1. Felületi feszültség
A folyadék felületén egységnyi hosszra eső összehúzódási erőt felületi feszültségnek nevezzük, amelyet N • m-1-ben mérünk.
2. Felületaktivitás és felületaktív anyag
Az oldószerek felületi feszültségét csökkentő tulajdonságot felületaktivitásnak, a felületaktív anyagokat pedig felületaktív anyagoknak nevezzük.
A felületaktív anyagok olyan felületaktív anyagok, amelyek vizes oldatokban micellákat és más aggregátumokat képezhetnek, nagy felületi aktivitással rendelkeznek, valamint nedvesítő, emulgeáló, habképző, mosó és egyéb funkciókat is ellátnak.
3. A felületaktív anyag molekuláris szerkezeti jellemzői
A felületaktív anyagok olyan szerves vegyületek, amelyek speciális szerkezettel és tulajdonságokkal rendelkeznek, és jelentősen megváltoztathatják a két fázis közötti határfelületi feszültséget vagy a folyadékok (általában víz) felületi feszültségét, és olyan tulajdonságokkal rendelkeznek, mint a nedvesítés, habzás, emulgeálás és mosás.
Szerkezetileg a felületaktív anyagok közös jellemzője, hogy molekuláikban két különböző funkciós csoportot tartalmaznak. Az egyik vég egy hosszú szénláncú, nem poláros csoport, amely olajban oldódik, de vízben oldhatatlan, ezt hidrofób vagy hidrofób csoportnak nevezik. Ezek a hidrofób csoportok általában hosszú szénláncú szénhidrogének, néha szerves fluoridok, szerves szilícium-dioxid-vegyületek, szerves foszfor-vegyületek, szerves ónláncok stb. A másik vég egy vízben oldódó funkciós csoport, nevezetesen egy hidrofil csoport vagy hidrofil csoport. A hidrofil csoportnak elegendő hidrofil tulajdonsággal kell rendelkeznie ahhoz, hogy a teljes felületaktív anyag vízben oldódjon és a szükséges oldhatósággal rendelkezzen. A felületaktív anyagokban jelen lévő hidrofil és hidrofób csoportok miatt ezek a folyékony fázis legalább egyik fázisában oldódhatnak. A felületaktív anyagok hidrofil és oleofil tulajdonságait amfifil tulajdonságoknak nevezzük.
4. Felületaktív anyagok típusai
A felületaktív anyagok amfifil molekulák, amelyek hidrofób és hidrofil csoportokat is tartalmaznak. A felületaktív anyagok hidrofób csoportjai általában hosszú szénláncú szénhidrogénekből állnak, például egyenes szénláncú C8-C20 alkilcsoportokból, elágazó szénláncú C8-C20 alkilcsoportokból, alkilfenilcsoportokból (8-16 alkil szénatommal) stb. A hidrofób csoportok közötti különbség főként a szén-hidrogénláncok szerkezeti változásaiban rejlik, viszonylag kis eltérésekkel, míg a hidrofil csoportoknak több típusa van. Ezért a felületaktív anyagok tulajdonságai a hidrofób csoportok mérete és alakja mellett főként a hidrofil csoportokhoz kapcsolódnak. A hidrofil csoportok szerkezeti változásai nagyobbak, mint a hidrofób csoportoké, ezért a felületaktív anyagok osztályozása általában a hidrofil csoportok szerkezetén alapul. Ez az osztályozás főként azon alapul, hogy a hidrofil csoportok ionosak-e, anionos, kationos, nemionos, ikerionos és egyéb speciális felületaktív anyagokra osztva őket.
5. A felületaktív anyagok vizes oldatának jellemzői
① Felületaktív anyagok adszorpciója a határfelületeken
A felületaktív molekulák lipofil és hidrofil csoportokkal rendelkeznek, így amfifil molekulákká válnak. A víz erősen poláris folyadék. Amikor a felületaktív anyagok vízben oldódnak, a polaritás-hasonlóság és a polaritás-különbség taszításának elve szerint hidrofil csoportjaik vonzódnak a vízfázishoz és feloldódnak a vízben, míg lipofil csoportjaik taszítják a vizet és elhagyják a vizet. Ennek eredményeként a felületaktív molekulák (vagy ionok) a két fázis közötti határfelületen adszorbeálódnak, csökkentve a két fázis közötti határfelületi feszültséget. Minél több felületaktív molekula (vagy ion) adszorbeálódik a határfelületen, annál nagyobb a határfelületi feszültség csökkenése.
② Az adszorpciós membrán néhány tulajdonsága
Adszorpciós membrán felületi nyomása: A felületaktív anyagok a gáz-folyadék határfelületen adszorbeálódnak, adszorpciós membránt képezve. Ha egy súrlódásmentes, mozgatható úszólapot helyezünk a határfelületre, és az úszólap az adszorpciós membránt az oldat felülete mentén nyomja, a membrán nyomást fejt ki az úszólapra, ezt felületi nyomásnak nevezzük.
Felületi viszkozitás: A felületi nyomáshoz hasonlóan a felületi viszkozitás az oldhatatlan molekuláris filmek tulajdonsága. Függesztsünk fel egy platinagyűrűt egy vékony fémhuzallal, hozzuk a síkját érintkezésbe a mosogató vízfelületével, forgatjuk a platinagyűrűt, a platinagyűrűt a víz viszkozitása akadályozza, és az amplitúdó fokozatosan csökken, ennek megfelelően mérhető a felületi viszkozitás. A módszer a következő: először kísérleteket végzünk a tiszta víz felszínén, megmérjük az amplitúdócsillapítást, majd a felszíni arcmaszk kialakulása után mérjük a csillapítást, és a kettő közötti különbségből kiszámítjuk a felszíni arcmaszk viszkozitását.
A felületi viszkozitás szorosan összefügg az arcmaszk felületének szilárdságával. Mivel az adszorpciós film felületi nyomással és viszkozitással rendelkezik, rugalmasnak kell lennie. Minél nagyobb az adszorpciós membrán felületi nyomása és viszkozitása, annál nagyobb a rugalmassági modulusa. A felületi adszorpciós film rugalmassági modulusa nagy jelentőséggel bír a hab stabilizálásának folyamatában.
③ Micellák képződése
A felületaktív anyagok híg oldata az ideális oldatok törvényeit követi. A felületaktív anyagok adszorpciós mennyisége az oldat felületén az oldat koncentrációjával növekszik. Amikor a koncentráció eléri vagy meghalad egy bizonyos értéket, az adszorpciós mennyiség már nem növekszik. Ezek a felesleges felületaktív molekulák az oldatban rendezetlenül vagy szabályos módon vannak jelen. Mind a gyakorlat, mind az elmélet azt mutatja, hogy oldatban aggregátumokat képeznek, amelyeket micelláknak nevezünk.
Kritikus micellakoncentráció: Azt a minimális koncentrációt, amelynél a felületaktív anyagok micellákat képeznek egy oldatban, kritikus micellakoncentrációnak nevezzük.
4. A közönséges felületaktív anyag CMC-értéke.
6. Hidrofil és oleofil egyensúlyi érték
A HLB a hidrofil lipofil egyensúlyt jelenti, amely a felületaktív anyag hidrofil és lipofil csoportjainak hidrofil és lipofil egyensúlyi értékeit, azaz a felületaktív anyag HLB-értékét jelenti. A magas HLB-érték a molekula erős hidrofil jellegét és gyenge lipofil jellegét jelzi; ezzel szemben erős lipofil jelleggel és gyenge hidrofil jelleggel rendelkezik.
① HLB-értékre vonatkozó szabályozások
A HLB-érték relatív érték, ezért a HLB-érték meghatározásakor standardként a hidrofil tulajdonságokkal nem rendelkező paraffin HLB-értékét 0-nak, míg a vízben erősen oldódó nátrium-dodecil-szulfát HLB-értékét 40-nek állítjuk be. Ezért a felületaktív anyagok HLB-értéke általában 1-40 tartományban van. Általánosságban elmondható, hogy a 10-nél kisebb HLB-értékű emulgeálószerek lipofilek, míg a 10-nél nagyobb HLB-értékű emulgeálószerek hidrofilek. Ezért a lipofilitásból hidrofilitásba való átmenet pontja körülbelül 10.
7. Emulgeálási és oldódási hatások
Két nem elegyedő folyadékot, amelyek közül az egyik részecskék (cseppek vagy folyadékkristályok) diszpergálásával képződik a másikban, emulzióknak nevezünk. Emulzió képződésekor a két folyadék közötti határfelület megnő, ami termodinamikailag instabillá teszi a rendszert. Az emulzió stabilizálásához egy harmadik komponenst - emulgeálószert - kell hozzáadni a rendszer határfelületi energiájának csökkentése érdekében. Az emulgeálószerek a felületaktív anyagokhoz tartoznak, és fő funkciójuk az emulgeálószerként való működés. Azt a fázist, amelyben a cseppek az emulzióban vannak, diszpergált fázisnak (vagy belső fázisnak, diszkontinuus fázisnak), a másik, egymással összekapcsolt fázist pedig diszpergált közegnek (vagy külső fázisnak, folytonos fázisnak) nevezzük.
① Emulgeálószerek és emulziók
A gyakori emulziók egyik fázisa víz vagy vizes oldat, a másik fázisa pedig vízzel nem elegyedő szerves vegyületek, például olajok, viaszok stb. A víz és olaj által alkotott emulziók diszperziójuk alapján két típusra oszthatók: a vízben diszpergált olaj víz-az-olajban emulziót alkot, amelyet O/W (olaj/víz) jelöl; az olajban diszpergált víz víz-az-olajban emulziót alkot, amelyet W/O (víz/olaj). Ezenkívül komplex víz-olaj a vízben V/O/V és olaj a vízben olajban O/V/O emulziók is kialakulhatnak.
Az emulgeálószer stabilizálja az emulziót azáltal, hogy csökkenti a határfelületi feszültséget és egyrétegű arcmaszkot képez.
Az emulgeálószerekkel szemben támasztott követelmények az emulgeálásban: a: az emulgeálószereknek képesnek kell lenniük adszorbeálódni vagy dúsítani a két fázis közötti határfelületen, csökkentve a határfelületi feszültséget; b: Az emulgeálószereknek elektromos töltést kell adniuk a részecskéknek, elektrosztatikus taszítást okozva a részecskék között, vagy stabil, nagy viszkozitású védőfilmet képezve a részecskék körül. Tehát az emulgeálószerként használt anyagoknak amfifil csoportokkal kell rendelkezniük ahhoz, hogy emulgeáló hatásúak legyenek, és a felületaktív anyagok teljesíthetik ezt a követelményt.
② Emulziók előállítási módszerei és az emulzió stabilitását befolyásoló tényezők
Az emulziók előállításának két módja van: az egyik a folyadék mechanikai diszpergálása apró részecskékké egy másik folyadékban, amelyet az iparban általában emulziók előállítására használnak; a másik módszer egy folyadék molekuláris állapotának feloldása egy másik folyadékban, majd annak megfelelő aggregációja emulzió képződése céljából.
Az emulziók stabilitása arra a képességükre utal, hogy mennyire képesek ellenállni a részecske-aggregációnak és fázisszétválást okozni. Az emulziók termodinamikailag instabil rendszerek, jelentős szabadenergiával. Ezért egy emulzió stabilitása valójában arra az időre utal, amely ahhoz szükséges, hogy a rendszer elérje az egyensúlyi állapotot, azaz arra az időre, amely ahhoz szükséges, hogy a rendszerben lévő folyadék szétváljon.
Amikor az arcmaszk poláris szerves molekulákat, például zsíralkoholt, zsírsavat és zsíraminokat tartalmaz, a membrán szilárdsága jelentősen megnő. Ez azért van, mert az emulgeálószer molekulák a határfelületi adszorpciós rétegben kölcsönhatásba lépnek a poláris molekulákkal, például az alkohollal, savval és aminnal, és egy „komplexet” képeznek, ami növeli a határfelületi arcmaszk szilárdságát.
A két vagy több felületaktív anyagból álló emulgeálószereket vegyes emulgeálószereknek nevezzük. A vegyes emulgeálószerek a víz/olaj határfelületen adszorbeálódnak, és az intermolekuláris kölcsönhatások komplexeket képezhetnek. Az erős intermolekuláris kölcsönhatás miatt a határfelületi feszültség jelentősen csökken, a határfelületen adszorbeált emulgeálószer mennyisége jelentősen megnő, és a képződött határfelületi arcmaszk sűrűsége és szilárdsága megnő.
A cseppek töltése jelentős hatással van az emulziók stabilitására. A stabil emulziók jellemzően elektromos töltésű cseppekkel rendelkeznek. Ionos emulgeálószerek használatakor a határfelületen adszorbeált emulgeálószer-ionok lipofil csoportjaikat az olajfázisba építik be, míg a hidrofil csoportok a vízfázisba kerülnek, így a cseppek töltéssel rendelkeznek. Mivel az emulzió cseppjei azonos töltéssel rendelkeznek, taszítják egymást, és nem könnyen agglomerálódnak, ami fokozott stabilitást eredményez. Látható, hogy minél több emulgeálószer-ion adszorbeálódik a cseppeken, annál nagyobb a töltésük, és annál nagyobb a cseppek összeolvadását megakadályozó képességük, így az emulziós rendszer stabilabbá válik.
Az emulziós diszperziós közeg viszkozitása bizonyos hatással van az emulzió stabilitására. Általánosságban elmondható, hogy minél nagyobb a diszpergáló közeg viszkozitása, annál nagyobb az emulzió stabilitása. Ez azért van, mert a diszpergáló közeg viszkozitása magas, ami erősen gátolja a folyadékcseppek Brown-mozgását, lelassítja a cseppek ütközését, és stabilan tartja a rendszert. Az emulziókban általában oldódó polimer anyagok növelhetik a rendszer viszkozitását és fokozhatják az emulzió stabilitását. Ezenkívül a polimer szilárd felületű arcmaszkot is képezhet, így az emulziós rendszer stabilabbá válik.
Bizonyos esetekben a szilárd por hozzáadása is stabilizálhatja az emulziót. A szilárd por nincs vízben, olajban vagy a határfelületen, az olaj és a víz nedvesítőképességétől függően a szilárd poron. Ha a szilárd port nem nedvesíti teljesen a víz, és az olaj nedvesítheti, akkor a víz-olaj határfelületen marad.
Azért nem stabilizálja az emulziót a szilárd por, mert a határfelületen összegyűlt por nem erősíti meg a határfelületi arcmaszkot, ami hasonló a határfelületi adszorpciós emulgeálószer molekulákhoz. Ezért minél közelebb helyezkednek el a szilárd porrészecskék a határfelületen, annál stabilabb lesz az emulzió.
A felületaktív anyagok képesek jelentősen növelni a vízben oldhatatlan vagy kis mértékben oldódó szerves vegyületek oldhatóságát, miután micellákat képeznek vizes oldatban, és az oldat ekkor átlátszóvá válik. A micelláknak ezt a hatását szolubilizációnak nevezik. Az oldódást elősegítő hatású felületaktív anyagokat szolubilizálószereknek, az oldott szerves vegyületeket pedig szolubilizált vegyületeknek nevezik.
8. Hab
A hab fontos szerepet játszik a mosási folyamatban. A hab olyan diszperziós rendszerre utal, amelyben a gáz folyékony vagy szilárd halmazállapotú anyagban diszpergálva van. A gáz a diszperziós fázis, a folyékony vagy szilárd halmazállapotú anyag pedig a diszperziós közeg. Az előbbit folyékony habnak, az utóbbit szilárd habnak nevezzük, például hab műanyagnak, habüvegnek, habcementnek stb.
(1) Habképződés
A hab itt folyadékfilmmel elválasztott buborékok aggregációjára utal. A diszpergált fázis (gáz) és a diszpergált közeg (folyadék) közötti nagy sűrűségkülönbség, valamint a folyadék alacsony viszkozitása miatt a hab mindig gyorsan felemelkedhet a folyadékszintre.
A habképződés folyamata során nagy mennyiségű gázt juttatnak a folyadékba, és a folyadékban lévő buborékok gyorsan visszatérnek a folyadék felszínére, buborékaggregátumot képezve, amelyet kis mennyiségű folyadék és gáz választ el egymástól.
A habnak két figyelemre méltó morfológiai jellemzője van: az egyik, hogy a buborékok diszpergált fázisként gyakran sokszögletűek, mivel a buborékok metszéspontjában a folyadékfilm hajlamos elvékonyodni, így a buborékok sokszögletűek lesznek. Amikor a folyadékfilm egy bizonyos mértékig elvékonyodik, a buborékok megrepednek; másodszor, a tiszta folyadék nem tud stabil habot képezni, de a habképző folyadék legalább két vagy több komponensből áll. A felületaktív anyag vizes oldata egy tipikus rendszer, amely könnyen habképző, és a habképző képessége más tulajdonságokkal is összefügg.
A jó habképző képességű felületaktív anyagokat habképző anyagoknak nevezzük. Bár a habképző anyag jó habképző képességgel rendelkezik, a képződött hab nem biztos, hogy sokáig megőrzi stabilitását, azaz stabilitása nem lesz jó. A hab stabilitásának fenntartása érdekében gyakran adnak a habképző anyaghoz egy olyan anyagot, amely növelheti a hab stabilitását, ezt habstabilizátornak nevezik. A gyakran használt habstabilizátorok a lauroil-dietanol-amin és a dodecil-dimetil-amin-oxid.
(2) A hab stabilitása
A hab termodinamikailag instabil rendszer, és a végső tendencia az, hogy a folyadék teljes felülete a rendszerben csökken, és a szabadenergia is csökken a buborékok felszakadása után. A habzásmentesítési folyamat az a folyamat, amelynek során a gázt elválasztó folyadékfilm vastagsága megváltozik, amíg meg nem szakad. Ezért a hab stabilitását főként a folyadék kiáramlásának sebessége és a folyadékfilm szilárdsága határozza meg. Számos más befolyásoló tényező is van.
① Felületi feszültség
Energia szempontjából az alacsony felületi feszültség kedvezőbb a habképződéshez, de nem garantálja a hab stabilitását. Az alacsony felületi feszültség, az alacsony nyomáskülönbség, a lassú folyadékkisülési sebesség és a lassú folyadékfilm-vékonyodás elősegíti a hab stabilitását.
② Felületi viszkozitás
A hab stabilitását meghatározó kulcsfontosságú tényező a folyadékfilm szilárdsága, amelyet főként a felületi adszorpciós film szilárdsága határoz meg, amelyet a felületi viszkozitással mérnek. A kísérletek azt mutatják, hogy a nagyobb felületi viszkozitású oldat által előállított hab hosszabb élettartamú. Ez azért van, mert a felületen adszorbeált molekulák közötti kölcsönhatás a membrán szilárdságának növekedéséhez vezet, ezáltal javítva a hab élettartamát.
③ Oldat viszkozitása
Amikor a folyadék viszkozitása megnő, a folyékony filmben lévő folyadék nehezen ürül ki, és a folyékony film vastagságának elvékonyodása lassú, ami késlelteti a folyékony film repedésének idejét és növeli a hab stabilitását.
④ A felületi feszültség „javító” hatása
A folyékony film felületén adszorbeált felületaktív anyagok képesek ellenállni a folyékony film felületének tágulásának vagy összehúzódásának, amit javító hatásnak nevezünk. Ez azért van, mert a felületen adszorbeált felületaktív anyagok folyékony filmje van, és a felületének növelése csökkenti a felületen adszorbeált molekulák koncentrációját és növeli a felületi feszültséget. A felület további növelése nagyobb erőfeszítést igényel. Ezzel szemben a felület zsugorodása növeli az adszorbeált molekulák koncentrációját a felületen, csökkentve a felületi feszültséget és gátolva a további zsugorodást.
⑤ A gáz diffúziója egy folyékony filmen keresztül
A kapilláris nyomás megléte miatt a habban lévő kis buborékok nyomása magasabb, mint a nagy buborékoké, aminek következtében a kis buborékokban lévő gáz a folyadékfilmen keresztül diffundál az alacsony nyomású nagy buborékokba, aminek következtében a kis buborékok kisebbek, a nagy buborékok nagyobbak lesznek, és végül a hab eltörik. Felületaktív anyag hozzáadása esetén a hab egyenletes és sűrű lesz a habzás során, és nem könnyű a habzásgátló. Mivel a felületaktív anyag szorosan el van helyezve a folyadékfilmen, nehéz szellőzni, ami stabilabbá teszi a habot.
⑥ A felületi töltés hatása
Ha a habfolyadékfilm ugyanazzal a szimbólummal van feltöltve, a folyadékfilm két felülete taszítja egymást, megakadályozva a folyadékfilm elvékonyodását vagy akár megsemmisülését. Az ionos felületaktív anyagok biztosíthatják ezt a stabilizáló hatást.
Összefoglalva, a folyékony film szilárdsága kulcsfontosságú tényező a hab stabilitásának meghatározásában. Habképző anyagok és habstabilizátorok felületaktív anyagaként a felületen adszorbeált molekulák tömörsége és szilárdsága a legfontosabb tényezők. Amikor a felületen adszorbeált molekulák közötti kölcsönhatás erős, az adszorbeált molekulák szorosan elrendeződve helyezkednek el, ami nemcsak magát a felületi arcmaszkot teszi nagy szilárdságúvá, hanem a felületi arcmaszk melletti oldat áramlását is megnehezíti a magas felületi viszkozitás miatt, így a folyékony film viszonylag nehezen tud lefolyni, és a folyékony film vastagságát könnyű fenntartani. Ezenkívül a szorosan elrendezett felületi molekulák csökkenthetik a gázmolekulák permeabilitását, és így növelhetik a hab stabilitását.
(3) A hab megsemmisülése
A hab megsemmisítésének alapelve a habképződés körülményeinek megváltoztatása vagy a hab stabilitási tényezőinek kiküszöbölése, ezért két habzásgátló módszer létezik: fizikai és kémiai.
A fizikai habzásmentesítés a habképződés körülményeinek megváltoztatását jelenti, miközben a haboldat kémiai összetétele változatlan marad. Például a külső erőhatás, a hőmérséklet- vagy nyomásváltozás és az ultrahangos kezelés mind hatékony fizikai módszerek a hab eltávolítására.
A kémiai habzásgátló módszer lényege, hogy bizonyos anyagokat adnak a habképző szerhez, hogy kölcsönhatásba lépjenek vele, csökkentsék a folyékony film szilárdságát a habban, majd csökkentsék a hab stabilitását a habzásgátló hatás elérése érdekében. Az ilyen anyagokat habzásgátlóknak nevezik. A legtöbb habzásgátló felületaktív anyag. Ezért a habzásgátló mechanizmusa szerint a habzásgátlóknak erős felületi feszültségcsökkentő képességgel kell rendelkezniük, könnyen adszorbeálódniuk kell a felületen, és gyenge kölcsönhatásokkal kell rendelkezniük a felületen adszorbeált molekulák között, ami az adszorbeált molekulák viszonylag laza elrendeződését eredményezi.
Különböző típusú habzásgátlók léteznek, de ezek többnyire nem ionos felületaktív anyagok. A nem ionos felületaktív anyagok habzásgátló tulajdonságokkal rendelkeznek a zavarosodási pontjuk közelében vagy felett, és általában habzásgátlóként használják őket. Az alkoholok, különösen az elágazó szerkezetűek, zsírsavak és észterek, poliamidok, foszfátok, szilikonolajok stb. szintén kiváló habzásgátlók.
(4) Hab és mosás
Nincs közvetlen összefüggés a habzás és a mosóhatás között, és a hab mennyisége nem jelenti azt, hogy a mosóhatás jó vagy rossz. Például a nemionos felületaktív anyagok habzási teljesítménye messze elmarad a szappanétól, de tisztítóerejük sokkal jobb.
Bizonyos esetekben a hab hasznos a szennyeződések eltávolításában. Például, amikor otthon mosogatunk edényeket, a mosogatószer habja elmoshatja a lemosott olajcseppeket; amikor szőnyeget súrolunk, a hab segít eltávolítani a szilárd szennyeződéseket, például a port és a port. Ezenkívül a hab néha annak jelzésére is használható, hogy a mosogatószer hatékony-e, mivel a zsíros olajfoltok gátolhatják a mosogatószer habzását. Ha túl sok olajfolt és túl kevés mosószer van, nem lesz hab, vagy az eredeti hab eltűnik. Néha a hab annak jelzőjeként is használható, hogy az öblítés tiszta-e. Mivel az öblítőoldatban lévő hab mennyisége a mosószer-tartalom csökkenésével csökken, az öblítés mértékét a hab mennyisége alapján lehet értékelni.
9. Mosási folyamat
Tágabb értelemben a mosás az a folyamat, amelynek során a mosandó tárgyról eltávolítjuk a nem kívánt összetevőket, és egy adott célt érünk el. A szokásos mosás a hordozó felületéről történő szennyeződés eltávolítását jelenti. Mosás során a szennyeződés és a hordozó közötti kölcsönhatás bizonyos vegyi anyagok (például mosószerek) hatására gyengül vagy megszűnik, a szennyeződés és a hordozó kombinációját szennyeződés és mosószer kombinációjává alakítva, végső soron a szennyeződés és a hordozó leválását okozva. Mivel a mosandó tárgyak és az eltávolítandó szennyeződések sokfélék, a mosás egy nagyon összetett folyamat, és a mosás alapvető folyamata a következő egyszerű összefüggéssel ábrázolható:
Hordozó • Szennyeződés+Mosószer=Hordozó+Szennyeződés • Mosószer
A mosási folyamat általában két szakaszra osztható: az egyik a szennyeződés és a hordozóanyag szétválasztása a mosószer hatására; a második az, hogy a leválasztott szennyeződést diszpergálják és szuszpendálják a mosóközegben. A mosási folyamat egy visszafordítható folyamat, és a mosóközegben diszpergált vagy szuszpendált szennyeződés vissza is csapódhat a mosóközegből a ruhára. Ezért egy kiváló mosószernek nemcsak képesnek kell lennie a szennyeződések hordozóanyagról való leválasztására, hanem jó képességgel kell rendelkeznie a szennyeződések diszpergálására és szuszpendálására, valamint a szennyeződés újbóli lerakódásának megakadályozására is.
(1) Szennyeződéstípusok
Még ugyanazon tárgy esetében is a szennyeződés típusa, összetétele és mennyisége a felhasználási környezettől függően változik. Az olajos testszennyeződések főként állati és növényi olajokat, valamint ásványi olajokat (például nyersolajat, fűtőolajat, kőszénkátrányt stb.) tartalmaznak, míg a szilárd szennyeződések főként füstöt, port, rozsdát, kormot stb. tartalmaznak. A ruházati szennyeződések tekintetében vannak emberi testből származó szennyeződések, például izzadság, faggyú, vér stb.; élelmiszerekből származó szennyeződések, például gyümölcsfoltok, étkezési olajfoltok, fűszerfoltok, keményítő stb.; kozmetikumok által hozott szennyeződések, például rúzs és körömlakk; a légkörből származó szennyeződések, például füst, por, talaj stb.; egyéb anyagok, például tinta, tea, festék stb. Elmondható, hogy különféle és változatos típusok léteznek.
A különféle szennyeződéseket általában három kategóriába sorolhatjuk: szilárd szennyeződés, folyékony szennyeződés és speciális szennyeződés.
① A gyakori szilárd szennyeződések közé tartoznak az olyan részecskék, mint a hamu, sár, föld, rozsda és korom. Ezen részecskék többsége felületi töltéssel rendelkezik, többnyire negatív, és könnyen adszorbeálódnak a rostos tárgyakon. A szilárd szennyeződés általában nehezen oldódik vízben, de mosószeres oldatokkal diszpergálható és szuszpendálható. A kis részecskékből álló szilárd szennyeződés nehezen eltávolítható.
② A folyékony szennyeződések többnyire olajban oldódnak, beleértve az állati és növényi olajokat, zsírsavakat, zsíralkoholokat, ásványi olajokat és azok oxidjait. Ezek közül az állati és növényi olajok, valamint a zsírsavak lúggal elszappanosodhatnak, míg a zsíralkoholok és az ásványi olajok nem szappanosodnak el lúggal, de alkoholokban, éterekben és szénhidrogén szerves oldószerekben oldódnak, és detergens vizes oldatokban emulgeálódnak és diszpergálódnak. Az olajban oldódó folyékony szennyeződések általában erős kölcsönhatási erővel rendelkeznek a rostos tárgyakkal, és szilárdan kötődnek a rostokhoz.
③ A speciális szennyeződések közé tartozik a fehérje, keményítő, vér, emberi váladékok, például izzadság, faggyú, vizelet, valamint gyümölcslé, tealé stb. Az ilyen típusú szennyeződések többsége kémiai reakciók révén erősen megkötheti a rostos tárgyakat. Ezért a mosásuk meglehetősen nehéz.
A különféle szennyeződések ritkán fordulnak elő önmagukban, gyakran összekeverednek és együtt adszorbeálódnak a tárgyakon. A szennyeződés külső hatások hatására oxidálódhat, lebomolhat vagy elporladhat, ami új szennyeződések kialakulásához vezethet.
(2) A szennyeződés tapadó hatása
A ruhák, kezek stb. azért piszkosodhatnak, mert valamilyen kölcsönhatás van a tárgyak és a szennyeződés között. A szennyeződésnek különféle tapadási hatásai vannak a tárgyakon, de ezek főként fizikai és kémiai tapadás.
1. A cigarettahamu, por, üledék, korom és egyéb anyagok fizikai tapadása a ruházathoz. Általánosságban elmondható, hogy a megtapadt szennyeződés és a szennyezett tárgy közötti kölcsönhatás viszonylag gyenge, és a szennyeződés eltávolítása is viszonylag könnyű. A különböző erők szerint a szennyeződés fizikai tapadása mechanikai tapadásra és elektrosztatikus tapadásra osztható.
A: A mechanikai tapadás főként szilárd szennyeződések, például por és üledék tapadására utal. A mechanikai tapadás a szennyeződések gyenge tapadási módja, amelyeket szinte egyszerű mechanikai módszerekkel el lehet távolítani. Azonban, ha a szennyeződés részecskemérete kicsi (<0,1 μm), nehezebb eltávolítani.
B: Az elektrosztatikus tapadás főként a töltéssel rendelkező szennyeződésrészecskék ellentétes töltésű tárgyakon kifejtett hatásában nyilvánul meg. A legtöbb rostos tárgy negatív töltésű a vízben, és könnyen tapad hozzájuk a pozitív töltésű szennyeződés, például a mész. Egyes szennyeződések, bár negatív töltésűek, mint például a vizes oldatokban lévő koromrészecskék, a vízben lévő pozitív ionok (például Ca2+, Mg2+ stb.) által létrehozott ionhidakon keresztül tapadhatnak a rostokhoz (az ionok több ellentétes töltés között együttesen hatnak, hidakként viselkedve).
A statikus elektromosság erősebb, mint az egyszerű mechanikai behatás, ezért viszonylag nehéz eltávolítani a szennyeződéseket.
③ Különleges szennyeződések eltávolítása
A fehérjét, keményítőt, emberi váladékokat, gyümölcslevet, tealevet és más típusú szennyeződéseket nehéz eltávolítani az általános felületaktív anyagokkal, és speciális kezelési módszereket igényelnek.
A fehérjefoltok, mint például a tejszín, tojás, vér, tej és bőrváladék, hajlamosak a szálakon koagulációra és denaturációra, és erősebben tapadnak. A fehérjeszennyeződés eltávolítására proteáz használható. A proteáz képes a szennyeződésben lévő fehérjéket vízben oldódó aminosavakká vagy oligopeptidekké bontani.
A keményítőfoltok főként élelmiszerekből származnak, míg mások, például húslevekből, pasztákból stb. A keményítőenzimek katalitikus hatással vannak a keményítőfoltok hidrolízisére, a keményítőt cukrokká bontják.
A lipáz katalizálja egyes, hagyományos módszerekkel nehezen eltávolítható trigliceridek, például az emberi szervezet által kiválasztott faggyú, étkezési olajok stb. lebomlását, hogy a triglicerideket oldható glicerinné és zsírsavakká bontsa.
Néhány színes folt, például gyümölcslé, tealé, tinta, rúzs stb., gyakran nehezen tisztítható még ismételt mosás után is. Ez a típusú folt oxidációs-redukciós reakciókkal távolítható el oxidálószerek vagy redukálószerek, például fehérítő segítségével, amelyek lebontják a kromofor vagy kromoforcsoportok szerkezetét, és kisebb, vízben oldódó komponensekre bontják azokat.
A vegytisztítás szempontjából nagyjából háromféle szennyeződés létezik.
① Az olajban oldódó szennyeződések különféle olajokat és zsírokat tartalmaznak, amelyek folyékonyak vagy zsírosak és vegytisztításhoz használt oldószerekben oldódnak.
② A vízben oldódó szennyeződések vizes oldatban oldódnak, de vegytisztítószerekben nem oldódnak. Vizes oldat formájában adszorbeálódnak a ruházaton, és a víz elpárolgása után szemcsés szilárd anyagok, például szervetlen sók, keményítő, fehérjék stb. válnak ki.
③ Az olajban oldhatatlan szennyeződések vízben és vegytisztító oldószerekben, például koromban, különféle fémszilikátokban és oxidokban oldhatatlanok.
A különféle szennyeződések eltérő tulajdonságai miatt a vegytisztítás során többféleképpen is eltávolíthatók a szennyeződések. Az olajban oldódó szennyeződések, mint például az állati és növényi olajok, az ásványi olajok és a zsírok, könnyen oldódnak szerves oldószerekben, és könnyen eltávolíthatók vegytisztítás során. A vegytisztító oldószerek kiváló oldhatósága az olajban és zsírban lényegében a molekulák közötti van der Waals-erőknek köszönhető.
A vízben oldódó szennyeződések, például szervetlen sók, cukrok, fehérjék, izzadság stb. eltávolításához megfelelő mennyiségű vizet kell hozzáadni a vegytisztító szerhez, különben a vízben oldódó szennyeződések nehezen távolíthatók el a ruhákból. A víz azonban nehezen oldódik a vegytisztító szerekben, ezért a víz mennyiségének növelése érdekében felületaktív anyagokat kell hozzáadni. A vegytisztító szerekben jelen lévő víz hidratálja a szennyeződéseket és a ruházat felületét, így könnyen kölcsönhatásba lép a felületaktív anyagok poláris csoportjaival, ami előnyös a felületaktív anyagok felületen történő adszorpciójához. Ezenkívül, amikor a felületaktív anyagok micellákat képeznek, a vízben oldódó szennyeződések és a víz feloldódhatnak a micellákban. A felületaktív anyagok nemcsak a vegytisztító oldószerek víztartalmát növelhetik, hanem megakadályozhatják a szennyeződés újbóli lerakódását is, fokozva a tisztító hatást.
A vízben oldódó szennyeződések eltávolításához kis mennyiségű víz jelenléte szükséges, de a túlzott víz egyes ruhák deformálódását, gyűrődését stb. okozhatja, ezért a száraz mosószer víztartalmának mérsékeltnek kell lennie.
A szilárd részecskék, mint például a hamu, a sár, a föld és a korom, amelyek sem vízben, sem olajban nem oldódnak, általában elektrosztatikus adszorpcióval vagy olajfoltokkal való keveredés útján tapadnak a ruházathoz. A vegytisztítás során az oldószerek áramlása és ütközése miatt az elektrosztatikus erők által adszorbeált szennyeződések leválhatnak, míg a vegytisztító szerek feloldhatják az olajfoltokat, aminek következtében az olajfoltokkal egyesülő és a ruhához tapadó szilárd részecskék leválnak a vegytisztító szerről. A vegytisztító szerben található kis mennyiségű víz és felületaktív anyag stabilan szuszpendálja és diszpergálja a leeső szilárd szennyeződésrészecskéket, megakadályozva, hogy azok újra lerakódjanak a ruhán.
(5) A mosási hatást befolyásoló tényezők
A felületaktív anyagok irányított adszorpciója a határfelületen és a felületi (határfelületi) feszültség csökkentése a fő tényezők a folyékony vagy szilárd szennyeződések eltávolításában. A mosási folyamat azonban viszonylag összetett, és még ugyanazon típusú mosószer mosóhatását is számos más tényező befolyásolja. Ezek a tényezők magukban foglalják a mosószer koncentrációját, a hőmérsékletet, a szennyeződés jellegét, a rost típusát és a szövet szerkezetét.
① Felületaktív anyagok koncentrációja
Az oldatban lévő felületaktív anyagok micellái fontos szerepet játszanak a mosási folyamatban. Amikor a koncentráció eléri a kritikus micellakoncentrációt (cmc), a mosóhatás hirtelen megnő. Ezért a jó mosóhatás eléréséhez az oldószerben lévő mosószer koncentrációjának magasabbnak kell lennie, mint a CMC-érték. Amikor azonban a felületaktív anyagok koncentrációja meghaladja a CMC-értéket, a növekvő mosóhatás csökkenő jelentőségűvé válik, és a felületaktív anyag koncentrációjának túlzott növelése szükségtelen.
Olajfoltok eltávolításakor a szolubilizáció hatása akkor is növekszik a felületaktív anyag koncentrációjának növekedésével, ha a koncentráció meghaladja a CMC-értéket. Ilyenkor célszerű a mosószert lokálisan használni, például a ruhák mandzsettáján és gallérján, ahol sok a szennyeződés. Mosáskor először egy réteg mosószert lehet felvinni, hogy javítsuk a felületaktív anyagok olajfoltokra gyakorolt oldóhatását.
② A hőmérséklet jelentős hatással van a tisztítóhatásra. Összességében a hőmérséklet emelése előnyös a szennyeződések eltávolítása szempontjából, de a túlzott hőmérséklet néha kedvezőtlen tényezőket is okozhat.
A hőmérséklet növekedése előnyös a szennyeződések diffúziója szempontjából. A szilárd olajfoltok könnyen emulgeálódnak, ha a hőmérséklet meghaladja az olvadáspontjukat, és a szálak tágulása is megnő a hőmérséklet növekedése miatt. Ezek a tényezők mind előnyösek a szennyeződések eltávolítása szempontjából. A szűk szövetek esetében azonban a szálak közötti mikrorések a szálak tágulása után csökkennek, ami nem segíti elő a szennyeződések eltávolítását.
A hőmérsékletváltozások befolyásolják a felületaktív anyagok oldhatóságát, CMC-értékét és micellaméretét is, ezáltal befolyásolva a mosóhatást. A hosszú szénláncú felületaktív anyagok alacsony hőmérsékleten alacsonyabb oldhatósággal rendelkeznek, és néha még a CMC-értéknél is alacsonyabb oldhatósággal. Ebben az esetben a mosási hőmérsékletet megfelelően növelni kell. A hőmérséklet hatása a CMC-értékre és a micellaméretre eltérő az ionos és a nem ionos felületaktív anyagok esetében. Ionos felületaktív anyagok esetében a hőmérséklet növekedése általában a CMC-érték növekedéséhez és a micellaméret csökkenéséhez vezet. Ez azt jelenti, hogy a felületaktív anyagok koncentrációját növelni kell a mosóoldatban. Nem ionos felületaktív anyagok esetében a hőmérséklet növelése a CMC-értékük csökkenéséhez és a micellaméretük jelentős növekedéséhez vezet. Látható, hogy a hőmérséklet megfelelő növelése segíthet a nem ionos felületaktív anyagoknak felületi aktivitásuk kifejtésében. A hőmérséklet azonban nem haladhatja meg a ködösödési pontjukat.
Röviden, a legmegfelelőbb mosási hőmérséklet a mosószer formulájától és a mosandó tárgytól függ. Egyes mosószerek szobahőmérsékleten is jó tisztítóhatást mutatnak, míg mások hideg és meleg mosás esetén jelentősen eltérő tisztítóhatást mutatnak.
③ Hab
Az emberek gyakran összekeverik a habzóképességet a mosóhatással, azt gondolva, hogy az erősen habzó mosószerek jobb mosóhatással rendelkeznek. Az eredmények azt mutatják, hogy a mosóhatás nem közvetlenül kapcsolódik a hab mennyiségéhez. Például az alacsony habzású mosószer használata mosáshoz nem eredményez rosszabb mosóhatást, mint a magas habzású mosószer.
Bár a hab nem közvetlenül kapcsolódik a mosáshoz, bizonyos helyzetekben mégis hasznos a szennyeződések eltávolításában. Például a mosófolyadék habja elsodorhatja az olajcseppeket kézi mosogatáskor. Szőnyegsúroláskor a hab a szilárd szennyeződésrészecskéket, például a port is eltávolítja. A por a szőnyegszennyeződés nagy részét teszi ki, ezért a szőnyegtisztítónak rendelkeznie kell bizonyos habzóképességgel.
A sampon habzóereje is fontos. A hajmosás vagy fürdés során a folyadék által termelt finom hab kellemes érzést kelt.
④ Száltípusok és a textíliák fizikai tulajdonságai
A szennyeződések tapadását és eltávolítását befolyásoló szálak kémiai szerkezete mellett a szálak megjelenése, valamint a fonalak és szövetek szervezeti felépítése is hatással van a szennyeződések eltávolításának nehézségére.
A gyapjúszálak pikkelyei és a pamutszálak lapos, csíkszerű szerkezete hajlamosabb a szennyeződés felhalmozódására, mint a sima szálak. Például a cellulózfóliára (ragasztófóliára) tapadó korom könnyen eltávolítható, míg a pamutszövetre tapadó korom nehezen mosható le. Például a rövid szálú poliészter szövetek hajlamosabbak az olajfoltok felhalmozódására, mint a hosszú szálú szövetek, és a rövid szálú szöveteken lévő olajfoltok is nehezebben eltávolíthatók, mint a hosszú szálú szöveteken lévők.
A szorosan sodrott fonalak és a feszes anyagok a szálak közötti apró mikrorések miatt ellenállnak a szennyeződések bejutásának, de megakadályozzák, hogy a tisztítóoldat eltávolítsa a belső szennyeződéseket. Ezért a feszes anyagok kezdetben jól ellenállnak a szennyeződéseknek, de szennyezés után nehéz tisztítani őket.
⑤ A víz keménysége
A fémionok, például a Ca2+ és Mg2+ koncentrációja a vízben jelentős hatással van a mosóhatásra, különösen akkor, ha az anionos felületaktív anyagok Ca2+ és Mg2+ ionokkal találkoznak, rosszul oldódó kalcium- és magnéziumsókat képezve, ami csökkentheti tisztítóképességüket. Még ha a felületaktív anyagok koncentrációja magas is kemény vízben, tisztítóhatásuk akkor is sokkal rosszabb, mint desztilláció esetén. A felületaktív anyagok legjobb mosóhatásának eléréséhez a vízben lévő Ca2+ ionok koncentrációját 1 × 10-6 mol/l alá kell csökkenteni (a CaCO3-at 0,1 mg/l-re kell csökkenteni). Ehhez különféle lágyítószereket kell hozzáadni a mosószerhez.
Közzététel ideje: 2024. augusztus 16.