Krympekraften af enhver længdeenhed på overfladen af væsken kaldes overfladespændingen, og enheden er N.·m-1.
Egenskaben til at reducere opløsningsmidlets overfladespænding kaldes overfladeaktivitet, og et stof med denne egenskab kaldes et overfladeaktivt stof.
Det overfladeaktive stof, der kan binde molekyler i vandig opløsning og danne miceller og andre associationer, og have høj overfladeaktivitet, samtidig med at det virker befugtende, emulgerende, skumdannelse, vask osv. kaldes overfladeaktivt middel.
Overfladeaktivt middel er organiske forbindelser med speciel struktur og egenskab, som væsentligt kan ændre grænsefladespændingen mellem to faser eller overfladespændingen af væsker (generelt vand), med befugtning, skumdannelse, emulgering, vask og andre egenskaber.
Med hensyn til struktur har overfladeaktive stoffer et fælles træk ved, at de indeholder to grupper af forskellig natur i deres molekyler. I den ene ende er en lang kæde af ikke-polær gruppe, opløselig i olie og uopløselig i vand, også kendt som hydrofob gruppe eller vandafvisende gruppe. En sådan vandafvisende gruppe er generelt lange kæder af carbonhydrider, nogle gange også for organisk fluor, silicium, organophosphat, organotinkæde osv. I den anden ende er en vandopløselig gruppe, en hydrofil gruppe eller olieafvisende gruppe. Den hydrofile gruppe skal være tilstrækkelig hydrofil til at sikre, at hele overfladeaktive stoffer er opløselige i vand og har den nødvendige opløselighed. Da overfladeaktive stoffer indeholder hydrofile og hydrofobe grupper, kan de være opløselige i mindst én af væskefaserne. Denne hydrofile og lipofile egenskab af overfladeaktivt stof kaldes amfifilicitet.
Overfladeaktivt middel er en slags amfifile molekyler med både hydrofobe og hydrofile grupper. Hydrofobe grupper af overfladeaktive stoffer er generelt sammensat af langkædede carbonhydrider, såsom ligekædet alkyl C8~C20, forgrenet alkyl C8~C20, alkylphenyl (alkylcarbonatomtal er 8~16) og lignende. Forskellen, der er lille mellem hydrofobe grupper, er hovedsageligt i de strukturelle ændringer af kulbrintekæder. Og typerne af hydrofile grupper er flere, så overfladeaktive stoffers egenskaber er hovedsageligt relateret til hydrofile grupper ud over størrelsen og formen af hydrofobe grupper. De strukturelle ændringer af hydrofile grupper er større end for hydrofobe grupper, så klassificeringen af overfladeaktive stoffer er generelt baseret på strukturen af hydrofile grupper. Denne klassificering er baseret på, om den hydrofile gruppe er ionisk eller ej, og den er opdelt i anioniske, kationiske, nonioniske, zwitterioniske og andre specielle typer overfladeaktive stoffer.
① Adsorption af overfladeaktive stoffer ved grænsefladen
Overfladeaktive molekyler er amfifile molekyler med både lipofile og hydrofile grupper. Når det overfladeaktive stof er opløst i vand, tiltrækkes dets hydrofile gruppe af vand og opløses i vand, mens dets lipofile gruppe frastødes af vand og efterlader vand, hvilket resulterer i adsorption af overfladeaktive molekyler (eller ioner) på grænsefladen mellem de to faser , hvilket reducerer grænsefladespændingen mellem de to faser. Jo flere overfladeaktive molekyler (eller ioner) adsorberes ved grænsefladen, jo større reduktion i grænsefladespændingen.
② Nogle egenskaber ved adsorptionsmembran
Overfladetryk af adsorptionsmembran: Adsorption af overfladeaktivt stof ved gas-væske-grænsefladen for at danne en adsorptionsmembran, såsom at placere en friktionsfri, aftagelig flydende plade på grænsefladen, den flydende plade skubber den adsorberende membran langs opløsningens overflade, og membranen genererer et tryk på det flydende lag, som kaldes overfladetryk.
Overfladeviskositet: Ligesom overfladetryk er overfladeviskositet en egenskab, der udvises af uopløselig molekylær membran. Ophængt af en fin metaltråd platinring, så dens plan kommer i kontakt med vandoverfladen af tanken, roter platinringen, platinringen ved vandhindringens viskositet, amplituden falder gradvist, ifølge hvilken overfladeviskositeten kan være målt. Metoden er: Først udføres forsøget på den rene vandoverflade for at måle amplitudehenfaldet, og derefter måles henfaldet efter dannelsen af overflademembranen, og viskositeten af overflademembranen udledes af forskellen mellem de to .
Overfladeviskositeten er tæt forbundet med overflademembranens soliditet, og da adsorptionsmembranen har overfladetryk og viskositet, skal den have elasticitet. Jo højere overfladetryk og jo højere viskositet af den adsorberede membran, jo højere er dens elasticitetsmodul. Overfladeadsorptionsmembranens elasticitetsmodul er vigtig i processen med boblestabilisering.
③ Dannelse af miceller
Fortyndede opløsninger af overfladeaktive stoffer overholder lovene efterfulgt af ideelle opløsninger. Mængden af overfladeaktivt stof adsorberet på overfladen af opløsningen stiger med koncentrationen af opløsningen, og når koncentrationen når eller overstiger en vis værdi, øges mængden af adsorption ikke længere, og disse overskydende overfladeaktive molekyler er i opløsningen på et tilfældigt tidspunkt måde eller på en almindelig måde. Både praksis og teori viser, at de danner associationer i opløsning, og disse associationer kaldes miceller.
Kritisk micellekoncentration (CMC): Den minimale koncentration, ved hvilken overfladeaktive stoffer danner miceller i opløsning, kaldes den kritiske micellekoncentration.
④ CMC-værdier for almindelige overfladeaktive stoffer.
HLB er forkortelsen for hydrofil lipofil balance, som angiver den hydrofile og lipofile balance af de hydrofile og lipofile grupper af det overfladeaktive middel, dvs. HLB-værdien af det overfladeaktive middel. En stor HLB-værdi indikerer et molekyle med stærk hydrofilicitet og svag lipofilicitet; omvendt stærk lipofilicitet og svag hydrofilicitet.
① Hensættelser af HLB-værdi
HLB-værdien er en relativ værdi, så når HLB-værdien udvikles, er HLB-værdien for paraffinvoks, som ikke har nogen hydrofile egenskaber, som standard angivet til 0, mens HLB-værdien for natriumdodecylsulfat, som er mere vandopløselige, er 40. Derfor er HLB-værdien af overfladeaktive stoffer generelt inden for området fra 1 til 40. Generelt er emulgatorer med HLB-værdier mindre end 10 lipofile, mens dem, der er større end 10, er hydrofile. Således er vendepunktet fra lipofil til hydrofil omkring 10.
Baseret på HLB-værdierne for overfladeaktive stoffer kan der opnås en generel idé om deres mulige anvendelser, som vist i tabel 1-3.
To gensidigt uopløselige væsker, den ene spredt i den anden som partikler (dråber eller flydende krystaller) danner et system kaldet en emulsion. Dette system er termodynamisk ustabilt på grund af stigningen i grænseområdet for de to væsker, når emulsionen dannes. For at gøre emulsionen stabil er det nødvendigt at tilføje en tredje komponent - emulgator for at reducere systemets grænsefladeenergi. Emulgator tilhører overfladeaktivt middel, dets hovedfunktion er at spille rollen som emulsion. Den fase af emulsionen, der eksisterer som dråber, kaldes den dispergerede fase (eller indre fase, diskontinuerlig fase), og den anden fase, der er bundet sammen, kaldes dispersionsmediet (eller ydre fase, kontinuert fase).
① Emulgatorer og emulsioner
Almindelige emulsioner, den ene fase er vand eller vandig opløsning, den anden fase er organiske stoffer, der ikke er blandbare med vand, såsom fedt, voks osv. Emulsionen dannet af vand og olie kan opdeles i to typer alt efter deres spredningssituation: olie dispergeret i vand til dannelse af olie-i-vand-type emulsion, udtrykt som O/W (olie/vand): vand dispergeret i olie til dannelse af olie-i-vand-type emulsion, udtrykt som W/O (vand/olie). Komplekse vand-i-olie-i-vand W/O/W-type og olie-i-vand-i-olie O/W/O-type multi-emulsioner kan også dannes.
Emulgatorer bruges til at stabilisere emulsioner ved at reducere grænsefladespændingen og danne enkeltmolekyle grænseflademembraner.
Ved emulgering af emulgatorkravene:
a: Emulgatoren skal være i stand til at adsorbere eller berige grænsefladen mellem de to faser, således at grænsefladespændingen reduceres;
b: Emulgatoren skal give partiklerne til ladningen, så elektrostatisk frastødning mellem partiklerne, eller danner en stabil, højviskos beskyttende membran omkring partiklerne.
Derfor skal stoffet, der anvendes som emulgator, have amfifile grupper for at kunne emulgere, og overfladeaktive stoffer kan opfylde dette krav.
② Fremstillingsmetoder for emulsioner og faktorer, der påvirker emulsioners stabilitet
Der er to måder at fremstille emulsioner på: Den ene er at bruge den mekaniske metode til at dispergere væsken i bittesmå partikler i en anden væske, som mest bruges i industrien til at fremstille emulsioner; den anden er at opløse væsken i molekylær tilstand i en anden væske og derefter få den til at samle sig ordentligt til emulsioner.
Stabiliteten af en emulsion er evnen til anti-partikel-aggregering, der fører til faseadskillelse. Emulsioner er termodynamisk ustabile systemer med stor fri energi. Derfor er den såkaldte stabilitet af en emulsion faktisk den tid, det tager for systemet at nå ligevægt, dvs. den tid, der kræves for, at adskillelse af en af væskerne i systemet finder sted.
Når grænseflademembranen med fedtalkoholer, fedtsyrer og fedtaminer og andre polære organiske molekyler, membranstyrke væsentligt højere. Dette skyldes, at i grænsefladeadsorptionslaget af emulgatormolekyler og alkoholer, syrer og aminer og andre polære molekyler danner et "kompleks", så grænseflademembranstyrken øges.
Emulgatorer bestående af mere end to overfladeaktive stoffer kaldes blandede emulgatorer. Blandet emulgator adsorberet ved vand/olie-grænsefladen; intermolekylær virkning kan danne komplekser. På grund af den stærke intermolekylære virkning reduceres grænsefladespændingen betydeligt, mængden af emulgator adsorberet ved grænsefladen øges betydeligt, dannelsen af grænseflademembrandensitet øges, styrken øges.
Ladningen af de flydende perler har en væsentlig effekt på stabiliteten af emulsionen. Stabile emulsioner, hvis flydende perler generelt er ladede. Når en ionisk emulgator anvendes, har emulgatorionen adsorberet ved grænsefladen sin lipofile gruppe indsat i oliefasen, og den hydrofile gruppe er i vandfasen, hvilket gør de flydende perler ladede. Da emulsionsperlerne med samme ladning frastøder hinanden, ikke lette at agglomerere, så stabiliteten øges. Det kan ses, at jo flere emulgatorioner, der er adsorberet på perlerne, jo større ladning, jo større evne til at forhindre perlerne i at agglomerere, jo mere stabilt er emulsionssystemet.
Viskositeten af emulsionsdispergeringsmediet har en vis indflydelse på emulsionens stabilitet. Generelt gælder det, at jo højere viskositeten af dispersionsmediet er, jo højere stabilitet er emulsionen. Dette skyldes, at dispersionsmediets viskositet er stor, hvilket har en stærk effekt på væskeperlernes Brownske bevægelse og bremser kollisionen mellem væskeperlerne, så systemet forbliver stabilt. Normalt kan polymerstofferne, der kan opløses i emulsioner, øge systemets viskositet og gøre emulsioners stabilitet højere. Derudover kan polymerer også danne en stærk grænseflademembran, hvilket gør emulsionssystemet mere stabilt.
I nogle tilfælde kan tilsætning af fast pulver også få emulsionen til at stabilisere sig. Fast pulver er i vandet, olien eller grænsefladen, afhængigt af olien, vil vand på befugtningskapaciteten af det faste pulver, hvis det faste pulver ikke er helt vådt med vand, men også vådt af olie, forblive på vandet og olien interface.
Det faste pulver gør ikke emulsionen stabil, fordi pulveret samlet ved grænsefladen forbedrer grænseflademembranen, som ligner grænsefladeadsorptionen af emulgatormolekyler, så jo tættere det faste pulvermateriale er arrangeret ved grænsefladen, jo mere stabil er emulsion er.
Overfladeaktive stoffer har evnen til betydeligt at øge opløseligheden af uopløselige eller svagt vandopløselige organiske stoffer efter dannelse af miceller i vandig opløsning, og opløsningen er gennemsigtig på dette tidspunkt. Denne effekt af micellen kaldes solubilisering. Det overfladeaktive stof, der kan producere solubilisering, kaldes solubiliseringsmiddel, og det organiske stof, der solubiliseres, kaldes solubiliseret stof.
Skum spiller en vigtig rolle i vaskeprocessen. Skum er et dispersionssystem, hvor en gas er dispergeret i en væske eller et fast stof, med gassen som den dispergerede fase og den flydende eller faste fase som dispergeringsmediet, førstnævnte kaldes flydende skum, mens sidstnævnte kaldes fast skum, f.eks. som skumplast, skumglas, skumcement mm.
(1) Skumdannelse
Med skum mener vi her et aggregat af luftbobler adskilt af en væskemembran. Denne type bobler stiger altid hurtigt til væskeoverfladen på grund af den store forskel i densitet mellem den dispergerede fase (gas) og dispersionsmediet (væske), kombineret med væskens lave viskositet.
Processen med at danne en boble er at bringe en stor mængde gas ind i væsken, og boblerne i væsken vender hurtigt tilbage til overfladen og danner et aggregat af bobler adskilt af en lille mængde flydende gas.
Skum har to væsentlige egenskaber med hensyn til morfologi: den ene er, at boblerne som en dispergeret fase ofte er polyedriske i form, dette skyldes, at der ved boblernes skæringspunkt er en tendens til, at væskefilmen bliver tyndere, så boblerne bliver polyhedral, når væskefilmen fortynder til en vis grad, fører det til boblebrud; den anden er, at rene væsker ikke kan danne stabilt skum, væsken, der kan danne skum, er mindst to eller flere komponenter. Vandige opløsninger af overfladeaktive stoffer er typiske for systemer, der er tilbøjelige til at danne skum, og deres evne til at danne skum er også relateret til andre egenskaber.
Overfladeaktive stoffer med god opskumningsevne kaldes opskumningsmidler. Skønt skummidlet har god skumevne, men det dannede skum er muligvis ikke i stand til at opretholde lang tid, det vil sige, at dets stabilitet ikke nødvendigvis er god. For at opretholde stabiliteten af skummet, ofte i skummidlet for at tilsætte stoffer, der kan øge stabiliteten af skummet, kaldes stoffet skumstabilisator, almindeligt anvendt stabilisator er lauryldiethanolamin og dodecyldimethylaminoxid.
(2) Stabilitet af skummet
Skum er et termodynamisk ustabilt system, og den endelige tendens er, at det samlede overfladeareal af væsken i systemet falder, efter at boblen er brudt, og den frie energi falder. Afskumningsprocessen er den proces, hvorved væskemembranen, der adskiller gassen, bliver tykkere og tyndere, indtil den går i stykker. Derfor bestemmes graden af stabilitet af skummet hovedsageligt af hastigheden af væskeudledning og styrken af væskefilmen. Følgende faktorer påvirker også dette.
(3) Skumdestruktion
Grundprincippet for skumdestruktion er at ændre de forhold, der producerer skummet eller at eliminere de stabiliserende faktorer i skummet, således er der både fysiske og kemiske metoder til skumdæmpning.
Fysisk skumdæmpning betyder ændring af betingelserne for skumproduktion, samtidig med at den kemiske sammensætning af skumopløsningen opretholdes, såsom eksterne forstyrrelser, ændringer i temperatur eller tryk og ultralydsbehandling er alle effektive fysiske metoder til at fjerne skum.
Den kemiske skumdæmpningsmetode er at tilsætte visse stoffer for at interagere med skummidlet for at reducere styrken af den flydende film i skummet og dermed reducere stabiliteten af skummet for at opnå formålet med skumdæmpning, sådanne stoffer kaldes skumdæmpere. De fleste af skumdæmperne er overfladeaktive stoffer. Derfor, ifølge mekanismen for skumdæmpning, bør skumdæmper have en stærk evne til at reducere overfladespænding, let at adsorbere på overfladen, og interaktionen mellem overfladeadsorptionsmolekylerne er svag, adsorptionsmolekyler arrangeret i en mere løs struktur.
Der findes forskellige typer af skumdæmpere, men grundlæggende er de alle ikke-ioniske overfladeaktive stoffer. Ikke-ioniske overfladeaktive stoffer har anti-skummende egenskaber nær eller over deres uklarhedspunkt og bruges ofte som skumdæmpere. Alkoholer, især alkoholer med en forgreningsstruktur, fedtsyrer og fedtsyreestere, polyamider, phosphatestere, silikoneolier osv. er også almindeligt anvendte som fremragende skumdæmpere.
(4) Skum og vask
Der er ingen direkte sammenhæng mellem skum og vaskeeffektivitet, og mængden af skum indikerer ikke vaskens effektivitet. For eksempel har ikke-ioniske overfladeaktive stoffer langt færre skummende egenskaber end sæber, men deres dekontaminering er meget bedre end sæber.
I nogle tilfælde kan skum være nyttigt til at fjerne snavs og snavs. For eksempel ved opvask i hjemmet optager skummet fra vaskemidlet oliedråberne og ved gulvtæpper hjælper skummet med at opsamle støv, pulver og andet fast snavs. Derudover kan skum nogle gange bruges som en indikation på effektiviteten af et vaskemiddel. Fordi fede olier har en hæmmende effekt på vaskemidlets skum, vil der ikke dannes skum, eller det originale skum forsvinder, når der er for meget olie og for lidt vaskemiddel. Skum kan også nogle gange bruges som en indikator for renheden af et skyl, da mængden af skum i skylleopløsningen har en tendens til at falde med reduktionen af vaskemiddel, så mængden af skum kan bruges til at vurdere graden af skylning.
I bred forstand er vask processen med at fjerne uønskede komponenter fra den genstand, der skal vaskes, og opnå et eller andet formål. Vask i sædvanlig forstand refererer til processen med at fjerne snavs fra bærerens overflade. Ved vask svækkes eller elimineres samspillet mellem snavs og bærer ved påvirkning af nogle kemiske stoffer (f.eks. vaskemiddel osv.), så kombinationen af snavs og bærer ændres til kombinationen af snavs og vaskemiddel, og til sidst skilles snavset fra bæreren. Da genstandene, der skal vaskes, og snavset, der skal fjernes, er forskelligartede, er vask en meget kompleks proces, og den grundlæggende vaskeproces kan udtrykkes i følgende enkle sammenhænge.
Carrie··Snavs + Opvaskemiddel= Holder + Snavs·Opvaskemiddel
Vaskeprocessen kan sædvanligvis opdeles i to trin: For det første adskilles snavset fra dets bærer under påvirkning af vaskemidlet; for det andet spredes det løsnede snavs og suspenderes i mediet. Vaskeprocessen er en reversibel proces, og det snavs, der er spredt og suspenderet i mediet, kan også genudfældes fra mediet til den genstand, der vaskes. Derfor bør et godt vaskemiddel have evnen til at sprede og suspendere snavs og forhindre genaflejring af snavs, foruden evnen til at fjerne snavs fra bæreren.
(1) Typer af snavs
Selv for det samme emne kan typen, sammensætningen og mængden af snavs variere afhængigt af det miljø, det bruges i. Oliekropssnavs er hovedsageligt nogle animalske og vegetabilske olier og mineralolier (såsom råolie, brændselsolie, stenkulstjære osv.), fast snavs er hovedsageligt sod, aske, rust, kønrøg osv. Med hensyn til tøjsnavs, der er snavs fra menneskekroppen, såsom sved, talg, blod osv.; snavs fra mad, såsom frugtpletter, madoliepletter, krydderpletter, stivelse osv.; snavs fra kosmetik, såsom læbestift, neglelak osv.; snavs fra atmosfæren, såsom sod, støv, mudder osv.; andre, såsom blæk, te, belægning osv. Det kommer i forskellige typer.
De forskellige typer snavs kan normalt inddeles i tre hovedkategorier: fast snavs, flydende snavs og specialsnavs.
① Fast snavs
Almindelig fast snavs omfatter partikler af aske, mudder, jord, rust og kønsort. De fleste af disse partikler har en elektrisk ladning på deres overflade, de fleste af dem er negativt ladede og kan let adsorberes på fiberemner. Fast snavs er generelt vanskeligt at opløse i vand, men kan spredes og suspenderes med rengøringsmidler. Fast snavs med mindre massepunkt er sværere at fjerne.
② Flydende snavs
Flydende snavs er for det meste olieopløseligt, herunder plante- og animalske olier, fedtsyrer, fedtalkoholer, mineralolier og deres oxider. Blandt dem kan plante- og animalske olier, fedtsyrer og alkaliforsæbning forekomme, mens fedtalkoholer, mineralolier ikke forsæbes med alkali, men kan være opløselige i alkoholer, ethere og organiske kulbrinteopløsningsmidler og emulgering og dispergering af vaskemiddelvandopløsning. Olieopløseligt flydende snavs har generelt en stærk kraft med fiberemner og er mere fast adsorberet på fibre.
③ Specielt snavs
Særligt snavs omfatter proteiner, stivelse, blod, menneskelige sekreter såsom sved, talg, urin og frugtjuice og tejuice. Det meste af denne type snavs kan adsorberes kemisk og stærkt på fiberemner. Derfor er det svært at vaske.
De forskellige typer snavs findes sjældent alene, men blandes ofte sammen og adsorberes på genstanden. Snavs kan nogle gange oxideres, nedbrydes eller henfalde under ydre påvirkninger og dermed skabe nyt snavs.
（2） Vedhæftning af snavs
Tøj, hænder osv. kan blive plettet, fordi der er en form for interaktion mellem objektet og snavset. Snavs klæber til genstande på en række forskellige måder, men der er ikke mere end fysiske og kemiske vedhæftninger.
① Vedhæftning af sod, støv, mudder, sand og trækul til tøj er en fysisk vedhæftning. Generelt set, gennem denne vedhæftning af snavs, og rollen mellem den farvede genstand er relativt svag, er fjernelse af snavs også relativt let. I henhold til de forskellige kræfter kan den fysiske vedhæftning af snavs opdeles i mekanisk adhæsion og elektrostatisk adhæsion.
A: Mekanisk vedhæftning
Denne type vedhæftning refererer hovedsageligt til vedhæftning af noget fast snavs (f.eks. støv, mudder og sand). Mekanisk vedhæftning er en af de svagere former for vedhæftning af snavs og kan fjernes næsten ved rent mekaniske midler, men når snavset er lille (<0,1um), er det sværere at fjerne.
B: Elektrostatisk vedhæftning
Elektrostatisk vedhæftning manifesteres hovedsageligt i virkningen af ladede snavspartikler på modsat ladede genstande. De fleste fibrøse genstande er negativt ladede i vand og kan let klæbes til af bestemt positivt ladet snavs, såsom kalktyper. Noget snavs, selv om det er negativt ladet, såsom carbon black-partikler i vandige opløsninger, kan klæbe til fibre gennem ioniske broer (ioner mellem flere modsat ladede objekter, der virker sammen med dem på en brolignende måde) dannet af positive ioner i vand (f.eks. , Ca2+， Mg2+ osv.).
Elektrostatisk virkning er stærkere end simpel mekanisk handling, hvilket gør det relativt vanskeligt at fjerne snavs.
② Kemisk vedhæftning
Kemisk adhæsion refererer til fænomenet med snavs, der virker på en genstand gennem kemiske eller hydrogenbindinger. For eksempel polært fast snavs, protein, rust og anden vedhæftning på fibergenstande, fibre indeholder carboxyl, hydroxyl, amid og andre grupper, disse grupper og olieagtige snavsfedtsyrer, fedtalkoholer er nemme at danne hydrogenbindinger. De kemiske kræfter er generelt stærke, og snavset er derfor mere fast bundet til genstanden. Denne type snavs er svær at fjerne med de sædvanlige metoder og kræver specielle metoder til at håndtere det.
Graden af vedhæftning af snavs er relateret til arten af selve snavset og arten af den genstand, som den er klæbet til. Generelt klæber partikler let til fibrøse emner. Jo mindre tekstur af det faste snavs er, jo stærkere vedhæftning. Polært snavs på hydrofile genstande som bomuld og glas klæber stærkere end ikke-polært snavs. Ikke-polært snavs klæber stærkere end polarsnavs, såsom polarfedt, støv og ler, og er mindre let at fjerne og rengøre.
(3) Snavsfjernelsesmekanisme
Formålet med vask er at fjerne snavs. I et medium med en bestemt temperatur (hovedsageligt vand). Brug af vaskemidlets forskellige fysiske og kemiske virkninger til at svække eller eliminere virkningen af snavs og vaskede genstande under påvirkning af visse mekaniske kræfter (såsom håndgnidning, vaskemaskine omrøring, vandpåvirkning), så snavs og vaskede genstande fra formålet med dekontaminering.
① Mekanisme til fjernelse af flydende snavs
A: Befugtning
Flydende snavs er for det meste oliebaseret. Oliepletter fugter de fleste fibrøse emner og spredes mere eller mindre som en oliefilm på overfladen af det fibrøse materiale. Det første trin i vaskehandlingen er befugtningen af overfladen af vaskevæsken. For illustrationens skyld kan overfladen af en fiber opfattes som en glat fast overflade.
B: Olieafløsning - krøllemekanisme
Det andet trin i vaskehandlingen er fjernelse af olie og fedt, fjernelse af flydende snavs opnås ved en slags oprulning. Det flydende snavs fandtes oprindeligt på overfladen i form af en spredt oliefilm, og under den foretrukne befugtningseffekt af vaskevæsken på den faste overflade (dvs. fiberoverfladen) krøllede det sig trin for trin sammen til olieperler, hvilket blev erstattet af vaskevæsken og efterlod til sidst overfladen under visse ydre kræfter.
② Mekanisme til fjernelse af fast snavs
Fjernelsen af flydende snavs sker hovedsageligt gennem den foretrukne befugtning af smudsbæreren af vaskeopløsningen, mens fjernelsesmekanismen for fast snavs er anderledes, hvor vaskeprocessen hovedsageligt handler om befugtning af smudsmassen og dens bæreflade ved vaskningen løsning. På grund af adsorptionen af overfladeaktive stoffer på det faste snavs og dets bærende overflade reduceres interaktionen mellem snavset og overfladen og vedhæftningsstyrken af smudsmassen på overfladen reduceres, således at snavsmassen let fjernes fra overfladen af transportøren.
Derudover har adsorptionen af overfladeaktive stoffer, især ioniske overfladeaktive stoffer, på overfladen af det faste snavs og dets bærer potentiale til at øge overfladepotentialet på overfladen af det faste snavs og dets bærer, hvilket er mere befordrende for fjernelse af smuds. Faste eller generelt fibrøse overflader er normalt negativt ladede i vandige medier og kan derfor danne diffuse dobbelte elektroniske lag på smudsmasser eller faste overflader. På grund af frastødningen af homogene ladninger svækkes vedhæftningen af smudspartikler i vandet til den faste overflade. Når et anionisk overfladeaktivt middel tilsættes, fordi det samtidigt kan øge det negative overfladepotentiale af snavspartiklerne og den faste overflade, øges frastødningen mellem dem mere, partiklens adhæsionsstyrke er mere reduceret, og snavset er lettere at fjerne. .
Ikke-ioniske overfladeaktive stoffer adsorberes på generelt ladede faste overflader, og selvom de ikke ændrer grænsefladepotentialet væsentligt, har de adsorberede ikke-ioniske overfladeaktive stoffer en tendens til at danne en vis tykkelse af det adsorberede lag på overfladen, hvilket hjælper med at forhindre genaflejring af snavs.
I tilfælde af kationiske overfladeaktive stoffer reducerer eller eliminerer deres adsorption det negative overfladepotentiale af snavsmassen og dens bæreroverflade, hvilket reducerer frastødningen mellem snavset og overfladen og derfor ikke er befordrende for snavsfjernelse; endvidere, efter adsorption på den faste overflade, har kationiske overfladeaktive stoffer en tendens til at gøre den faste overflade hydrofob og er derfor ikke befordrende for overfladebefugtning og derfor vask.
③ Fjernelse af speciel jord
Protein, stivelse, menneskeligt sekret, frugtjuice, tejuice og andet sådant snavs er vanskelige at fjerne med normale overfladeaktive stoffer og kræver særlig behandling.
Proteinpletter som fløde, æg, blod, mælk og hudekskrementer har en tendens til at koagulere på fibrene og degeneration og få stærkere vedhæftning. Proteinsnavs kan fjernes ved at bruge proteaser. Enzymet protease nedbryder proteinerne i snavset til vandopløselige aminosyrer eller oligopeptider.
Stivelsespletter kommer hovedsageligt fra fødevarer, andre såsom sovs, lim osv. Amylase har en katalytisk effekt på hydrolysen af stivelsespletter, hvilket får stivelse til at nedbrydes til sukkerarter.
Lipase katalyserer nedbrydningen af triglycerider, som er svære at fjerne ved normale metoder, såsom talg og spiselige olier, og nedbryder dem til opløselig glycerol og fedtsyrer.
Nogle farvede pletter fra frugtjuice, tejuice, blæk, læbestift osv. er ofte svære at rengøre grundigt selv efter gentagen vask. Disse pletter kan fjernes ved en redoxreaktion med et oxidations- eller reduktionsmiddel såsom blegemiddel, som ødelægger strukturen af de farvegenererende eller farve-hjælpegrupper og nedbryder dem til mindre vandopløselige komponenter.
（4） Pletfjernelsesmekanisme ved kemisk rensning
Ovenstående er faktisk for vand som medium for vask. Faktisk, på grund af de forskellige typer tøj og struktur, er noget tøj, der bruger vandvask, ikke praktisk eller ikke nemt at vaske rent, noget tøj efter vask og endda deformation, falmning osv., for eksempel: de fleste naturlige fibre absorberer vand og let at svulme, og tør og let at krympe, så efter vask vil blive deformeret; ved at vaske uldprodukter også ofte vises krympning fænomen, nogle uldprodukter med vand vask er også let at pilling, farveændring; Nogle silkehåndfornemmelser bliver værre efter vask og mister deres glans. For disse tøj bruger ofte rensemetoden til at dekontaminere. Den såkaldte renseri refererer generelt til vaskemetoden i organiske opløsningsmidler, især i ikke-polære opløsningsmidler.
Renseri er en mere skånsom form for vask end vandvask. Fordi kemisk rensning ikke kræver meget mekanisk handling, forårsager det ikke skader, rynker og deformationer på tøjet, mens kemiske midler i modsætning til vand sjældent producerer ekspansion og sammentrækning. Så længe teknologien håndteres ordentligt, kan tøjet renses uden forvrængning, farvefalmning og forlænget levetid.
Med hensyn til renseri er der tre brede typer snavs.
①Olieopløseligt snavs Olieopløseligt snavs omfatter alle former for olie og fedt, som er flydende eller fedtet og kan opløses i rensemidler.
②Vandopløseligt snavs Vandopløseligt snavs er opløseligt i vandige opløsninger, men ikke i rensemidler, adsorberes på tøj i en vandig tilstand, vand fordamper efter udfældning af granulære faste stoffer, såsom uorganiske salte, stivelse, protein osv.
③Olie- og vanduopløseligt snavs Olie- og vanduopløseligt snavs er hverken opløseligt i vand eller opløseligt i rensemidler, såsom kønrøg, silikater af forskellige metaller og oxider osv.
På grund af forskellige typer snavs er der forskellige måder at fjerne snavs på i renseprocessen. Olieopløselige snavs, såsom animalske og vegetabilske olier, mineralske olier og fedtstoffer, er letopløselige i organiske opløsningsmidler og kan nemmere fjernes i renseri. Den fremragende opløselighed af rensemidler til olier og fedtstoffer kommer i det væsentlige fra van der Walls-kræfterne mellem molekyler.
Til fjernelse af vandopløseligt snavs som uorganiske salte, sukkerarter, proteiner og sved skal der også tilsættes den rigtige mængde vand til rensemidlet, ellers er vandopløseligt snavs svært at fjerne fra tøjet. Vand er dog svært at opløse i rensemidlet, så for at øge mængden af vand skal du også tilsætte overfladeaktive stoffer. Tilstedeværelsen af vand i rensemidlet kan gøre overfladen af snavs og tøj hydreret, så det er let at interagere med de polære grupper af overfladeaktive stoffer, hvilket er befordrende for adsorption af overfladeaktive stoffer på overfladen. Når overfladeaktive stoffer danner miceller, kan vandopløseligt snavs og vand desuden opløses i micellerne. Udover at øge vandindholdet i rensemidlet, kan overfladeaktive stoffer også spille en rolle i at forhindre genaflejring af snavs for at øge dekontamineringseffekten.
Tilstedeværelsen af en lille mængde vand er nødvendig for at fjerne vandopløseligt snavs, men for meget vand kan forårsage skævheder og rynker i noget tøj, så mængden af vand i rensemidlet skal være moderat.
Snavs, der hverken er vandopløseligt eller olieopløseligt, faste partikler som aske, mudder, jord og kønrøg, er generelt knyttet til tøjet ved elektrostatiske kræfter eller i kombination med olie. Ved kemisk rensning kan strømmen af opløsningsmiddel, stød gøre den elektrostatiske kraftadsorption af snavs væk, og rensemiddel kan opløse olien, så kombinationen af olie og snavs og fastgjort til tøjet af faste partikler af i det tørre -rengøringsmiddel, rensemiddel i en lille mængde vand og overfladeaktive stoffer, så dem fra de faste snavspartikler kan være stabil suspension, dispersion, for at forhindre dets genaflejring til tøjet.
（5） Faktorer, der påvirker vaskevirkningen
Den retningsbestemte adsorption af overfladeaktive stoffer ved grænsefladen og reduktionen af overfladespænding (grænsefladespænding) er de vigtigste faktorer i fjernelse af flydende eller fast snavs. Vaskeprocessen er dog kompleks, og vaskeeffekten, selv med samme vaskemiddeltype, påvirkes af mange andre faktorer. Disse faktorer omfatter koncentrationen af vaskemidlet, temperaturen, beskaffenheden af snavs, typen af fiber og strukturen af stoffet.
① Koncentration af overfladeaktive stoffer
Micellerne af overfladeaktive stoffer i opløsning spiller en vigtig rolle i vaskeprocessen. Når koncentrationen når den kritiske micellekoncentration (CMC), øges vaskeeffekten kraftigt. Derfor bør koncentrationen af vaskemiddel i opløsningsmidlet være højere end CMC-værdien for at have en god vaskeeffekt. Men når koncentrationen af overfladeaktivt middel er højere end CMC-værdien, er den trinvise stigning i vaskeeffekten ikke indlysende, og det er ikke nødvendigt at øge koncentrationen af overfladeaktivt stof for meget.
Ved fjernelse af olie ved solubilisering øges solubiliseringseffekten med stigende overfladeaktivt stofkoncentration, selv når koncentrationen er over CMC. På dette tidspunkt er det tilrådeligt at bruge vaskemiddel på en lokal centraliseret måde. Hvis der for eksempel er meget snavs på manchetterne og kraven på et tøj, kan der påføres et lag vaskemiddel under vask for at øge det overfladeaktive stofs solubiliserende effekt på olien.
②Temperaturen har en meget vigtig indflydelse på dekontamineringshandlingen. Generelt letter en forøgelse af temperaturen fjernelse af snavs, men nogle gange kan for høj temperatur også give ulemper.
Temperaturstigningen letter diffusionen af snavs, fast fedt emulgeres let ved temperaturer over dets smeltepunkt og fibrene øges i kvældning på grund af temperaturstigningen, hvilket alt sammen letter fjernelse af snavs. Men for kompakte stoffer reduceres mikrospalterne mellem fibrene, når fibrene udvider sig, hvilket er skadeligt for fjernelse af snavs.
Temperaturændringer påvirker også opløseligheden, CMC-værdien og micellestørrelsen af overfladeaktive stoffer og påvirker dermed vaskeeffekten. Opløseligheden af overfladeaktive stoffer med lange kulstofkæder er lav ved lave temperaturer, og nogle gange er opløseligheden endda lavere end CMC-værdien, så vasketemperaturen bør hæves passende. Effekten af temperatur på CMC-værdien og micellestørrelsen er forskellig for ioniske og ikke-ioniske overfladeaktive stoffer. For ioniske overfladeaktive stoffer øger en temperaturstigning generelt CMC-værdien og reducerer micellestørrelsen, hvilket betyder, at koncentrationen af overfladeaktivt stof i vaskeopløsningen bør øges. For ikke-ioniske overfladeaktive stoffer fører en temperaturstigning til et fald i CMC-værdien og en signifikant stigning i micellevolumen, så det er klart, at en passende temperaturstigning vil hjælpe det ikke-ioniske overfladeaktive stof til at udøve sin overfladeaktive effekt . Temperaturen bør dog ikke overstige dets uklarhedspunkt.
Kort sagt afhænger den optimale vasketemperatur af vaskemiddelformuleringen og den genstand, der vaskes. Nogle vaskemidler har en god vaskeeffekt ved stuetemperatur, mens andre har en meget forskellig vaskeevne mellem kold og varm vask.
③ Skum
Det er sædvanligt at forveksle skummende effekt med vaskeeffekt, idet man tror, at vaskemidler med høj skumevne har en god vaskeeffekt. Forskning har vist, at der ikke er nogen direkte sammenhæng mellem vaskeeffekten og mængden af skum. For eksempel er vask med lavtskummende vaskemidler ikke mindre effektiv end vask med højtskummende vaskemidler.
Selvom skum ikke er direkte relateret til vask, er der lejligheder, hvor det hjælper med at fjerne snavs, for eksempel når man vasker op i hånden. Ved skrubning af tæpper kan skum også fjerne støv og andre faste snavspartikler, tæppesnavs udgør en stor del af støvet, så tæpperensere bør have en vis skummende evne.
Skumkraften er også vigtig for shampoo, hvor det fine skum, som væsken producerer under shampoo eller bad, efterlader håret smurt og behageligt.
④ Varianter af fibre og tekstilers fysiske egenskaber
Ud over fibrenes kemiske struktur, som påvirker vedhæftningen og fjernelse af snavs, har fibrenes udseende og organiseringen af garnet og stoffet indflydelse på, hvordan snavs er let at fjerne.
Skæl af uldfibre og de buede flade bånd af bomuldsfibre er mere tilbøjelige til at samle snavs end glatte fibre. For eksempel er kønrøg plettet på cellulosefilm (viscosefilm) let at fjerne, mens kønrøg plettet på bomuldsstoffer er svære at vaske af. Et andet eksempel er, at kortfibrede stoffer lavet af polyester er mere tilbøjelige til at ophobe oliepletter end lange fibre, og oliepletter på kortfibrede stoffer er også sværere at fjerne end oliepletter på lange fibre.
Tæt snoede garner og stramme stoffer kan på grund af det lille mellemrum mellem fibrene modstå invasion af snavs, men det samme kan også forhindre vaskevæsken i at udelukke det indre snavs, så tætte stoffer begynder at modstå snavs godt, men når de først er plettet vask er også sværere.
⑤ Vandets hårdhed
Koncentrationen af Ca2+, Mg2+ og andre metalioner i vandet har stor indflydelse på vaskeeffekten, især når de anioniske overfladeaktive stoffer støder på Ca2+ og Mg2+ ioner og danner calcium- og magnesiumsalte, som er mindre opløselige og vil reducere dets vaskeevne. I hårdt vand, selvom koncentrationen af overfladeaktivt stof er høj, er rengøringsevnen stadig meget dårligere end ved destillation. For at det overfladeaktive stof skal have den bedste vaskeeffekt, bør koncentrationen af Ca2+ ioner i vandet reduceres til 1 x 10-6 mol/L (CaCO3 til 0,1 mg/L) eller mindre. Dette kræver tilsætning af forskellige blødgøringsmidler til vaskemidlet.
Indlægstid: 25. februar 2022