1. Površinska napetost
Sila kontrakcije po jedinici dužine na površini tečnosti naziva se površinska napetost i mjeri se u N•m-1.
2. Površinska aktivnost i surfaktant
Svojstvo koje može smanjiti površinsku napetost rastvarača naziva se površinska aktivnost, a supstance s površinskom aktivnošću nazivaju se površinski aktivne supstance.
Surfaktanti se odnose na površinski aktivne tvari koje mogu formirati micele i druge agregate u vodenim otopinama, imaju visoku površinsku aktivnost, a također imaju i funkcije 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 kao što su kvašenje, pjenjenje, emulgiranje i pranje.
Strukturno gledano, surfaktanti dijele zajedničku karakteristiku da u svojim molekulama sadrže dvije različite funkcionalne grupe. Jedan kraj je dugolančana nepolarna grupa koja je rastvorljiva u ulju, ali nerastvorljiva u vodi, poznata kao hidrofobna grupa ili hidrofobna grupa. Ove hidrofobne grupe su uglavnom dugolančani ugljikovodici, ponekad i organski fluor, organosilicij, organofosfor, organotin lanci itd. Drugi kraj je funkcionalna grupa rastvorljiva u vodi, naime hidrofilna grupa ili hidrofilna grupa. Hidrofilna grupa mora imati dovoljnu hidrofilnost kako bi se osiguralo da je cijeli surfaktant rastvorljiv u vodi i ima potrebnu rastvorljivost. Zbog prisustva hidrofilnih i hidrofobnih grupa u surfaktantima, oni se mogu rastvoriti u najmanje jednoj fazi tečne faze. Hidrofilna i oleofilna svojstva surfaktanata nazivaju se amfifilnost.
4. Vrste surfaktanata
Surfaktanti su amfifilne molekule koje imaju i hidrofobne i hidrofilne grupe. Hidrofobne grupe surfaktanata se uglavnom sastoje od dugolančanih ugljikovodika, kao što su alkil C8-C20 ravnolančani, alkil C8-C20 razgranati lanac, alkilfenil (sa 8-16 alkil atoma ugljika) itd. Razlika u hidrofobnim grupama uglavnom leži u strukturnim promjenama lanaca ugljik-vodik, sa relativno malim razlikama, dok postoji više vrsta hidrofilnih grupa. Stoga su svojstva surfaktanata uglavnom povezana s hidrofilnim grupama, pored veličine i oblika hidrofobnih grupa. Strukturne promjene hidrofilnih grupa su veće od onih kod hidrofobnih grupa, tako da se klasifikacija surfaktanata uglavnom zasniva na strukturi hidrofilnih grupa. Ova klasifikacija se uglavnom zasniva na tome da li su hidrofilne grupe jonske, dijeleći ih na anionske, kationske, nejonske, cviterjonske i druge posebne vrste surfaktanata.
5. Karakteristike vodenog rastvora surfaktanta
① Adsorpcija surfaktanata na graničnim površinama
Molekule surfaktanata imaju lipofilne i hidrofilne grupe, što ih čini amfifilnim molekulama. Voda je jako polarna tekućina. Kada se surfaktanti rastvaraju u vodi, prema principu sličnosti polariteta i odbijanja razlike polariteta, njihove hidrofilne grupe privlače se vodenoj fazi i rastvaraju se u vodi, dok njihove lipofilne grupe odbijaju vodu i napuštaju vodu. Kao rezultat toga, molekule surfaktanata (ili ioni) se adsorbiraju 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 pritisak adsorpcijske membrane: Surfaktanti se adsorbiraju na granici plin-tekućina formirajući adsorpcijsku membranu. Ako se na granicu postavi pokretna plutajuća ploča bez trenja i plutajuća ploča gura adsorpcijsku membranu duž površine otopine, membrana vrši pritisak na plutajuću ploču, što se naziva površinski pritisak.
Površinska viskoznost: Poput površinskog pritiska, površinska viskoznost je svojstvo koje pokazuju nerastvorljivi molekularni filmovi. Platinski prsten se objesi tankom metalnom žicom, njegova ravan dodiruje površinu vode u sudoperu, a zatim se platinasti prsten okreće. Viskoznost vode ometa platinasti prsten, a amplituda se postepeno smanjuje, prema čemu se može izmjeriti površinska viskoznost. Metoda je sljedeća: prvo se provedu eksperimenti na čistoj površini vode, izmjeri slabljenje amplitude, zatim se izmjeri slabljenje nakon formiranja površinske maske za lice i izračuna viskoznost površinske maske za lice iz razlike između ta dva.
Površinski viskozitet je usko povezan sa čvrstoćom površinske maske za lice. Budući da adsorpcijski film ima površinski pritisak i viskoznost, mora biti elastičan. Što je veći površinski pritisak i viskoznost adsorpcijske membrane, to je veći njen modul elastičnosti. Modul elastičnosti površinskog adsorpcijskog filma je od velikog značaja u procesu stabilizacije pjene.
③ Formiranje micela
Razrijeđeni rastvor surfaktanata slijedi zakone idealnih rastvora. Adsorpciona količina surfaktanata na površini rastvora povećava se s koncentracijom rastvora. Kada koncentracija dostigne ili pređe određenu vrijednost, adsorpciona količina se više ne povećava. Ovi prekomjerni molekuli surfaktanata u rastvoru su neuređeni ili postoje na pravilan način. I praksa i teorija su pokazale da oni u rastvoru formiraju agregate, koji se nazivaju micele.
Kritična koncentracija micelija: Minimalna koncentracija pri kojoj surfaktanti formiraju micele u otopini naziva se kritična koncentracija micelija.
④ CMC vrijednost uobičajenog surfaktanta.
6. Hidrofilna i oleofilna ravnotežna vrijednost
HLB je skraćenica za hidrofilnu lipofilnu ravnotežu, koja predstavlja hidrofilne i lipofilne ravnotežne vrijednosti hidrofilnih i lipofilnih grupa 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, tako da se pri formuliranju HLB vrijednosti, kao standard, HLB vrijednost parafina bez hidrofilnih svojstava postavlja na 0, dok se HLB vrijednost natrijum dodecil sulfata sa jakom rastvorljivošću u vodi postavlja na 40. Stoga se HLB vrijednost surfaktanata uglavnom kreće u rasponu od 1-40. Općenito govoreći, emulgatori sa HLB vrijednostima manjim od 10 su lipofilni, dok su emulgatori sa HLB vrijednostima većim od 10 hidrofilni. Stoga je prekretnica od lipofilnosti do hidrofilnosti približno 10.
7. Efekti emulgiranja i solubilizacije
Dvije nemješljive tekućine, od kojih jedna nastaje disperzijom čestica (kapljica ili tekućih kristala) u drugoj, nazivaju se emulzije. Prilikom formiranja emulzije, površina površine između dvije tekućine se povećava, što sistem čini termodinamički nestabilnim. Da bi se emulzija stabilizirala, potrebno je dodati treću komponentu - emulgator - kako bi se smanjila energija površine sistema. Emulgatori pripadaju surfaktantima, a njihova glavna funkcija je da djeluju kao emulgatori. Faza u kojoj kapljice postoje u emulziji naziva se dispergirana faza (ili unutrašnja faza, diskontinuirana faza), a druga faza povezana zajedno naziva se dispergirani medij (ili vanjska faza, kontinuirana faza).
1 Emulgatori i emulzije
Uobičajene emulzije se sastoje od jedne faze vode ili vodenog rastvora, a druge faze organskih jedinjenja koja se ne mogu mešati sa vodom, kao što su ulja, voskovi itd. Emulzije koje formiraju voda i ulje mogu se podeliti na dve vrste na osnovu njihove disperzije: ulje dispergovano u vodi formira emulziju voda u ulju, predstavljenu sa O/W (ulje/voda); voda dispergovano u ulju formira emulziju voda u ulju, predstavljenu sa W/O (voda/ulje). Pored 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 međufazne napetosti i formiranjem jednoslojne maske za lice.
Zahtjevi za emulgatore u emulgiranju: a: emulgatori moraju biti sposobni adsorbirati ili obogatiti na granici između dvije faze, smanjujući međufaznu napetost; b: Emulgatori moraju česticama dati električni naboj, uzrokujući elektrostatičko odbijanje između čestica ili formirajući stabilan, visoko viskozan zaštitni film oko čestica. Dakle, tvari koje se koriste kao emulgatori moraju imati amfifilne grupe da bi imale emulgirajuće efekte, a surfaktanti mogu ispuniti ovaj zahtjev.
② Metode pripreme emulzija i faktori koji utiču 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 omogućavanje njenom odgovarajućem agregiranju i formiranju emulzije.
Stabilnost emulzija odnosi se na njihovu sposobnost da se odupru agregaciji čestica i izazovu razdvajanje faza. Emulzije su termodinamički nestabilni sistemi sa značajnom slobodnom energijom. Stoga se stabilnost emulzije zapravo odnosi na vrijeme potrebno da sistem dostigne ravnotežu, odnosno vrijeme potrebno da se tečnost u sistemu razdvoji.
Kada se u maski za lice nalaze polarni organski molekuli poput masnih alkohola, masnih kiselina i masnih amina, čvrstoća membrane se značajno povećava. To je zato što molekuli emulgatora u sloju adsorpcije na granici površine djeluju u interakciji s polarnim molekulima poput alkohola, kiseline i amina i formiraju "kompleks", što povećava čvrstoću maske za lice na granici površine.
Emulgatori sastavljeni od dva ili više surfaktanata nazivaju se mješoviti emulgatori. Mješoviti emulgatori se adsorbiraju na granici voda/ulje, a intermolekularne interakcije mogu formirati komplekse. Zbog jake intermolekularne interakcije, međufazna napetost se značajno smanjuje, količina emulgatora adsorbiranog na granici se značajno 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 graničnoj površini ubacuju svoje lipofilne grupe u uljnu fazu, dok su hidrofilne grupe u vodenoj fazi, čineći tako kapljice nabijenim. Zbog činjenice da kapljice emulzije nose isto naboje, one se međusobno odbijaju i ne aglomeriraju se lako, što rezultira povećanom stabilnošću. Može se vidjeti da što je više iona emulgatora adsorbiranih na kapljicama, to je njihovo naboje veće i veća je njihova sposobnost da spriječe koalescenciju kapljica, čineći emulzijski sistem stabilnijim.
Viskoznost emulzionog disperzionog medija ima određeni utjecaj na stabilnost emulzije. Općenito, što je veća viskoznost disperzionog medija, veća je i stabilnost emulzije. To je zato što je viskoznost disperzionog medija visoka, što snažno ometa Brownovo kretanje kapljica tekućine, usporava sudar između kapljica i održava sistem stabilnim. Polimerne tvari koje su obično topljive u emulzijama mogu povećati viskoznost sistema i poboljšati stabilnost emulzije. Osim toga, polimer može formirati i čvrstu međufaznu masku za lice, čineći emulzijski sistem stabilnijim.
U nekim slučajevima, dodavanje čvrstog praha također može stabilizirati emulziju. Čvrsti prah nije u vodi, ulju ili na granici faza, ovisno o sposobnosti kvašenja 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 stabilizuje emulziju je taj što prah skupljen na granici faza ne jača masku za lice, koja je slična adsorpcijskim molekulima 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 formiranja micela u vodenom rastvoru, a rastvor je u tom trenutku proziran. Ovaj efekat micela naziva se solubilizacija. Surfaktanti koji mogu proizvesti solubilizirajuće efekte 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 disperzioni sistem u kojem je gas dispergovan u tečnosti ili čvrstoj materiji. Gas je disperziona faza, a tečnost ili čvrsta materija je disperzioni medij. Prva se naziva tečna pjena, dok se druga naziva čvrsta pjena, kao što su pjenasta plastika, pjenasto staklo, pjenasti cement itd.
(1) Stvaranje pjene
Pjena se ovdje odnosi na agregaciju mjehurića odvojenih tečnim filmom. Zbog velike razlike u gustoći između disperzne faze (gasa) i disperznog medija (tečnosti), te niske viskoznosti tečnosti, pjena se uvijek može brzo podići do nivoa tečnosti.
Proces formiranja pjene sastoji se u uvođenju velike količine plina u tekućinu, nakon čega se mjehurići u tekućini brzo vraćaju na površinu tekućine, formirajući agregat mjehurića odvojen malom količinom tekućine i plina.
Pjena ima dvije izvanredne karakteristike u morfologiji: prvo, mjehurići kao disperzna faza često imaju poliedarski oblik, jer na presjeku mjehurića postoji tendencija da film tekućine postane tanji, čineći mjehuriće poliedarskim. Kada film tekućine postane tanji do određene mjere, mjehurići će pući; drugo, čista tekućina ne može formirati stabilnu pjenu, ali tekućina koja može formirati pjenu sastoji se od najmanje dvije ili više komponenti. Vodeni rastvor surfaktanta je tipičan sistem koji lako stvara pjenu, a njegova sposobnost stvaranja pjene povezana je i s drugim svojstvima.
Surfaktanti s dobrom sposobnošću pjenjenja nazivaju se pjenila. Iako pjenilo ima dobru sposobnost pjenjenja, formirana pjena se možda neće moći dugo održati, odnosno njena stabilnost možda neće biti dobra. Da bi se održala stabilnost pjene, pjenilu se često dodaje tvar koja može povećati stabilnost pjene, a koja se naziva stabilizator pjene. Najčešće korišteni stabilizatori pjene su lauroil dietanolamin i dodecil dimetil amin oksid.
(2) Stabilnost pjene
Pjena je termodinamički nestabilan sistem, a konačni trend je da se ukupna površina tečnosti u sistemu smanjuje, a slobodna energija smanjuje nakon pucanja mjehurića. Proces uklanjanja pjene je proces u kojem tečni film koji odvaja gas mijenja debljinu sve dok ne pukne. Stoga je stabilnost pjene uglavnom određena brzinom ispuštanja tečnosti i čvrstoćom tečnog filma. Postoji nekoliko drugih faktora koji utiču.
① Površinska napetost
Sa energetske tačke gledišta, niska površinska napetost je povoljnija za formiranje pjene, ali ne može garantovati stabilnost pjene. Niska površinska napetost, mala razlika pritiska, spora brzina ispuštanja tečnosti i sporo stanjivanje tečnog filma pogoduju stabilnosti pjene.
② Površinska viskoznost
Ključni faktor koji određuje stabilnost pjene je čvrstoća tečnog filma, koja je uglavnom određena čvrstoćom površinskog adsorpcijskog filma, mjerenom površinskom viskoznošću. Eksperimenti pokazuju da pjena proizvedena rastvorom sa većom površinskom viskoznošću ima duži vijek trajanja. To je zato što interakcija između adsorbovanih molekula na površini dovodi do povećanja čvrstoće membrane, čime se poboljšava vijek trajanja pjene.
③ Viskoznost rastvora
Kada se viskoznost same tečnosti poveća, tečnost u tečnom filmu se ne ispušta lako, a brzina stanjivanja tečnog filma je spora, što odlaže vrijeme pucanja tečnog filma i povećava stabilnost pjene.
④ 'Popravljajući' efekat površinske napetosti
Surfaktanti adsorbovani na površini tečnog filma imaju sposobnost da se odupru širenju ili skupljanja površine tečnog filma, što nazivamo efektom popravke. To je zato što postoji tečni film surfaktanata adsorbovan na površini, a širenje njegove površine smanjit će koncentraciju molekula adsorbovanih na površini i povećati površinsku napetost. Daljnje širenje površine zahtijevat će veći napor. Suprotno tome, skupljanje površine povećat će koncentraciju adsorbovanih molekula na površini, smanjujući površinsku napetost i sprječavajući daljnje skupljanje.
⑤ Difuzija plina kroz tekući film
Zbog postojanja kapilarnog pritiska, pritisak malih mjehurića u pjeni je veći od pritiska velikih mjehurića, što uzrokuje da plin iz malih mjehurića difundira u velike mjehuriće niskog pritiska kroz tečni film, što rezultira fenomenom da mali mjehurići postaju manji, veliki mjehurići postaju veći, i na kraju pjena puca. Ako se doda surfaktant, pjena će biti ujednačena i gusta prilikom pjenjenja, i nije je lako ukloniti iz pjene. Budući da je surfaktant gusto raspoređen na tečnom filmu, teško ga je ventilirati, što pjenu čini stabilnijom.
⑥ Utjecaj površinskog naboja
Ako je film pjene i tekućine nabijen istim simbolom, dvije površine filma tekućine će se međusobno odbijati, sprječavajući stanjivanje ili čak uništenje filma tekućine. Ionski surfaktanti mogu pružiti ovaj stabilizirajući učinak.
Zaključno, čvrstoća tekućeg filma je ključni faktor za određivanje stabilnosti pjene. Kao surfaktant za sredstva za pjenjenje i stabilizatore pjene, čvrstoća i čvrstoća molekula adsorbiranih na površini su najvažniji faktori. Kada je interakcija između adsorbiranih molekula na površini jaka, adsorbirane molekule su gusto raspoređene, što ne samo da čini samu površinsku masku za lice visokom čvrstoćom, već i otežava protok otopine uz površinsku masku za lice zbog visoke površinske viskoznosti, pa je tekućem filmu relativno teško da se ocijedi, a debljinu tekućeg filma je lako 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 uslova za proizvodnju pjene ili eliminacija faktora stabilnosti pjene, tako da postoje dvije metode uklanjanja pjene, fizička i hemijska.
Fizičko uklanjanje pjene podrazumijeva promjenu uslova pod kojima se pjena stvara, a istovremeno održavanje nepromijenjenog hemijskog sastava rastvora pjene. Na primjer, djelovanje vanjske sile, promjena temperature ili pritiska i ultrazvučni tretman su sve efikasne fizičke metode za uklanjanje pjene.
Metoda hemijskog uklanjanja pjene sastoji se u dodavanju određenih supstanci koje djeluju na sredstvo za stvaranje pjene, smanjuju čvrstoću tekućeg filma u pjeni, a zatim smanjuju stabilnost pjene kako bi se postigao cilj uklanjanja pjene. Takve supstance se nazivaju sredstva za uklanjanje pjene. Većina sredstava za uklanjanje pjene su surfaktanti. Stoga, prema mehanizmu uklanjanja pjene, sredstva za uklanjanje pjene trebaju 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 su uglavnom nejonski surfaktanti. Nejonski surfaktanti imaju svojstva protiv pjenjenja blizu ili iznad svoje tačke zamućenja i obično se koriste kao sredstva protiv pjenjenja. Alkoholi, posebno oni sa razgranatim strukturama, masne kiseline i esteri, poliamidi, fosfati, silikonska ulja itd., također se često koriste kao odlična sredstva protiv pjenjenja.
(4) Pjena i pranje
Ne postoji direktna veza između pjene i efekta pranja, a količina pjene ne znači da je efekat pranja dobar ili loš. Na primjer, performanse pjenjenja nejonskih surfaktanata su daleko lošije od sapuna, ali je njihova moć čišćenja mnogo 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 da li je deterdžent učinkovit, jer mrlje od masnog ulja mogu spriječiti stvaranje pjene deterdženta. Kada ima previše mrlja od ulja, a premalo deterdženta, neće biti pjene ili će originalna pjena nestati. Ponekad se pjena može koristiti i kao pokazatelj da li je ispiranje čisto. Budući da količina pjene u otopini za ispiranje ima tendenciju smanjenja sa smanjenjem sadržaja deterdženta, stepen ispiranja može se procijeniti količinom pjene.
9. Proces pranja
U širem smislu, pranje je proces uklanjanja neželjenih komponenti sa predmeta koji se pere i postizanja određene svrhe. Pranje u uobičajenom smislu odnosi se na proces uklanjanja prljavštine sa površine nosača. Tokom pranja, interakcija između prljavštine i nosača se slabi ili eliminiše djelovanjem nekih hemijskih supstanci (kao što su deterdženti), pretvarajući kombinaciju prljavštine i nosača u kombinaciju prljavštine i deterdženta, što na kraju uzrokuje odvajanje prljavštine i nosača. Budući da su predmeti koji se peru i prljavština koja se uklanja raznoliki, pranje je vrlo složen proces, a osnovni proces pranja može se predstaviti sljedećom jednostavnom relacijom
Nosač • Prljavština + Deterdžent = Nosač + Prljavština • Deterdžent
Proces pranja se obično može podijeliti u dvije faze: prva je odvajanje prljavštine i njenog nosača pod djelovanjem deterdženta; druga je da se odvojena prljavština disperguje i suspenduje u mediju. Proces pranja je reverzibilan proces, a prljavština koja je dispergovana ili suspendovana u mediju može se ponovo istaložiti iz medija na veš. Stoga, odličan deterdžent ne bi trebao samo imati sposobnost odvajanja prljavštine od nosača, već i dobru sposobnost disperzije i suspendovanja prljavštine, te sprječavanja ponovnog taloženja prljavštine.
(1) Vrste prljavštine
Čak i za isti predmet, vrsta, sastav i količina prljavštine će varirati ovisno o okruženju upotrebe. Prljavština od ulja uglavnom uključuje životinjska i biljna ulja, kao i mineralna ulja (kao što su sirova nafta, lož ulje, katran ugljena itd.), dok čvrsta prljavština uglavnom uključuje dim, prašinu, hrđu, čađ itd. Što se tiče prljavštine od odjeće, postoji prljavština s ljudskog tijela, kao što su znoj, sebum, krv itd.; prljavština iz hrane, kao što su mrlje od voća, mrlje od jestivog ulja, mrlje od začina, škrob itd.; prljavština koju donosi kozmetika, kao što su ruž za usne i lak za nokte; prljavština iz atmosfere, kao što su dim, prašina, zemlja itd.; drugi materijali kao što su tinta, čaj, boja 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 čvrsta prljavština uključuje čestice poput pepela, blata, zemlje, hrđe i ugljičnog crnila. Većina ovih čestica ima površinski naboj, uglavnom negativan, i lako se adsorbuje na vlaknaste predmete. Općenito, čvrstu prljavštinu je teško rastvoriti u vodi, ali se može dispergovati i suspendovati rastvorima deterdženata. Čvrstu prljavštinu sa malim česticama je teško ukloniti.
② Tečna prljavština je uglavnom rastvorljiva 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 pomoću alkalija, dok se masni alkoholi i mineralna ulja ne saponificiraju pomoću alkalija, ali se mogu rastvoriti u alkoholima, eterima i organskim ugljikovodičnim rastvaračima, te se emulgovati i dispergovati vodenim rastvorima deterdženata. Tečna prljavština rastvorljiva u ulju uglavnom ima snažnu interakcijsku silu sa 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 od čaja itd. Većina ovih vrsta prljavštine može se snažno adsorbirati na vlaknaste predmete putem hemijskih reakcija. Stoga je pranje prilično teško.
Različite vrste prljavštine rijetko postoje same, često se pomiješaju i zajedno adsorbiraju na predmetima. Prljavština ponekad može oksidirati, razgraditi se ili istrunuti pod vanjskim utjecajima, što rezultira stvaranjem nove prljavštine.
(2) Učinak prianjanja prljavštine
Razlog zašto se odjeća, ruke itd. mogu zaprljati je taj što postoji neka vrsta interakcije između predmeta i prljavštine. Postoje različiti efekti prianjanja prljavštine na predmete, ali su to uglavnom fizičko prianjanje i hemijsko prianjanje.
① Fizičko prianjanje pepela od cigareta, prašine, sedimenta, čađi i drugih supstanci 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 elektrostatičko prianjanje.
A: Mehaničko prianjanje se uglavnom odnosi na prianjanje čvrste prljavštine poput prašine i sedimenta. Mehaničko prianjanje je slaba metoda prianjanja za prljavštinu, 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 manifestuje djelovanjem nabijenih čestica prljavštine na objekte sa suprotnim nabojima. Većina vlaknastih objekata nosi negativno naboje u vodi i lako se prianja uz pozitivno nabijenu prljavštinu poput kreča. Neke prljavštine, iako negativno nabijene, poput čestica ugljičnog crnila u vodenim rastvorima, mogu se prianjati za vlakna putem ionskih mostova koje formiraju pozitivni ioni (kao što su Ca2+, Mg2+, itd.) u vodi (ioni djeluju zajedno između više suprotnih naboja, ponašajući se kao mostovi).
Statički elektricitet je jači od jednostavnog mehaničkog djelovanja, što otežava uklanjanje prljavštine.
③ Uklanjanje posebne prljavštine
Proteini, škrob, ljudski sekreti, 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 ili oligopeptide rastvorljive u vodi.
Mrlje od škroba uglavnom potiču od hrane, dok druge, poput sokova od mesa, paste itd. Škrobni enzimi imaju katalitički učinak na hidrolizu škrobnih mrlja, razgrađujući škrob na 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 razgradilo 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 hromofora ili hromoforskih grupa i degradiraju ih na manje komponente rastvorljive u vodi.
Sa stanovišta hemijskog čišćenja, postoje otprilike tri vrste prljavštine.
① Prljavština rastvorljiva u ulju uključuje različita ulja i masti, koje su tečne ili masne i rastvorljive u rastvaračima za hemijsko čišćenje.
② Prljavština rastvorljiva u vodi je rastvorljiva u vodenom rastvoru, ali nerastvorljiva u sredstvima za hemijsko čišćenje. Apsorbira se na odjeću u obliku vodenog rastvora, a nakon što voda ispari, talože se granularne čvrste materije poput neorganskih soli, škroba, proteina itd.
③ Prljavština nerastvorljiva u ulju i vodi nerastvorljiva je i u vodi i u rastvaračima za hemijsko čišćenje, kao što su crni ugljik, razni metalni silikati i oksidi.
Zbog različitih svojstava različitih vrsta prljavštine, postoje različiti načini uklanjanja prljavštine tokom procesa hemijskog čišćenja. Prljavština rastvorljiva u ulju, kao što su životinjska i biljna ulja, mineralna ulja i masti, lako se rastvara u organskim rastvaračima i može se lako ukloniti tokom hemijskog čišćenja. Odlična rastvorljivost rastvarača za hemijsko čišćenje ulja i masti u suštini je posledica van der Waalsovih sila između molekula.
Za uklanjanje prljavštine rastvorljive u vodi, kao što su neorganske soli, šećeri, proteini, znoj itd., potrebno je dodati i odgovarajuću količinu vode u sredstvo za hemijsko čišćenje, u suprotnom je prljavštinu rastvorljivu u vodi teško ukloniti s odjeće. Međutim, voda se teško rastvara u sredstvima za hemijsko čišćenje, pa je za povećanje količine vode potrebno dodati surfaktante. Voda prisutna u sredstvima za hemijsko čišćenje može hidratizirati prljavštinu i površinu odjeće, što olakšava interakciju s polarnim grupama surfaktanata, što je korisno za adsorpciju surfaktanata na površini. Osim toga, kada surfaktanti formiraju micele, prljavština rastvorljiva u vodi i voda mogu se rastvoriti u micelama. Surfaktanti ne samo da mogu povećati sadržaj vode u rastvaračima za hemijsko čišćenje, već i spriječiti ponovno taloženje prljavštine kako bi se poboljšao učinak čišćenja.
Prisustvo male količine vode je neophodno za uklanjanje prljavštine rastvorljive u vodi, ali prekomjerna količina vode može uzrokovati deformaciju, gužvanje itd. neke odjeće, tako da sadržaj vode u suhom deterdžentu mora biti umjeren.
Čvrste čestice poput pepela, blata, zemlje i ugljika, koje nisu ni rastvorljive u vodi ni u ulju, uglavnom se prianjaju za odjeću elektrostatskom adsorpcijom ili kombiniranjem s mrljama od ulja. Kod hemijskog čišćenja, protok i udar rastvarača mogu uzrokovati otpadanje prljavštine apsorbirane elektrostatičkim silama, dok sredstva za hemijsko čišćenje mogu otopiti mrlje od ulja, uzrokujući da čvrste čestice koje se kombiniraju s mrljama od ulja i prianjaju za odjeću otpadaju sa sredstva za hemijsko čišćenje. Mala količina vode i surfaktanata u sredstvu za hemijsko čišćenje može stabilno suspendirati i raspršiti čestice čvrste prljavštine koje otpadaju, sprječavajući njihovo ponovno taloženje na odjeći.
(5) Faktori koji utiču na efekat pranja
Usmjerena adsorpcija surfaktanata na granici faza i smanjenje površinske (međufazne) napetosti glavni su faktori za uklanjanje tekućih ili čvrstih nečistoća. Međutim, proces pranja je relativno složen i čak na učinak pranja iste vrste deterdženta utječu mnogi drugi faktori. Ti faktori uključuju koncentraciju deterdženta, temperaturu, prirodu prljavštine, vrstu vlakana i strukturu tkanine.
① Koncentracija surfaktanata
Micele surfaktanata u rastvoru igraju važnu ulogu u procesu pranja. Kada koncentracija dostigne kritičnu koncentraciju micela (cmc), efekat pranja naglo se povećava. Stoga, koncentracija deterdženta u rastvaraču treba biti veća od CMC vrijednosti kako bi se postigao dobar efekat pranja. Međutim, kada koncentracija surfaktanata premaši CMC vrijednost, povećanje efekta 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, efekat solubilizacije se i dalje povećava s povećanjem koncentracije surfaktanta. U ovom slučaju, preporučljivo je koristiti deterdžent lokalno, kao što je na manžetnama i kragnama odjeće gdje ima puno prljavštine. Prilikom pranja, prvo se može nanijeti sloj deterdženta kako bi se poboljšao efekat solubilizacije surfaktanata na mrlje od ulja.
② Temperatura ima značajan utjecaj na učinak čišćenja. Sveukupno, povećanje temperature je korisno za uklanjanje prljavštine, ali ponekad previsoka temperatura može uzrokovati i negativne faktore.
Povećanje temperature je korisno za difuziju prljavštine. Čvrste mrlje od ulja se lako emulgiraju kada je temperatura iznad njihove tačke topljenja, a vlakna također povećavaju svoj stepen širenja zbog povećanja temperature. Svi ovi faktori su korisni za uklanjanje prljavštine. Međutim, kod gustih tkanina, mikro praznine između vlakana se smanjuju 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 ugljičnim 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 je različit za ionske i nejonske surfaktante. Kod ionskih surfaktanata, povećanje temperature općenito dovodi do povećanja CMC vrijednosti i smanjenja veličine micelija. To znači da koncentraciju surfaktanata u otopini za pranje treba povećati. Kod nejonskih surfaktanata, povećanje temperature dovodi do smanjenja njihove CMC vrijednosti i značajnog povećanja veličine micelija. Može se vidjeti da odgovarajuće povećanje temperature može pomoći nejonskim surfaktantima da ispolje svoju površinsku aktivnost. Ali temperatura ne smije prelaziti tačku 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 toplo pranje.
③ Pjena
Ljudi često miješaju sposobnost pjenjenja s efektom pranja, vjerujući da deterdženti s jakom sposobnošću pjenjenja imaju bolji efekat pranja. Rezultati pokazuju da efekat pranja nije direktno povezan s količinom pjene. Na primjer, korištenje deterdženta s niskim stvaranjem pjene za pranje nema lošiji efekat pranja od deterdženta s visokim stvaranjem pjene.
Iako pjena nije direktno 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 dio prljavštine na tepihu, tako da 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 fizička svojstva tekstila
Pored hemijske strukture vlakana koja utiče na prianjanje i uklanjanje prljavštine, izgled vlakana i organizacijska struktura pređe i tkanina također utiču na teškoću uklanjanja prljavštine.
Ljuske vunenih vlakana i ravna trakasta struktura pamučnih vlakana sklonije su nakupljanju prljavštine nego glatka vlakna. Na primjer, čađ prilijepljen za celuloznu foliju (ljepljivi film) lako se uklanja, dok se čađ prilijepljen za pamučnu tkaninu teško pere. Na primjer, tkanine od poliestera s kratkim vlaknima sklonije su nakupljanju mrlja od ulja nego tkanine s dugim vlaknima, a mrlje od ulja na tkaninama s kratkim vlaknima također je teže ukloniti nego one na tkaninama s dugim vlaknima.
Čvrsto upredene pređe i čvrste tkanine, zbog malih mikropraznina između vlakana, mogu odoljeti prodiranju prljavštine, ali i spriječiti da sredstvo za čišćenje ukloni unutrašnju 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 kao što su Ca2+ i Mg2+ u vodi ima značajan utjecaj na učinak pranja, posebno kada anionski surfaktanti susretnu Ca2+ i Mg2+ ione formirajući 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. Da 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. avg. 2024.