1. Overfladespænding
Kontraktionskraften pr. længdeenhed på overfladen af en væske kaldes overfladespænding og måles i N • m-1.
2. Overfladeaktivitet og overfladeaktivt stof
Den egenskab, der kan reducere overfladespændingen af opløsningsmidler, kaldes overfladeaktivitet, og stoffer med overfladeaktivitet kaldes overfladeaktive stoffer.
Overfladeaktive stoffer refererer til overfladeaktive stoffer, der kan danne miceller og andre aggregater i vandige opløsninger, har høj overfladeaktivitet og også har befugtnings-, emulgerings-, skummende, vaskende og andre funktioner.
3. Molekylære strukturelle egenskaber af overfladeaktivt stof
Overfladeaktive stoffer er organiske forbindelser med særlige strukturer og egenskaber, der kan ændre grænsefladespændingen mellem to faser eller overfladespændingen af væsker (normalt vand) betydeligt, og har egenskaber som befugtning, skumming, emulgering og udvaskning.
Strukturelt set har overfladeaktive stoffer en fælles egenskab, at de indeholder to forskellige funktionelle grupper i deres molekyler. Den ene ende er en langkædet ikke-polær gruppe, der er opløselig i olie, men uopløselig i vand, kendt som en hydrofob gruppe eller hydrofob gruppe. Disse hydrofobe grupper er generelt langkædede kulbrinter, nogle gange også organisk fluor, organosilicium, organofosfor, organotinkæder osv. Den anden ende er en vandopløselig funktionel gruppe, nemlig en hydrofil gruppe eller hydrofil gruppe. Den hydrofile gruppe skal have tilstrækkelig hydrofilicitet til at sikre, at hele det overfladeaktive stof er opløseligt i vand og har den nødvendige opløselighed. På grund af tilstedeværelsen af hydrofile og hydrofobe grupper i overfladeaktive stoffer kan de opløses i mindst én fase af den flydende fase. De hydrofile og oleofile egenskaber ved overfladeaktive stoffer kaldes amfifilicitet.
4. Typer af overfladeaktive stoffer
Overfladeaktive stoffer er amfifile molekyler, der har både hydrofobe og hydrofile grupper. De hydrofobe grupper af overfladeaktive stoffer er generelt sammensat af langkædede kulbrinter, såsom ligekædet alkyl C8-C20, forgrenet alkyl C8-C20, alkylphenyl (med 8-16 alkylkulstofatomer) osv. Forskellen i hydrofobe grupper ligger hovedsageligt i de strukturelle ændringer af kulstof-hydrogenkæderne, med relativt små forskelle, mens der er flere typer hydrofile grupper. Derfor er overfladeaktive stoffers egenskaber hovedsageligt relateret til hydrofile grupper ud over størrelsen og formen af hydrofobe grupper. De strukturelle ændringer af hydrofile grupper er større end af hydrofobe grupper, så klassificeringen af overfladeaktive stoffer er generelt baseret på strukturen af hydrofile grupper. Denne klassificering er hovedsageligt baseret på, om de hydrofile grupper er ioniske, og opdeles i anioniske, kationiske, nonioniske, zwitterioniske og andre specielle typer overfladeaktive stoffer.
5. Karakteristika for vandig opløsning af overfladeaktivt stof
① Adsorption af overfladeaktive stoffer ved grænseflader
Overfladeaktive molekyler har lipofile og hydrofile grupper, hvilket gør dem til amfifile molekyler. Vand er en stærkt polær væske. Når overfladeaktive stoffer opløses i vand, tiltrækkes deres hydrofile grupper af vandfasen og opløses i vand i henhold til princippet om polaritetslighed og polaritetsforskelsfrastødning, mens deres lipofile grupper frastøder vand og forlader vandet. Som et resultat adsorberes overfladeaktive molekyler (eller ioner) ved grænsefladen mellem de to faser, hvilket reducerer grænsefladespændingen mellem de to faser. Jo flere overfladeaktive molekyler (eller ioner) der adsorberes på grænsefladen, desto større er faldet i grænsefladespændingen.
② Nogle egenskaber ved adsorptionsmembranen
Overfladetryk på adsorptionsmembran: Overfladeaktive stoffer adsorberes ved gas-væske-grænsefladen og danner en adsorptionsmembran. Hvis en friktionsfri, bevægelig flydende plade placeres på grænsefladen, og den flydende plade skubber adsorptionsmembranen langs opløsningens overflade, udøver membranen et tryk på den flydende plade, som kaldes overfladetryk.
Overfladeviskositet: Ligesom overfladetryk er overfladeviskositet en egenskab, der udvises af uopløselige molekylære film. Ophæng en platinring med en tynd metaltråd, sørg for, at dens plan er i kontakt med vandoverfladen i vasken, drej platinringen. Platinringen hæmmes af vandets viskositet, og amplituden dæmpes gradvist, hvorefter overfladeviskositeten kan måles. Metoden er: Udfør først eksperimenter på den rene vandoverflade, mål amplitudedæmpningen, mål derefter dæmpningen efter dannelsen af overfladeansigtsmasken, og beregn viskositeten af overfladeansigtsmasken ud fra forskellen mellem de to.
Overfladeviskositeten er tæt forbundet med fastheden af ansigtsmaskens overflade. Da adsorptionsfilmen har et overfladetryk og en viskositet, skal den være elastisk. Jo højere overfladetrykket og viskositeten af adsorptionsmembranen er, desto større er dens elasticitetsmodul. Elasticitetsmodulet for overfladeadsorptionsfilmen er af stor betydning i processen med skumstabilisering.
③ Dannelse af miceller
Den fortyndede opløsning af overfladeaktive stoffer følger lovene for ideelle opløsninger. Adsorptionsmængden af overfladeaktive stoffer på overfladen af en opløsning stiger med opløsningens koncentration. Når koncentrationen når eller overstiger en bestemt værdi, stiger adsorptionsmængden ikke længere. Disse overskydende overfladeaktive molekyler i opløsningen er uordnede eller eksisterer regelmæssigt. Både praksis og teori har vist, at de danner aggregater i opløsning, som kaldes miceller.
Kritisk micellekoncentration: Den minimumskoncentration, hvor overfladeaktive stoffer danner miceller i en opløsning, kaldes den kritiske micellekoncentration.
④ CMC-værdien for almindeligt overfladeaktivt stof.
6. Hydrofil og oleofil ligevægtsværdi
HLB står for hydrofil lipofil balance, som repræsenterer de hydrofile og lipofile ligevægtsværdier for de hydrofile og lipofile grupper i et overfladeaktivt stof, dvs. HLB-værdien for det overfladeaktive stof. En høj HLB-værdi indikerer stærk hydrofilicitet og svag lipofilicitet af molekylet; derimod har den stærk lipofilicitet og svag hydrofilicitet.
① Regler for HLB-værdi
HLB-værdien er en relativ værdi, så når HLB-værdien formuleres, sættes HLB-værdien for paraffin uden hydrofile egenskaber som standard til 0, mens HLB-værdien for natriumdodecylsulfat med stærk vandopløselighed sættes til 40. Derfor ligger HLB-værdien for overfladeaktive stoffer generelt inden for området 1-40. Generelt set er emulgatorer med HLB-værdier mindre end 10 lipofile, mens emulgatorer med HLB-værdier større end 10 er hydrofile. Derfor er vendepunktet fra lipofilicitet til hydrofilicitet cirka 10.
7. Emulgerings- og solubiliseringseffekter
To ikke-blandbare væsker, den ene dannet ved at dispergere partikler (dråber eller flydende krystaller) i den anden, kaldes emulsioner. Når en emulsion dannes, øges grænsefladearealet mellem de to væsker, hvilket gør systemet termodynamisk ustabilt. For at stabilisere emulsionen skal en tredje komponent - emulgator - tilsættes for at reducere systemets grænsefladeenergi. Emulgatorer tilhører overfladeaktive stoffer, og deres hovedfunktion er at fungere som emulgatorer. Den fase, hvor dråberne findes i en emulsion, kaldes den dispergerede fase (eller interne fase, diskontinuerlig fase), og den anden fase, der er forbundet sammen, kaldes det dispergerede medium (eller eksterne fase, kontinuerlig fase).
① Emulgatorer og emulsioner
Almindelige emulsioner består af den ene fase af vand eller vandig opløsning, og den anden fase af organiske forbindelser, der ikke er blandbare med vand, såsom olier, voks osv. Emulsionen dannet af vand og olie kan opdeles i to typer baseret på deres dispersion: olie dispergeret i vand danner en vand-i-olie-emulsion, repræsenteret ved O/W (olie/vand); vand dispergeret i olie danner en vand-i-olie-emulsion, repræsenteret ved W/O (vand/olie). Derudover kan der også dannes komplekse vand-i-olie-i-vand W/O/W- og olie-i-vand-i-olie O/W/O-emulsioner.
Emulgatoren stabiliserer emulsionen ved at reducere grænsefladespændingen og danne en enkeltlags ansigtsmaske.
Krav til emulgatorer i emulgering: a: Emulgatorer skal kunne adsorbere eller berige ved grænsefladen mellem de to faser, hvilket reducerer grænsefladespændingen; b: Emulgatorer skal give partiklerne en elektrisk ladning, hvilket forårsager elektrostatisk frastødning mellem partiklerne eller danne en stabil, højviskøs beskyttelsesfilm omkring partiklerne. Stoffer, der anvendes som emulgatorer, skal derfor have amfifile grupper for at have emulgerende virkninger, og overfladeaktive stoffer kan opfylde dette krav.
② Fremstillingsmetoder for emulsioner og faktorer, der påvirker emulsionsstabilitet
Der er to metoder til fremstilling af emulsioner: den ene er at bruge mekaniske metoder til at dispergere væsken i små partikler i en anden væske, hvilket almindeligvis anvendes i industrien til at fremstille emulsioner; en anden metode er at opløse en væske i en molekylær tilstand i en anden væske og derefter lade den aggregere passende for at danne en emulsion.
Emulsioners stabilitet refererer til deres evne til at modstå partikelaggregering og forårsage faseseparation. Emulsioner er termodynamisk ustabile systemer med betydelig fri energi. Derfor refererer en emulsions stabilitet faktisk til den tid, det tager for systemet at nå ligevægt, det vil sige den tid, det tager for en væske i systemet at separere.
Når der er polære organiske molekyler såsom fedtalkohol, fedtsyre og fedtamin i ansigtsmasken, øges membranens styrke betydeligt. Dette skyldes, at emulgatormolekylerne i grænsefladeadsorptionslaget interagerer med polære molekyler såsom alkohol, syre og amin og danne et "kompleks", hvilket øger styrken af grænsefladeansigtsmasken.
Emulgatorer sammensat af to eller flere overfladeaktive stoffer kaldes blandede emulgatorer. Blandede emulgatorer adsorberer på vand/olie-grænsefladen, og intermolekylære interaktioner kan danne komplekser. På grund af stærk intermolekylær interaktion reduceres grænsefladespændingen betydeligt, mængden af emulgator, der adsorberes på grænsefladen, øges betydeligt, og densiteten og styrken af den dannede grænsefladeansigtsmaske øges.
Dråbernes ladning har en betydelig indflydelse på emulsionernes stabilitet. Stabile emulsioner har typisk dråber med elektriske ladninger. Når der anvendes ioniske emulgatorer, indsætter emulgatorionerne, der er adsorberet på grænsefladen, deres lipofile grupper i oliefasen, mens de hydrofile grupper er i vandfasen, hvilket gør dråberne ladede. Da emulsionens dråber har den samme ladning, frastøder de hinanden og agglomereres ikke let, hvilket resulterer i øget stabilitet. Det kan ses, at jo flere emulgatorioner, der adsorberes på dråberne, desto større er deres ladning, og desto større er deres evne til at forhindre dråbekoalescens, hvilket gør emulsionssystemet mere stabilt.
Viskositeten af emulsions- og dispersionsmediet har en vis indflydelse på emulsionens stabilitet. Generelt gælder det, at jo højere viskositeten af dispergeringsmediet er, desto højere er emulsionens stabilitet. Dette skyldes, at dispergeringsmediets viskositet er høj, hvilket stærkt hæmmer den brownske bevægelse af væskedråberne, bremser kollisionen mellem dråberne og holder systemet stabilt. Polymerstoffer, der normalt er opløselige i emulsioner, kan øge systemets viskositet og forbedre emulsionens stabilitet. Derudover kan polymeren også danne en fast grænsefladeansigtsmaske, hvilket gør emulsionssystemet mere stabilt.
I nogle tilfælde kan tilsætning af fast pulver også stabilisere emulsionen. Det faste pulver er ikke i vand, olie eller ved grænsefladen, afhængigt af oliens og vandets befugtningsevne på det faste pulver. Hvis det faste pulver ikke er fuldstændigt befugtet af vand, men kan befugtes af olie, vil det forblive ved vand-olie-grænsefladen.
Grunden til, at det faste pulver ikke stabiliserer emulsionen, er, at pulveret, der samles ved grænsefladen, ikke styrker grænsefladen til ansigtsmasken, hvilket minder om grænsefladen til adsorptionsemulgatormolekyler. Derfor, jo tættere de faste pulverpartikler er arrangeret ved grænsefladen, desto mere stabil vil emulsionen være.
Overfladeaktive stoffer har evnen til at øge opløseligheden af organiske forbindelser, der er uopløselige eller let opløselige i vand, betydeligt efter dannelse af miceller i vandig opløsning, og opløsningen er transparent på dette tidspunkt. Denne effekt af miceller kaldes solubilisering. Overfladeaktive stoffer, der kan producere solubiliserende effekter, kaldes solubilisatorer, og organiske forbindelser, der er solubiliseret, kaldes solubiliserede forbindelser.
8. Skum
Skum spiller en vigtig rolle i vaskeprocessen. Skum refererer til det dispersionssystem, hvor gas dispergeres i væske eller fast form. Gas er dispersionsfasen, og væske eller fast form er dispersionsmediet. Førstnævnte kaldes flydende skum, mens sidstnævnte kaldes fast skum, såsom skumplast, skumglas, skumcement osv.
(1) Dannelse af skum
Skummet refererer her til aggregering af bobler adskilt af en væskefilm. På grund af den store forskel i densitet mellem den dispergerede fase (gas) og det dispergerede medium (væske), samt væskens lave viskositet, kan skummet altid hurtigt stige til væskeniveauet.
Processen med at danne skum er at bringe en stor mængde gas ind i væsken, og boblerne i væsken vender hurtigt tilbage til væskeoverfladen og danner et bobleaggregat adskilt af en lille mængde væske og gas.
Skum har to bemærkelsesværdige egenskaber i morfologi: den ene er, at bobler i den dispergerede fase ofte er polyedriske, fordi der ved skæringspunktet mellem boblerne er en tendens til, at væskefilmen bliver tyndere, hvilket gør boblerne polyedriske. Når væskefilmen bliver tyndere i en vis grad, vil boblerne briste; for det andet kan den rene væske ikke danne stabilt skum, men den væske, der kan danne skum, består af mindst to eller flere komponenter. Den vandige opløsning af overfladeaktivt stof er et typisk system, der nemt kan generere skum, og dens evne til at generere skum er også relateret til andre egenskaber.
Overfladeaktive stoffer med god skumdannelsesevne kaldes skummidler. Selvom skummidlet har god skumdannelsesevne, kan det dannede skum muligvis ikke opretholde sin holdbarhed i lang tid, dvs. dets stabilitet er muligvis ikke god. For at opretholde skummets stabilitet tilsættes ofte et stof, der kan øge skummets stabilitet, kaldet skumstabilisator. De almindeligt anvendte skumstabilisatorer er lauroyldiethanolamin og dodecyldimethylaminoxid.
(2) Skummets stabilitet
Skum er et termodynamisk ustabilt system, og den endelige tendens er, at det samlede overfladeareal af væsken i systemet falder, og den frie energi falder efter boblebrud. Skumdæmpningsprocessen er den proces, hvor den væskefilm, der adskiller gassen, ændrer tykkelse, indtil den brister. Derfor bestemmes skummets stabilitet hovedsageligt af hastigheden af væskeudledning og væskefilmens styrke. Der er flere andre påvirkende faktorer.
① Overfladespænding
Fra et energimæssigt synspunkt er lav overfladespænding mere gunstig for dannelsen af skum, men det kan ikke garantere skummets stabilitet. Lav overfladespænding, lav trykforskel, langsom væskeudledningshastighed og langsom væskefilmsfortynding er befordrende for skummets stabilitet.
② Overfladeviskositet
Den vigtigste faktor, der bestemmer skummets stabilitet, er væskefilmens styrke, som primært bestemmes af fastheden af overfladeadsorptionsfilmen, målt ved overfladeviskositeten. Eksperimenter viser, at skummet, der produceres af opløsninger med højere overfladeviskositet, har en længere levetid. Dette skyldes, at interaktionen mellem adsorberede molekyler på overfladen fører til en øget membranstyrke, hvilket forbedrer skummets levetid.
③ Opløsningens viskositet
Når væskens viskositet stiger, er det ikke let at udlede væsken i væskefilmen, og hastigheden af væskefilmens tykkelsesfortynding er langsom, hvilket forsinker tiden for væskefilmens brud og øger skummets stabilitet.
④ Overfladespændingens 'reparerende' effekt
Overfladeaktive stoffer adsorberet på overfladen af den flydende film har evnen til at modstå udvidelse eller sammentrækning af den flydende filmoverflade, hvilket vi kalder reparationseffekten. Dette skyldes, at der er en flydende film af overfladeaktive stoffer adsorberet på overfladen, og udvidelse af dens overfladeareal vil reducere koncentrationen af overfladeadsorberede molekyler og øge overfladespændingen. Yderligere udvidelse af overfladen vil kræve en større indsats. Omvendt vil krympning af overfladearealet øge koncentrationen af adsorberede molekyler på overfladen, hvilket reducerer overfladespændingen og hindrer yderligere krympning.
⑤ Diffusion af gas gennem en flydende film
På grund af kapillærtrykket er trykket i små bobler i skummet højere end trykket i store bobler, hvilket får gassen i de små bobler til at diffundere ind i de store lavtryksbobler gennem væskefilmen. Dette resulterer i, at de små bobler bliver mindre, de store bobler bliver større, og til sidst brister skummet. Hvis der tilsættes overfladeaktivt stof, vil skummet være ensartet og tæt under skumdannelse, og det er ikke let at afskumme. Da det overfladeaktive stof er tæt anbragt på væskefilmen, er det vanskeligt at ventilere, hvilket gør skummet mere stabilt.
⑥ Indflydelsen af overfladeladning
Hvis den flydende skumfilm er ladet med det samme symbol, vil de to overflader af den flydende film frastøde hinanden, hvilket forhindrer den flydende film i at blive tyndere eller endda ødelægges. Ioniske overfladeaktive stoffer kan give denne stabiliserende effekt.
Afslutningsvis er den flydende films styrke den vigtigste faktor for at bestemme skummets stabilitet. Som et overfladeaktivt stof til skumdannende midler og skumstabilisatorer er tætheden og fastheden af de overfladeadsorberede molekyler de vigtigste faktorer. Når interaktionen mellem de adsorberede molekyler på overfladen er stærk, er de adsorberede molekyler tæt arrangeret, hvilket ikke kun gør selve overfladeansigtsmasken høj styrke, men også gør opløsningen ved siden af overfladeansigtsmasken vanskelig at flyde på grund af den høje overfladeviskositet, så det er relativt vanskeligt for væskefilmen at dræne, og tykkelsen af væskefilmen er let at opretholde. Derudover kan tæt arrangerede overflademolekyler også reducere gasmolekylernes permeabilitet og dermed øge skummets stabilitet.
(3) Ødelæggelse af skum
Det grundlæggende princip for at ødelægge skum er at ændre betingelserne for produktion af skum eller eliminere skummets stabilitetsfaktorer, så der er to skumdæmpningsmetoder, fysiske og kemiske.
Fysisk skumdæmpning er at ændre de forhold, hvorunder skum dannes, samtidig med at den kemiske sammensætning af skumopløsningen forbliver uændret. For eksempel er ekstern kraftpåvirkning, temperatur- eller trykændring og ultralydsbehandling alle effektive fysiske metoder til at eliminere skum.
Den kemiske skumdæmpningsmetode består i at tilsætte nogle stoffer, der interagerer med skummidlet, reducere styrken af den flydende film i skummet og derefter reducere skummets stabilitet for at opnå formålet med skumdæmpning. Sådanne stoffer kaldes skumdæmpere. De fleste skumdæmpere er overfladeaktive stoffer. Derfor bør skumdæmpere, ifølge mekanismen for skumdæmpning, have en stærk evne til at reducere overfladespænding, let adsorberes på overfladen og have svag interaktion mellem overfladeadsorberede molekyler, hvilket resulterer i en relativt løs struktur af adsorberede molekyler.
Der findes forskellige typer skumdæmpere, men de er for det meste ikke-ioniske overfladeaktive stoffer. Ikke-ioniske overfladeaktive stoffer har skumdæmpende egenskaber nær eller over deres uklarhedspunkt og anvendes almindeligvis som skumdæmpere. Alkoholer, især dem med forgreningsstrukturer, fedtsyrer og estere, polyamider, fosfater, silikoneolier osv., anvendes også almindeligvis som fremragende skumdæmpere.
(4) Skum og vask
Der er ingen direkte sammenhæng mellem skum og vaskeeffekt, og mængden af skum betyder ikke, om vaskeeffekten er god eller dårlig. For eksempel er skumdannelsen af ikke-ioniske overfladeaktive stoffer langt ringere end sæbes, men deres rengøringsevne er meget bedre end sæbes.
I nogle tilfælde er skum nyttigt til at fjerne snavs. For eksempel, når man vasker service derhjemme, kan skummet fra vaskemidlet fjerne de oliedråber, der er skyllet ned. Når man skrubber tæpper, hjælper skum med at fjerne fast snavs såsom støv og pulver. Derudover kan skum nogle gange bruges som et tegn på, om vaskemidlet er effektivt, fordi fedtholdige oliepletter kan hæmme vaskemidlets skumdannelse. Når der er for mange oliepletter og for lidt vaskemiddel, vil der ikke være noget skum, eller det oprindelige skum vil forsvinde. Nogle gange kan skum også bruges som en indikator for, om skyllevandet er rent. Da mængden af skum i skyllevandet har tendens til at falde med faldet i vaskemiddelindholdet, kan graden af skylning vurderes ud fra mængden af skum.
9. Vaskeproces
I bred forstand er vask processen med at fjerne uønskede komponenter fra den genstand, der vaskes, og opnå et bestemt formål. Vask i almindelig forstand refererer til processen med at fjerne snavs fra overfladen af et bærestof. Under vask svækkes eller elimineres interaktionen mellem snavs og bærestof gennem virkningen af visse kemiske stoffer (såsom vaskemidler), der omdanner kombinationen af snavs og bærestof til kombinationen af snavs og vaskemiddel, hvilket i sidste ende får snavs og bærestof til at løsne sig. Da de genstande, der skal vaskes, og det snavs, der skal fjernes, er forskellige, er vask en meget kompleks proces, og den grundlæggende vaskeproces kan repræsenteres af følgende enkle forhold.
Bæremiddel • Snavs+Vaskemiddel = Bæremiddel+Snavs • Vaskemiddel
Vaskeprocessen kan normalt opdeles i to faser: den ene er adskillelse af snavs og dets bærer under påvirkning af vaskemiddel; den anden er, at det løsnede snavs dispergeres og suspenderes i mediet. Vaskeprocessen er en reversibel proces, og snavs, der er dispergeret eller suspenderet i mediet, kan også bundfældes fra mediet og ned på tøjet. Derfor bør et fremragende vaskemiddel ikke kun have evnen til at løsne snavs fra bæreren, men også have en god evne til at dispergere og suspendere snavs og forhindre snavs i at aflejres igen.
(1) Typer af snavs
Selv for den samme genstand vil typen, sammensætningen og mængden af snavs variere afhængigt af brugsmiljøet. Olieholdigt snavs fra kroppen omfatter hovedsageligt animalske og vegetabilske olier samt mineralolier (såsom råolie, fyringsolie, kultjære osv.), mens fast snavs hovedsageligt omfatter røg, støv, rust, carbon black osv. Med hensyn til tøjsnavs er der snavs fra menneskekroppen, såsom sved, talg, blod osv.; snavs fra fødevarer, såsom frugtpletter, spiselige oliepletter, krydderipletter, stivelse osv.; snavs fra kosmetik, såsom læbestift og neglelak; snavs fra atmosfæren, såsom røg, støv, jord osv.; andre materialer såsom blæk, te, maling osv. Man kan sige, at der findes forskellige og forskelligartede typer.
Forskellige typer snavs kan normalt opdeles i tre kategorier: fast snavs, flydende snavs og specialsnavs.
① Almindeligt fast snavs omfatter partikler som aske, mudder, jord, rust og carbon black. De fleste af disse partikler har en overfladeladning, for det meste negativ, og absorberes let på fiberholdige genstande. Generelt er fast snavs vanskeligt at opløse i vand, men kan spredes og suspenderes af rengøringsmidler. Fast snavs med små partikler er vanskeligt at fjerne.
② Flydende snavs er for det meste olieopløseligt, herunder animalske og vegetabilske olier, fedtsyrer, fedtalkoholer, mineralolier og deres oxider. Blandt disse kan animalske og vegetabilske olier og fedtsyrer forsæbes med alkali, mens fedtalkoholer og mineralolier ikke forsæbes af alkali, men kan opløses i alkoholer, ethere og kulbrinteorganiske opløsningsmidler og emulgeres og dispergeres af vandige rengøringsopløsninger. Olieopløseligt flydende snavs har generelt en stærk interaktionskraft med fiberholdige genstande og adsorberer fast på fibrene.
③ Specielt snavs omfatter protein, stivelse, blod, menneskelige sekreter såsom sved, talg, urin, samt frugtjuice, tejuice osv. De fleste af disse typer snavs kan absorberes kraftigt på fiberholdige genstande gennem kemiske reaktioner. Derfor er det ret vanskeligt at vaske det.
Forskellige typer snavs eksisterer sjældent alene, ofte blandet sammen og adsorberet sammen på genstande. Snavs kan undertiden oxidere, nedbrydes eller forfalde under ydre påvirkninger, hvilket resulterer i dannelsen af nyt snavs.
(2) Snavs vedhæftningseffekt
Grunden til, at tøj, hænder osv. kan blive snavset, er, at der er en form for interaktion mellem genstande og snavs. Der er forskellige vedhæftningseffekter af snavs på genstande, men de er primært fysisk vedhæftning og kemisk vedhæftning.
① Den fysiske vedhæftning af cigaretaske, støv, sediment, carbon black og andre stoffer til tøj. Generelt er interaktionen mellem det vedhæftede snavs og den forurenede genstand relativt svag, og fjernelsen af snavs er også relativt let. Afhængigt af forskellige kræfter kan den fysiske vedhæftning af snavs opdeles i mekanisk vedhæftning og elektrostatisk vedhæftning.
A: Mekanisk vedhæftning refererer primært til vedhæftning af fast snavs såsom støv og sediment. Mekanisk vedhæftning er en svag vedhæftningsmetode til snavs, som næsten kan fjernes med simple mekaniske metoder. Men når snavspartikelstørrelsen er lille (<0,1 µm), er det vanskeligere at fjerne.
B: Elektrostatisk adhæsion manifesterer sig hovedsageligt ved ladede snavspartiklers påvirkning af genstande med modsatrettede ladninger. De fleste fiberholdige genstande bærer en negativ ladning i vand og klæber let til positivt ladet snavs såsom kalk. Noget snavs, selvom det er negativt ladet, såsom carbon black-partikler i vandige opløsninger, kan klæbe til fibre gennem ionbroer dannet af positive ioner (såsom Ca2+, Mg2+ osv.) i vand (ioner virker sammen mellem flere modsatrettede ladninger og fungerer som broer).
Statisk elektricitet er stærkere end simpel mekanisk påvirkning, hvilket gør det relativt vanskeligt at fjerne snavs.
③ Fjernelse af specialsnavs
Protein, stivelse, menneskelige sekreter, frugtjuice, tejuice og andre typer snavs er vanskelige at fjerne med generelle overfladeaktive stoffer og kræver særlige behandlingsmetoder.
Proteinpletter som f.eks. fløde, æg, blod, mælk og hudekskrementer er tilbøjelige til at koagulere og denaturere på fibrene og klæber fastere. Til fjernelse af proteinforurening kan protease bruges til at fjerne det. Proteasen kan nedbryde proteiner i snavs til vandopløselige aminosyrer eller oligopeptider.
Stivelsespletter kommer hovedsageligt fra mad, mens andre såsom kødsaft, pasta osv. Stivelsesenzymer har en katalytisk effekt på hydrolysen af stivelsespletter, hvor de nedbryder stivelse til sukkerarter.
Lipase kan katalysere nedbrydningen af visse triglycerider, der er vanskelige at fjerne ved konventionelle metoder, såsom talg udskilt af den menneskelige krop, spiselige olier osv., for at nedbryde triglycerider til opløselig glycerol og fedtsyrer.
Nogle farvede pletter fra frugtjuice, tejuice, blæk, læbestift osv. er ofte vanskelige at rengøre grundigt, selv efter gentagen vask. Denne type plet kan fjernes ved oxidations-reduktionsreaktioner ved hjælp af oxidanter eller reduktionsmidler såsom blegemiddel, som nedbryder strukturen af kromoforen eller kromoforgrupperne og nedbryder dem til mindre vandopløselige komponenter.
Fra et renseriperspektiv er der groft sagt tre typer snavs.
① Olieopløseligt snavs omfatter forskellige olier og fedtstoffer, som er flydende eller fedtede og opløselige i renserimidler.
② Vandopløseligt snavs er opløseligt i vandig opløsning, men uopløseligt i renserier. Det adsorberes på tøjet i form af en vandig opløsning, og efter at vandet fordamper, udfældes granulære faste stoffer såsom uorganiske salte, stivelse, proteiner osv.
③ Olie-vanduopløseligt snavs er uopløseligt i både vand og renseriopløsningsmidler, såsom carbon black, forskellige metalsilikater og oxider.
På grund af de forskellige egenskaber ved forskellige typer snavs er der forskellige måder at fjerne snavs på under renseriprocessen. Olieopløseligt snavs, såsom animalske og vegetabilske olier, mineralolier og fedtstoffer, er letopløseligt i organiske opløsningsmidler og kan let fjernes under renseri. Den fremragende opløselighed af renseopløsningsmidler for olie og fedt skyldes i det væsentlige van der Waals-kræfter mellem molekyler.
For at fjerne vandopløseligt snavs såsom uorganiske salte, sukkerarter, proteiner, sved osv. er det også nødvendigt at tilsætte en passende mængde vand til renseriet, da vandopløseligt snavs ellers er vanskeligt at fjerne fra tøjet. Vand er dog vanskeligt at opløse i renserier, så for at øge mængden af vand skal der tilsættes overfladeaktive stoffer. Vandet i renserier kan hydrere snavs og tøjets overflade, hvilket gør det nemt at interagere med de polære grupper af overfladeaktive stoffer, hvilket er gavnligt for adsorptionen af overfladeaktive stoffer på overfladen. Derudover, når overfladeaktive stoffer danner miceller, kan vandopløseligt snavs og vand opløses i micellerne. Overfladeaktive stoffer kan ikke kun øge vandindholdet i renseriernes opløsningsmidler, men også forhindre genaflejring af snavs for at forbedre rengøringseffekten.
Tilstedeværelsen af en lille mængde vand er nødvendig for at fjerne vandopløseligt snavs, men for meget vand kan få noget tøj til at deformeres, krølle osv., så vandindholdet i det tørre vaskemiddel skal være moderat.
Faste partikler såsom aske, mudder, jord og carbon black, som hverken er vandopløselige eller olieopløselige, klæber generelt til tøj ved elektrostatisk adsorption eller ved at kombinere med oliepletter. Ved renseri kan strømmen og påvirkningen af opløsningsmidler få snavs, der er absorberet af elektrostatiske kræfter, til at falde af, mens renserier kan opløse oliepletter, hvilket får faste partikler, der kombineres med oliepletterne og klæber til tøjet, til at falde af renseriet. Den lille mængde vand og overfladeaktive stoffer i renseriet kan stabilt suspendere og sprede de faste snavspartikler, der falder af, og forhindre dem i at aflejres på tøjet igen.
(5) Faktorer der påvirker vaskeeffekten
Den retningsbestemte adsorption af overfladeaktive stoffer ved grænsefladen og reduktionen af overfladespændingen (grænsefladespændingen) er de vigtigste faktorer for fjernelse af flydende eller fast belægning. Men vaskeprocessen er relativt kompleks, og selv vaskeeffekten af den samme type vaskemiddel påvirkes af mange andre faktorer. Disse faktorer omfatter koncentrationen af vaskemiddel, temperatur, snavsets art, fibertype og stoffets struktur.
① Koncentration af overfladeaktive stoffer
Micellerne af overfladeaktive stoffer i opløsningen 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 opnå en god vaskeeffekt. Men når koncentrationen af overfladeaktive stoffer overstiger CMC-værdien, bliver den stigende vaskeeffekt mindre signifikant, og en overdreven stigning i koncentrationen af overfladeaktive stoffer er unødvendig.
Når man bruger solubilisering til at fjerne oliepletter, selvom koncentrationen er over CMC-værdien, øges solubiliseringseffekten stadig med stigende koncentration af overfladeaktivt stof. På dette tidspunkt er det tilrådeligt at bruge vaskemiddel lokalt, f.eks. på manchetter og kraver på tøj, hvor der er meget snavs. Ved vask kan man først påføre et lag vaskemiddel for at forbedre de overfladeaktive stoffers solubiliseringseffekt på oliepletter.
② Temperaturen har en betydelig indflydelse på rengøringseffekten. Samlet set er det gavnligt at øge temperaturen for at fjerne snavs, men nogle gange kan for høj temperatur også forårsage ugunstige faktorer.
En stigning i temperaturen er gavnlig for spredning af snavs. Faste oliepletter emulgeres let, når temperaturen er over deres smeltepunkt, og fibrene øger også deres udvidelsesgrad på grund af temperaturstigningen. Disse faktorer er alle gavnlige for fjernelse af snavs. For tætte stoffer reduceres mikrospalterne mellem fibrene dog efter fiberudvidelsen, hvilket ikke er befordrende for fjernelse af snavs.
Temperaturændringer påvirker også opløseligheden, CMC-værdien og micellestørrelsen af overfladeaktive stoffer, hvilket påvirker vaskeeffekten. Langkædede overfladeaktive stoffer har lavere opløselighed ved lave temperaturer og nogle gange endda lavere opløselighed end CMC-værdien. I dette tilfælde bør vasketemperaturen øges passende. Temperaturens effekt på CMC-værdien og micellestørrelsen er forskellig for ioniske og ikke-ioniske overfladeaktive stoffer. For ioniske overfladeaktive stoffer fører en stigning i temperaturen generelt til en stigning i CMC-værdien og et fald i micellestørrelsen. Det betyder, at koncentrationen af overfladeaktive stoffer bør øges i vaskeopløsningen. For ikke-ioniske overfladeaktive stoffer fører stigende temperatur til et fald i deres CMC-værdi og en betydelig stigning i deres micellestørrelse. Det kan ses, at en passende stigning i temperaturen kan hjælpe ikke-ioniske overfladeaktive stoffer med at udøve deres overfladeaktivitet. Men temperaturen bør ikke overstige dens uklarhedspunkt.
Kort sagt er den mest passende vasketemperatur relateret til vaskemidlets formel og den genstand, der vaskes. Nogle vaskemidler har gode rengøringseffekter ved stuetemperatur, mens andre har markant forskellige rengøringseffekter ved kold og varm vask.
③ Skum
Folk forveksler ofte skumdannelse med vaskeeffekt, idet de tror, at vaskemidler med stærk skumdannelse har bedre vaskeeffekter. Resultaterne viser, at vaskeeffekten ikke er direkte relateret til mængden af skum. For eksempel har brugen af lavtskummende vaskemiddel til vask ikke en dårligere vaskeeffekt end højtskummende vaskemiddel.
Selvom skum ikke er direkte relateret til vask, er skum stadig nyttigt til at fjerne snavs i nogle situationer. For eksempel kan skummet fra vaskemiddel fjerne oliedråber, når man vasker op i hånden. Når man skrubber tæppet, kan skum også fjerne faste snavspartikler såsom støv. Støv udgør en stor del af tæppesnavs, så tæpperenser bør have en vis skummende evne.
Skummende kraft er også vigtig for shampoo. Det fine skum, der produceres af væsken, når man vasker hår eller bader, får folk til at føle sig godt tilpas.
④ Fibertyper og tekstilers fysiske egenskaber
Ud over fibrenes kemiske struktur, der påvirker vedhæftningen og fjernelsen af snavs, har fibrenes udseende og garnernes og stoffernes organisatoriske struktur også indflydelse på, hvor vanskeligt det er at fjerne snavs.
Uldfibrenes skæller og den flade, strimmellignende struktur på bomuldsfibre er mere tilbøjelige til at ophobe snavs end glatte fibre. For eksempel er kulstofsort, der klæber til cellulosefilm (klæbende film), let at fjerne, mens kulstofsort, der klæber til bomuldsstof, er vanskelig at vaske af. For eksempel er korte fibre i polyesterstoffer mere tilbøjelige til at ophobe oliepletter end lange fibre, og oliepletter på korte fibre er også vanskeligere at fjerne end oliepletter på lange fibre.
Tæt snoede garner og tætte stoffer kan, på grund af de små mikrospalter mellem fibrene, modstå indtrængen af snavs, men forhindre også rengøringsopløsningen i at fjerne indvendigt snavs. Derfor har tætte stoffer god modstandsdygtighed over for snavs i starten, men det er også vanskeligt at rengøre, når det først er blevet snavset.
⑤ Vandets hårdhed
Koncentrationen af metalioner såsom Ca2+ og Mg2+ i vand har en betydelig indflydelse på vaskeeffekten, især når anioniske overfladeaktive stoffer møder Ca2+ og Mg2+ ioner og danner calcium- og magnesiumsalte med dårlig opløselighed, hvilket kan reducere deres rengøringsevne. Selv hvis koncentrationen af overfladeaktive stoffer er høj i hårdt vand, er deres rengøringseffekt stadig meget dårligere end ved destillation. For at opnå den bedste vaskeeffekt af overfladeaktive stoffer bør koncentrationen af Ca2+ ioner i vand reduceres til under 1 × 10⁻⁶ mol/L (CaCO3 bør reduceres til 0,1 mg/L). Dette kræver tilsætning af forskellige blødgøringsmidler til vaskemidlet.
Opslagstidspunkt: 16. august 2024