1. Tensión superficial
A forza de contracción por unidade de lonxitude na superficie dun líquido chámase tensión superficial e mídese en N • m-1.
2. Actividade superficial e surfactante
A propiedade que pode reducir a tensión superficial dos solventes chámase actividade superficial, e as substancias con actividade superficial chámanse substancias tensioactivas.
Os surfactantes refírense a substancias tensioactivas que poden formar micelas e outros agregados en solucións acuosas, teñen unha alta actividade superficial e tamén teñen funcións humectantes, emulsionantes, espumantes, de lavado e outras.
3. Características estruturais moleculares do surfactante
Os surfactantes son compostos orgánicos con estruturas e propiedades especiais que poden alterar significativamente a tensión interfacial entre dúas fases ou a tensión superficial dos líquidos (xeralmente auga), e teñen propiedades como mollabilidade, formación de escuma, emulsión e lavado.
Estruturalmente falando, os surfactantes comparten unha característica común de conter dous grupos funcionais diferentes nas súas moléculas. Un extremo é un grupo non polar de cadea longa que é soluble en aceite pero insoluble en auga, coñecido como grupo hidrófobo ou grupo hidrófobo. Estes grupos hidrófobos son xeralmente hidrocarburos de cadea longa, ás veces tamén flúor orgánico, organosilicio, organofosforado, cadeas de organoestaño, etc. O outro extremo é un grupo funcional soluble en auga, concretamente un grupo hidrófilo ou grupo hidrófilo. O grupo hidrófilo debe ter a hidrofilicidade suficiente para garantir que todo o surfactante sexa soluble en auga e teña a solubilidade necesaria. Debido á presenza de grupos hidrófilos e hidrófobos nos surfactantes, poden disolverse en polo menos unha fase da fase líquida. As propiedades hidrófilas e oleofílicas dos surfactantes denomínanse anfifilicidade.
4. Tipos de surfactantes
Os surfactantes son moléculas anfipáticas que teñen grupos hidrófobos e hidrófilos. Os grupos hidrófobos dos surfactantes están xeralmente compostos por hidrocarburos de cadea longa, como alquilo C8-C20 de cadea lineal, alquilo C8-C20 de cadea ramificada, alquilfenilo (con 8-16 átomos de carbono alquilo), etc. A diferenza nos grupos hidrófobos reside principalmente nos cambios estruturais das cadeas de carbono-hidróxeno, con diferenzas relativamente pequenas, mentres que hai máis tipos de grupos hidrófilos. Polo tanto, as propiedades dos surfactantes están relacionadas principalmente cos grupos hidrófilos, ademais do tamaño e a forma dos grupos hidrófobos. Os cambios estruturais dos grupos hidrófilos son maiores que os dos grupos hidrófobos, polo que a clasificación dos surfactantes baséase xeralmente na estrutura dos grupos hidrófilos. Esta clasificación baséase principalmente en se os grupos hidrófilos son iónicos, dividíndoos en aniónicos, catiónicos, non iónicos, zwitteriónicos e outros tipos especiais de surfactantes.
5. Características da solución acuosa de surfactante
① Adsorción de surfactantes nas interfaces
As moléculas surfactantes teñen grupos lipofílicos e hidrófilos, o que as converte en moléculas anfipáticas. A auga é un líquido fortemente polar. Cando os surfactantes se disolven en auga, segundo o principio de semellanza de polaridade e repulsión de diferenza de polaridade, os seus grupos hidrófilos son atraídos pola fase acuosa e disólvense na auga, mentres que os seus grupos lipofílicos repelen a auga e abandonan a auga. Como resultado, as moléculas (ou ións) surfactantes adsórbense na interface entre as dúas fases, o que reduce a tensión interfacial entre as dúas fases. Cantas máis moléculas (ou ións) surfactantes se adsorban na interface, maior será a diminución da tensión interfacial.
② Algunhas propiedades da membrana de adsorción
Presión superficial da membrana de adsorción: Os surfactantes adsorben na interface gas-líquido para formar unha membrana de adsorción. Se se coloca unha placa flotante móbil sen fricción na interface e a placa flotante empurra a membrana de adsorción ao longo da superficie da solución, a membrana exerce unha presión sobre a placa flotante, que se denomina presión superficial.
Viscosidade superficial: Do mesmo xeito que a presión superficial, a viscosidade superficial é unha propiedade que presentan as películas moleculares insolubles. Suspende un anel de platino cun fío metálico fino, fai que o seu plano entre en contacto coa superficie da auga do lavabo, xira o anel de platino, o anel de platino vese obstaculizado pola viscosidade da auga e a amplitude atenúase gradualmente, segundo o cal se pode medir a viscosidade superficial. O método é: primeiro realiza experimentos na superficie da auga pura, mide a atenuación da amplitude e, a continuación, mide a atenuación despois da formación da máscara facial superficial e calcula a viscosidade da máscara facial superficial a partir da diferenza entre as dúas.
A viscosidade superficial está estreitamente relacionada coa firmeza da máscara facial superficial. Dado que a película de adsorción ten presión superficial e viscosidade, debe ser elástica. Canto maior sexa a presión superficial e a viscosidade da membrana de adsorción, maior será o seu módulo elástico. O módulo elástico da película de adsorción superficial é de grande importancia no proceso de estabilización da escuma.
③ Formación de micelas
A solución diluída de surfactantes segue as leis das solucións ideais. A cantidade de adsorción de surfactantes na superficie dunha solución aumenta coa concentración da solución. Cando a concentración alcanza ou supera un certo valor, a cantidade de adsorción deixa de aumentar. Estas moléculas de surfactante excesivas na solución están desordenadas ou existen de maneira regular. Tanto a práctica como a teoría demostraron que forman agregados en solución, que se denominan micelas.
Concentración micelar crítica: a concentración mínima á que os surfactantes forman micelas nunha solución denomínase concentración micelar crítica.
④ O valor CMC do surfactante común.
6. Valor de equilibrio hidrófilo e oleófilo
HLB significa equilibrio lipofílico hidrofílico, que representa os valores de equilibrio hidrofílico e lipofílico dos grupos hidrofílicos e lipofílicos dun surfactante, é dicir, o valor HLB do surfactante. Un valor HLB alto indica unha forte hidrofilicidade e unha lipofilicidade débil da molécula; pola contra, ten unha forte lipofilicidade e unha hidrofilicidade débil.
① Regulamento sobre o valor HLB
O valor HLB é un valor relativo, polo que ao formular o valor HLB, como estándar, o valor HLB da parafina sen propiedades hidrófilas establécese en 0, mentres que o valor HLB do dodecilsulfato de sodio con forte solubilidade en auga establécese en 40. Polo tanto, o valor HLB dos surfactantes está xeralmente dentro do rango de 1-40. En xeral, os emulsionantes con valores HLB inferiores a 10 son lipófilos, mentres que os emulsionantes con valores HLB superiores a 10 son hidrófilos. Polo tanto, o punto de inflexión da lipofilicidade á hidrofilicidade é de aproximadamente 10.
7. Efectos de emulsificación e solubilización
Dous líquidos inmiscibles, un formado por partículas (gotas ou cristais líquidos) dispersadas no outro, chámanse emulsións. Ao formar unha emulsión, a área interfacial entre os dous líquidos aumenta, facendo que o sistema sexa termodinamicamente inestable. Para estabilizar a emulsión, é necesario engadir un terceiro compoñente (emulsionante) para reducir a enerxía interfacial do sistema. Os emulsionantes pertencen aos surfactantes e a súa función principal é actuar como emulsionantes. A fase na que existen gotas nunha emulsión chámase fase dispersa (ou fase interna, fase descontinua) e a outra fase conectada entre si chámase medio disperso (ou fase externa, fase continua).
① Emulsionantes e emulsións
As emulsións comúns constan dunha fase de auga ou solución acuosa e a outra fase de compostos orgánicos que son inmiscibles coa auga, como aceites, ceras, etc. A emulsión formada por auga e aceite pódese dividir en dous tipos segundo a súa dispersión: o aceite disperso en auga forma unha emulsión de auga en aceite, representada por O/A (aceite/auga); a auga dispersa en aceite forma unha emulsión de auga en aceite, representada por W/O (auga/aceite). Ademais, tamén se poden formar emulsións complexas de auga en aceite en auga W/O/A e aceite en auga en aceite O/W/O.
O emulsionante estabiliza a emulsión ao reducir a tensión interfacial e formar unha máscara facial monocapa.
Requisitos para os emulsionantes na emulsificación: a: os emulsionantes deben ser capaces de adsorber ou enriquecer na interface entre as dúas fases, reducindo a tensión interfacial; b: os emulsionantes deben dar ás partículas unha carga eléctrica, causando repulsión electrostática entre as partículas ou formando unha película protectora estable e altamente viscosa arredor das partículas. Polo tanto, as substancias utilizadas como emulsionantes deben ter grupos anfifílicos para ter efectos emulsionantes, e os surfactantes poden cumprir este requisito.
② Métodos de preparación de emulsións e factores que afectan á estabilidade da emulsión
Existen dous métodos para preparar emulsións: un é usar métodos mecánicos para dispersar o líquido en pequenas partículas noutro líquido, o que se usa habitualmente na industria para preparar emulsións; outro método é disolver un líquido nun estado molecular noutro líquido e despois deixalo agregar axeitadamente para formar unha emulsión.
A estabilidade das emulsións refírese á súa capacidade para resistir a agregación de partículas e causar a separación de fases. As emulsións son sistemas termodinamicamente inestables con enerxía libre significativa. Polo tanto, a estabilidade dunha emulsión en realidade refírese ao tempo necesario para que o sistema alcance o equilibrio, é dicir, o tempo necesario para que un líquido do sistema se separe.
Cando hai moléculas orgánicas polares como alcohol graxo, ácido graxo e amina graxa na máscara facial, a resistencia da membrana aumenta significativamente. Isto débese a que as moléculas emulsionantes na capa de adsorción da interface interactúan con moléculas polares como alcohol, ácido e amina para formar un "complexo", o que aumenta a resistencia da máscara facial da interface.
Os emulsionantes compostos por dous ou máis surfactantes denomínanse emulsionantes mixtos. Os emulsionantes mixtos adsórbense na interface auga/aceite e as interaccións intermoleculares poden formar complexos. Debido á forte interacción intermolecular, a tensión interfacial redúcese significativamente, a cantidade de emulsionante adsorbido na interface aumenta significativamente e a densidade e a resistencia da máscara facial interfacial formada aumentan.
A carga das pingas ten un impacto significativo na estabilidade das emulsións. As emulsións estables adoitan ter pingas con cargas eléctricas. Ao usar emulsionantes iónicos, os ións emulsionantes adsorbidos na interface insiren os seus grupos lipofílicos na fase oleosa, mentres que os grupos hidrófilos están na fase acuosa, facendo así que as pingas estean cargadas. Debido a que as pingas da emulsión levan a mesma carga, repélense entre si e non se aglomeran facilmente, o que resulta nunha maior estabilidade. Pódese observar que cantos máis ións emulsionantes se adsorban nas pingas, maior será a súa carga e maior será a súa capacidade para evitar a coalescencia das pingas, facendo que o sistema de emulsión sexa máis estable.
A viscosidade do medio de dispersión en emulsión ten certo impacto na estabilidade da emulsión. En xeral, canto maior sexa a viscosidade do medio dispersante, maior será a estabilidade da emulsión. Isto débese a que a viscosidade do medio dispersante é alta, o que dificulta fortemente o movemento browniano das pingas de líquido, ralentiza a colisión entre as pingas e mantén o sistema estable. As substancias poliméricas que normalmente son solubles en emulsións poden aumentar a viscosidade do sistema e mellorar a estabilidade da emulsión. Ademais, o polímero tamén pode formar unha máscara facial de interface sólida, facendo que o sistema de emulsión sexa máis estable.
Nalgúns casos, engadir po sólido tamén pode estabilizar a emulsión. O po sólido non está na auga, no aceite nin na interface, dependendo da capacidade de molladura do aceite e da auga sobre o po sólido. Se o po sólido non está completamente mollado pola auga e pode ser mollado polo aceite, permanecerá na interface auga-aceite.
A razón pola que o po sólido non estabiliza a emulsión é que o po recollido na interface non fortalece a máscara facial da interface, o que é similar ás moléculas emulsionantes de adsorción da interface. Polo tanto, canto máis preto estean as partículas de po sólido dispostas na interface, máis estable será a emulsión.
Os surfactantes teñen a capacidade de aumentar significativamente a solubilidade dos compostos orgánicos que son insolubles ou lixeiramente solubles en auga despois de formar micelas en solución acuosa, e a solución é transparente neste momento. Este efecto das micelas chámase solubilización. Os surfactantes que poden producir efectos solubilizantes chámanse solubilizantes e os compostos orgánicos que se solubilizan chámanse compostos solubilizados.
8. Espuma
A escuma xoga un papel importante no proceso de lavado. A escuma refírese ao sistema de dispersión no que o gas se dispersa en líquido ou sólido. O gas é a fase de dispersión e o líquido ou sólido é o medio de dispersión. O primeiro chámase escuma líquida, mentres que o segundo chámase escuma sólida, como o plástico de escuma, o vidro de escuma, o cemento de escuma, etc.
(1) Formación de escuma
A escuma aquí refírese á agregación de burbullas separadas por unha película líquida. Debido á gran diferenza de densidade entre a fase dispersa (gas) e o medio disperso (líquido) e á baixa viscosidade do líquido, a escuma sempre pode subir rapidamente ao nivel do líquido.
O proceso de formación de escuma consiste en introducir unha gran cantidade de gas no líquido e as burbullas do líquido volven á superficie do líquido rapidamente, formando un agregado de burbullas separado por unha pequena cantidade de líquido e gas.
A escuma ten dúas características morfolóxicas salientables: unha é que as burbullas como fase dispersa adoitan ser poliédricas, porque na intersección das burbullas, hai unha tendencia a que a película líquida se volva máis delgada, facendo que as burbullas sexan poliédricas. Cando a película líquida se fai máis delgada ata certo punto, as burbullas romperánse; en segundo lugar, o líquido puro non pode formar escuma estable, pero o líquido que pode formar escuma ten polo menos dous ou máis compoñentes. A solución acuosa de surfactante é un sistema típico para xerar escuma facilmente, e a súa capacidade para xerar escuma tamén está relacionada con outras propiedades.
Os surfactantes con boa capacidade de formación de escuma denomínanse axentes espumantes. Aínda que o axente espumante teña unha boa capacidade de formación de escuma, a escuma formada pode non manterse durante moito tempo, é dicir, a súa estabilidade pode non ser boa. Para manter a estabilidade da escuma, adoita engadirse ao axente espumante unha substancia que pode aumentar a estabilidade da escuma, que se denomina estabilizador de escuma. Os estabilizadores de escuma máis empregados son a lauroildietanolamina e o óxido de dodecildimetilamina.
(2) Estabilidade da escuma
A escuma é un sistema termodinamicamente inestable e a tendencia final é que a superficie total do líquido no sistema diminúe e a enerxía libre diminúe despois da rotura das burbullas. O proceso de desespumación é o proceso no que a película líquida que separa o gas cambia de grosor ata romper. Polo tanto, a estabilidade da escuma está determinada principalmente pola velocidade de descarga do líquido e a resistencia da película líquida. Hai outros factores que inflúen.
① Tensión superficial
Desde o punto de vista enerxético, unha baixa tensión superficial é máis favorable para a formación de escuma, pero non pode garantir a estabilidade da escuma. A baixa tensión superficial, a baixa diferenza de presión, a baixa velocidade de descarga de líquido e o lento adelgazamento da película líquida favorecen a estabilidade da escuma.
② Viscosidade superficial
O factor clave que determina a estabilidade da escuma é a resistencia da película líquida, que se determina principalmente pola firmeza da película de adsorción superficial, medida pola viscosidade superficial. Os experimentos mostran que a escuma producida pola solución con maior viscosidade superficial ten unha vida útil máis longa. Isto débese a que a interacción entre as moléculas adsorbidas na superficie leva ao aumento da resistencia da membrana, mellorando así a vida útil da escuma.
③ Viscosidade da solución
Cando a viscosidade do propio líquido aumenta, o líquido da película líquida non se descarga facilmente e a velocidade de adelgazamento do grosor da película líquida é lenta, o que atrasa o tempo de rotura da película líquida e aumenta a estabilidade da escuma.
④ O efecto "reparador" da tensión superficial
Os surfactantes adsorbidos na superficie da película líquida teñen a capacidade de resistir a expansión ou contracción da superficie da película líquida, o que denominamos efecto de reparación. Isto débese a que hai unha película líquida de surfactantes adsorbidos na superficie e a expansión da súa área superficial reducirá a concentración de moléculas adsorbidas na superficie e aumentará a tensión superficial. Unha maior expansión da superficie requirirá un maior esforzo. Pola contra, a contracción da área superficial aumentará a concentración de moléculas adsorbidas na superficie, o que reducirá a tensión superficial e dificultará unha maior contracción.
⑤ A difusión de gas a través dunha película líquida
Debido á existencia de presión capilar, a presión das burbullas pequenas na escuma é maior que a das burbullas grandes, o que provocará que o gas das burbullas pequenas se difunda cara ás burbullas grandes de baixa presión a través da película líquida, o que provocará que as burbullas pequenas se fagan máis pequenas, as burbullas grandes se fagan máis grandes e, finalmente, a escuma se rompa. Se se engade surfactante, a escuma será uniforme e densa ao formar escuma, e non será doada de desespumar. Dado que o surfactante está disposto estreitamente sobre a película líquida, é difícil ventilar, o que fai que a escuma sexa máis estable.
⑥ A influencia da carga superficial
Se a película líquida de escuma se carga co mesmo símbolo, as dúas superficies da película líquida repeleranse mutuamente, o que impedirá que a película líquida se adelgaze ou mesmo se destrúa. Os surfactantes iónicos poden proporcionar este efecto estabilizador.
En conclusión, a resistencia da película líquida é o factor clave para determinar a estabilidade da escuma. Como surfactante para axentes espumantes e estabilizadores de escuma, a estanquidade e a firmeza das moléculas adsorbidas na superficie son os factores máis importantes. Cando a interacción entre as moléculas adsorbidas na superficie é forte, as moléculas adsorbidas están dispostas estreitamente, o que non só fai que a propia máscara facial superficial teña unha alta resistencia, senón que tamén dificulta o fluxo da solución adxacente á máscara facial superficial debido á alta viscosidade superficial, polo que é relativamente difícil que a película líquida drene e o grosor da película líquida é fácil de manter. Ademais, as moléculas superficiais dispostas estreitamente tamén poden reducir a permeabilidade das moléculas de gas e, polo tanto, aumentar a estabilidade da escuma.
(3) Destrución da escuma
O principio básico da destrución da escuma é cambiar as condicións para a súa produción ou eliminar os factores de estabilidade, polo que existen dous métodos antiespumantes: o físico e o químico.
A eliminación física da escuma consiste en cambiar as condicións nas que se xera a escuma, mantendo inalterada a composición química da solución de escuma. Por exemplo, as perturbacións de forzas externas, os cambios de temperatura ou presión e o tratamento por ultrasóns son métodos físicos eficaces para eliminar a escuma.
O método antiespumante químico consiste en engadir algunhas substancias para que interactúen co axente espumante, reducir a resistencia da película líquida na escuma e, a continuación, reducir a estabilidade da escuma para lograr o propósito de antiespumante. Estas substancias denomínanse antiespumantes. A maioría dos antiespumantes son surfactantes. Polo tanto, segundo o mecanismo de antiespumante, os antiespumantes deben ter unha forte capacidade para reducir a tensión superficial, ser facilmente adsorbidos na superficie e ter interaccións débiles entre as moléculas adsorbidas na superficie, o que resulta nunha estrutura de disposición relativamente solta das moléculas adsorbidas.
Existen varios tipos de antiespumantes, pero na súa maioría son surfactantes non iónicos. Os surfactantes non iónicos teñen propiedades antiespumantes preto ou por riba do seu punto de turbidez e úsanse habitualmente como antiespumantes. Os alcohois, especialmente os que teñen estruturas ramificadas, os ácidos graxos e os ésteres, as poliamidas, os fosfatos, os aceites de silicona, etc., tamén se usan habitualmente como excelentes antiespumantes.
(4) Espuma e lavado
Non existe unha relación directa entre a escuma e o efecto de lavado, e a cantidade de escuma non significa que o efecto de lavado sexa bo ou malo. Por exemplo, o rendemento espumante dos surfactantes non iónicos é moi inferior ao do xabón, pero o seu poder de limpeza é moito mellor que o do xabón.
Nalgúns casos, a escuma axuda a eliminar a sucidade. Por exemplo, ao lavar a vaixela na casa, a escuma do deterxente pode eliminar as pingas de aceite que caen; ao fregar alfombras, a escuma axuda a eliminar a sucidade sólida, como o po e o endurecemento. Ademais, ás veces, a escuma pódese usar como indicador de se o deterxente é eficaz, porque as manchas de aceite e graxa poden inhibir a escuma do deterxente. Cando hai demasiadas manchas de aceite e pouco deterxente, non haberá escuma ou a escuma orixinal desaparecerá. Ás veces, a escuma tamén se pode usar como indicador de se o enxague é limpo. Debido a que a cantidade de escuma na solución de enxague tende a diminuír coa diminución do contido de deterxente, o grao de enxague pódese avaliar pola cantidade de escuma.
9. Proceso de lavado
Nun sentido amplo, lavar é o proceso de eliminar compoñentes non desexados do obxecto que se lava e conseguir un determinado propósito. Lavar no sentido habitual refírese ao proceso de eliminar a sucidade da superficie dun soporte. Durante o lavado, a interacción entre a sucidade e o soporte debilítase ou elimínase mediante a acción dalgunhas substancias químicas (como os deterxentes), transformando a combinación de sucidade e soporte nunha combinación de sucidade e deterxente, facendo que finalmente a sucidade e o soporte se desprendan. Dado que os obxectos que se van lavar e a sucidade que se vai eliminar son diversos, lavar é un proceso moi complexo, e o proceso básico de lavado pódese representar coa seguinte relación simple:
Vehículo • Suciedade + Deterxente = Vehículo + Suciedade • Deterxente
O proceso de lavado adoita dividirse en dúas etapas: unha é a separación da sucidade e o seu portador baixo a acción do deterxente; a segunda é que a sucidade desprendida se dispersa e suspende no medio. O proceso de lavado é un proceso reversible, e a sucidade que está dispersa ou suspendida no medio tamén pode volver precipitar do medio sobre a roupa. Polo tanto, un excelente deterxente non só debe ter a capacidade de desprender a sucidade do portador, senón tamén ter unha boa capacidade para dispersar e suspender a sucidade e evitar que a sucidade se volva depositar.
(1) Tipos de sucidade
Mesmo para o mesmo artigo, o tipo, a composición e a cantidade de sucidade varían dependendo do ambiente de uso. A sucidade corporal oleosa inclúe principalmente aceites animais e vexetais, así como aceites minerais (como petróleo cru, fuelóleo, alcatrán de hulla, etc.), mentres que a sucidade sólida inclúe principalmente fume, po, ferruxe, negro de carbono, etc. En canto á sucidade da roupa, hai sucidade do corpo humano, como suor, sebo, sangue, etc.; sucidade dos alimentos, como manchas de froitas, manchas de aceite comestible, manchas de condimentos, amidón, etc.; sucidade traída por cosméticos, como batom e esmalte de uñas; sucidade da atmosfera, como fume, po, terra, etc.; outros materiais como tinta, té, pintura, etc. Pódese dicir que hai varios e diversos tipos.
Os distintos tipos de sucidade pódense dividir normalmente en tres categorías: sucidade sólida, sucidade líquida e sucidade especial.
① A sucidade sólida común inclúe partículas como cinza, lama, terra, ferruxe e negro de carbón. A maioría destas partículas teñen unha carga superficial, na súa maioría negativa, e adsórbense facilmente en obxectos fibrosos. En xeral, a sucidade sólida é difícil de disolver en auga, pero pode dispersarse e suspenderse mediante solucións de deterxentes. A sucidade sólida con partículas pequenas é difícil de eliminar.
② A sucidade líquida é maioritariamente soluble en aceite, incluíndo aceites animais e vexetais, ácidos graxos, alcohois graxos, aceites minerais e os seus óxidos. Entre eles, os aceites animais e vexetais e os ácidos graxos poden sufrir saponificación con álcalis, mentres que os alcohois graxos e os aceites minerais non se saponifican con álcalis, pero poden disolverse en alcohois, éteres e solventes orgánicos de hidrocarburos, e ser emulsionados e dispersados por solucións acuosas de deterxentes. A sucidade líquida soluble en aceite xeralmente ten unha forte forza de interacción con obxectos fibrosos e adsórbese firmemente ás fibras.
③ A sucidade especial inclúe proteínas, amidón, sangue, secrecións humanas como suor, sebo, urina, así como zume de froitas, zume de té, etc. A maioría destes tipos de sucidade poden adsorberse fortemente a obxectos fibrosos mediante reaccións químicas. Polo tanto, lavala é bastante difícil.
Varios tipos de sucidade raramente existen sós, a miúdo mesturados e adsorbidos xuntos nos obxectos. Ás veces, a sucidade pode oxidarse, descompoñerse ou deteriorarse baixo influencias externas, o que resulta na formación de nova sucidade.
(2) O efecto de adhesión da sucidade
A razón pola que a roupa, as mans, etc. poden ensuciarse é porque existe algún tipo de interacción entre os obxectos e a sucidade. Existen varios efectos de adhesión da sucidade aos obxectos, pero son principalmente adhesión física e adhesión química.
① A adhesión física da cinza de cigarro, o po, os sedimentos, o negro de carbón e outras substancias á roupa. En xeral, a interacción entre a sucidade adherida e o obxecto contaminado é relativamente débil e a eliminación da sucidade tamén é relativamente sinxela. Segundo as diferentes forzas, a adhesión física da sucidade pódese dividir en adhesión mecánica e adhesión electrostática.
R: A adhesión mecánica refírese principalmente á adhesión de sucidade sólida como po e sedimentos. A adhesión mecánica é un método de adhesión débil para a sucidade, que case se pode eliminar con métodos mecánicos sinxelos. Non obstante, cando o tamaño das partículas da sucidade é pequeno (<0,1 µm), é máis difícil de eliminar.
B: A adhesión electrostática maniféstase principalmente pola acción de partículas de sucidade cargadas sobre obxectos con cargas opostas. A maioría dos obxectos fibrosos levan unha carga negativa na auga e adhírense facilmente a sucidade cargada positivamente, como a cal. Algunha sucidade, aínda que cargada negativamente, como as partículas de negro de carbono en solucións acuosas, pode adherirse ás fibras a través de pontes iónicas formadas por ións positivos (como Ca2+, Mg2+, etc.) na auga (os ións actúan xuntos entre múltiples cargas opostas, actuando como pontes).
A electricidade estática é máis forte que a simple acción mecánica, o que fai que sexa relativamente difícil eliminar a sucidade.
③ Eliminación de sucidade especial
As proteínas, o amidón, as secrecións humanas, o zume de froitas, o zume de té e outros tipos de sucidade son difíciles de eliminar con surfactantes xerais e requiren métodos de tratamento especiais.
As manchas de proteínas como as de crema, ovos, sangue, leite e excrementos da pel son propensas á coagulación e á desnaturalización nas fibras e adhírense con máis firmeza. Para a incrustación de proteínas, pódese usar protease para eliminala. A protease pode descompoñer as proteínas da sucidade en aminoácidos ou oligopéptidos solubles en auga.
As manchas de amidón proceden principalmente dos alimentos, mentres que outras son os zumes de carne, as pastas, etc. Os encimas do amidón teñen un efecto catalítico na hidrólise das manchas de amidón, descompoñendo o amidón en azucres.
A lipase pode catalizar a descomposición dalgúns triglicéridos que son difíciles de eliminar por métodos convencionais, como o sebo segregado polo corpo humano, os aceites comestibles, etc., para descompoñer os triglicéridos en glicerol e ácidos graxos solubles.
Algunhas manchas de cores de zume de froitas, zume de té, tinta, pintalabios, etc. adoitan ser difíciles de limpar a fondo mesmo despois de repetidos lavados. Este tipo de mancha pódese eliminar mediante reaccións de oxidación-redución usando oxidantes ou axentes redutores como a lixivia, que descompoñen a estrutura do cromóforo ou dos grupos cromóforos e os degradan en compoñentes máis pequenos solubles en auga.
Desde a perspectiva da limpeza en seco, hai aproximadamente tres tipos de sucidade.
① A sucidade soluble en aceite inclúe varios aceites e graxas, que son líquidos ou graxentos e solubles en solventes de limpeza en seco.
② A sucidade soluble en auga é soluble en solución acuosa, pero insoluble en axentes de limpeza en seco. Adsórbese á roupa en forma de solución acuosa e, despois de que a auga se evapore, precipitan sólidos granulares como sales inorgánicos, amidón, proteínas, etc.
③ A sucidade insoluble en auga e aceite é insoluble tanto en auga como en solventes de limpeza en seco, como o negro de carbono, varios silicatos metálicos e óxidos.
Debido ás diferentes propiedades dos distintos tipos de sucidade, existen diferentes xeitos de eliminala durante o proceso de limpeza en seco. A sucidade soluble en aceite, como os aceites animais e vexetais, os aceites minerais e as graxas, é facilmente soluble en solventes orgánicos e pódese eliminar facilmente durante a limpeza en seco. A excelente solubilidade dos solventes de limpeza en seco para aceite e graxa débese esencialmente ás forzas de van der Waals entre as moléculas.
Para a eliminación da sucidade soluble en auga, como sales inorgánicas, azucres, proteínas, suor, etc., tamén é necesario engadir unha cantidade axeitada de auga ao axente de limpeza en seco; se non, a sucidade soluble en auga é difícil de eliminar da roupa. Pero a auga é difícil de disolver nos axentes de limpeza en seco, polo que para aumentar a cantidade de auga, é necesario engadir surfactantes. A auga presente nos axentes de limpeza en seco pode hidratar a sucidade e a superficie da roupa, facilitando a interacción cos grupos polares dos surfactantes, o que é beneficioso para a adsorción de surfactantes na superficie. Ademais, cando os surfactantes forman micelas, a sucidade e a auga solubles en auga poden solubilizarse nas micelas. Os surfactantes non só poden aumentar o contido de auga nos solventes de limpeza en seco, senón que tamén impiden a deposición de sucidade para mellorar o efecto de limpeza.
A presenza dunha pequena cantidade de auga é necesaria para eliminar a sucidade soluble en auga, pero o exceso de auga pode provocar que algunhas pezas se deformen, se engurren, etc., polo que o contido de auga no deterxente seco debe ser moderado.
As partículas sólidas como a cinza, a lama, a terra e o negro de carbón, que non son nin solubles en auga nin en aceite, xeralmente adhírense á roupa por adsorción electrostática ou combinándose con manchas de aceite. Na limpeza en seco, o fluxo e o impacto dos solventes poden facer que a sucidade adsorbida polas forzas electrostáticas se desprenda, mentres que os axentes de limpeza en seco poden disolver as manchas de aceite, facendo que as partículas sólidas que se combinan coas manchas de aceite e se adhiren á roupa se desprendan do axente de limpeza en seco. A pequena cantidade de auga e surfactantes no axente de limpeza en seco pode suspender e dispersar de forma estable as partículas de sucidade sólida que caen, evitando que se depositen de novo na roupa.
(5) Factores que afectan o efecto de lavado
A adsorción direccional de surfactantes na interface e a redución da tensión superficial (interfacial) son os principais factores para a eliminación da incrustación líquida ou sólida. Pero o proceso de lavado é relativamente complexo e mesmo o efecto de lavado do mesmo tipo de deterxente vese afectado por moitos outros factores. Estes factores inclúen a concentración do deterxente, a temperatura, a natureza da sucidade, o tipo de fibra e a estrutura do tecido.
① Concentración de surfactantes
As micelas de surfactantes na solución xogan un papel importante no proceso de lavado. Cando a concentración alcanza a concentración micelar crítica (cmc), o efecto de lavado aumenta bruscamente. Polo tanto, a concentración de deterxente no disolvente debe ser superior ao valor CMC para lograr un bo efecto de lavado. Non obstante, cando a concentración de surfactantes supera o valor CMC, o aumento do efecto de lavado faise menos significativo e o aumento excesivo da concentración de surfactante é innecesario.
Ao usar a solubilización para eliminar manchas de aceite, mesmo se a concentración é superior ao valor CMC, o efecto de solubilización aínda aumenta co aumento da concentración de surfactante. Neste momento, é aconsellable usar deterxente localmente, como nos puños e colos da roupa onde hai moita sucidade. Ao lavar, pódese aplicar primeiro unha capa de deterxente para mellorar o efecto de solubilización dos surfactantes nas manchas de aceite.
② A temperatura ten un impacto significativo no efecto de limpeza. En xeral, aumentar a temperatura é beneficioso para eliminar a sucidade, pero ás veces unha temperatura excesiva tamén pode causar factores adversos.
Un aumento da temperatura é beneficioso para a difusión da sucidade. As manchas de aceite sólido emulsíonanse facilmente cando a temperatura está por riba do seu punto de fusión e as fibras tamén aumentan o seu grao de expansión debido ao aumento da temperatura. Todos estes factores son beneficiosos para a eliminación da sucidade. Non obstante, para tecidos axustados, os microespazos entre as fibras redúcense despois da expansión das fibras, o que non favorece a eliminación da sucidade.
Os cambios de temperatura tamén afectan á solubilidade, ao valor de CMC e ao tamaño das micelas dos surfactantes, o que afecta ao efecto de lavado. Os surfactantes de cadea longa de carbono teñen unha menor solubilidade a baixas temperaturas e, ás veces, incluso unha menor solubilidade que o valor de CMC. Neste caso, a temperatura de lavado debe aumentarse adecuadamente. O efecto da temperatura sobre o valor de CMC e o tamaño das micelas é diferente para os surfactantes iónicos e non iónicos. Para os surfactantes iónicos, un aumento da temperatura xeralmente leva a un aumento do valor de CMC e a unha diminución do tamaño das micelas. Isto significa que a concentración de surfactantes debe aumentarse na solución de lavado. Para os surfactantes non iónicos, o aumento da temperatura leva a unha diminución do seu valor de CMC e a un aumento significativo do tamaño das micelas. Pódese observar que un aumento axeitado da temperatura pode axudar aos surfactantes non iónicos a exercer a súa actividade superficial. Pero a temperatura non debe superar o seu punto de turbidez.
En resumo, a temperatura de lavado máis axeitada está relacionada coa fórmula do deterxente e co obxecto que se lava. Algúns deterxentes teñen bos efectos de limpeza á temperatura ambiente, mentres que outros teñen efectos de limpeza significativamente diferentes para o lavado en frío e en quente.
③ Espuma
A xente adoita confundir a capacidade de formación de escuma co efecto de lavado, crendo que os deterxentes con forte capacidade de formación de escuma teñen mellores efectos de lavado. Os resultados mostran que o efecto de lavado non está directamente relacionado coa cantidade de escuma. Por exemplo, usar deterxente con pouca formación de escuma para lavar non ten un peor efecto de lavado que un deterxente con alta formación de escuma.
Aínda que a escuma non está directamente relacionada coa limpeza, a escuma segue sendo útil para eliminar a sucidade nalgunhas situacións. Por exemplo, a escuma do líquido de lavado pode levar as pingas de aceite ao lavar os pratos a man. Ao fregar a alfombra, a escuma tamén pode retirar partículas de sucidade sólidas como o po. O po representa unha gran proporción da sucidade da alfombra, polo que o limpador de alfombras debe ter unha certa capacidade de formación de escuma.
O poder espumante tamén é importante para o champú. A escuma fina que produce o líquido ao lavar o cabelo ou bañarse fai que as persoas se sintan cómodas.
④ Tipos de fibras e propiedades físicas dos téxtiles
Ademais da estrutura química das fibras que afecta á adhesión e á eliminación da sucidade, a aparencia das fibras e a estrutura organizativa dos fíos e tecidos tamén inflúen na dificultade da eliminación da sucidade.
As escamas das fibras de la e a estrutura plana en forma de tira das fibras de algodón son máis propensas a acumular sucidade que as fibras lisas. Por exemplo, o negro de carbono adherido á película de celulosa (película adhesiva) é fácil de eliminar, mentres que o negro de carbono adherido ao tecido de algodón é difícil de lavar. Por exemplo, os tecidos de fibra curta de poliéster son máis propensos a acumular manchas de aceite que os tecidos de fibra longa, e as manchas de aceite nos tecidos de fibra curta tamén son máis difíciles de eliminar que as dos tecidos de fibra longa.
Os fíos e tecidos axustados, debido aos pequenos microespazos entre as fibras, poden resistir a invasión da sucidade, pero tamén impedir que a solución de limpeza elimine a sucidade interna. Polo tanto, os tecidos axustados teñen unha boa resistencia á sucidade ao principio, pero tamén son difíciles de limpar unha vez contaminados.
⑤ A dureza da auga
A concentración de ións metálicos como o Ca2+ e o Mg2+ na auga ten un impacto significativo no efecto de lavado, especialmente cando os surfactantes aniónicos se atopan con ións de Ca2+ e Mg2+ para formar sales de calcio e magnesio con pouca solubilidade, o que pode reducir a súa capacidade de limpeza. Mesmo se a concentración de surfactantes é alta en auga dura, o seu efecto de limpeza segue sendo moito peor que na destilación. Para lograr o mellor efecto de lavado dos surfactantes, a concentración de ións de Ca2+ na auga debe reducirse a menos de 1 × 10-6 mol/L (o CaCO3 debe reducirse a 0,1 mg/L). Isto require engadir varios suavizantes ao deterxente.
Data de publicación: 16 de agosto de 2024