Jebkuras garuma vienības saraušanās spēku uz šķidruma virsmas sauc par virsmas spraigumu, un mērvienība ir N.·m-1.
Šķīdinātāja virsmas spraiguma samazināšanas īpašību sauc par virsmas aktivitāti, un vielu ar šo īpašību sauc par virsmaktīvo vielu.
Virsmaktīvā viela, kas var saistīt molekulas ūdens šķīdumā un veidot micellas un citas asociācijas, un tai ir augsta virsmas aktivitāte, vienlaikus iedarbojoties arī uz mitrināšanu, emulģēšanu, putošanu, mazgāšanu utt., sauc par virsmaktīvo vielu.
Virsmaktīvā viela ir organiski savienojumi ar īpašu struktūru un īpašībām, kas var būtiski mainīt saskarnes spraigumu starp divām fāzēm vai šķidrumu (parasti ūdens) virsmas spraigumu ar mitrināšanas, putošanas, emulgācijas, mazgāšanas un citām īpašībām.
Struktūras ziņā virsmaktīvajām vielām ir kopīga iezīme, jo to molekulās ir divas dažādas grupas. Vienā galā ir gara nepolāru grupu ķēde, kas šķīst eļļā un nešķīst ūdenī, ko sauc arī par hidrofobu vai ūdeni atgrūdošu grupu. Šāda ūdeni atgrūdoša grupa parasti ir garas ogļūdeņražu ķēdes, dažreiz arī organiskajam fluoram, silīcijam, organofosfātam, alvas organiskajai ķēdei uc Otrā galā ir ūdenī šķīstoša grupa, hidrofila grupa vai eļļu atgrūdoša grupa. Hidrofilajai grupai jābūt pietiekami hidrofilai, lai nodrošinātu, ka visas virsmaktīvās vielas šķīst ūdenī un tai ir nepieciešamā šķīdība. Tā kā virsmaktīvās vielas satur hidrofilas un hidrofobas grupas, tās var šķīst vismaz vienā no šķidrajām fāzēm. Šo virsmaktīvās vielas hidrofilo un lipofīlo īpašību sauc par amfifilitāti.
Virsmaktīvā viela ir sava veida amfifilas molekulas ar hidrofobām un hidrofilām grupām. Virsmaktīvo vielu hidrofobās grupas parasti sastāv no garas ķēdes ogļūdeņražiem, piemēram, taisnas ķēdes alkil-C8-C20, sazarotas ķēdes alkil-C8-C20, alkilfenila (alkiloglekļa atomu skaits ir 8-16) un tamlīdzīgi. Atšķirība, kas ir neliela starp hidrofobajām grupām, galvenokārt ir ogļūdeņražu ķēžu strukturālās izmaiņas. Un hidrofilo grupu veidi ir vairāk, tāpēc virsmaktīvo vielu īpašības galvenokārt ir saistītas ar hidrofilām grupām papildus hidrofobo grupu lielumam un formai. Hidrofilo grupu strukturālās izmaiņas ir lielākas nekā hidrofobajām grupām, tāpēc virsmaktīvo vielu klasifikācija parasti balstās uz hidrofilo grupu struktūru. Šīs klasifikācijas pamatā ir tas, vai hidrofilā grupa ir vai nav jonu, un to iedala anjonu, katjonu, nejonu, cviterjonu un citos īpašos virsmaktīvo vielu veidos.
① Virsmaktīvo vielu adsorbcija saskarnē
Virsmaktīvās vielas ir amfifilas molekulas, kurās ir gan lipofīlas, gan hidrofilas grupas. Kad virsmaktīvā viela tiek izšķīdināta ūdenī, tās hidrofilā grupa tiek piesaistīta ūdenim un izšķīst ūdenī, savukārt tās lipofilā grupa tiek atgrūsta ar ūdeni un atstāj ūdeni, kā rezultātā uz divu fāžu saskarnes adsorbējas virsmaktīvās vielas molekulas (vai joni). , kas samazina saskarnes spriegumu starp abām fāzēm. Jo vairāk virsmaktīvo vielu molekulu (vai jonu) tiek adsorbēts saskarnē, jo lielāks ir saskarnes spriedzes samazinājums.
② Dažas adsorbcijas membrānas īpašības
Adsorbcijas membrānas virsmas spiediens: Virsmaktīvās vielas adsorbcija gāzes un šķidruma saskarnē, lai izveidotu adsorbcijas membrānu, piemēram, uz saskarnes novietojiet bezberzes noņemamu peldošu loksni, peldošā loksne nospiež adsorbējošo membrānu gar šķīduma virsmu, un membrāna rada spiedienu. uz peldošās loksnes, ko sauc par virsmas spiedienu.
Virsmas viskozitāte: tāpat kā virsmas spiediens, arī virsmas viskozitāte ir nešķīstošās molekulārās membrānas īpašība. Piekārts ar smalku metāla stiepļu platīna gredzenu, lai tā plakne saskaras ar tvertnes ūdens virsmu, pagrieziet platīna gredzenu, platīna gredzenu pēc ūdens šķēršļa viskozitātes, amplitūda pakāpeniski samazinās, saskaņā ar kuru virsmas viskozitāte var tikt mainīta. izmērīts. Metode ir šāda: pirmkārt, eksperimentu veic uz tīra ūdens virsmas, lai izmērītu amplitūdas samazināšanos, un pēc tam mēra sabrukumu pēc virsmas membrānas veidošanās, un virsmas membrānas viskozitāti iegūst no starpības starp abām. .
Virsmas viskozitāte ir cieši saistīta ar virsmas membrānas cietību, un, tā kā adsorbcijas membrānai ir virsmas spiediens un viskozitāte, tai jābūt elastīgai. Jo lielāks virsmas spiediens un augstāka adsorbētās membrānas viskozitāte, jo augstāks ir tās elastības modulis. Virsmas adsorbcijas membrānas elastības modulis ir svarīgs burbuļu stabilizācijas procesā.
③ Micellu veidošanās
Virsmaktīvo vielu atšķaidīti šķīdumi atbilst likumiem, kam seko ideāli šķīdumi. Uz šķīduma virsmas adsorbētās virsmaktīvās vielas daudzums palielinās līdz ar šķīduma koncentrāciju, un, koncentrācijai sasniedzot vai pārsniedzot noteiktu vērtību, adsorbcijas daudzums vairs nepalielinās, un šīs liekās virsmaktīvās vielas molekulas šķīdumā atrodas nejauši. veidā vai kādā regulārā veidā. Gan prakse, gan teorija liecina, ka tās veido asociācijas risinājumā, un šīs asociācijas sauc par micellām.
Kritiskā micellu koncentrācija (CMC): minimālo koncentrāciju, kurā virsmaktīvās vielas veido micellas šķīdumā, sauc par kritisko micellu koncentrāciju.
④ parasto virsmaktīvo vielu CMC vērtības.
HLB ir hidrofilo lipofilu līdzsvara saīsinājums, kas norāda virsmaktīvās vielas hidrofilo un lipofilo grupu hidrofilo un lipofilo līdzsvaru, ti, virsmaktīvās vielas HLB vērtību. Liela HLB vērtība norāda uz molekulu ar spēcīgu hidrofilitāti un vāju lipofilitāti; otrādi, spēcīga lipofilitāte un vāja hidrofilitāte.
① HLB vērtības nosacījumi
HLB vērtība ir relatīva vērtība, tāpēc, izstrādājot HLB vērtību, kā standartu parafīna vaska, kuram nav hidrofilu īpašību, HLB vērtība tiek noteikta kā 0, savukārt nātrija dodecilsulfāta HLB vērtība, kas ir Ūdenī šķīstošāks, ir 40. Tāpēc virsmaktīvo vielu HLB vērtība parasti ir robežās no 1 līdz 40. Vispārīgi runājot, emulgatori ar HLB vērtībām, kas mazākas par 10, ir lipofīli, bet tie, kas ir lielāki par 10, ir hidrofili. Tādējādi pagrieziena punkts no lipofīla uz hidrofilu ir aptuveni 10.
Pamatojoties uz virsmaktīvo vielu HLB vērtībām, var iegūt vispārēju priekšstatu par to iespējamajiem lietojumiem, kā parādīts 1-3 tabulā.
Divi savstarpēji nešķīstoši šķidrumi, viens izkliedēts otrā daļiņu (pilienu vai šķidro kristālu) veidā, veido sistēmu, ko sauc par emulsiju. Šī sistēma ir termodinamiski nestabila, jo emulsijas veidošanās laikā palielinās abu šķidrumu robežlaukums. Lai emulsija būtu stabila, ir nepieciešams pievienot trešo komponentu - emulgatoru, lai samazinātu sistēmas saskarnes enerģiju. Emulgators pieder virsmaktīvām vielām, tā galvenā funkcija ir pildīt emulsijas lomu. Emulsijas fāzi, kas pastāv kā pilieni, sauc par izkliedēto fāzi (vai iekšējo fāzi, pārtraukto fāzi), un otru fāzi, kas ir savienota kopā, sauc par dispersijas vidi (vai ārējo fāzi, nepārtrauktu fāzi).
① Emulgatori un emulsijas
Izplatītas emulsijas, viena fāze ir ūdens vai ūdens šķīdums, otra fāze ir ar ūdeni nesajaucamas organiskas vielas, piemēram, tauki, vasks uc Emulsiju, ko veido ūdens un eļļa, var iedalīt divos veidos pēc to izkliedes situācijas: eļļa. disperģēts ūdenī, veidojot eļļa-ūdenī tipa emulsiju, izteikts kā O/W (eļļa/ūdens): ūdens disperģēts eļļā, veidojot eļļa ūdenī tipa emulsiju, izteikts kā W/O (ūdens/eļļa). Var veidot arī kompleksas ūdens-eļļā-ūdenī W/O/W tipa un eļļa ūdenī-eļļā O/W/O tipa multiemulsijas.
Emulgatorus izmanto, lai stabilizētu emulsijas, samazinot saskarnes spriegumu un veidojot vienas molekulas saskarnes membrānu.
Emulģējot emulgatoru prasības:
a: emulgatoram jāspēj adsorbēt vai bagātināt saskarni starp abām fāzēm, lai samazinātu saskarnes spriegumu;
b: Emulgatoram ir jāpiešķir daļiņas lādiņam, lai starp daļiņām notiktu elektrostatiskā atgrūšanās vai ap daļiņām izveidotu stabilu, ļoti viskozu aizsargmembrānu.
Tāpēc vielai, ko izmanto kā emulgatoru, ir jābūt amfifilām grupām, lai emulģētu, un virsmaktīvās vielas var atbilst šai prasībai.
② Emulsiju sagatavošanas metodes un emulsiju stabilitāti ietekmējošie faktori
Ir divi veidi, kā pagatavot emulsijas: viens ir izmantot mehānisko metodi, lai izkliedētu šķidrumu sīkās daļiņās citā šķidrumā, ko galvenokārt izmanto rūpniecībā emulsiju pagatavošanai; otrs ir izšķīdināt šķidrumu molekulārā stāvoklī citā šķidrumā un pēc tam pareizi savākties, veidojot emulsijas.
Emulsijas stabilitāte ir spēja novērst daļiņu agregāciju, kas izraisa fāzu atdalīšanu. Emulsijas ir termodinamiski nestabilas sistēmas ar lielu brīvo enerģiju. Tāpēc tā sauktā emulsijas stabilitāte faktiski ir laiks, kas nepieciešams, lai sistēma sasniegtu līdzsvaru, ti, laiks, kas nepieciešams, lai atdalītos kāds no sistēmā esošajiem šķidrumiem.
Kad saskarnes membrāna ar taukskābju spirtiem, taukskābēm un taukskābju amīniem un citām polārām organiskām molekulām, membrānas stiprums ir ievērojami lielāks. Tas ir tāpēc, ka emulgatoru molekulu un spirtu interfeisa adsorbcijas slānī skābes un amīni un citas polāras molekulas veido "kompleksu", tādējādi palielinājās saskarnes membrānas stiprums.
Emulgatorus, kas sastāv no vairāk nekā divām virsmaktīvām vielām, sauc par jauktiem emulgatoriem. Jaukts emulgators, kas adsorbēts ūdens/eļļas saskarnē; starpmolekulārā darbība var veidot kompleksus. Spēcīgās starpmolekulārās iedarbības dēļ ievērojami samazinās saskarnes spriegums, ievērojami palielinās saskarnē adsorbētā emulgatora daudzums, palielinās saskarnes membrānas blīvuma veidošanās, palielinās izturība.
Šķidruma lodīšu lādiņam ir būtiska ietekme uz emulsijas stabilitāti. Stabilas emulsijas, kuru šķidrās lodītes parasti ir uzlādētas. Ja tiek izmantots jonu emulgators, saskarnē adsorbētā emulgatora jona lipofilā grupa tiek ievietota eļļas fāzē un hidrofilā grupa atrodas ūdens fāzē, tādējādi liekot uzlādēt šķidrās lodītes. Tā kā emulsijas lodītes ar vienādu lādiņu, tās viena otru atgrūž, nav viegli aglomerējamas, tādējādi palielinot stabilitāti. Redzams, ka jo vairāk emulgatoru jonu adsorbējas uz lodītēm, jo lielāks lādiņš, jo lielāka spēja novērst lodīšu aglomerāciju, jo stabilāka ir emulsijas sistēma.
Emulsijas dispersijas vides viskozitātei ir noteikta ietekme uz emulsijas stabilitāti. Parasti, jo augstāka ir dispersijas vides viskozitāte, jo augstāka ir emulsijas stabilitāte. Tas ir tāpēc, ka dispersijas vides viskozitāte ir liela, kas spēcīgi ietekmē šķidro lodīšu Brauna kustību un palēnina sadursmi starp šķidrajām lodītēm, lai sistēma paliktu stabila. Parasti polimēru vielas, kuras var izšķīdināt emulsijās, var palielināt sistēmas viskozitāti un palielināt emulsiju stabilitāti. Turklāt polimēri var arī veidot spēcīgu saskarnes membrānu, padarot emulsijas sistēmu stabilāku.
Dažos gadījumos arī cieta pulvera pievienošana var izraisīt emulsijas stabilizēšanos. Cietais pulveris atrodas ūdenī, eļļā vai saskarnē, atkarībā no eļļas, ūdens uz cietā pulvera mitrināšanas spējas, ja cietais pulveris nav pilnībā samitrināts ar ūdeni, bet arī slapjš ar eļļu, paliks uz ūdens un eļļa saskarne.
Cietais pulveris nepadara emulsiju stabilu, jo saskarnē savāktais pulveris uzlabo saskarnes membrānu, kas ir līdzīga emulgatoru molekulu saskarnes adsorbcijai, tāpēc, jo ciešāk cietais pulvera materiāls ir izvietots saskarnē, jo stabilāka ir saskarne. emulsija ir.
Virsmaktīvās vielas spēj ievērojami palielināt nešķīstošo vai ūdenī vāji šķīstošo organisko vielu šķīdību pēc micellu veidošanās ūdens šķīdumā, un šķīdums šajā laikā ir caurspīdīgs. Šo micellu efektu sauc par šķīdināšanu. Virsmaktīvo vielu, kas var izraisīt šķīdināšanu, sauc par šķīdinātāju, un organisko vielu, kas tiek izšķīdināta, sauc par šķīdinātāju.
Putām ir svarīga loma mazgāšanas procesā. Putas ir dispersijas sistēma, kurā gāze ir izkliedēta šķidrā vai cietā vielā, gāzei ir izkliedētā fāze un šķidrā vai cietā viela ir dispersijas vide, pirmo sauc par šķidrām putām, bet otro par cietām putām, piemēram, kā putuplasta, putu stikls, putu cements utt.
(1) Putu veidošanās
Ar putām mēs šeit domājam gaisa burbuļu kopumu, ko atdala šķidra membrāna. Šāda veida burbulis vienmēr ātri paceļas uz šķidruma virsmu, jo ir liela blīvuma atšķirība starp izkliedēto fāzi (gāzi) un dispersijas vidi (šķidrumu), apvienojumā ar šķidruma zemo viskozitāti.
Burbuļa veidošanās process ir liela daudzuma gāzes ievadīšana šķidrumā, un šķidrumā esošie burbuļi ātri atgriežas uz virsmas, veidojot burbuļu kopumu, ko atdala neliels daudzums šķidrās gāzes.
Putām ir divas nozīmīgas morfoloģijas īpašības: viena ir tā, ka burbuļiem kā izkliedētai fāzei bieži ir daudzskaldņu forma, jo burbuļu krustpunktā šķidruma plēvei ir tendence atšķaidīt, tādējādi burbuļi kļūst daudzskaldnis, kad šķidruma plēve zināmā mērā atšķaida, tas noved pie burbuļa plīsuma; otrs ir tas, ka tīri šķidrumi nevar veidot stabilas putas, šķidrums, kas var veidot putas, ir vismaz divas vai vairākas sastāvdaļas. Virsmaktīvo vielu ūdens šķīdumi ir raksturīgi sistēmām, kurām ir tendence uz putu veidošanos, un to spēja radīt putas ir saistīta arī ar citām īpašībām.
Virsmaktīvās vielas ar labu putošanas spēju sauc par putojošām vielām. Lai gan putojošajam līdzeklim ir laba putošanas spēja, izveidotās putas var ilgstoši nenoturēties, tas ir, to stabilitāte ne vienmēr ir laba. Lai saglabātu putu stabilitāti, bieži putojošā aģentā pievienojot vielas, kas var palielināt putu stabilitāti, vielu sauc par putu stabilizatoru, parasti izmanto stabilizatoru laurildietanolamīnu un dodecildimetilamīna oksīdu.
(2) Putu stabilitāte
Putas ir termodinamiski nestabila sistēma, un galīgā tendence ir tāda, ka šķidruma kopējais virsmas laukums sistēmā samazinās pēc tam, kad burbulis ir saplīsis un brīvā enerģija samazinās. Putu noņemšanas process ir process, kurā šķidrā membrāna, kas atdala gāzi, kļūst biezāka un plānāka, līdz tā saplīst. Tāpēc putu stabilitātes pakāpi galvenokārt nosaka šķidruma izplūdes ātrums un šķidruma plēves stiprums. To ietekmē arī šādi faktori.
(3) Putu iznīcināšana
Putu iznīcināšanas pamatprincips ir mainīt apstākļus, kas rada putas, vai likvidēt putu stabilizējošos faktorus, līdz ar to pastāv gan fizikālās, gan ķīmiskās putu noņemšanas metodes.
Fiziskā putu noņemšana ir putu ražošanas apstākļu maiņa, vienlaikus saglabājot putu šķīduma ķīmisko sastāvu, piemēram, ārējie traucējumi, temperatūras vai spiediena izmaiņas un ultraskaņas apstrāde ir efektīvas fizikālās metodes putu likvidēšanai.
Ķīmiskā putu noņemšanas metode ir pievienot noteiktas vielas, kas mijiedarbojas ar putu veidotāju, lai samazinātu putās esošās šķidrās plēves stiprumu un tādējādi samazinātu putu stabilitāti, lai sasniegtu putu novēršanas mērķi, šādas vielas sauc par putu noņemšanas līdzekļiem. Lielākā daļa pretputošanas līdzekļu ir virsmaktīvās vielas. Tāpēc saskaņā ar putu noņemšanas mehānismu putu slāpētājam vajadzētu būt spēcīgai spējai samazināt virsmas spraigumu, viegli adsorbēties uz virsmas, un mijiedarbība starp virsmas adsorbcijas molekulām ir vāja, adsorbcijas molekulas ir sakārtotas brīvākā struktūrā.
Ir dažādi putu slāpētāju veidi, taču būtībā tie visi ir nejonu virsmaktīvās vielas. Nejonu virsmaktīvām vielām ir pretputošanas īpašības, kas ir tuvu to duļķainības punktam vai virs tās, un tās bieži izmanto kā putu slāpētājus. Spirtus, īpaši spirtus ar sazarotu struktūru, taukskābes un taukskābju esterus, poliamīdus, fosfātu esterus, silikona eļļas u.c. parasti izmanto arī kā izcilus putu slāpētājus.
(4) Putas un mazgāšana
Nav tiešas saiknes starp putām un mazgāšanas efektivitāti, un putu daudzums neliecina par mazgāšanas efektivitāti. Piemēram, nejonu virsmaktīvām vielām ir daudz mazāk putošanas īpašību nekā ziepēm, taču to dekontaminācija ir daudz labāka nekā ziepēm.
Dažos gadījumos putas var palīdzēt notīrīt netīrumus un netīrumus. Piemēram, mazgājot mājās traukus, mazgāšanas līdzekļa putas uzsūc eļļas pilienus un, beržot paklājus, putas palīdz uzsūkt putekļus, pulveri un citus cietos netīrumus. Turklāt putas dažkārt var izmantot kā mazgāšanas līdzekļa efektivitātes rādītāju. Tā kā taukainajām eļļām ir nomācoša iedarbība uz mazgāšanas līdzekļa putām, tad, ja ir pārāk daudz eļļas un pārāk maz mazgāšanas līdzekļa, neveidosies putas vai pazudīs sākotnējās putas. Putas dažkārt var izmantot arī kā skalošanas tīrības indikatoru, jo putu daudzumam skalošanas šķīdumā ir tendence samazināties līdz ar mazgāšanas līdzekļa samazināšanos, tāpēc pēc putu daudzuma var novērtēt skalošanas pakāpi.
Plašā nozīmē mazgāšana ir process, kurā no mazgājamā objekta tiek noņemtas nevēlamas sastāvdaļas un tiek sasniegts kāds mērķis. Mazgāšana parastajā nozīmē attiecas uz netīrumu noņemšanas procesu no nesēja virsmas. Mazgāšanā mijiedarbība starp netīrumiem un nesēju tiek vājināta vai novērsta dažu ķīmisku vielu (piem., mazgāšanas līdzekļa u. c.) iedarbībā, tādējādi netīrumu un nesēja kombinācija tiek pārveidota par netīrumu un mazgāšanas līdzekļa kombināciju, un beidzot netīrumi tiek atdalīti no nesēja. Tā kā mazgājamie priekšmeti un noņemamie netīrumi ir dažādi, mazgāšana ir ļoti sarežģīts process un mazgāšanas pamatprocesu var izteikt šādās vienkāršās attiecībās.
Carrie··Dirt + Detergent = nesējs + netīrumi·mazgāšanas līdzeklis
Mazgāšanas procesu parasti var iedalīt divos posmos: pirmkārt, mazgāšanas līdzekļa iedarbībā netīrumi tiek atdalīti no to nesēja; otrkārt, atdalītie netīrumi tiek izkliedēti un suspendēti vidē. Mazgāšanas process ir atgriezenisks process, un vidē izkliedētie un suspendētie netīrumi var tikt arī atkārtoti nogulsnēti no barotnes uz mazgājamo priekšmetu. Tāpēc labam mazgāšanas līdzeklim ir jāspēj izkliedēt un suspendēt netīrumus un novērst netīrumu atkārtotu nogulsnēšanos, papildus spējai noņemt netīrumus no turētāja.
(1) Netīrumu veidi
Pat vienam un tam pašam priekšmetam netīrumu veids, sastāvs un daudzums var atšķirties atkarībā no vides, kurā tas tiek lietots. Eļļas ķermeņa netīrumi galvenokārt ir dažas dzīvnieku un augu eļļas un minerāleļļas (piemēram, jēlnafta, mazuts, akmeņogļu darva u.c.), cietie netīrumi galvenokārt ir sodrēji, pelni, rūsa, ogle utt. Runājot par apģērba netīrumiem, ir netīrumi no cilvēka ķermeņa, piemēram, sviedri, sebums, asinis utt.; netīrumi no pārtikas, piemēram, augļu traipi, cepamās eļļas traipi, garšvielu traipi, ciete utt.; netīrumi no kosmētikas, piemēram, lūpu krāsas, nagu lakas utt.; netīrumi no atmosfēras, piemēram, sodrēji, putekļi, dubļi utt.; citi, piemēram, tinte, tēja, pārklājums utt. Ir dažādi veidi.
Dažādus netīrumu veidus parasti var iedalīt trīs galvenajās kategorijās: cietie netīrumi, šķidrie netīrumi un īpašie netīrumi.
① Cieti netīrumi
Parastie cietie netīrumi ietver pelnu, dubļu, zemes, rūsas un ogļu daļiņas. Lielākajai daļai šo daļiņu uz virsmas ir elektrisks lādiņš, lielākā daļa no tām ir negatīvi lādētas un var viegli adsorbēties uz šķiedras priekšmetiem. Cietos netīrumus parasti ir grūti izšķīdināt ūdenī, bet tos var izkliedēt un suspendēt mazgāšanas līdzekļa šķīdumos. Cietus netīrumus ar mazāku masas punktu ir grūtāk noņemt.
② Šķidrie netīrumi
Šķidrie netīrumi pārsvarā ir eļļā šķīstoši, tostarp augu un dzīvnieku eļļas, taukskābes, taukspirti, minerāleļļas un to oksīdi. Tostarp var notikt augu un dzīvnieku eļļas, taukskābes un sārmu pārziepjošana, savukārt taukspirti, minerāleļļas nepārziepējas ar sārmu, bet var šķīst spirtos, ēteros un ogļūdeņražu organiskajos šķīdinātājos, kā arī mazgāšanas līdzekļa ūdens šķīduma emulgācija un dispersija. Eļļā šķīstošie šķidrie netīrumi parasti iedarbojas uz šķiedru priekšmetiem, un tie stingrāk adsorbējas uz šķiedrām.
③ Īpaši netīrumi
Īpašos netīrumos ietilpst olbaltumvielas, ciete, asinis, cilvēka izdalījumi, piemēram, sviedri, sebums, urīns un augļu sula un tējas sula. Lielāko daļu šāda veida netīrumu var ķīmiski un spēcīgi adsorbēt uz šķiedras priekšmetiem. Tāpēc to ir grūti mazgāt.
Dažādi netīrumu veidi reti sastopami atsevišķi, bet bieži tiek sajaukti kopā un adsorbēti uz objekta. Netīrumi dažkārt var oksidēties, sadalīties vai sabrukt ārējās ietekmēs, tādējādi radot jaunus netīrumus.
(2) Netīrumu saķere
Drēbes, rokas utt. var tikt notraipīti, jo pastāv kāda mijiedarbība starp objektu un netīrumiem. Netīrumi pieķeras pie priekšmetiem dažādos veidos, taču ir ne vairāk kā tikai fiziska un ķīmiska saķere.
①Kvēpu, putekļu, dubļu, smilšu un ogļu saķere ar apģērbu ir fiziska saķere. Vispārīgi runājot, ar šo netīrumu adhēziju, un loma starp iekrāsoto objektu ir salīdzinoši vāja, netīrumu noņemšana ir arī salīdzinoši vienkārša. Atbilstoši dažādiem spēkiem netīrumu fizisko saķeri var iedalīt mehāniskajā adhēzijā un elektrostatiskajā saķerē.
A: Mehāniskā saķere
Šis adhēzijas veids galvenokārt attiecas uz dažu cietu netīrumu (piemēram, putekļu, dubļu un smilšu) saķeri. Mehāniskā adhēzija ir viens no vājākajiem netīrumu saķeres veidiem, un to var noņemt gandrīz ar tīri mehāniskiem līdzekļiem, bet, ja netīrumi ir mazi (<0,1 um), tos ir grūtāk noņemt.
B: Elektrostatiskā saķere
Elektrostatiskā saķere galvenokārt izpaužas lādētu netīrumu daļiņu iedarbībā uz pretēji lādētiem objektiem. Lielākajai daļai šķiedru priekšmetu ūdenī ir negatīvs lādiņš, un tiem var viegli pielipt noteikti pozitīvi lādēti netīrumi, piemēram, kaļķu veidi. Daži netīrumi, kaut arī tie ir negatīvi lādēti, piemēram, ogļu daļiņas ūdens šķīdumos, var pieķerties šķiedrām caur jonu tiltiem (joniem starp vairākiem pretēji lādētiem objektiem, kas darbojas kopā ar tiem tiltveida veidā), ko veido pozitīvie joni ūdenī (piemēram, , Ca2+, Mg2+ utt.).
Elektrostatiskā darbība ir spēcīgāka par vienkāršu mehānisku darbību, padarot netīrumu noņemšanu salīdzinoši sarežģītu.
② Ķīmiskā saķere
Ķīmiskā adhēzija attiecas uz netīrumu parādību, kas iedarbojas uz objektu, izmantojot ķīmiskās vai ūdeņraža saites. Piemēram, polāri cietie netīrumi, olbaltumvielas, rūsa un citas saķeres uz šķiedru priekšmetiem, šķiedras satur karboksilgrupu, hidroksilgrupu, amīdu un citas grupas, šīs grupas un eļļainos netīrumus taukskābes, taukspirtus viegli veido ūdeņraža saites. Ķīmiskie spēki parasti ir spēcīgi, un tāpēc netīrumi ir ciešāk saistīti ar objektu. Šāda veida netīrumus ir grūti noņemt ar parastajām metodēm, un to novēršanai ir nepieciešamas īpašas metodes.
Netīrumu adhēzijas pakāpe ir saistīta ar pašu netīrumu īpašībām un objekta, pie kura tie ir pielīmēti, raksturu. Parasti daļiņas viegli pielīp pie šķiedrainiem priekšmetiem. Jo mazāka ir cieto netīrumu tekstūra, jo stiprāka ir saķere. Polārie netīrumi uz hidrofiliem objektiem, piemēram, kokvilnas un stikla, pielīp stiprāk nekā nepolāri netīrumi. Nepolārie netīrumi pielīp stiprāk nekā polārie netīrumi, piemēram, polārie tauki, putekļi un māls, un tos ir mazāk viegli noņemt un tīrīt.
(3) Netīrumu noņemšanas mehānisms
Mazgāšanas mērķis ir noņemt netīrumus. Noteiktas temperatūras vidē (galvenokārt ūdenī). Mazgāšanas līdzekļa dažādu fizikālo un ķīmisko efektu izmantošana, lai vājinātu vai novērstu netīrumu un mazgātu priekšmetu ietekmi noteiktu mehānisku spēku (piemēram, roku berzes, veļas mazgājamās mašīnas maisīšanas, ūdens ietekmes) ietekmē, lai netīrumi un mazgāti priekšmeti no dekontaminācijas nolūka.
① Šķidru netīrumu noņemšanas mehānisms
A: Slapināšana
Šķidrie netīrumi galvenokārt ir uz eļļas bāzes. Eļļa saslapina lielāko daļu šķiedru priekšmetu un vairāk vai mazāk kā eļļas plēve izplatās uz šķiedrainā materiāla virsmas. Pirmais solis mazgāšanas darbībā ir virsmas samitrināšana ar mazgāšanas šķidrumu. Ilustrācijas labad šķiedras virsmu var uzskatīt par gludu cietu virsmu.
B: Eļļas atdalīšana - kērlinga mehānisms
Otrais solis mazgāšanas darbībā ir eļļas un tauku noņemšana, šķidro netīrumu noņemšana tiek panākta ar sava veida uztīšanu. Šķidrie netīrumi sākotnēji atradās uz virsmas izkliedētas eļļas plēves veidā, un mazgāšanas šķidruma preferenciālā mitrināšanas efektā uz cieto virsmu (ti, šķiedras virsmu) tie soli pa solim saritinājās eļļas lodītes, kas tika aizstāti ar mazgāšanas šķidrumu un galu galā atstāja virsmu noteiktu ārējo spēku ietekmē.
② Cieto netīrumu noņemšanas mehānisms
Šķidrie netīrumi tiek noņemti galvenokārt ar mazgāšanas šķīduma netīrumu nesēja preferenciālo mitrināšanu, savukārt cieto netīrumu noņemšanas mehānisms ir atšķirīgs, kur mazgāšanas process galvenokārt ir saistīts ar netīrumu masas un tās nesēja virsmas mitrināšanu ar mazgāšanas palīdzību. risinājums. Pateicoties virsmaktīvo vielu adsorbcijai uz cietajiem netīrumiem un to nesējvirsmas, tiek samazināta mijiedarbība starp netīrumiem un virsmu un samazinās netīrumu masas adhēzijas izturība uz virsmas, tādējādi netīrumu masa viegli tiek noņemta no virsmas. pārvadātājs.
Turklāt virsmaktīvo vielu, īpaši jonu virsmaktīvo vielu, adsorbcija uz cieto netīrumu virsmas un to nesēja var palielināt virsmas potenciālu uz cieto netīrumu un to nesēja virsmas, kas ir labvēlīgāka netīrumu noņemšanai. netīrumi. Cietas vai parasti šķiedrainas virsmas parasti ir negatīvi uzlādētas ūdens vidē, un tāpēc tās var veidot difūzus dubultus elektroniskus slāņus uz netīrumu masām vai cietām virsmām. Sakarā ar viendabīgu lādiņu atgrūšanu, tiek vājināta ūdenī esošo netīrumu daļiņu saķere ar cieto virsmu. Ja pievieno anjonu virsmaktīvo vielu, jo tā vienlaikus var palielināt netīrumu daļiņu un cietās virsmas negatīvo virsmas potenciālu, tiek pastiprināta atgrūšanās starp tām, daļiņu adhēzijas izturība ir mazāka un netīrumi ir vieglāk noņemami. .
Nejonu virsmaktīvās vielas adsorbējas uz parasti lādētām cietām virsmām un, lai gan tās būtiski nemaina saskarnes potenciālu, adsorbētās nejonu virsmaktīvās vielas mēdz veidot noteikta biezuma adsorbētu slāni uz virsmas, kas palīdz novērst netīrumu atkārtotu nogulsnēšanos.
Katjonu virsmaktīvo vielu gadījumā to adsorbcija samazina vai novērš netīrumu masas un tās nesējvirsmas negatīvo virsmas potenciālu, kas samazina atgrūšanos starp netīrumiem un virsmu un līdz ar to neveicina netīrumu noņemšanu; turklāt pēc adsorbcijas uz cietās virsmas katjonu virsmaktīvās vielas mēdz pārvērst cieto virsmu hidrofobiskas, un tāpēc tās neveicina virsmas mitrināšanu un līdz ar to mazgāšanu.
③ Īpašu netīrumu noņemšana
Olbaltumvielas, ciete, cilvēka izdalījumi, augļu sula, tējas sula un citi šādi netīrumi ir grūti noņemami ar parastajām virsmaktīvām vielām, un tiem nepieciešama īpaša apstrāde.
Olbaltumvielu traipi, piemēram, krējums, olas, asinis, piens un ādas ekskrementi, mēdz sarecēt uz šķiedrām un deģenerēties un iegūt spēcīgāku saķeri. Olbaltumvielu netīrumus var noņemt, izmantojot proteāzes. Enzīms proteāze sadala netīrumos esošās olbaltumvielas ūdenī šķīstošās aminoskābēs vai oligopeptīdos.
Cietes traipi galvenokārt rodas no pārtikas produktiem, piemēram, mērces, līmes utt. Amilāzei ir katalītiska iedarbība uz cietes traipu hidrolīzi, izraisot cietes sadalīšanos cukuros.
Lipāze katalizē triglicerīdu sadalīšanos, kurus ir grūti noņemt ar parastajām metodēm, piemēram, sebum un pārtikas eļļām, un sadala tos šķīstošā glicerīnā un taukskābēs.
Dažus krāsainus augļu sulu, tējas sulu, tintes, lūpu krāsas utt. traipus bieži ir grūti rūpīgi iztīrīt pat pēc atkārtotas mazgāšanas. Šos traipus var noņemt redoksreakcijā ar oksidētāju vai reducētāju, piemēram, balinātāju, kas iznīcina krāsu veidojošo vai krāsu palīggrupu struktūru un sadala tās mazākos ūdenī šķīstošos komponentos.
(4) Ķīmiskās tīrīšanas traipu noņemšanas mehānisms
Iepriekš minētais faktiski ir paredzēts ūdenim kā mazgāšanas līdzeklim. Faktiski dažādu apģērbu veidu un struktūras dēļ dažus apģērbus, kuros tiek mazgāts ūdens, nav ērti vai nav viegli izmazgāt tīrā veidā, dažus apģērbus pēc mazgāšanas un pat deformācijas, izbalēšanas utt., piemēram: lielākā daļa dabisko šķiedru absorbē ūdeni un viegli uzbriest, un sauss un viegli saraujas, tāpēc pēc mazgāšanas tiks deformēts; mazgājot vilnas izstrādājumus, bieži parādās arī saraušanās parādība, daži vilnas izstrādājumi ar mazgāšanu ar ūdeni ir arī viegli drupināti, krāsa mainās; Dažu zīdu roku sajūta pēc mazgāšanas kļūst sliktāka un zaudē savu spīdumu. Šo apģērbu dekontaminācijai bieži izmantojiet ķīmiskās tīrīšanas metodi. Tā sauktā ķīmiskā tīrīšana parasti attiecas uz mazgāšanas metodi organiskajos šķīdinātājos, īpaši nepolārajos šķīdinātājos.
Ķīmiskā tīrīšana ir maigāks mazgāšanas veids nekā mazgāšana ar ūdeni. Tā kā ķīmiskā tīrīšana neprasa daudz mehānisku darbību, tā neizraisa apģērba bojājumus, grumbu un deformāciju, savukārt ķīmiskās tīrīšanas līdzekļi, atšķirībā no ūdens, reti rada izplešanos un saraušanos. Kamēr tehnoloģija tiek pareizi apstrādāta, drēbes var ķīmiski tīrīt bez kropļojumiem, krāsas izbalēšanas un pagarināta kalpošanas laika.
Runājot par ķīmisko tīrīšanu, ir trīs plaši netīrumu veidi.
①Eļļā šķīstošie netīrumi Eļļā šķīstošie netīrumi ietver visa veida eļļas un taukus, kas ir šķidri vai taukaini un ko var izšķīdināt ķīmiskās tīrīšanas šķīdinātājos.
②Ūdenī šķīstošie netīrumi Ūdenī šķīstošie netīrumi šķīst ūdens šķīdumos, bet ne ķīmiskās tīrīšanas līdzekļos, ūdens stāvoklī adsorbējas uz apģērba, ūdens iztvaiko pēc granulētu cietvielu, piemēram, neorganisko sāļu, cietes, olbaltumvielu u.c., nogulsnēšanas.
③ Eļļā un ūdenī nešķīstošie netīrumi Eļļā un ūdenī nešķīstošie netīrumi nešķīst ne ūdenī, ne šķīst ķīmiskās tīrīšanas šķīdinātājos, piemēram, oglejā, dažādu metālu un oksīdu silikātos utt.
Tā kā dažādu veidu netīrumi ir atšķirīgi, ķīmiskās tīrīšanas procesā ir dažādi veidi, kā noņemt netīrumus. Eļļā šķīstošās netīrumi, piemēram, dzīvnieku un augu eļļas, minerāleļļas un smērvielas, viegli šķīst organiskajos šķīdinātājos, un tās var vieglāk noņemt ķīmiskajā tīrīšanā. Lieliskā ķīmiskās tīrīšanas šķīdinātāju šķīdība eļļām un smērvielām galvenokārt ir saistīta ar van der Walls spēkiem starp molekulām.
Lai noņemtu ūdenī šķīstošos netīrumus, piemēram, neorganiskos sāļus, cukurus, olbaltumvielas un sviedru, ķīmiskās tīrīšanas līdzeklim jāpievieno arī pareizais ūdens daudzums, pretējā gadījumā ūdenī šķīstošos netīrumus no apģērba ir grūti noņemt. Taču ķīmiskās tīrīšanas līdzeklī ūdeni ir grūti izšķīdināt, tāpēc, lai palielinātu ūdens daudzumu, jāpievieno arī virsmaktīvās vielas. Ūdens klātbūtne ķīmiskās tīrīšanas līdzeklī var padarīt netīrumu un apģērba virsmu hidratētu, tādējādi viegli mijiedarboties ar virsmaktīvo vielu polārajām grupām, kas veicina virsmaktīvo vielu adsorbciju uz virsmas. Turklāt, kad virsmaktīvās vielas veido micellas, ūdenī šķīstošie netīrumi un ūdens var tikt izšķīdināti micellās. Papildus ūdens satura palielināšanai ķīmiskās tīrīšanas šķīdinātājā virsmaktīvām vielām var būt arī nozīme, novēršot netīrumu atkārtotu nogulsnēšanos, lai uzlabotu dekontaminācijas efektu.
Neliela ūdens daudzuma klātbūtne ir nepieciešama, lai noņemtu ūdenī šķīstošus netīrumus, bet pārāk daudz ūdens var izraisīt dažu apģērbu deformāciju un saburzību, tāpēc ķīmiskās tīrīšanas līdzeklī ūdens daudzumam jābūt mērenam.
Netīrumi, kas nešķīst ne ūdenī, ne eļļā, cietas daļiņas, piemēram, pelni, dubļi, zeme un ogle, parasti tiek pievienoti apģērbam ar elektrostatisko spēku palīdzību vai kopā ar eļļu. Ķīmiskajā tīrīšanā šķīdinātāja plūsma, trieciens var novērst netīrumu elektrostatisko spēku adsorbciju, un ķīmiskās tīrīšanas līdzeklis var izšķīdināt eļļu, tādējādi eļļas un netīrumu kombinācija un apģērbam pievienotās cietās daļiņas sausā veidā tiek noņemtas. -tīrīšanas līdzeklis, ķīmiskās tīrīšanas līdzeklis nelielā ūdens daudzumā un virsmaktīvās vielas, lai tās no cietajām netīrumu daļiņām varētu būt stabila suspensija, dispersija, lai novērstu to atkārtotu nogulsnēšanos uz apģērba.
(5) Faktori, kas ietekmē mazgāšanas darbību
Virsmaktīvo vielu virziena adsorbcija saskarnē un virsmas (saskarnes) spriedzes samazināšana ir galvenie faktori šķidro vai cieto netīrumu noņemšanai. Tomēr mazgāšanas process ir sarežģīts, un mazgāšanas efektu, pat izmantojot tādu pašu mazgāšanas līdzekli, ietekmē daudzi citi faktori. Šie faktori ietver mazgāšanas līdzekļa koncentrāciju, temperatūru, netīrumu veidu, šķiedras veidu un auduma struktūru.
① Virsmaktīvās vielas koncentrācija
Virsmaktīvo vielu micellām šķīdumā ir liela nozīme mazgāšanas procesā. Kad koncentrācija sasniedz kritisko micellu koncentrāciju (CMC), mazgāšanas efekts strauji palielinās. Tāpēc mazgāšanas līdzekļa koncentrācijai šķīdinātājā jābūt augstākai par CMC vērtību, lai nodrošinātu labu mazgāšanas efektu. Tomēr, ja virsmaktīvās vielas koncentrācija ir augstāka par CMC vērtību, mazgāšanas efekta pakāpenisks pieaugums nav acīmredzams un nav nepieciešams pārāk daudz palielināt virsmaktīvās vielas koncentrāciju.
Noņemot eļļu ar šķīdināšanu, šķīdināšanas efekts palielinās, palielinoties virsmaktīvās vielas koncentrācijai, pat ja koncentrācija pārsniedz CMC. Šajā laikā mazgāšanas līdzekli ieteicams lietot lokāli centralizēti. Piemēram, ja uz apģērba aprocēm un apkakles ir daudz netīrumu, mazgāšanas laikā var uzklāt mazgāšanas līdzekļa slāni, lai palielinātu virsmaktīvās vielas šķīdināšanas efektu uz eļļu.
②Temperatūrai ir ļoti liela ietekme uz dekontaminācijas darbību. Kopumā temperatūras paaugstināšana atvieglo netīrumu noņemšanu, taču dažkārt pārāk augsta temperatūra var radīt arī trūkumus.
Temperatūras paaugstināšanās veicina netīrumu difūziju, cietie tauki viegli emulģējas temperatūrā virs tās kušanas temperatūras un šķiedrām palielinās temperatūras paaugstināšanās dēļ uzbriest, un tas viss atvieglo netīrumu noņemšanu. Tomēr kompaktiem audumiem mikroatstarpes starp šķiedrām tiek samazinātas, šķiedrām izplešoties, kas kaitē netīrumu noņemšanai.
Temperatūras izmaiņas ietekmē arī virsmaktīvo vielu šķīdību, CMC vērtību un micellu izmēru, tādējādi ietekmējot mazgāšanas efektu. Virsmaktīvo vielu ar garām oglekļa ķēdēm šķīdība zemā temperatūrā ir zema, un dažreiz šķīdība ir pat zemāka par CMC vērtību, tāpēc mazgāšanas temperatūra ir attiecīgi jāpaaugstina. Temperatūras ietekme uz CMC vērtību un micellu izmēru ir atšķirīga jonu un nejonu virsmaktīvām vielām. Jonu virsmaktīvām vielām temperatūras paaugstināšanās parasti palielina CMC vērtību un samazina micellu izmēru, kas nozīmē, ka ir jāpalielina virsmaktīvās vielas koncentrācija mazgāšanas šķīdumā. Attiecībā uz nejonu virsmaktīvajām vielām temperatūras paaugstināšanās izraisa CMC vērtības samazināšanos un ievērojamu micellu tilpuma palielināšanos, tāpēc ir skaidrs, ka atbilstoša temperatūras paaugstināšana palīdzēs nejonu virsmaktīvajai vielai iedarboties uz tās virsmas aktīvo efektu. . Tomēr temperatūra nedrīkst pārsniegt mākoņa punktu.
Īsāk sakot, optimālā mazgāšanas temperatūra ir atkarīga no mazgāšanas līdzekļa sastāva un mazgājamā priekšmeta. Dažiem mazgāšanas līdzekļiem ir laba mazgāšanas iedarbība istabas temperatūrā, savukārt citiem ir daudz atšķirīga mazgāšanas efektivitāte starp aukstu un karstu mazgāšanu.
③ Putas
Ir pieņemts jaukt putošanas spēku ar mazgāšanas efektu, uzskatot, ka mazgāšanas līdzekļiem ar augstu putošanas jaudu ir labs mazgāšanas efekts. Pētījumi liecina, ka nav tiešas attiecības starp mazgāšanas efektu un putu daudzumu. Piemēram, mazgāšana ar mazputojošiem mazgāšanas līdzekļiem ir ne mazāk efektīva kā mazgāšana ar ļoti putojošiem mazgāšanas līdzekļiem.
Lai gan putas nav tieši saistītas ar mazgāšanu, ir gadījumi, kad tās palīdz noņemt netīrumus, piemēram, mazgājot traukus ar rokām. Tīrot paklājus, putas var noņemt arī putekļus un citas cietās netīrumu daļiņas, paklāju netīrumi veido lielu putekļu daļu, tāpēc paklāju tīrīšanas līdzekļiem vajadzētu būt ar noteiktu putošanas spēju.
Putošanas spēks ir svarīgs arī šampūniem, kur smalkās putas, ko šķidrums rada šampūnu vai vannošanas laikā, atstāj matus ieeļļotus un komfortablus.
④ Šķiedru šķirnes un tekstilizstrādājumu fizikālās īpašības
Papildus šķiedru ķīmiskajai struktūrai, kas ietekmē saķeri un netīrumu noņemšanu, netīrumu noņemšanas vieglumu ietekmē šķiedru izskats un dzijas un auduma struktūra.
Vilnas šķiedru zvīņos un izliektajās plakanajās kokvilnas šķiedru lentēs ir lielāka iespēja uzkrāt netīrumus nekā gludās šķiedras. Piemēram, uz celulozes plēvēm (viskozes plēvēm) iekrāsotais ogleklis ir viegli noņemams, savukārt uz kokvilnas audumiem notraipīts ogle ir grūti nomazgājams. Vēl viens piemērs ir tāds, ka īsšķiedru audumi, kas izgatavoti no poliestera, ir vairāk pakļauti eļļas traipu uzkrāšanai nekā garšķiedras audumi, un arī eļļas traipus no audumiem ar īsu šķiedru ir grūtāk noņemt nekā eļļas traipus uz garo šķiedru audumiem.
Cieši savītas dzijas un cieši audumi mazās spraugas starp šķiedrām dēļ var izturēt netīrumu iekļūšanu, bet tas pats var arī neļaut mazgāšanas šķidrumam izslēgt iekšējos netīrumus, tāpēc cieši audumi sāk labi izturēt netīrumus, bet vienreiz notraipīti. arī mazgāšana ir grūtāka.
⑤ Ūdens cietība
Ca2+, Mg2+ un citu metālu jonu koncentrācijai ūdenī ir liela ietekme uz mazgāšanas efektu, īpaši, ja anjonu virsmaktīvās vielas saskaras ar Ca2+ un Mg2+ joniem, veidojot kalcija un magnija sāļus, kas ir mazāk šķīstoši un samazina tā mazgāšanas spēju. Cietā ūdenī, pat ja virsmaktīvās vielas koncentrācija ir augsta, mazgāšanas spēja joprojām ir daudz sliktāka nekā destilācijā. Lai virsmaktīvā viela iegūtu vislabāko mazgāšanas efektu, Ca2+ jonu koncentrācija ūdenī jāsamazina līdz 1 x 10-6 mol/L (CaCO3 līdz 0,1 mg/L) vai mazāk. Tas prasa mazgāšanas līdzeklim pievienot dažādus mīkstinātājus.
Izlikšanas laiks: 25.02.2022