Minkä tahansa yksikköpituuden kutistumisvoimaa nesteen pinnalla kutsutaan pintajännitykseksi ja yksikkö on N.·m-1.
Ominaisuutta pienentää liuottimen pintajännitystä kutsutaan pinta-aktiivisuudeksi ja ainetta, jolla on tämä ominaisuus, kutsutaan pinta-aktiiviseksi aineeksi.
Pinta-aktiivista ainetta, joka voi sitoa molekyylejä vesiliuoksessa ja muodostaa misellejä ja muita assosiaatioita ja jolla on korkea pinta-aktiivisuus, samalla kun sillä on myös kostuttava, emulgoiva, vaahtoava, pesevä jne. vaikutus, kutsutaan pinta-aktiiviseksi aineeksi.
Pinta-aktiivinen aine on orgaanisia yhdisteitä, joilla on erityinen rakenne ja ominaisuus, jotka voivat merkittävästi muuttaa kahden faasin välistä rajapintajännitystä tai nesteiden (yleensä veden) pintajännitystä kostutus-, vaahtoamis-, emulgointi-, pesu- ja muilla ominaisuuksilla.
Rakenteeltaan pinta-aktiivisilla aineilla on yhteinen piirre, että niiden molekyyleissä on kaksi erilaista ryhmää.Toisessa päässä on pitkä ketju ei-polaarista ryhmää, joka liukenee öljyyn ja liukenematon veteen, joka tunnetaan myös nimellä hydrofobinen ryhmä tai vettä hylkivä ryhmä.Sellainen vettä hylkivä ryhmä on yleensä pitkiä hiilivetyketjuja, joskus myös orgaaniselle fluorille, piille, organofosfaatille, organotinaketjulle jne. Toisessa päässä on vesiliukoinen ryhmä, hydrofiilinen ryhmä tai öljyä hylkivä ryhmä.Hydrofiilisen ryhmän on oltava riittävän hydrofiilinen sen varmistamiseksi, että kaikki pinta-aktiiviset aineet ovat veteen liukenevia ja niillä on tarvittava liukoisuus.Koska pinta-aktiiviset aineet sisältävät hydrofiilisiä ja hydrofobisia ryhmiä, ne voivat olla liukoisia ainakin yhteen nestefaasiin.Tätä pinta-aktiivisen aineen hydrofiilistä ja lipofiilistä ominaisuutta kutsutaan amfifiilisyydeksi.
Pinta-aktiivinen aine on eräänlainen amfifiilinen molekyyli, jossa on sekä hydrofobisia että hydrofiilisiä ryhmiä.Pinta-aktiivisten aineiden hydrofobiset ryhmät koostuvat yleensä pitkäketjuisista hiilivedyistä, kuten suoraketjuisesta C8-C20-alkyylistä, haaraketjuisesta alkyyli-C8-C20-alkyylifenyylistä (alkyylihiilen lukumäärä on 8-16) ja vastaavista.Ero, joka on pieni hydrofobisten ryhmien välillä, johtuu pääasiassa hiilivetyketjujen rakenteellisista muutoksista.Ja hydrofiilisten ryhmien tyyppejä on enemmän, joten pinta-aktiivisten aineiden ominaisuudet liittyvät pääasiassa hydrofiilisiin ryhmiin hydrofobisten ryhmien koon ja muodon lisäksi.Hydrofiilisten ryhmien rakenteelliset muutokset ovat suurempia kuin hydrofobisten ryhmien, joten pinta-aktiivisten aineiden luokittelu perustuu yleensä hydrofiilisten ryhmien rakenteeseen.Tämä luokittelu perustuu siihen, onko hydrofiilinen ryhmä ioninen vai ei, ja se jaetaan anionisiin, kationisiin, ionittomiin, kahtaisionisiin ja muihin erikoistyyppisiin pinta-aktiivisiin aineisiin.
① Pinta-aktiivisten aineiden adsorptio rajapinnassa
Pinta-aktiiviset molekyylit ovat amfifiilisiä molekyylejä, joissa on sekä lipofiilisiä että hydrofiilisiä ryhmiä.Kun pinta-aktiivinen aine liuotetaan veteen, sen hydrofiilinen ryhmä vetää puoleensa veteen ja liukenee veteen, kun taas sen lipofiilinen ryhmä hylkii veden ja jättää vettä, mikä johtaa pinta-aktiivisten aineiden molekyylien (tai ionien) adsorptioon kahden faasin rajapinnalla. , mikä vähentää rajapintojen jännitystä kahden vaiheen välillä.Mitä enemmän pinta-aktiivisia molekyylejä (tai ioneja) adsorboituu rajapinnalle, sitä enemmän rajapintojen jännitys vähenee.
② Jotkut adsorptiokalvon ominaisuudet
Adsorptiokalvon pintapaine: Pinta-aktiivisen aineen adsorptio kaasun ja nesteen rajapinnassa adsorptiokalvon muodostamiseksi, kuten kitkattoman irrotettavan kelluvan levyn asettaminen rajapinnalle, kelluva levy työntää adsorptiokalvoa liuoksen pintaa pitkin ja kalvo synnyttää paineen kelluvalla levyllä, jota kutsutaan pintapaineeksi.
Pinnan viskositeetti: Pintapaineen tavoin pinnan viskositeetti on liukenemattoman molekyylikalvon ominaisuus.Ripustettu hienolla metallilangalla platinarenkaalla, niin että sen taso koskettaa säiliön veden pintaa, pyöritä platinarengasta, platinarengasta vesiesteen viskositeetin mukaan, amplitudi laskee vähitellen, jonka mukaan pinnan viskositeettia voidaan säätää mitattu.Menetelmä on: ensin suoritetaan koe puhtaan veden pinnalla amplitudin vaimenemisen mittaamiseksi ja sitten mitataan pintakalvon muodostumisen jälkeinen vaimeneminen ja pintakalvon viskositeetti johdetaan näiden kahden välisestä erosta. .
Pinnan viskositeetti liittyy läheisesti pintakalvon kiinteyteen, ja koska adsorptiokalvolla on pintapainetta ja viskositeettia, sillä täytyy olla elastisuutta.Mitä suurempi pintapaine ja adsorboidun kalvon viskositeetti on, sitä suurempi on sen kimmokerroin.Pintaadsorptiokalvon kimmomoduuli on tärkeä kuplan stabilointiprosessissa.
③ Misellien muodostuminen
Pinta-aktiivisten aineiden laimeat liuokset noudattavat lakeja, joita seuraa ihanteelliset liuokset.Liuoksen pintaan adsorboituneen pinta-aktiivisen aineen määrä kasvaa liuoksen pitoisuuden myötä, ja kun pitoisuus saavuttaa tai ylittää tietyn arvon, adsorption määrä ei enää kasva, ja nämä ylimääräiset pinta-aktiivisen aineen molekyylit ovat liuoksessa sattumanvaraisesti. tavalla tai jollain tavallisella tavalla.Sekä käytäntö että teoria osoittavat, että ne muodostavat assosiaatioita liuoksessa, ja näitä assosiaatioita kutsutaan miselleiksi.
Kriittinen misellipitoisuus (CMC): Vähimmäispitoisuutta, jossa pinta-aktiiviset aineet muodostavat misellejä liuoksessa, kutsutaan kriittiseksi misellipitoisuudeksi.
④ Yleisten pinta-aktiivisten aineiden CMC-arvot.
HLB on lyhenne sanoista hydrofiilinen lipofiilinen tasapaino, joka ilmaisee pinta-aktiivisen aineen hydrofiilisten ja lipofiilisten ryhmien hydrofiilisen ja lipofiilisen tasapainon eli pinta-aktiivisen aineen HLB-arvon.Suuri HLB-arvo osoittaa molekyylin, jolla on vahva hydrofiilisyys ja heikko lipofiilisyys;päinvastoin vahva lipofiilisyys ja heikko hydrofiilisyys.
① HLB-arvon varaukset
HLB-arvo on suhteellinen arvo, joten kun HLB-arvoa kehitetään, standardina parafiinivahan, jolla ei ole hydrofiilisiä ominaisuuksia, HLB-arvoksi määritetään 0, kun taas natriumdodekyylisulfaatin HLB-arvoksi, joka on Vesiliukoisempi, on 40. Siksi pinta-aktiivisten aineiden HLB-arvo on yleensä välillä 1 - 40. Yleisesti ottaen emulgaattorit, joiden HLB-arvot ovat alle 10, ovat lipofiilisiä, kun taas ne, jotka ovat yli 10, ovat hydrofiilisiä.Siten käännepiste lipofiilisestä hydrofiiliseksi on noin 10.
Pinta-aktiivisten aineiden HLB-arvojen perusteella voidaan saada yleinen käsitys niiden mahdollisista käyttötavoista taulukon 1-3 mukaisesti.
Kaksi keskenään liukenematonta nestettä, toinen dispergoituneena toiseen hiukkasina (pisaroina tai nestekiteinä) muodostavat järjestelmän, jota kutsutaan emulsioksi.Tämä järjestelmä on termodynaamisesti epästabiili johtuen kahden nesteen raja-alueen kasvusta, kun emulsio muodostuu.Jotta emulsio olisi stabiili, on tarpeen lisätä kolmas komponentti - emulgointiaine järjestelmän rajapintaenergian vähentämiseksi.Emulgointiaine kuuluu pinta-aktiiviseen aineeseen, sen päätehtävänä on toimia emulsiona.Pisaroina esiintyvää emulsion faasia kutsutaan dispergoituneeksi faasiksi (tai sisäfaasiksi, epäjatkuvaksi faasiksi), ja toista faasia, joka on sitoutunut yhteen, kutsutaan dispersioväliaineeksi (tai ulommaksi faasiksi, jatkuvaksi faasiksi).
① Emulgaattorit ja emulsiot
Yleiset emulsiot, yksi faasi on vesi tai vesiliuos, toinen faasi on orgaanisia aineita, jotka eivät sekoitu veteen, kuten rasva, vaha jne. Veden ja öljyn muodostama emulsio voidaan jakaa kahteen tyyppiin dispergointitilanteen mukaan: öljy dispergoitu veteen öljy-vedessä-tyyppisen emulsion muodostamiseksi, ilmaistuna O/W (öljy/vesi): vesi dispergoitu öljyyn öljy-vedessä-tyyppisen emulsion muodostamiseksi, ilmaistuna W/O (vesi/öljy).Voidaan myös muodostaa monimutkaisia vesi-öljyssä-vedessä W/O/W- ja öljy-vedessä-öljyssä Ö/V/O-tyyppisiä multiemulsioita.
Emulgointiaineita käytetään emulsioiden stabiloimiseen vähentämällä rajapintojen jännitystä ja muodostamalla yksimolekyylinen rajapintakalvo.
Emulgointiainevaatimusten emulgoinnissa:
a: Emulgaattorin on kyettävä adsorboimaan tai rikastamaan kahden faasin välistä rajapintaa, jotta rajapintojen jännitys vähenee;
b: Emulgaattorin on annettava hiukkaset varaukseen siten, että sähköstaattinen hylkiminen hiukkasten välillä tai muodostaa stabiilin, erittäin viskoosin suojakalvon hiukkasten ympärille.
Siksi emulgointiaineena käytetyssä aineessa täytyy olla amfifiilisiä ryhmiä, jotta se emulgoituisi, ja pinta-aktiiviset aineet voivat täyttää tämän vaatimuksen.
② Emulsioiden valmistusmenetelmät ja emulsioiden stabiilisuuteen vaikuttavat tekijät
Emulsioita voidaan valmistaa kahdella tavalla: toinen on käyttää mekaanista menetelmää nesteen dispergoimiseksi pieniksi hiukkasiksi toiseen nesteeseen, jota käytetään enimmäkseen teollisuudessa emulsioiden valmistukseen;toinen on liuottaa molekyylitilassa oleva neste toiseen nesteeseen ja saada se sitten kerääntymään kunnolla muodostamaan emulsioita.
Emulsion stabiilius on kyky estää hiukkasten aggregaatiota, mikä johtaa faasien erottumiseen.Emulsiot ovat termodynaamisesti epästabiileja järjestelmiä, joissa on paljon vapaata energiaa.Siksi emulsion ns. stabiilius on itse asiassa aika, joka tarvitaan järjestelmän saavuttamiseen tasapainoon, eli aika, joka tarvitaan jonkin järjestelmän nesteen erottumiseen.
Kun rajapintojen kalvo rasva-alkoholien, rasvahappojen ja rasva-amiinien ja muiden polaaristen orgaanisten molekyylien kanssa, kalvon vahvuus on huomattavasti suurempi.Tämä johtuu siitä, että rajapinnan adsorptiokerros emulgointiainemolekyylien ja alkoholien, hapot ja amiinit ja muut polaariset molekyylit muodostavat "kompleksin", niin että rajapinnan kalvon vahvuus kasvoi.
Emulgointiaineita, jotka koostuvat useammasta kuin kahdesta pinta-aktiivisesta aineesta, kutsutaan sekaemulgaattoreiksi.Sekoitettu emulgointiaine, joka on adsorboitu vesi/öljy-rajapinnalle;molekyylien välinen toiminta voi muodostaa komplekseja.Voimakkaan molekyylien välisen vaikutuksen ansiosta rajapintojen jännitys vähenee merkittävästi, rajapinnalle adsorboituneen emulgaattorin määrä lisääntyy merkittävästi, rajapintojen kalvotiheyden muodostuminen kasvaa, lujuus kasvaa.
Nestemäisten helmien panoksella on merkittävä vaikutus emulsion stabiilisuuteen.Stabiilit emulsiot, joiden nestemäiset helmet ovat yleensä varattuja.Kun käytetään ionista emulgointiainetta, rajapinnalle adsorboituneen emulgointiaineen ionin lipofiilinen ryhmä on lisätty öljyfaasiin ja hydrofiilinen ryhmä on vesifaasissa, jolloin nestemäiset helmet ovat varattuja.Koska emulsiohelmet ovat samalla varauksella, ne hylkivät toisiaan, ei ole helppo agglomeroida, joten stabiilisuus lisääntyy.Voidaan nähdä, että mitä enemmän emulgointi-ioneja on adsorboitunut helmiin, sitä suurempi varaus, sitä suurempi kyky estää helmiä agglomeroitumasta, sitä vakaampi emulsiojärjestelmä.
Emulsion dispersioväliaineen viskositeetilla on tietty vaikutus emulsion stabiilisuuteen.Yleensä mitä korkeampi dispersioväliaineen viskositeetti on, sitä korkeampi on emulsion stabiilisuus.Tämä johtuu siitä, että dispersioväliaineen viskositeetti on suuri, mikä vaikuttaa voimakkaasti nestemäisten helmien Brownin liikkeeseen ja hidastaa nestemäisten helmien välistä törmäystä niin, että järjestelmä pysyy vakaana.Yleensä emulsioihin liukenevat polymeeriaineet voivat lisätä järjestelmän viskositeettia ja parantaa emulsioiden stabiilisuutta.Lisäksi polymeerit voivat myös muodostaa vahvan rajapintakalvon, mikä tekee emulsiojärjestelmästä vakaamman.
Joissakin tapauksissa kiinteän jauheen lisääminen voi myös saada emulsion taipumaan stabiloitumaan.Kiinteää jauhetta on vedessä, öljyssä tai rajapinnassa, öljystä riippuen, kiinteän jauheen kostutuskapasiteetissa oleva vesi, jos kiinteä jauhe ei ole täysin kastunut vedellä, mutta myös öljystä märkä, jää veteen ja öljy käyttöliittymä.
Kiinteä jauhe ei tee emulsiosta stabiilia, koska rajapinnalle kerääntynyt jauhe parantaa rajapinnan kalvoa, mikä on samanlainen kuin emulgointiainemolekyylien rajapinnan adsorptio, joten mitä tarkemmin kiinteä jauhemateriaali on järjestetty rajapinnalle, sitä vakaampi on emulsio on.
Pinta-aktiivisilla aineilla on kyky lisätä merkittävästi liukenemattomien tai heikosti vesiliukoisten orgaanisten aineiden liukoisuutta sen jälkeen, kun ne ovat muodostaneet misellejä vesiliuoksessa, ja liuos on tällä hetkellä läpinäkyvä.Tätä misellin vaikutusta kutsutaan solubilisaatioksi.Pinta-aktiivista ainetta, joka voi saada aikaan liukenemisen, kutsutaan solubilisaattoriksi, ja orgaanista ainetta, joka liukenee, kutsutaan solubilisoiduksi aineeksi.
Vaahdolla on tärkeä rooli pesuprosessissa.Vaahto on dispersiojärjestelmä, jossa kaasu on dispergoitu nesteeseen tai kiinteään aineeseen, jolloin kaasu on dispergoitunut faasi ja neste tai kiinteä aine dispergoivana väliaineena. Ensin mainittua kutsutaan nestemäiseksi vaahdoksi, kun taas jälkimmäistä kutsutaan kiinteäksi vaahdoksi, esim. kuten vaahtomuovi, vaahtolasi, vaahto sementti jne.
(1) Vaahdon muodostuminen
Vaahdolla tarkoitamme tässä ilmakuplien aggregaattia, jonka erottaa nestemäinen kalvo.Tämän tyyppinen kupla nousee aina nopeasti nesteen pinnalle johtuen dispergoidun faasin (kaasu) ja dispersioväliaineen (neste) välisestä suuresta tiheyserosta yhdistettynä nesteen alhaiseen viskositeettiin.
Kuplan muodostusprosessi on tuoda suuri määrä kaasua nesteeseen, ja nesteen kuplat palaavat nopeasti pinnalle muodostaen kupla-aggregaatin, jonka erottaa pieni määrä nestemäistä kaasua.
Vaahdolla on kaksi merkittävää morfologian ominaisuutta: yksi on se, että kuplat dispergoituneena faasina ovat usein muodoltaan monitahoisia. Tämä johtuu siitä, että kuplien leikkauskohdassa nestekalvolla on taipumus ohentua niin, että kuplat muuttuvat. monitahoinen, kun nestekalvo ohenee jossain määrin, se johtaa kuplan repeytymiseen;toinen on, että puhtaat nesteet eivät voi muodostaa stabiilia vaahtoa, neste, joka voi muodostaa vaahtoa, on vähintään kaksi komponenttia.Pinta-aktiivisten aineiden vesiliuokset ovat tyypillisiä järjestelmille, jotka ovat alttiita vaahdon muodostukselle, ja niiden kyky muodostaa vaahtoa liittyy myös muihin ominaisuuksiin.
Pinta-aktiivisia aineita, joilla on hyvä vaahtokyky, kutsutaan vaahdotusaineiksi.Vaikka vaahdotusaineella on hyvä vaahdotuskyky, muodostunut vaahto ei välttämättä kestä pitkään, eli sen stabiilisuus ei välttämättä ole hyvä.Vaahdon stabiilisuuden ylläpitämiseksi, usein vaahdotusaineeseen lisäämään aineita, jotka voivat lisätä vaahdon stabiilisuutta, ainetta kutsutaan vaahdon stabilointiaineeksi, yleisesti käytetty stabilointiaine on lauryylidietanoliamiini ja dodekyylidimetyyliamiinioksidi.
(2) Vaahdon stabiilisuus
Vaahto on termodynaamisesti epästabiili järjestelmä ja lopullinen trendi on, että nesteen kokonaispinta-ala järjestelmässä pienenee kuplan rikkoutuessa ja vapaan energian vähenemisen jälkeen.Vaahdonestoprosessi on prosessi, jossa kaasua erottava nestekalvo paksunee ja ohuenee, kunnes se rikkoutuu.Siksi vaahdon stabiilisuusaste määräytyy pääasiassa nesteen poistumisnopeuden ja nestekalvon lujuuden mukaan.Tähän vaikuttavat myös seuraavat tekijät.
(3) Vaahdon tuhoaminen
Vaahdon tuhoamisen perusperiaate on muuttaa vaahtoa tuottavia olosuhteita tai eliminoida vaahdon stabiloivat tekijät, joten vaahdonestomenetelmiä on sekä fysikaalisia että kemiallisia.
Fysikaalinen vaahdonesto tarkoittaa vaahdon valmistuksen olosuhteiden muuttamista vaahtoliuoksen kemiallista koostumusta säilyttäen, kuten ulkoiset häiriöt, lämpötilan tai paineen muutokset ja ultraäänikäsittely ovat kaikki tehokkaita fysikaalisia menetelmiä vaahdon poistamiseksi.
Kemiallinen vaahdonestomenetelmä on lisätä tiettyjä aineita, jotka ovat vuorovaikutuksessa vaahdotusaineen kanssa vaahdossa olevan nestekalvon lujuuden vähentämiseksi ja siten vaahdon stabiilisuuden vähentämiseksi vaahdonestotarkoituksen saavuttamiseksi. Tällaisia aineita kutsutaan vaahdonestoaineiksi.Suurin osa vaahdonestoaineista on pinta-aktiivisia aineita.Siksi vaahdonestomekanismin mukaan vaahdonestoaineella tulisi olla vahva kyky alentaa pintajännitystä, se on helppo adsorboitua pintaan ja pinnan adsorptiomolekyylien välinen vuorovaikutus on heikko, adsorptiomolekyylit on järjestetty löysempään rakenteeseen.
Vaahdonestoaineita on erilaisia, mutta periaatteessa ne ovat kaikki ionittomia pinta-aktiivisia aineita.Ionittomilla pinta-aktiivisilla aineilla on vaahtoamista estäviä ominaisuuksia lähellä tai yli samepisteen, ja niitä käytetään usein vaahdonestoaineina.Erinomaisina vaahdonestoaineina käytetään yleisesti myös alkoholeja, erityisesti haaroittuvan rakenteen omaavia alkoholeja, rasvahappoja ja rasvahappoestereitä, polyamideja, fosfaattiestereitä, silikoniöljyjä jne.
(4) Vaahto ja pesu
Vaahdon ja pesutehokkuuden välillä ei ole suoraa yhteyttä, eikä vaahdon määrä osoita pesun tehokkuutta.Esimerkiksi ionittomilla pinta-aktiivisilla aineilla on paljon vähemmän vaahtoavia ominaisuuksia kuin saippuoilla, mutta niiden puhdistaminen on paljon parempi kuin saippuoilla.
Joissakin tapauksissa vaahto voi olla hyödyllinen lian ja lian poistamisessa.Esimerkiksi kodin astioita pestäessä pesuaineen vaahto kerää öljypisarat ja mattoja hankattaessa vaahto auttaa keräämään pölyä, jauhetta ja muuta kiinteää likaa.Lisäksi vaahtoa voidaan joskus käyttää osoituksena pesuaineen tehokkuudesta.Koska rasvaöljyillä on pesuaineen vaahtoa estävä vaikutus, kun öljyä on liikaa ja pesuainetta liian vähän, vaahtoa ei muodostu tai alkuperäinen vaahto katoaa.Vaahtoa voidaan joskus käyttää myös huuhtelun puhtauden indikaattorina, sillä vaahdon määrä huuhteluliuoksessa pyrkii pienenemään pesuaineen vähentyessä, joten vaahdon määrällä voidaan arvioida huuhteluastetta.
Laajassa mielessä pesu on prosessi, jossa ei-toivotut komponentit poistetaan pestävästä kohteesta ja saavutetaan jokin tarkoitus.Pesu tavallisessa merkityksessä tarkoittaa prosessia, jossa lika poistetaan alustan pinnalta.Pesussa lian ja kantajan välinen vuorovaikutus heikkenee tai eliminoituu joidenkin kemiallisten aineiden vaikutuksesta (esim. pesuaine jne.), jolloin lian ja kantajan yhdistelmä muuttuu lian ja pesuaineen yhdistelmäksi, ja lopuksi lika erotetaan alustasta.Koska pestävät esineet ja poistettava lika ovat erilaisia, pesu on hyvin monimutkainen prosessi ja pesun perusprosessi voidaan ilmaista seuraavilla yksinkertaisilla suhteilla.
Carrie··Dirt + Detergent = Kantoaine + Lika·Pesuaine
Pesuprosessi voidaan yleensä jakaa kahteen vaiheeseen: ensinnäkin pesuaineen vaikutuksesta lika erotetaan kantajasta;toiseksi irronnut lika dispergoituu ja suspendoituu väliaineeseen.Pesuprosessi on palautuva prosessi ja väliaineeseen dispergoitunut ja suspendoitunut lika voidaan myös saostaa uudelleen väliaineesta pestävälle esineelle.Siksi hyvällä pesuaineella tulisi olla kyky hajottaa ja suspendoida likaa ja estää lian uudelleen kertymistä sen lisäksi, että se pystyy poistamaan likaa alustasta.
(1) Lian tyypit
Jopa saman esineen lian tyyppi, koostumus ja määrä voivat vaihdella käyttöympäristön mukaan.Öljyrungon likaa on pääasiassa joitain eläin- ja kasviöljyjä ja mineraaliöljyjä (kuten raakaöljy, polttoöljy, kivihiiliterva jne.), kiinteä lika on pääasiassa nokea, tuhkaa, ruostetta, hiilimustaa jne. Vaatteiden lika, ihmiskehosta on likaa, kuten hikeä, talia, verta jne.;ruoasta peräisin oleva lika, kuten hedelmätahrat, ruokaöljytahrat, maustetahrat, tärkkelys jne.;lika kosmetiikasta, kuten huulipunasta, kynsilakasta jne.;ilmakehän lika, kuten noki, pöly, muta jne.;muut, kuten muste, tee, pinnoite jne. Sitä on erilaisia.
Eri likatyypit voidaan yleensä jakaa kolmeen pääluokkaan: kiinteä lika, nestemäinen lika ja erikoislika.
① Kiinteää likaa
Tavallinen kiinteä lika sisältää tuhkaa, mutaa, maata, ruostetta ja hiilimustaa.Useimpien hiukkasten pinnalla on sähkövaraus, useimmat niistä ovat negatiivisesti varautuneita ja ne voivat adsorboitua helposti kuituihin.Kiinteää likaa on yleensä vaikea liuottaa veteen, mutta se voidaan dispergoida ja suspendoida pesuaineliuoksilla.Kiinteä lika, jolla on pienempi massapiste, on vaikeampi poistaa.
② Nestemäistä likaa
Nestemäinen lika on enimmäkseen öljyliukoista, mukaan lukien kasvi- ja eläinöljyt, rasvahapot, rasva-alkoholit, mineraaliöljyt ja niiden oksidit.Niistä kasvi- ja eläinöljyjä, rasvahappoja ja alkalisaippuoitumista voi tapahtua, kun taas rasva-alkoholit, mineraaliöljyt eivät saippuoidu emäksillä, mutta voivat olla liukoisia alkoholeihin, eettereihin ja hiilivetyorgaanisiin liuottimiin sekä pesuainevesiliuoksen emulgointiin ja dispersioon.Öljyliukoisella nestemäisellä lialla on yleensä voimakas voima kuitujen kanssa, ja se imeytyy tiukemmin kuituihin.
③ Erityinen lika
Erityislikaa ovat proteiinit, tärkkelys, veri, ihmisen eritteet, kuten hiki, tali, virtsa ja hedelmämehu sekä teemehu.Suurin osa tämäntyyppisestä lialta voi adsorboitua kemiallisesti ja voimakkaasti kuituihin.Siksi se on vaikea pestä.
Erilaisia likatyyppejä löytyy harvoin yksinään, mutta ne sekoittuvat usein yhteen ja adsorboituvat esineeseen.Lika voi joskus hapettua, hajota tai hajota ulkoisten vaikutusten vaikutuksesta, jolloin syntyy uutta likaa.
(2) Lian tarttuminen
Vaatteet, kädet jne. voivat tahraantua, koska esineen ja lian välillä on jonkinlainen vuorovaikutus.Lika kiinnittyy esineisiin monin eri tavoin, mutta siinä on vain fysikaalisia ja kemiallisia tarttumia.
①Noen, pölyn, mudan, hiekan ja hiilen tarttuminen vaatteisiin on fyysistä tarttumista.Yleisesti ottaen tämän lian kiinnittymisen ja tahratun kohteen välinen rooli on suhteellisen heikko, lian poistaminen on myös suhteellisen helppoa.Eri voimien mukaan lian fyysinen tarttuvuus voidaan jakaa mekaaniseen tarttumiseen ja sähköstaattiseen tarttumiseen.
V: Mekaaninen tarttuvuus
Tämäntyyppinen tartunta viittaa pääasiassa kiinteän lian (esim. pölyn, mudan ja hiekan) tarttumiseen.Mekaaninen tartunta on yksi heikoimmista lian tartuntamuodoista ja se voidaan poistaa lähes puhtaasti mekaanisin keinoin, mutta kun lika on pieni (<0,1um), sitä on vaikeampi poistaa.
B: Sähköstaattinen tarttuvuus
Sähköstaattinen adheesio ilmenee pääasiassa varautuneiden likahiukkasten vaikutuksesta vastakkaisesti varautuneisiin esineisiin.Useimmat kuituiset esineet ovat negatiivisesti varautuneita vedessä, ja ne voivat helposti tarttua tiettyyn positiivisesti varautuneeseen liaan, kuten kalkkityyppeihin.Jotkut likaa, vaikka ne ovatkin negatiivisesti varautuneita, kuten hiilimustahiukkaset vesiliuoksissa, voivat tarttua kuituihin ionisiltojen (monien vastakkaisesti varautuneiden esineiden välisten ionien, jotka toimivat niiden kanssa siltamaisesti) kautta, jotka muodostavat vedessä olevat positiiviset ionit (esim. , Ca2+, Mg2+ jne.).
Sähköstaattinen toiminta on voimakkaampaa kuin yksinkertainen mekaaninen toiminta, mikä tekee lian poistamisesta suhteellisen vaikeaa.
② Kemiallinen tarttuvuus
Kemiallinen adheesio viittaa ilmiöön, jossa lika vaikuttaa esineeseen kemiallisten tai vetysidosten kautta.Esimerkiksi polaarinen kiinteä lika, proteiini, ruoste ja muu tarttuminen kuituihin, kuidut sisältävät karboksyyli-, hydroksyyli-, amidi- ja muita ryhmiä, nämä ryhmät ja öljyinen lika rasvahapot, rasva-alkoholit muodostavat helposti vetysidoksia.Kemialliset voimat ovat yleensä voimakkaita ja lika kiinnittyy siten tiukemmin kohteeseen.Tämäntyyppistä likaa on vaikea poistaa tavallisilla menetelmillä, ja sen käsitteleminen vaatii erityisiä menetelmiä.
Lian tarttuvuusaste riippuu itse lian ja kohteen luonteesta, johon se on kiinnitetty.Yleensä hiukkaset tarttuvat helposti kuituihin.Mitä pienempi kiinteän lian rakenne on, sitä vahvempi tarttuvuus.Napainen lika hydrofiilisissä esineissä, kuten puuvillassa ja lasissa, tarttuu vahvemmin kuin ei-polaarinen lika.Ei-polaarinen lika kiinnittyy vahvemmin kuin polaarinen lika, kuten polaariset rasvat, pöly ja savi, ja sitä on helpompi poistaa ja puhdistaa.
(3) Lianpoistomekanismi
Pesun tarkoitus on poistaa likaa.Tietyn lämpötilan väliaineessa (pääasiassa vesi).Pesuaineen erilaisten fysikaalisten ja kemiallisten vaikutusten käyttö lian ja pestyjen esineiden vaikutuksen heikentämiseksi tai poistamiseksi tiettyjen mekaanisten voimien (kuten käsien hankaus, pesukoneen ravistaminen, vesiisku) vaikutuksesta, jotta lika ja pestyt esineet pääsevät dekontaminaation tarkoituksesta.
① Nestemäisen lianpoistomekanismi
A: Kasteleminen
Nestemäinen lika on enimmäkseen öljypohjaista.Öljy tahraa useimmat kuitumateriaalit ja leviää enemmän tai vähemmän öljykalvona kuitumateriaalin pinnalle.Ensimmäinen vaihe pesussa on pinnan kostuttaminen pesunesteellä.Havainnollistamisen vuoksi kuidun pintaa voidaan pitää sileänä kiinteänä pintana.
B: Öljyn irrotus - curling-mekanismi
Pesutoiminnon toinen vaihe on öljyn ja rasvan poisto, nestemäisen lian poisto saadaan aikaan eräänlaisella kelauksella.Nestemäinen lika oli alun perin pinnalla levitetyn öljykalvon muodossa, ja pesunesteen ensisijaisen kostutusvaikutuksen alaisena kiinteälle pinnalle (eli kuitupinnalle) se käpristyi askel askeleelta öljypalloiksi, jotka korvattiin pesunesteellä ja lopulta poistuivat pinnalta tiettyjen ulkoisten voimien vaikutuksesta.
② Kiinteän lian poistomekanismi
Nestemäisen lian poisto tapahtuu pääasiassa lian kantajan ensisijaisella kostuttamisella pesuliuoksella, kun taas kiinteän lian poistomekanismi on erilainen, jolloin pesuprosessissa on pääasiassa kyse likamassan ja sen kantajapinnan kostuttamisesta pesun toimesta. ratkaisu.Pinta-aktiivisten aineiden adsorboitumisen ansiosta kiinteään likaan ja sen kantajapintaan lian ja pinnan välinen vuorovaikutus vähenee ja likamassan tarttumislujuus pintaan heikkenee, jolloin likamassa on helposti poistettavissa kantaja.
Lisäksi pinta-aktiivisten aineiden, erityisesti ionisten pinta-aktiivisten aineiden adsorptio kiinteän lian ja sen kantaja-aineen pinnalle voi lisätä pintapotentiaalia kiinteän lian ja sen kantajan pinnalla, mikä on suotuisampaa lian irtoamiseen. lika.Kiinteät tai yleensä kuitupinnat ovat tavallisesti negatiivisesti varautuneita vesipitoisissa väliaineissa ja voivat siksi muodostaa diffuusia kaksoiselektronikerroksia likamassoille tai kiinteille pinnoille.Homogeenisten varausten hylkimisen vuoksi vedessä olevien likahiukkasten tarttuminen kiinteään pintaan heikkenee.Kun anionista pinta-aktiivista ainetta lisätään, koska se voi samanaikaisesti lisätä likahiukkasen ja kiinteän pinnan negatiivista pintapotentiaalia, niiden välinen hylkiminen tehostuu, hiukkasen tartuntakyky heikkenee ja lika on helpompi poistaa. .
Ionittomat pinta-aktiiviset aineet adsorboituvat yleisesti varautuneille kiinteille pinnoille, ja vaikka ne eivät merkittävästi muuta rajapintapotentiaalia, adsorboituneet ionittomat pinta-aktiiviset aineet pyrkivät muodostamaan tietyn paksuisen adsorboituneen kerroksen pinnalle, mikä auttaa estämään lian uudelleen kertymistä.
Kationisten pinta-aktiivisten aineiden tapauksessa niiden adsorptio vähentää tai eliminoi likamassan ja sen kantajapinnan negatiivista pintapotentiaalia, mikä vähentää lian ja pinnan välistä hylkimistä eikä siten edistä lianpoistoa;lisäksi kiinteälle pinnalle adsorption jälkeen kationisilla pinta-aktiivisilla aineilla on taipumus muuttaa kiinteän pinnan hydrofobiseksi, eivätkä ne siksi edistä pinnan kostuttamista ja siten pesua.
③ Erikoislian poisto
Proteiinia, tärkkelystä, ihmisen eritteitä, hedelmämehua, teemehua ja muuta sellaista likaa on vaikea poistaa tavallisilla pinta-aktiivisilla aineilla ja ne vaativat erityiskäsittelyä.
Proteiinitahrat, kuten kerma, munat, veri, maito ja ihon eritteet, pyrkivät koaguloitumaan kuituihin ja rappeutumaan ja saamaan vahvemman kiinnittymisen.Proteiinilika voidaan poistaa käyttämällä proteaaseja.Entsyymi proteaasi hajottaa lian proteiinit vesiliukoisiksi aminohapoiksi tai oligopeptideiksi.
Tärkkelystahroja tulee pääasiassa elintarvikkeista, muista, kuten kastikkeesta, liimasta jne. Amylaasilla on katalyyttinen vaikutus tärkkelystahrojen hydrolyysiin, jolloin tärkkelys hajoaa sokereiksi.
Lipaasi katalysoi normaalimenetelmillä vaikeasti poistettavien triglyseridien, kuten talin ja ruokaöljyjen, hajoamista ja hajottaa ne liukoiseksi glyseroliksi ja rasvahapoiksi.
Joitakin hedelmämehujen, teemehujen, musteiden, huulipunan jne. värillisiä tahroja on usein vaikea puhdistaa perusteellisesti jopa toistuvan pesun jälkeen.Nämä tahrat voidaan poistaa redox-reaktiolla hapettimella tai pelkistimellä, kuten valkaisuaineella, joka tuhoaa väriä tuottavien tai väriä apuryhmien rakenteen ja hajottaa ne pienemmiksi vesiliukoisiksi komponenteiksi.
(4) Kuivapesun tahranpoistomekanismi
Yllä oleva koskee itse asiassa vettä pesuaineena.Itse asiassa erityyppisten vaatteiden ja rakenteen vuoksi jotkut vaatteet vesipesulla eivät ole käteviä tai helppoja pestä puhtaiksi, jotkut vaatteet pesun jälkeen ja jopa muodonmuutoksia, haalistumista jne., esimerkiksi: useimmat luonnonkuidut imevät vettä ja helppo turvota, kuiva ja helposti kutistuva, joten pesun jälkeen se vääristyy;pesemällä villatuotteet myös usein näkyvät kutistuminen ilmiö, jotkut villatuotteet vedellä pesu on myös helppo pilling, värin muutos;Joidenkin silkkien käsien tunne huononee pesun jälkeen ja menettää kiiltonsa.Käytä näiden vaatteiden puhdistamiseen usein kuivapesumenetelmää.Ns. kuivapesu tarkoittaa yleensä pesumenetelmää orgaanisissa liuottimissa, erityisesti ei-polaarisissa liuottimissa.
Kemiallinen pesu on hellävaraisempi pesumuoto kuin vesipesu.Koska kuivapesu ei vaadi paljoa mekaanista toimintaa, se ei aiheuta vaatteiden vaurioita, rypistymistä tai muodonmuutoksia, kun taas kuivapesuaineet, toisin kuin vesi, aiheuttavat harvoin laajenemista ja supistumista.Niin kauan kuin tekniikkaa käsitellään oikein, vaatteet voidaan puhdistaa kuivalla ilman vääristymiä, värien haalistumista ja pidentää käyttöikää.
Kemiallisen pesun kannalta on olemassa kolme laajaa likatyyppiä.
①Öljyliukoinen lika Öljyliukoinen lika sisältää kaikenlaista öljyä ja rasvaa, joka on nestemäistä tai rasvaista ja voidaan liuottaa kuivapesuaineisiin.
②Vesiliukoinen lika Vesiliukoinen lika liukenee vesiliuoksiin, mutta ei kuivapesuaineisiin, adsorboituu vaatteisiin vesipitoisessa tilassa, vesi haihtuu rakeisten kiintoaineiden, kuten epäorgaanisten suolojen, tärkkelyksen, proteiinin jne., saostumisen jälkeen.
③ Öljyyn ja veteen liukenematon lika Öljyyn ja veteen liukenematon lika ei liukene veteen eikä liukene kuivapesuliuottimiin, kuten hiilimustaan, eri metallien ja oksidien silikaatteihin jne.
Eri likatyyppien erilaisen luonteen vuoksi on olemassa erilaisia tapoja poistaa likaa kuivapesuprosessissa.Öljyliukoiset liat, kuten eläin- ja kasviöljyt, mineraaliöljyt ja -rasvat, liukenevat helposti orgaanisiin liuottimiin ja ne voidaan poistaa helpommin kuivapesussa.Öljyjen ja rasvojen kuivapesuliuottimien erinomainen liukoisuus johtuu pääasiassa van der Wallsin molekyylien välisistä voimista.
Vesiliukoisen lian, kuten epäorgaanisten suolojen, sokereiden, proteiinien ja hien poistoon, kuivapesuaineeseen on lisättävä myös oikea määrä vettä, muuten vesiliukoista likaa on vaikea poistaa vaatteista.Kuivapesuaineeseen on kuitenkin vaikea liueta vettä, joten vesimäärän lisäämiseksi on lisättävä myös pinta-aktiivisia aineita.Veden läsnäolo kuivapesuaineessa voi tehdä lian ja vaatteiden pinnan hydratoituneeksi, jolloin se on helppo vuorovaikutuksessa pinta-aktiivisten aineiden polaaristen ryhmien kanssa, mikä edistää pinta-aktiivisten aineiden adsorptiota pinnalle.Lisäksi kun pinta-aktiiviset aineet muodostavat misellejä, vesiliukoista likaa ja vettä voidaan liuottaa miselleihin.Sen lisäksi, että pinta-aktiiviset aineet lisäävät kuivapesuliuottimen vesipitoisuutta, ne voivat myös estää lian uudelleen kertymistä dekontaminaatiovaikutuksen tehostamiseksi.
Pieni vesimäärä on välttämätön vesiliukoisen lian poistamiseksi, mutta liiallinen vesi voi aiheuttaa joissakin vaatteissa vääristymiä ja ryppyjä, joten kuivapesuaineen veden määrän tulee olla kohtalainen.
Lika, joka ei ole vesi- eikä öljyliukoinen, kiinteät hiukkaset, kuten tuhka, muta, maa ja noki, kiinnittyy yleensä vaatteeseen sähköstaattisten voimien vaikutuksesta tai yhdessä öljyn kanssa.Kuivapesussa liuottimen virtaus, isku voi saada sähköstaattisen voiman imeytymään lian pois, ja kuivapesuaine voi liuottaa öljyä niin, että öljyn ja lian yhdistelmä ja vaatteisiin kiinnittyneet kiinteät hiukkaset poistuvat kuivassa. -puhdistusaine, kuivapesuaine pienessä määrässä vettä ja pinta-aktiivisia aineita, jotta ne poistuvat kiinteästä likahiukkasista voivat olla stabiileja suspensiota, dispersiota, jotta estetään sen uudelleen laskeutuminen vaatteisiin.
(5) Pesuvaikutukseen vaikuttavat tekijät
Pinta-aktiivisten aineiden suunnattu adsorptio rajapinnalla ja pintajännityksen aleneminen ovat tärkeimpiä tekijöitä nestemäisen tai kiinteän lian poistamisessa.Pesuprosessi on kuitenkin monimutkainen ja pesutehoon, jopa samalla pesuainetyypillä, vaikuttavat monet muut tekijät.Näitä tekijöitä ovat pesuaineen pitoisuus, lämpötila, likaantumisen luonne, kuidun tyyppi ja kankaan rakenne.
① Pinta-aktiivisen aineen pitoisuus
Pinta-aktiivisten aineiden miselleillä liuoksessa on tärkeä rooli pesuprosessissa.Kun pitoisuus saavuttaa kriittisen misellipitoisuuden (CMC), pesuteho kasvaa jyrkästi.Siksi pesuaineen pitoisuuden liuottimessa tulee olla korkeampi kuin CMC-arvo, jotta pesuteho olisi hyvä.Kuitenkin kun pinta-aktiivisen aineen pitoisuus on korkeampi kuin CMC-arvo, ei pesuvaikutuksen lisääntyminen ole ilmeistä eikä pinta-aktiivisen aineen pitoisuutta tarvitse lisätä liikaa.
Kun öljyä poistetaan liuottamalla, liukenemisvaikutus kasvaa pinta-aktiivisen aineen pitoisuuden kasvaessa, vaikka pitoisuus on yli CMC.Tällä hetkellä on suositeltavaa käyttää pesuainetta paikallisesti keskitetysti.Esimerkiksi, jos vaatteen hihansuissa ja kauluksessa on paljon likaa, pesun aikana voidaan levittää pesuainekerros tehostamaan pinta-aktiivisen aineen liukoista vaikutusta öljyyn.
②Lämpötilalla on erittäin tärkeä vaikutus dekontaminaatioon.Yleensä lämpötilan nostaminen helpottaa lian poistamista, mutta joskus liian korkea lämpötila voi myös aiheuttaa haittoja.
Lämpötilan nousu helpottaa lian leviämistä, kiinteä rasva emulgoituu helposti sulamispisteensä yläpuolella olevissa lämpötiloissa ja kuidut turpoavat lämpötilan nousun seurauksena, mikä kaikki helpottaa lian poistumista.Kompakteissa kankaissa kuitujen väliset mikroraot kuitenkin pienenevät kuitujen laajentuessa, mikä on haitallista lian poistamiselle.
Lämpötilan muutokset vaikuttavat myös pinta-aktiivisten aineiden liukoisuuteen, CMC-arvoon ja misellikokoon, mikä vaikuttaa pesutehoon.Pitkähiiliketjuisten pinta-aktiivisten aineiden liukoisuus on alhaisissa lämpötiloissa alhainen ja joskus liukoisuus on jopa pienempi kuin CMC-arvo, joten pesulämpötilaa tulee nostaa sopivasti.Lämpötilan vaikutus CMC-arvoon ja misellien kokoon on erilainen ionisilla ja ionittomilla pinta-aktiivisilla aineilla.Ionisilla pinta-aktiivisilla aineilla lämpötilan nousu yleensä nostaa CMC-arvoa ja pienentää misellien kokoa, mikä tarkoittaa, että pinta-aktiivisen aineen pitoisuutta pesuliuoksessa tulisi lisätä.Ionittomilla pinta-aktiivisilla aineilla lämpötilan nousu johtaa CMC-arvon laskuun ja merkittävään misellitilavuuden kasvuun, joten on selvää, että sopiva lämpötilan nousu auttaa ionitonta pinta-aktiivista ainetta saamaan pinta-aktiivisen vaikutuksensa. .Lämpötila ei kuitenkaan saa ylittää sameuspistettä.
Lyhyesti sanottuna optimaalinen pesulämpötila riippuu pesuaineen koostumuksesta ja pestävästä esineestä.Joillakin pesuaineilla on hyvä pesuvaikutus huoneenlämmössä, kun taas toisten pesukyky on paljon erilainen kylmän ja kuuman pesun välillä.
③ Vaahtoa
Vaahtovoima on tapana sekoittaa pesutehoon, koska uskotaan, että pesuaineilla, joilla on korkea vaahtokyky, on hyvä pesuteho.Tutkimukset ovat osoittaneet, että pesuteholla ja vaahdon määrällä ei ole suoraa yhteyttä.Esimerkiksi peseminen heikosti vaahtoavilla pesuaineilla ei ole yhtä tehokasta kuin peseminen voimakkaasti vaahtoavilla pesuaineilla.
Vaikka vaahto ei liity suoraan pesuun, on tilanteita, jolloin se auttaa poistamaan likaa esimerkiksi käsin pestäessä.Mattoja hankattaessa vaahto voi poistaa myös pölyn ja muut kiinteät likahiukkaset, maton lika muodostaa suuren osan pölystä, joten matonpuhdistusaineilla tulee olla tietty vaahtokyky.
Vaahtovoima on tärkeää myös shampoissa, joissa nesteen shampoopesun tai kylvyn aikana tuottama hieno vaahto jättää hiukset voideltuiksi ja mukaviksi.
④ Kuitulajikkeet ja tekstiilien fysikaaliset ominaisuudet
Kuitujen tarttumiseen ja lian poistoon vaikuttavan kemiallisen rakenteen lisäksi kuitujen ulkonäkö sekä langan ja kankaan järjestys vaikuttavat lianpoiston helppouteen.
Villakuitusuomut ja puuvillakuitujen kaarevat litteät nauhat keräävät todennäköisemmin likaa kuin sileät kuidut.Esimerkiksi selluloosakalvojen (viskoosikalvojen) tahrattunut noki on helppo poistaa, kun taas puuvillakankaiden tahriintunut noki on vaikea pestä pois.Toinen esimerkki on, että polyesteristä valmistetut lyhytkuituiset kankaat ovat alttiimpia keräämään öljytahroja kuin pitkäkuituiset kankaat, ja myös lyhytkuituisten kankaiden öljytahrat on vaikeampi poistaa kuin pitkäkuituisten kankaiden öljytahrat.
Tiukasti kierretyt langat ja tiukat kankaat kuitujen välisen pienen raon vuoksi voivat vastustaa lian tunkeutumista, mutta sama voi myös estää pesunestettä sulkemasta sisäistä likaa, joten tiukat kankaat alkavat vastustaa likaa hyvin, mutta värjäytymisen jälkeen pesu on myös vaikeampaa.
⑤ Veden kovuus
Ca2+-, Mg2+- ja muiden metalli-ionien pitoisuudella vedessä on suuri vaikutus pesuvaikutukseen, varsinkin kun anioniset pinta-aktiiviset aineet kohtaavat Ca2+- ja Mg2+-ioneja muodostaen kalsium- ja magnesiumsuoloja, jotka ovat vähemmän liukenevia ja vähentävät sen pesukykyä.Kovassa vedessä, vaikka pinta-aktiivisen aineen pitoisuus on korkea, pesukyky on silti paljon huonompi kuin tislauksessa.Jotta pinta-aktiivisella aineella olisi paras pesuvaikutus, Ca2+-ionien pitoisuus vedessä tulee laskea 1 x 10-6 mol/L (CaCO3 - 0,1 mg/L) tai alle.Tämä edellyttää erilaisten huuhteluaineiden lisäämistä pesuaineeseen.
Postitusaika: 25.2.2022