1. Површински напон
Сила контракције по јединици дужине на површини течности назива се површинска напетост, мери се у N • m-1.
2. Површинска активност и сурфактант
Својство које може смањити површински напон растварача назива се површинска активност, а супстанце са површинском активношћу називају се површински активне супстанце.
Сурфактанти се односе на површински активне супстанце које могу да формирају мицеле и друге агрегате у воденим растворима, имају високу површинску активност, а такође имају и функције влажења, емулгирања, пењења, прања и друге функције.
3. Молекуларне структурне карактеристике сурфактанта
Сурфактанти су органска једињења са посебним структурама и својствима која могу значајно променити међуповршинску напетост између две фазе или површинску напетост течности (обично воде), и имају својства као што су влажење, пењење, емулгирање и прање.
Структурно гледано, сурфактанти деле заједничку карактеристику да садрже две различите функционалне групе у својим молекулима. Један крај је дуголанчана неполарна група која је растворљива у уљу, али нерастворљива у води, позната као хидрофобна група или хидрофобна група. Ове хидрофобне групе су генерално дуголанчани угљоводоници, понекад и органски флуор, органосилицијум, органофосфор, органотин ланци итд. Други крај је функционална група растворљива у води, наиме хидрофилна група или хидрофилна група. Хидрофилна група мора имати довољну хидрофилност да би се осигурало да је цео сурфактант растворљив у води и да има потребну растворљивост. Због присуства хидрофилних и хидрофобних група у сурфактантима, они се могу растворити у најмање једној фази течне фазе. Хидрофилна и олеофилна својства сурфактанта називају се амфифилност.
4. Врсте сурфактаната
Сурфактанти су амфифилни молекули који имају и хидрофобне и хидрофилне групе. Хидрофобне групе сурфактанта су генерално састављене од дуголанчаних угљоводоника, као што су алкил C8-C20 са правим ланцем, алкил C8-C20 са разгранатим ланцем, алкилфенил (са 8-16 алкил атома угљеника) итд. Разлика између хидрофобних група углавном лежи у структурним променама ланаца угљеника и водоника, са релативно малим разликама, док постоји више врста хидрофилних група. Стога су својства сурфактанта углавном повезана са хидрофилним групама, поред величине и облика хидрофобних група. Структурне промене хидрофилних група су веће од оних код хидрофобних група, па се класификација сурфактанта генерално заснива на структури хидрофилних група. Ова класификација се углавном заснива на томе да ли су хидрофилне групе јонске, делећи их на анјонске, катјонске, нејонске, цвитерјонске и друге посебне врсте сурфактанта.
5. Карактеристике воденог раствора сурфактанта
① Адсорпција сурфактаната на границама
Молекули сурфактанта имају липофилне и хидрофилне групе, што их чини амфифилним молекулима. Вода је јако поларна течност. Када се сурфактанти растворе у води, према принципу сличности поларности и одбијања разлике поларности, њихове хидрофилне групе се привлаче воденој фази и растварају у води, док њихове липофилне групе одбијају воду и напуштају воду. Као резултат тога, молекули сурфактанта (или јони) се адсорбују на граници између две фазе, смањујући међуповршинску напетост између две фазе. Што се више молекула сурфактанта (или јона) адсорбује на граници, то је веће смањење међуповршинске напетости.
② Нека својства адсорпционе мембране
Површински притисак адсорпционе мембране: Сурфактанти се адсорбују на граници гаса и течности и формирају адсорпциону мембрану. Ако се покретна плутајућа плоча без трења постави на границу и плутајућа плоча гура адсорпциону мембрану дуж површине раствора, мембрана врши притисак на плутајућу плочу, што се назива површински притисак.
Површински вискозитет: Као и површински притисак, површински вискозитет је својство које показују нерастворљиви молекуларни филмови. Окачите платинасти прстен танком металном жицом, доведите његову раван у контакт са површином воде судопера, ротирајте платинасти прстен, платинасти прстен је ометан вискозитетом воде, а амплитуда се постепено смањује, према чему се може измерити површински вискозитет. Метода је следећа: прво спроведите експерименте на чистој површини воде, измерите слабљење амплитуде, затим измерите слабљење након формирања површинске маске за лице и израчунајте вискозитет површинске маске за лице из разлике између та два.
Површински вискозитет је уско повезан са чврстоћом површинске маске за лице. Пошто адсорпциони филм има површински притисак и вискозитет, мора бити еластичан. Што је већи површински притисак и вискозитет адсорпционе мембране, то је већи њен модул еластичности. Модул еластичности површинског адсорпционог филма је од великог значаја у процесу стабилизације пене.
③ Формирање мицела
Разблажени раствор сурфактаната прати законе идеалних раствора. Адсорпциона количина сурфактаната на површини раствора расте са концентрацијом раствора. Када концентрација достигне или пређе одређену вредност, адсорпциона количина се више не повећава. Ови прекомерни молекули сурфактаната у раствору су неуређени или постоје на правилан начин. И пракса и теорија су показале да они у раствору формирају агрегате, који се називају мицеле.
Критична концентрација мицела: Минимална концентрација при којој сурфактанти формирају мицеле у раствору назива се критична концентрација мицела.
④ CMC вредност уобичајеног сурфактанта.
6. Хидрофилна и олеофилна равнотежна вредност
HLB је скраћеница од хидрофилне липофилне равнотеже, која представља хидрофилне и липофилне равнотежне вредности хидрофилних и липофилних група сурфактаната, односно HLB вредност сурфактаната. Висока HLB вредност указује на јаку хидрофилност и слабу липофилност молекула; Напротив, он има јаку липофилност и слабу хидрофилност.
① Прописи о вредности HLB-а
Вредност HLB је релативна вредност, тако да се при формулисању вредности HLB, као стандард, вредност HLB парафина без хидрофилних својстава поставља на 0, док се вредност HLB натријум додецил сулфата са јаком растворљивошћу у води поставља на 40. Стога је вредност HLB сурфактаната генерално у опсегу од 1-40. Генерално говорећи, емулгатори са вредностима HLB мањим од 10 су липофилни, док су емулгатори са вредностима HLB већим од 10 хидрофилни. Стога је прекретница од липофилности до хидрофилности приближно 10.
7. Ефекти емулгирања и солубилизације
Две течности које се не мешају, од којих једна настаје дисперговањем честица (капљица или течних кристала) у другој, називају се емулзије. Приликом формирања емулзије, површина међуповршине између две течности се повећава, што систем чини термодинамички нестабилним. Да би се емулзија стабилизовала, потребно је додати трећу компоненту - емулгатор - како би се смањила енергија међуповршине система. Емулгатори спадају у сурфактанте, а њихова главна функција је да делују као емулгатори. Фаза у којој капљице постоје у емулзији назива се диспергована фаза (или унутрашња фаза, дисконтинуирана фаза), а друга фаза повезана заједно назива се диспергована средина (или спољашња фаза, континуирана фаза).
① Емулгатори и емулзије
Уобичајене емулзије се састоје од једне фазе воде или воденог раствора, а друге фазе органских једињења која се не мешају са водом, као што су уља, воскови итд. Емулзије које формирају вода и уље могу се поделити на два типа на основу њихове дисперзије: уље дисперговано у води формира емулзију вода у уљу, представљену са О/В (уље/вода); вода диспергована у уљу формира емулзију вода у уљу, представљену са В/О (вода/уље). Поред тога, могу се формирати и комплексне емулзије вода у уљу у води В/О/В и уље у води у уљу О/В/О.
Емулгатор стабилизује емулзију смањењем међуповршинске напетости и формирањем једнослојне маске за лице.
Захтеви за емулгаторе у емулгирању: а: емулгатори морају бити способни да адсорбују или обогаћују на граници између две фазе, смањујући међуповршинску напетост; б: Емулгатори морају дати честицама електрично наелектрисање, изазивајући електростатичко одбијање између честица или формирајући стабилан, високо вискозни заштитни филм око честица. Дакле, супстанце које се користе као емулгатори морају имати амфифилне групе да би имале емулгаторске ефекте, а сурфактанти могу да испуне овај захтев.
② Методе припреме емулзија и фактори који утичу на стабилност емулзије
Постоје две методе за припрему емулзија: једна је коришћење механичких метода за дисперзију течности у мале честице у другој течности, што се обично користи у индустрији за припрему емулзија; друга метода је растварање течности у молекуларном стању у другој течности, а затим њено агрегирање на одговарајући начин да би се формирала емулзија.
Стабилност емулзија односи се на њихову способност да се одупру агрегацији честица и изазову раздвајање фаза. Емулзије су термодинамички нестабилни системи са значајном слободном енергијом. Стога се стабилност емулзије заправо односи на време потребно да систем достигне равнотежу, односно време потребно да се течност у систему раздвоји.
Када се у маски за лице налазе поларни органски молекули као што су масни алкохол, масна киселина и масни амин, чврстоћа мембране се значајно повећава. То је зато што молекули емулгатора у адсорпционом слоју интерфејса интерагују са поларним молекулима као што су алкохол, киселина и амин и формирају „комплекс“, што повећава чврстоћу маске за лице интерфејса.
Емулгатори састављени од два или више сурфактаната називају се мешовити емулгатори. Мешовити емулгатори се адсорбују на граници вода/уље, а међумолекуларне интеракције могу формирати комплексе. Због јаке међумолекуларне интеракције, међуповршинска напетост се значајно смањује, количина емулгатора адсорбованог на граници се значајно повећава, а густина и чврстоћа формиране међуповршинске маске лица се повећавају.
Наелектрисање капљица има значајан утицај на стабилност емулзија. Стабилне емулзије обично имају капљице са електричним наелектрисањем. Када се користе јонски емулгатори, јони емулгатора адсорбовани на међуфазној површини убацују своје липофилне групе у уљану фазу, док су хидрофилне групе у воденој фази, чинећи тако капљице наелектрисаним. Због чињенице да капљице емулзије носе исто наелектрисање, оне се међусобно одбијају и не агломерирају се лако, што резултира повећаном стабилношћу. Може се видети да што је више јона емулгатора адсорбованих на капљицама, то је њихово наелектрисање веће и већа је њихова способност да спрече коалесценцију капљица, чинећи емулзиони систем стабилнијим.
Вискозност емулзионог дисперзионог медијума има одређени утицај на стабилност емулзије. Генерално, што је већи вискозитет дисперзионог медијума, већа је стабилност емулзије. То је зато што је вискозност дисперзионог медијума висока, што снажно омета Брауново кретање капљица течности, успорава судар између капљица и одржава систем стабилним. Полимерне супстанце које су обично растворљиве у емулзијама могу повећати вискозност система и побољшати стабилност емулзије. Поред тога, полимер такође може формирати чврсту интерфејс маску за лице, чинећи емулзиони систем стабилнијим.
У неким случајевима, додавање чврстог праха такође може стабилизовати емулзију. Чврсти прах се не налази у води, уљу или на граници између површина, у зависности од способности квашења уља и воде на чврстом праху. Ако чврсти прах није потпуно навлажен водом, а може се навлажити уљем, остаће на граници између воде и уља.
Разлог зашто чврсти прах не стабилизује емулзију је тај што прах сакупљен на граници не ојачава границу маске за лице, која је слична граници адсорпционих молекула емулгатора. Стога, што су честице чврстог праха ближе распоређене на граници, емулзија ће бити стабилнија.
Сурфактанти имају способност да значајно повећају растворљивост органских једињења која су нерастворљива или слабо растворљива у води након формирања мицела у воденом раствору, а раствор је у том тренутку провидан. Овај ефекат мицела назива се солубилизација. Сурфактанти који могу произвести солубилизујуће ефекте називају се солубилизатори, а органска једињења која су растворена називају се солубилизована једињења.
8. Пена
Пена игра важну улогу у процесу прања. Пена се односи на дисперзиони систем у коме је гас диспергован у течности или чврстој материји. Гас је дисперзиона фаза, а течност или чврста материја је дисперзиони медијум. Прва се назива течна пена, док се друга назива чврста пена, као што су пенаста пластика, пенасто стакло, пенасти цемент итд.
(1) Формирање пене
Пена се овде односи на агрегацију мехурића раздвојених течним филмом. Због велике разлике у густини између дисперговане фазе (гаса) и дисперговане средине (течности), и ниске вискозности течности, пена увек може брзо да се подигне до нивоа течности.
Процес формирања пене је уношење велике количине гаса у течност, а мехурићи у течности се брзо враћају на површину течности, формирајући агрегат мехурића одвојен малом количином течности и гаса.
Пена има две изузетне карактеристике у морфологији: једна је да су мехурићи као диспергована фаза често полиедарски, јер на пресеку мехурића постоји тенденција да се течни филм разреди, чинећи мехуриће полиедарским. Када течни филм постане тањи до одређене мере, мехурићи ће пући; друго, чиста течност не може да формира стабилну пену, али течност која може да формира пену састоји се од најмање две или више компоненти. Водени раствор сурфактанта је типичан систем који лако ствара пену, а његова способност стварања пене је такође повезана са другим својствима.
Сурфактанти са добром способношћу пењења називају се средства за пењење. Иако средство за пењење има добру способност пењења, формирана пена можда неће моћи да се одржи дуго времена, односно њена стабилност можда неће бити добра. Да би се одржала стабилност пене, средству за пењење се често додаје супстанца која може повећати стабилност пене, која се назива стабилизатор пене. Уобичајено коришћени стабилизатори пене су лауроил диетаноламин и додецил диметил амин оксид.
(2) Стабилност пене
Пена је термодинамички нестабилан систем, а коначни тренд је да се укупна површина течности у систему смањује, а слободна енергија се смањује након пуцања мехурића. Процес уклањања пене је процес у којем течни филм који одваја гас мења дебљину док не пукне. Стога, стабилност пене је углавном одређена брзином испуштања течности и чврстоћом течног филма. Постоји неколико других фактора који утичу.
① Површински напон
Са енергетске тачке гледишта, ниска површинска напетост је повољнија за формирање пене, али не може гарантовати стабилност пене. Ниска површинска напетост, мала разлика у притиску, спора брзина испуштања течности и споро тањење течног филма погодују стабилности пене.
② Површински вискозитет
Кључни фактор који одређује стабилност пене је чврстоћа течног филма, која се углавном одређује чврстоћом површинског адсорпционог филма, мерено површинским вискозитетом. Експерименти показују да пена произведена раствором са већим површинским вискозитетом има дужи век трајања. То је зато што интеракција између адсорбованих молекула на површини доводи до повећања чврстоће мембране, чиме се побољшава век трајања пене.
③ Вискозност раствора
Када се вискозност саме течности повећа, течност у течном филму се не испушта лако, а брзина тањења течног филма је спора, што одлаже време пуцања течног филма и повећава стабилност пене.
④ „Поправљајући“ ефекат површинске напетости
Сурфактанти адсорбовани на површини течног филма имају способност да се одупру ширењу или скупљању површине течног филма, што називамо ефектом поправке. То је зато што постоји течни филм сурфактанта адсорбован на површини, а проширење његове површине смањиће концентрацију молекула адсорбованих на површини и повећати површински напон. Даље проширење површине захтеваће већи напор. Насупрот томе, скупљање површине повећаће концентрацију адсорбованих молекула на површини, смањујући површински напон и спречавајући даље скупљање.
⑤ Дифузија гаса кроз течни филм
Због постојања капиларног притиска, притисак малих мехурића у пени је већи него код великих мехурића, што ће довести до тога да гас у малим мехурићима дифундује у велике мехуриће ниског притиска кроз течни филм, што резултира феноменом да мали мехурићи постају мањи, велики мехурићи постају већи, и на крају пена пуца. Ако се дода сурфактант, пена ће бити уједначена и густа приликом пењења и није је лако уклонити из пене. Пошто је сурфактант густо распоређен на течном филму, тешко га је вентилирати, што пену чини стабилнијом.
⑥ Утицај површинског наелектрисања
Ако је филм пене и течности означен истим симболом, две површине течног филма ће се међусобно одбијати, спречавајући истањивање или чак уништење течног филма. Јонски сурфактанти могу пружити овај стабилизујући ефекат.
Закључно, чврстоћа течног филма је кључни фактор за одређивање стабилности пене. Као сурфактант за средства за стварање пене и стабилизаторе пене, чврстоћа и чврстина молекула адсорбованих на површини су најважнији фактори. Када је интеракција између адсорбованих молекула на површини јака, адсорбовани молекули су густо распоређени, што не само да чини саму површинску маску за лице високом чврстоћом, већ и отежава проток раствора поред површинске маске због високе површинске вискозности, па је течном филму релативно тешко да се одводи, а дебљина течног филма се лако одржава. Поред тога, густо распоређени површински молекули такође могу смањити пропустљивост молекула гаса и тиме повећати стабилност пене.
(3) Уништавање пене
Основни принцип уништавања пене је промена услова за стварање пене или елиминисање фактора стабилности пене, тако да постоје две методе уклањања пене, физичка и хемијска.
Физичко уклањање пене је промена услова под којима се пена ствара, а хемијски састав раствора пене остаје непромењен. На пример, спољашње сметње, промена температуре или притиска и ултразвучна обрада су све ефикасне физичке методе за уклањање пене.
Метода хемијског уклањања пене је додавање неких супстанци које интерагују са средством за стварање пене, смањују чврстоћу течног филма у пени, а затим смањују стабилност пене како би се постигао циљ уклањања пене. Такве супстанце се називају средства за уклањање пене. Већина средстава за уклањање пене су сурфактанти. Стога, према механизму уклањања пене, средства за уклањање пене треба да имају јаку способност смањења површинске напетости, да се лако адсорбују на површини и да имају слабе интеракције између молекула адсорбованих на површини, што резултира релативно лабавом структуром распореда адсорбованих молекула.
Постоје различите врсте средстава против пењења, али су углавном нејонски сурфактанти. Нејонски сурфактанти имају својства против пењења близу или изнад тачке замућења и обично се користе као средства против пењења. Алкохоли, посебно они са разгранатим структурама, масне киселине и естри, полиамиди, фосфати, силиконска уља итд., такође се често користе као одлична средства против пењења.
(4) Пена и прање
Не постоји директна веза између пене и ефекта прања, а количина пене не значи да је ефекат прања добар или лош. На пример, перформансе пењења нејонских сурфактанта су далеко инфериорније од сапуна, али је њихова моћ чишћења много боља од сапуна.
У неким случајевима, пена је корисна у уклањању прљавштине. На пример, приликом прања посуђа код куће, пена детерџента може уклонити капљице уља које су испране; приликом рибања тепиха, пена помаже у уклањању чврсте прљавштине попут прашине и праха. Поред тога, пена се понекад може користити као показатељ да ли је детерџент ефикасан, јер масне мрље од уља могу инхибирати пењење детерџента. Када има превише мрља од уља, а премало детерџента, неће бити пене или ће оригинална пена нестати. Понекад се пена може користити и као показатељ да ли је испирање чисто. Пошто количина пене у раствору за испирање има тенденцију да се смањује са смањењем садржаја детерџента, степен испирања може се проценити количином пене.
9. Процес прања
У ширем смислу, прање је процес уклањања нежељених компоненти са предмета који се пере и постизање одређене сврхе. Прање у уобичајеном смислу односи се на процес уклањања прљавштине са површине носача. Током прања, интеракција између прљавштине и носача се ослабљује или елиминише дејством неких хемијских супстанци (као што су детерџенти), трансформишући комбинацију прљавштине и носача у комбинацију прљавштине и детерџента, што на крају доводи до одвајања прљавштине и носача. Пошто су предмети који се перу и прљавштина која се уклања разноврсни, прање је веома сложен процес, а основни процес прања може се представити следећим једноставним односом
Носач • Прљавштина + Детерџент = Носач + Прљавштина • Детерџент
Процес прања се обично може поделити у две фазе: једна је одвајање прљавштине и њеног носача под дејством детерџента; друга је да се одвојена прљавштина диспергује и суспендује у медијуму. Процес прања је реверзибилан процес, а прљавштина која је диспергована или суспендована у медијуму може се поново таложити из медијума на веш. Стога, одличан детерџент не само да треба да има способност да одвоји прљавштину од носача, већ и да има добру способност да диспергује и суспендује прљавштину и спречи поновно таложење прљавштине.
(1) Врсте прљавштине
Чак и за исти предмет, врста, састав и количина прљавштине варираће у зависности од окружења употребе. Прљавштина од уља углавном обухвата животињска и биљна уља, као и минерална уља (као што су сирова нафта, лож уље, катран угља итд.), док чврста прљавштина углавном обухвата дим, прашину, рђу, угљеничну чађ итд. Што се тиче прљавштине са одеће, постоји прљавштина са људског тела, као што су зној, себум, крв итд.; прљавштина из хране, као што су мрље од воћа, мрље од јестивог уља, мрље од зачина, скроб итд.; прљавштина коју уносе козметика, као што су кармин и лак за нокте; прљавштина из атмосфере, као што су дим, прашина, земља итд.; други материјали као што су мастило, чај, боја итд. Може се рећи да постоје разне и разноврсне врсте.
Различите врсте прљавштине се обично могу поделити у три категорије: чврста прљавштина, течна прљавштина и посебна прљавштина.
① Уобичајена чврста прљавштина обухвата честице као што су пепео, блато, земља, рђа и угљеник. Већина ових честица има површинско наелектрисање, углавном негативно, и лако се адсорбује на влакнасте предмете. Генерално, чврсту прљавштину је тешко растворити у води, али се може дисперговати и суспендовати растворима детерџената. Чврсту прљавштину са малим честицама је тешко уклонити.
② Течна прљавштина је углавном растворљива у уљу, укључујући животињска и биљна уља, масне киселине, масне алкохоле, минерална уља и њихове оксиде. Међу њима, животињска и биљна уља и масне киселине могу се сапонификацити помоћу алкалија, док се масни алкохоли и минерална уља не сапонификацију обављају помоћу алкалија, али се могу растворити у алкохолима, етрима и органским угљоводоничним растварачима, и емулговати и дисперговати воденим растворима детерџената. Течна прљавштина растворљива у уљу генерално има јаку интеракцију са влакнастим предметима и чврсто се адсорбује на влакна.
③ Посебна прљавштина укључује протеине, скроб, крв, људске секрете попут зноја, себума, урина, као и воћни сок, сок од чаја итд. Већина ових врста прљавштине може се снажно апсорбовати на влакнасте предмете путем хемијских реакција. Због тога је прање прилично тешко.
Различите врсте прљавштине ретко постоје саме, често се помешају и заједно апсорбују на предметима. Прљавштина понекад може оксидирати, разградити се или истрошити под спољашњим утицајима, што доводи до стварања нове прљавштине.
(2) Ефекат адхезије прљавштине
Разлог зашто се одећа, руке итд. могу запрљати је тај што постоји нека врста интеракције између предмета и прљавштине. Постоје различити ефекти адхезије прљавштине на предмете, али су то углавном физичка адхезија и хемијска адхезија.
① Физичко пријањање пепела од цигарета, прашине, седимента, чађи и других супстанци на одећу. Генерално говорећи, интеракција између прилепљене прљавштине и контаминираног предмета је релативно слаба, а уклањање прљавштине је такође релативно лако. У зависности од различитих сила, физичко пријањање прљавштине може се поделити на механичко пријањање и електростатичко пријањање.
A: Механичко пријањање се углавном односи на пријањање чврсте прљавштине као што су прашина и седименти. Механичко пријањање је слаба метода пријањања за прљавштину, која се готово може уклонити једноставним механичким методама. Међутим, када је величина честица прљавштине мала (<0,1 μm), теже ју је уклонити.
Б: Електростатичка адхезија се углавном манифестује деловањем наелектрисаних честица прљавштине на предмете са супротним наелектрисањем. Већина влакнастих предмета носи негативно наелектрисање у води и лако се лепи за позитивно наелектрисану прљавштину као што је креч. Нека прљавштина, иако негативно наелектрисана, као што су честице чађи у воденим растворима, може се лепити за влакна кроз јонске мостове које формирају позитивни јони (као што су Ca2+, Mg2+, итд.) у води (јони делују заједно између више супротних наелектрисања, понашајући се као мостови).
Статички електрицитет је јачи од једноставног механичког дејства, што отежава уклањање прљавштине.
③ Уклањање посебне прљавштине
Протеини, скроб, људски секрети, воћни сок, сок од чаја и друге врсте прљавштине тешко се уклањају уобичајеним сурфактантима и захтевају посебне методе третмана.
Протеинске мрље попут креме, јаја, крви, млека и кожних излучевина склоне су коагулацији и денатурацији на влакнима и чвршће се пријањају. За уклањање протеинских загађења може се користити протеаза. Протеаза може разградити протеине у прљавштини на аминокиселине растворљиве у води или олигопептиде.
Скробне мрље углавном потичу од хране, док друге попут сокова од меса, пасте итд. Скробни ензими имају каталитички ефекат на хидролизу скробних мрља, разлажући скроб на шећере.
Липаза може катализовати разградњу неких триглицерида које је тешко уклонити конвенционалним методама, као што су себум који лучи људско тело, јестива уља итд., како би се триглицериди разградили на растворљиви глицерол и масне киселине.
Неке обојене мрље од воћног сока, чаја, мастила, кармина итд. често је тешко темељно очистити чак и након вишеструког прања. Ова врста мрље може се уклонити реакцијама оксидације и редукције коришћењем оксиданата или редукционих средстава као што је избељивач, који разграђују структуру хромофора или хромофорних група и разграђују их на мање компоненте растворљиве у води.
Са становишта хемијског чишћења, постоје отприлике три врсте прљавштине.
① Прљавштина растворљива у уљу обухвата различита уља и масти, које су течне или масне и растворљиве у растварачима за хемијско чишћење.
② Прљавштина растворљива у води је растворљива у воденом раствору, али нерастворљива у средствима за хемијско чишћење. Апсорбује се на одећу у облику воденог раствора, а након што вода испари, таложе се гранулиране чврсте материје попут неорганских соли, скроб, протеини итд.
③ Прљавштина нерастворљива у води уља је нерастворљива ни у води ни у растварачима за хемијско чишћење, као што су чађ, разни метални силикати и оксиди.
Због различитих својстава различитих врста прљавштине, постоје различити начини уклањања прљавштине током процеса хемијског чишћења. Прљавштина растворљива у уљу, као што су животињска и биљна уља, минерална уља и масти, лако се растворљива у органским растварачима и може се лако уклонити током хемијског чишћења. Одлична растворљивост растварача за хемијско чишћење уља и масти у суштини је последица ван дер Валсових сила између молекула.
За уклањање прљавштине растворљиве у води, као што су неорганске соли, шећери, протеини, зној итд., потребно је додати одговарајућу количину воде средству за хемијско чишћење, у супротном је прљавштину растворљиву у води тешко уклонити са одеће. Међутим, вода се тешко раствара у средствима за хемијско чишћење, па је за повећање количине воде потребно додати сурфактанте. Вода присутна у средствима за хемијско чишћење може хидрирати прљавштину и површину одеће, што олакшава интеракцију са поларним групама сурфактанта, што је корисно за адсорпцију сурфактанта на површини. Поред тога, када сурфактанти формирају мицеле, прљавштина растворљива у води и вода могу се растворити у мицелима. Сурфактанти не само да могу повећати садржај воде у растварачима за хемијско чишћење, већ и спречити поновно таложење прљавштине како би се побољшао ефекат чишћења.
Присуство мале количине воде је неопходно за уклањање прљавштине растворљиве у води, али прекомерна количина воде може проузроковати деформацију, наборање итд. неке одеће, тако да садржај воде у сувом детерџенту мора бити умерен.
Чврсте честице попут пепела, блата, земље и угљеничне чађи, које нису ни растворљиве у води ни растворљиве у уљу, генерално се лепе за одећу електростатичком адсорпцијом или комбиновањем са мрљама од уља. Код хемијског чишћења, проток и удар растварача могу проузроковати да прљавштина апсорбована електростатичким силама отпадне, док средства за хемијско чишћење могу растворити мрље од уља, што доводи до тога да чврсте честице које се комбинују са мрљама од уља и лепе се за одећу отпадну са средства за хемијско чишћење. Мала количина воде и сурфактаната у средству за хемијско чишћење може стабилно суспендовати и распршити честице чврсте прљавштине које отпадну, спречавајући их да се поново таложе на одећи.
(5) Фактори који утичу на ефекат прања
Усмерена адсорпција сурфактаната на међуфазној површини и смањење површинске (међуфазне) напетости су главни фактори за уклањање течних или чврстих загађења. Међутим, процес прања је релативно сложен и чак на ефекат прања исте врсте детерџента утичу многи други фактори. Ови фактори укључују концентрацију детерџента, температуру, природу прљавштине, врсту влакана и структуру тканине.
① Концентрација сурфактаната
Мицеле сурфактаната у раствору играју важну улогу у процесу прања. Када концентрација достигне критичну концентрацију мицела (цмц), ефекат прања нагло се повећава. Стога, концентрација детерџента у растварачу треба да буде већа од ЦМЦ вредности како би се постигао добар ефекат прања. Међутим, када концентрација сурфактаната пређе ЦМЦ вредност, повећање ефекта прања постаје мање значајно и прекомерно повећање концентрације сурфактаната није потребно.
Када се користи солубилизација за уклањање мрља од уља, чак и ако је концентрација изнад вредности CMC, ефекат солубилизације се и даље повећава са повећањем концентрације сурфактанта. У овом случају, препоручљиво је користити детерџент локално, као што је на манжетнама и крагнама одеће где има пуно прљавштине. Приликом прања, прво се може нанети слој детерџента како би се побољшао ефекат солубилизације сурфактанта на мрље од уља.
② Температура има значајан утицај на ефекат чишћења. Генерално, повећање температуре је корисно за уклањање прљавштине, али понекад прекомерна температура може изазвати и неповољне факторе.
Повећање температуре је корисно за дифузију прљавштине. Чврсте мрље од уља се лако емулгују када је температура изнад њихове тачке топљења, а влакна такође повећавају степен ширења због повећања температуре. Сви ови фактори су корисни за уклањање прљавштине. Међутим, код густих тканина, микро празнине између влакана се смањују након ширења влакана, што не погодује уклањању прљавштине.
Промене температуре такође утичу на растворљивост, вредност CMC и величину мицела сурфактаната, чиме утичу на ефекат прања. Сурфактанти са дугим угљеничним ланцем имају мању растворљивост на ниским температурама, а понекад чак и мању растворљивост од вредности CMC. У овом случају, температуру прања треба на одговарајући начин повећати. Утицај температуре на вредност CMC и величину мицела је различит за јонске и нејонске сурфактанце. Код јонских сурфактаната, повећање температуре генерално доводи до повећања вредности CMC и смањења величине мицела. То значи да концентрацију сурфактаната треба повећати у раствору за прање. Код нејонских сурфактаната, повећање температуре доводи до смањења њихове вредности CMC и значајног повећања величине мицела. Може се видети да одговарајуће повећање температуре може помоћи нејонским сурфактантима да испоље своју површинску активност. Али температура не би требало да пређе тачку замућења.
Укратко, најпогоднија температура прања повезана је са формулом детерџента и предметом који се пере. Неки детерџенти имају добре ефекте чишћења на собној температури, док неки детерџенти имају значајно различите ефекте чишћења за хладно и топло прање.
③ Пена
Људи често мешају способност пењења са ефектом прања, верујући да детерџенти са јаком способношћу пењења имају бољи ефекат прања. Резултати показују да ефекат прања није директно повезан са количином пене. На пример, коришћење детерџента са ниским садржајем пене за прање нема лошији ефекат прања од детерџента са високим садржајем пене.
Иако пена није директно повезана са прањем, пена је и даље корисна за уклањање прљавштине у неким ситуацијама. На пример, пена течности за прање може да однесе капљице уља приликом ручног прања посуђа. Приликом рибања тепиха, пена такође може да уклони чврсте честице прљавштине попут прашине. Прашина чини велики део прљавштине на тепиху, тако да средство за чишћење тепиха треба да има одређену способност пењења.
Моћ пењења је такође важна за шампон. Фина пена коју течност производи приликом прања косе или купања чини да се људи осећају пријатно.
④ Врсте влакана и физичка својства текстила
Поред хемијске структуре влакана која утиче на пријањање и уклањање прљавштине, изглед влакана и организациона структура предива и тканина такође утичу на тешкоћу уклањања прљавштине.
Љуске вунених влакана и равна тракаста структура памучних влакана склоније су накупљању прљавштине него глатка влакна. На пример, угљенична чађ залепљена за целулозну фолију (лепљиву фолију) лако се уклања, док се угљенична чађ залепљена за памучну тканину тешко испира. На пример, полиестерске тканине са кратким влакнима склоније су накупљању мрља од уља него тканине са дугим влакнима, а мрље од уља на тканинама са кратким влакнима је такође теже уклонити него оне на тканинама са дугим влакнима.
Чврсто увијена пређа и чврсте тканине, због малих микро празнина између влакана, могу одолети продору прљавштине, али и спречити раствор за чишћење да уклони унутрашњу прљавштину. Стога, чврсте тканине имају добру отпорност на прљавштину на почетку, али их је такође тешко очистити када се контаминирају.
⑤ Тврдоћа воде
Концентрација металних јона као што су Ca2+ и Mg2+ у води има значајан утицај на ефекат прања, посебно када анјонски сурфактанти наилазе на Ca2+ и Mg2+ јоне и формирају калцијумове и магнезијумове соли са слабом растворљивошћу, што може смањити њихову способност чишћења. Чак и ако је концентрација сурфактанта висока у тврдој води, њихов ефекат чишћења је и даље много лошији него код дестилације. Да би се постигао најбољи ефекат прања сурфактанта, концентрацију Ca2+ јона у води треба смањити на испод 1 × 10-6mol/L (CaCO3 треба смањити на 0,1mg/L). Ово захтева додавање различитих омекшивача детерџенту.
Време објаве: 16. август 2024.