Det absorberes på klær i form av en vandig løsning, og etter at vannet har fordampet, utfelles granulære faste stoffer som uorganiske salter, stivelse, proteiner osv.
③ Olje-vannuløselig smuss er uløselig i både vann og renseriløsningsmidler, som karbon svart, forskjellige metallsilikater og oksider.
På grunn av de ulike egenskapene til ulike typer smuss, finnes det ulike måter å fjerne smuss på under renseriprosessen. Oljeløselig smuss, som animalske og vegetabilske oljer, mineraloljer og fett, er lettløselig i organiske løsemidler og kan enkelt fjernes under renseri. Den utmerkede løseligheten til renseriløsningsmidler for olje og fett skyldes i hovedsak van der Waals-krefter mellom molekylene.
For å fjerne vannløselig smuss som uorganiske salter, sukker, proteiner, svette osv., er det også nødvendig å tilsette en passende mengde vann til renseriet. Ellers er vannløselig smuss vanskelig å fjerne fra klær. Vann er imidlertid vanskelig å løse opp i renserier, så for å øke vannmengden må man tilsette overflateaktive stoffer. Vannet som finnes i renserier kan hydrere smuss og overflaten av klær, noe som gjør det enkelt å samhandle med de polare gruppene av overflateaktive stoffer, noe som er gunstig for adsorpsjonen av overflateaktive stoffer på overflaten. I tillegg, når overflateaktive stoffer danner miceller, kan vannløselig smuss og vann løses opp i micellene. Overflateaktive stoffer kan ikke bare øke vanninnholdet i renseriløsningsmidler, men også forhindre at smuss avsettes igjen, noe som forbedrer rengjøringseffekten.
En liten mengde vann er nødvendig for å fjerne vannløselig smuss, men for mye vann kan føre til at noen klær deformeres, krøller osv., så vanninnholdet i det tørre vaskemiddelet må være moderat.
Faste partikler som aske, gjørme, jord og karbonrøyk, som verken er vannløselige eller oljeløselige, fester seg vanligvis til klær ved elektrostatisk adsorpsjon eller ved å kombineres med oljeflekker. Ved renseri kan strømmen og påvirkningen fra løsemidler føre til at smuss som absorberes av elektrostatiske krefter faller av, mens rensemidler kan løse opp oljeflekker, noe som fører til at faste partikler som kombineres med oljeflekkene og fester seg til klærne faller av rensemidlet. Den lille mengden vann og overflateaktive stoffer i rensemidlet kan stabilt suspendere og spre de faste smusspartiklene som faller av, og forhindre at de avsettes på klærne igjen.
(5) Faktorer som påvirker vaskeeffekten
Retningsbestemt adsorpsjon av overflateaktive stoffer ved grenseflaten og reduksjonen av overflatespenning (grenseflatespenning) er hovedfaktorene for fjerning av flytende eller fast begroing. Men vaskeprosessen er relativt kompleks, og selv vaskeeffekten av samme type vaskemiddel påvirkes av mange andre faktorer. Disse faktorene inkluderer konsentrasjonen av vaskemiddel, temperatur, smussets art, fibertype og stoffstruktur.
① Konsentrasjon av overflateaktive stoffer
Micellene til overflateaktive stoffer i løsningen spiller en viktig rolle i vaskeprosessen. Når konsentrasjonen når den kritiske micellekonsentrasjonen (cmc), øker vaskeeffekten kraftig. Derfor bør konsentrasjonen av vaskemiddel i løsningsmidlet være høyere enn CMC-verdien for å oppnå god vaskeeffekt. Men når konsentrasjonen av overflateaktive stoffer overstiger CMC-verdien, blir den økende vaskeeffekten mindre signifikant, og en overdreven økning i konsentrasjonen av overflateaktivt middel er unødvendig.
Når man bruker oppløseliggjøring for å fjerne oljeflekker, selv om konsentrasjonen er over CMC-verdien, øker oppløseliggjøringseffekten fortsatt med økende konsentrasjon av overflateaktivt middel. På dette tidspunktet er det tilrådelig å bruke vaskemiddel lokalt, for eksempel på mansjetter og krager på klær der det er mye smuss. Ved vask kan man først påføre et lag med vaskemiddel for å forbedre oppløseliggjøringseffekten av overflateaktive stoffer på oljeflekker.
② Temperaturen har en betydelig innvirkning på rengjøringseffekten. Totalt sett er det gunstig å øke temperaturen for å fjerne smuss, men noen ganger kan for høy temperatur også forårsake uheldige faktorer.
En økning i temperatur er gunstig for diffusjon av smuss. Faste oljeflekker emulgeres lett når temperaturen er over smeltepunktet, og fibrene øker også sin utvidelsesgrad på grunn av temperaturøkningen. Disse faktorene er alle gunstige for fjerning av smuss. For tette stoffer reduseres imidlertid mikrogapene mellom fibrene etter fiberekspansjon, noe som ikke bidrar til fjerning av smuss.
Temperaturendringer påvirker også løseligheten, CMC-verdien og micellestørrelsen til overflateaktive stoffer, og påvirker dermed vaskeeffekten. Lange karbonkjedeoverflateaktive stoffer har lavere løselighet ved lave temperaturer, og noen ganger til og med lavere løselighet enn CMC-verdien. I dette tilfellet bør vasketemperaturen økes passende. Effekten av temperatur på CMC-verdien og micellestørrelsen er forskjellig for ioniske og ikke-ioniske overflateaktive stoffer. For ioniske overflateaktive stoffer fører en økning i temperaturen generelt til en økning i CMC-verdien og en reduksjon i micellestørrelsen. Dette betyr at konsentrasjonen av overflateaktive stoffer bør økes i vaskeløsningen. For ikke-ioniske overflateaktive stoffer fører økning i temperaturen til en reduksjon i CMC-verdien og en betydelig økning i micellestørrelsen. Det kan sees at en passende økning i temperaturen kan hjelpe ikke-ioniske overflateaktive stoffer med å utøve sin overflateaktivitet. Men temperaturen bør ikke overstige dens uklarhetspunkt.
Kort sagt, den mest passende vasketemperaturen er relatert til formelen til vaskemiddelet og gjenstanden som vaskes. Noen vaskemidler har god rengjøringseffekt ved romtemperatur, mens noen vaskemidler har betydelig forskjellige rengjøringseffekter for kald og varm vask.
③ Skum
Folk forveksler ofte skummende evne med vaskeeffekt, og tror at vaskemidler med sterk skummende evne har bedre vaskeeffekt. Resultatene viser at vaskeeffekten ikke er direkte relatert til mengden skum. For eksempel har bruk av lavtskummende vaskemiddel til vask ikke dårligere vaskeeffekt enn høytskummende vaskemiddel.
Selv om skum ikke er direkte relatert til vask, er skum fortsatt nyttig for å fjerne smuss i noen situasjoner. For eksempel kan skummet i vaskemiddelet føre med seg oljedråpene når man vasker opp for hånd. Når man skrubber teppet, kan skum også fjerne faste smusspartikler som støv. Støv utgjør en stor andel av teppesmuss, så tepperenser bør ha en viss skummende evne.
Skummende kraft er også viktig for sjampo. Det fine skummet som produseres av væsken når man vasker håret eller bader, gjør at man føler seg komfortabel.
④ Fibertyper og fysiske egenskaper ved tekstiler
I tillegg til at den kjemiske strukturen til fibrene påvirker vedheft og fjerning av smuss, har også fibrenes utseende og den organisatoriske strukturen til garn og tekstiler en innvirkning på vanskeligheten med å fjerne smuss.
Skjell på ullfibre og den flate, stripelignende strukturen på bomullsfibre er mer utsatt for å samle smuss enn glatte fibre. For eksempel er karbonsvart som fester seg til cellulosefilm (klebende film) lett å fjerne, mens karbonsvart som fester seg til bomullsstoff er vanskelig å vaske av. For eksempel er korte fiberstoffer i polyester mer utsatt for å samle oljeflekker enn lange fiberstoffer, og oljeflekkene på korte fiberstoffer er også vanskeligere å fjerne enn på lange fiberstoffer.
Tett tvunnet garn og tette stoffer kan, på grunn av de små mikrogapene mellom fibrene, motstå inntrenging av smuss, men forhindre også at rengjøringsløsningen fjerner innvendig smuss. Derfor har tette stoffer god motstand mot smuss i begynnelsen, men de er også vanskelige å rengjøre når de først er forurenset.
⑤ Vannets hardhet
Konsentrasjonen av metallioner som Ca2+ og Mg2+ i vann har en betydelig innvirkning på vaskeeffekten, spesielt når anioniske overflateaktive stoffer møter Ca2+ og Mg2+ ioner og danner kalsium- og magnesiumsalter med dårlig løselighet, noe som kan redusere rengjøringsevnen deres. Selv om konsentrasjonen av overflateaktive stoffer er høy i hardt vann, er rengjøringseffekten fortsatt mye dårligere enn ved destillasjon. For å oppnå best mulig vaskeeffekt av overflateaktive stoffer, bør konsentrasjonen av Ca2+ ioner i vann reduseres til under 1 × 10⁻⁶ mol/L (CaCO3 bør reduseres til 0,1 mg/L). Dette krever at man tilsetter forskjellige myknere i vaskemiddelet.
Publisert: 16. august 2024