1. Επιφανειακή τάση
Η δύναμη συστολής ανά μονάδα μήκους στην επιφάνεια ενός υγρού ονομάζεται επιφανειακή τάση και μετριέται σε N • m-1.
2. Επιφανειακή δραστηριότητα και επιφανειοδραστική ουσία
Η ιδιότητα που μπορεί να μειώσει την επιφανειακή τάση των διαλυτών ονομάζεται επιφανειακή δραστικότητα και οι ουσίες με επιφανειακή δραστικότητα ονομάζονται επιφανειοδραστικές ουσίες.
Τα επιφανειοδραστικά αναφέρονται σε επιφανειοδραστικές ουσίες που μπορούν να σχηματίσουν μικκύλια και άλλα συσσωματώματα σε υδατικά διαλύματα, έχουν υψηλή επιφανειακή δραστικότητα και επίσης έχουν λειτουργίες διαβροχής, γαλακτωματοποίησης, αφρισμού, πλύσης και άλλες λειτουργίες.
3. Μοριακά δομικά χαρακτηριστικά της επιφανειοδραστικής ουσίας
Τα επιφανειοδραστικά είναι οργανικές ενώσεις με ειδικές δομές και ιδιότητες που μπορούν να μεταβάλουν σημαντικά την τάση μεταξύ δύο φάσεων ή την επιφανειακή τάση υγρών (συνήθως νερού) και έχουν ιδιότητες όπως διαβροχή, αφρισμός, γαλακτωματοποίηση και πλύση.
Δομικά, τα επιφανειοδραστικά έχουν ένα κοινό χαρακτηριστικό ότι περιέχουν δύο διαφορετικές λειτουργικές ομάδες στα μόριά τους. Το ένα άκρο είναι μια μη πολική ομάδα μακράς αλυσίδας που είναι διαλυτή στο λάδι αλλά αδιάλυτη στο νερό, γνωστή ως υδρόφοβη ομάδα ή υδρόφοβη ομάδα. Αυτές οι υδρόφοβες ομάδες είναι γενικά υδρογονάνθρακες μακράς αλυσίδας, μερικές φορές επίσης οργανικό φθόριο, οργανοπυριτίου, οργανοφωσφόρου, οργανοκασσιτερικές αλυσίδες, κ.λπ. Το άλλο άκρο είναι μια υδατοδιαλυτή λειτουργική ομάδα, δηλαδή μια υδρόφιλη ομάδα ή υδρόφιλη ομάδα. Η υδρόφιλη ομάδα πρέπει να έχει επαρκή υδροφιλικότητα για να διασφαλίσει ότι ολόκληρο το επιφανειοδραστικό είναι διαλυτό στο νερό και έχει την απαραίτητη διαλυτότητα. Λόγω της παρουσίας υδρόφιλων και υδρόφοβων ομάδων στα επιφανειοδραστικά, μπορούν να διαλυθούν σε τουλάχιστον μία φάση της υγρής φάσης. Οι υδρόφιλες και ελαιόφιλες ιδιότητες των επιφανειοδραστικών ονομάζονται αμφιφιλικότητα.
4. Τύποι επιφανειοδραστικών ουσιών
Τα επιφανειοδραστικά είναι αμφιφιλικά μόρια που έχουν τόσο υδρόφοβες όσο και υδρόφιλες ομάδες. Οι υδρόφοβες ομάδες των επιφανειοδραστικών ουσιών αποτελούνται γενικά από υδρογονάνθρακες μακράς αλυσίδας, όπως ευθείας αλυσίδας αλκυλομάδα C8-C20, διακλαδισμένης αλυσίδας αλκυλομάδα C8-C20, αλκυλοφαινύλιο (με 8-16 άτομα άνθρακα αλκυλίου) κ.λπ. Η διαφορά στις υδρόφοβες ομάδες έγκειται κυρίως στις δομικές αλλαγές των αλυσίδων άνθρακα-υδρογόνου, με σχετικά μικρές διαφορές, ενώ υπάρχουν περισσότεροι τύποι υδρόφιλων ομάδων. Επομένως, οι ιδιότητες των επιφανειοδραστικών ουσιών σχετίζονται κυρίως με τις υδρόφιλες ομάδες εκτός από το μέγεθος και το σχήμα των υδρόφοβων ομάδων. Οι δομικές αλλαγές των υδρόφιλων ομάδων είναι μεγαλύτερες από εκείνες των υδρόφοβων ομάδων, επομένως η ταξινόμηση των επιφανειοδραστικών ουσιών βασίζεται γενικά στη δομή των υδρόφιλων ομάδων. Αυτή η ταξινόμηση βασίζεται κυρίως στο αν οι υδρόφιλες ομάδες είναι ιονικές, διαιρώντας τες σε ανιονικές, κατιονικές, μη ιονικές, αμφιτεριονικές και άλλους ειδικούς τύπους επιφανειοδραστικών ουσιών.
5. Χαρακτηριστικά υδατικού διαλύματος επιφανειοδραστικής ουσίας
① Προσρόφηση επιφανειοδραστικών ουσιών στις διεπιφάνειες
Τα μόρια επιφανειοδραστικών ουσιών έχουν λιπόφιλες και υδρόφιλες ομάδες, γεγονός που τα καθιστά αμφίφιλα μόρια. Το νερό είναι ένα έντονα πολικό υγρό. Όταν τα επιφανειοδραστικά διαλύονται στο νερό, σύμφωνα με την αρχή της ομοιότητας πολικότητας και της απώθησης διαφοράς πολικότητας, οι υδρόφιλες ομάδες τους έλκονται από την υδατική φάση και διαλύονται στο νερό, ενώ οι λιπόφιλες ομάδες τους απωθούν το νερό και εγκαταλείπουν το νερό. Ως αποτέλεσμα, τα μόρια (ή ιόντα) επιφανειοδραστικών ουσιών προσροφώνται στη διεπιφάνεια μεταξύ των δύο φάσεων, μειώνοντας την τάση της διεπιφάνειας μεταξύ των δύο φάσεων. Όσο περισσότερα μόρια (ή ιόντα) επιφανειοδραστικών ουσιών προσροφώνται στη διεπιφάνεια, τόσο μεγαλύτερη είναι η μείωση της τάσης της διεπιφάνειας.
② Μερικές ιδιότητες της μεμβράνης προσρόφησης
Επιφανειακή πίεση της μεμβράνης προσρόφησης: Τα επιφανειοδραστικά προσροφώνται στη διεπιφάνεια αερίου-υγρού για να σχηματίσουν μια μεμβράνη προσρόφησης. Εάν μια κινητή πλωτή πλάκα χωρίς τριβή τοποθετηθεί στη διεπιφάνεια και η πλωτή πλάκα ωθήσει τη μεμβράνη προσρόφησης κατά μήκος της επιφάνειας του διαλύματος, η μεμβράνη ασκεί πίεση στην πλωτή πλάκα, η οποία ονομάζεται επιφανειακή πίεση.
Ιξώδες επιφάνειας: Όπως και η επιφανειακή πίεση, το ιξώδες επιφάνειας είναι μια ιδιότητα που εκδηλώνεται από αδιάλυτες μοριακές μεμβράνες. Αναρτήστε έναν δακτύλιο πλατίνας με ένα λεπτό μεταλλικό σύρμα, αφήστε το επίπεδό του να έρθει σε επαφή με την επιφάνεια του νερού του νεροχύτη, περιστρέψτε τον δακτύλιο πλατίνας, ο δακτύλιος πλατίνας εμποδίζεται από το ιξώδες του νερού και το πλάτος του μειώνεται σταδιακά, σύμφωνα με το οποίο μπορεί να μετρηθεί το ιξώδες επιφάνειας. Η μέθοδος είναι: πρώτα διεξάγετε πειράματα στην επιφάνεια του καθαρού νερού, μετρήστε την εξασθένηση πλάτους, στη συνέχεια μετρήστε την εξασθένηση μετά το σχηματισμό της επιφανειακής μάσκας προσώπου και υπολογίστε το ιξώδες της επιφανειακής μάσκας προσώπου από τη διαφορά μεταξύ των δύο.
Το επιφανειακό ιξώδες σχετίζεται στενά με τη σταθερότητα της επιφανειακής μάσκας προσώπου. Δεδομένου ότι η μεμβράνη προσρόφησης έχει επιφανειακή πίεση και ιξώδες, πρέπει να είναι ελαστική. Όσο υψηλότερη είναι η επιφανειακή πίεση και το ιξώδες της μεμβράνης προσρόφησης, τόσο μεγαλύτερο είναι το μέτρο ελαστικότητάς της. Το μέτρο ελαστικότητας της επιφανειακής μεμβράνης προσρόφησης έχει μεγάλη σημασία στη διαδικασία σταθεροποίησης του αφρού.
③ Σχηματισμός μικκυλίων
Το αραιό διάλυμα επιφανειοδραστικών ουσιών ακολουθεί τους νόμους των ιδανικών διαλυμάτων. Η ποσότητα προσρόφησης των επιφανειοδραστικών ουσιών στην επιφάνεια ενός διαλύματος αυξάνεται με τη συγκέντρωση του διαλύματος. Όταν η συγκέντρωση φτάσει ή υπερβεί μια ορισμένη τιμή, η ποσότητα προσρόφησης δεν αυξάνεται πλέον. Αυτά τα υπερβολικά μόρια επιφανειοδραστικής ουσίας στο διάλυμα είναι ακατάστατα ή υπάρχουν με κανονικό τρόπο. Τόσο η πρακτική όσο και η θεωρία έχουν δείξει ότι σχηματίζουν συσσωματώματα στο διάλυμα, τα οποία ονομάζονται μικκύλια.
Κρίσιμη συγκέντρωση μικκυλίων: Η ελάχιστη συγκέντρωση στην οποία οι επιφανειοδραστικές ουσίες σχηματίζουν μικκύλια σε ένα διάλυμα ονομάζεται κρίσιμη συγκέντρωση μικκυλίων.
④ Η τιμή CMC της κοινής επιφανειοδραστικής ουσίας.
6. Υδρόφιλη και ελαιόφιλη τιμή ισορροπίας
Το HLB αντιπροσωπεύει την υδρόφιλη λιπόφιλη ισορροπία, η οποία αντιπροσωπεύει τις τιμές υδρόφιλης και λιπόφιλης ισορροπίας των υδρόφιλων και λιπόφιλων ομάδων ενός επιφανειοδραστικού, δηλαδή την τιμή HLB του επιφανειοδραστικού. Μια υψηλή τιμή HLB υποδηλώνει ισχυρή υδροφιλικότητα και ασθενή λιποφιλικότητα του μορίου. Αντίθετα, έχει ισχυρή λιποφιλικότητα και ασθενή υδροφιλικότητα.
① Κανονισμοί σχετικά με την αξία HLB
Η τιμή HLB είναι σχετική, επομένως κατά τη διαμόρφωση της τιμής HLB, ως πρότυπο, η τιμή HLB της παραφίνης χωρίς υδρόφιλες ιδιότητες ορίζεται στο 0, ενώ η τιμή HLB του δωδεκυλοθειικού νατρίου με ισχυρή υδατοδιαλυτότητα ορίζεται στο 40. Επομένως, η τιμή HLB των επιφανειοδραστικών ουσιών κυμαίνεται γενικά εντός του εύρους 1-40. Γενικά, οι γαλακτωματοποιητές με τιμές HLB μικρότερες από 10 είναι λιπόφιλοι, ενώ οι γαλακτωματοποιητές με τιμές HLB μεγαλύτερες από 10 είναι υδρόφιλοι. Επομένως, το σημείο καμπής από λιποφιλικότητα σε υδροφιλικότητα είναι περίπου 10.
7. Επιδράσεις γαλακτωματοποίησης και διαλυτοποίησης
Δύο μη αναμίξιμα υγρά, το ένα σχηματίζεται με διασπορά σωματιδίων (σταγονιδίων ή υγρών κρυστάλλων) στο άλλο, ονομάζονται γαλακτώματα. Κατά τον σχηματισμό ενός γαλακτώματος, η επιφάνεια διεπιφάνειας μεταξύ των δύο υγρών αυξάνεται, καθιστώντας το σύστημα θερμοδυναμικά ασταθές. Για τη σταθεροποίηση του γαλακτώματος, πρέπει να προστεθεί ένα τρίτο συστατικό - γαλακτωματοποιητής - για να μειωθεί η ενέργεια διεπιφάνειας του συστήματος. Οι γαλακτωματοποιητές ανήκουν σε επιφανειοδραστικές ουσίες και η κύρια λειτουργία τους είναι να λειτουργούν ως γαλακτωματοποιητές. Η φάση στην οποία υπάρχουν σταγονίδια σε ένα γαλάκτωμα ονομάζεται διασπαρμένη φάση (ή εσωτερική φάση, ασυνεχής φάση) και η άλλη φάση που συνδέεται μεταξύ τους ονομάζεται διασπαρμένο μέσο (ή εξωτερική φάση, συνεχής φάση).
① Γαλακτωματοποιητές και γαλακτώματα
Τα συνηθισμένα γαλακτώματα αποτελούνται από τη μία φάση νερού ή υδατικού διαλύματος και την άλλη φάση οργανικών ενώσεων που δεν αναμιγνύονται με το νερό, όπως έλαια, κεριά κ.λπ. Το γαλάκτωμα που σχηματίζεται από νερό και λάδι μπορεί να χωριστεί σε δύο τύπους με βάση τη διασπορά τους: το έλαιο που διασπείρεται στο νερό σχηματίζει ένα γαλάκτωμα νερού σε λάδι, που αντιπροσωπεύεται από O/W (λάδι/νερό). Το νερό που διασπείρεται στο λάδι σχηματίζει ένα γαλάκτωμα νερού σε λάδι, που αντιπροσωπεύεται από W/O (νερό/λάδι). Επιπλέον, μπορούν επίσης να σχηματιστούν σύμπλοκα γαλακτώματα νερού σε λάδι σε νερό W/O/W και λαδιού σε νερό σε λάδι O/W/O.
Ο γαλακτωματοποιητής σταθεροποιεί το γαλάκτωμα μειώνοντας την τάση της διεπιφάνειας και σχηματίζοντας μια μονοστρωματική μάσκα προσώπου.
Απαιτήσεις για τους γαλακτωματοποιητές στη γαλακτωματοποίηση: α: οι γαλακτωματοποιητές πρέπει να είναι σε θέση να προσροφούν ή να εμπλουτίζουν στη διεπιφάνεια μεταξύ των δύο φάσεων, μειώνοντας την τάση της διεπιφάνειας· β: Οι γαλακτωματοποιητές πρέπει να δίνουν στα σωματίδια ηλεκτρικό φορτίο, προκαλώντας ηλεκτροστατική άπωση μεταξύ των σωματιδίων ή σχηματίζοντας μια σταθερή, εξαιρετικά ιξώδη προστατευτική μεμβράνη γύρω από τα σωματίδια. Έτσι, οι ουσίες που χρησιμοποιούνται ως γαλακτωματοποιητές πρέπει να έχουν αμφιφιλικές ομάδες για να έχουν γαλακτωματοποιητικές επιδράσεις, και οι επιφανειοδραστικές ουσίες μπορούν να ικανοποιήσουν αυτήν την απαίτηση.
② Μέθοδοι παρασκευής γαλακτωμάτων και παράγοντες που επηρεάζουν τη σταθερότητα του γαλακτώματος
Υπάρχουν δύο μέθοδοι για την παρασκευή γαλακτωμάτων: η μία είναι η χρήση μηχανικών μεθόδων για τη διασπορά του υγρού σε μικρά σωματίδια σε ένα άλλο υγρό, κάτι που χρησιμοποιείται συνήθως στη βιομηχανία για την παρασκευή γαλακτωμάτων· μια άλλη μέθοδος είναι η διάλυση ενός υγρού σε μοριακή κατάσταση σε ένα άλλο υγρό και στη συνέχεια η κατάλληλη συσσωμάτωση για να σχηματιστεί ένα γαλάκτωμα.
Η σταθερότητα των γαλακτωμάτων αναφέρεται στην ικανότητά τους να αντιστέκονται στη συσσωμάτωση σωματιδίων και να προκαλούν διαχωρισμό φάσεων. Τα γαλακτώματα είναι θερμοδυναμικά ασταθή συστήματα με σημαντική ελεύθερη ενέργεια. Επομένως, η σταθερότητα ενός γαλακτώματος αναφέρεται στην πραγματικότητα στον χρόνο που απαιτείται για να φτάσει το σύστημα σε ισορροπία, δηλαδή στον χρόνο που απαιτείται για να διαχωριστεί ένα υγρό στο σύστημα.
Όταν υπάρχουν πολικά οργανικά μόρια όπως λιπαρή αλκοόλη, λιπαρό οξύ και λιπαρή αμίνη στη μάσκα προσώπου, η αντοχή της μεμβράνης αυξάνεται σημαντικά. Αυτό συμβαίνει επειδή τα μόρια γαλακτωματοποιητή στο στρώμα προσρόφησης της διεπαφής αλληλεπιδρούν με πολικά μόρια όπως αλκοόλη, οξύ και αμίνη για να σχηματίσουν ένα «σύμπλοκο», το οποίο αυξάνει την αντοχή της μάσκας προσώπου της διεπαφής.
Οι γαλακτωματοποιητές που αποτελούνται από δύο ή περισσότερες επιφανειοδραστικές ουσίες ονομάζονται μικτοί γαλακτωματοποιητές. Οι μικτοί γαλακτωματοποιητές προσροφώνται στη διεπιφάνεια νερού/ελαίου και οι διαμοριακές αλληλεπιδράσεις μπορούν να σχηματίσουν σύμπλοκα. Λόγω της ισχυρής διαμοριακής αλληλεπίδρασης, η τάση της διεπιφάνειας μειώνεται σημαντικά, η ποσότητα του γαλακτωματοποιητή που προσροφάται στη διεπιφάνεια αυξάνεται σημαντικά και η πυκνότητα και η αντοχή της σχηματιζόμενης διαμοριακής μάσκας προσώπου αυξάνονται.
Το φορτίο των σταγονιδίων έχει σημαντικό αντίκτυπο στη σταθερότητα των γαλακτωμάτων. Τα σταθερά γαλακτώματα συνήθως έχουν σταγονίδια με ηλεκτρικά φορτία. Όταν χρησιμοποιούνται ιοντικοί γαλακτωματοποιητές, τα ιόντα γαλακτωματοποιητή που προσροφώνται στη διεπαφή εισάγουν τις λιπόφιλες ομάδες τους στην ελαιώδη φάση, ενώ οι υδρόφιλες ομάδες βρίσκονται στην υδατική φάση, καθιστώντας έτσι τα σταγονίδια φορτισμένα. Λόγω του γεγονότος ότι τα σταγονίδια του γαλακτώματος φέρουν το ίδιο φορτίο, απωθούνται μεταξύ τους και δεν συσσωματώνονται εύκολα, με αποτέλεσμα την αυξημένη σταθερότητα. Μπορεί να φανεί ότι όσο περισσότερα ιόντα γαλακτωματοποιητή προσροφώνται στα σταγονίδια, τόσο μεγαλύτερο είναι το φορτίο τους και τόσο μεγαλύτερη είναι η ικανότητά τους να αποτρέπουν τη συγχώνευση των σταγονιδίων, καθιστώντας το σύστημα γαλακτώματος πιο σταθερό.
Το ιξώδες του μέσου διασποράς γαλακτώματος έχει κάποια επίδραση στη σταθερότητα του γαλακτώματος. Γενικά, όσο υψηλότερο είναι το ιξώδες του μέσου διασποράς, τόσο υψηλότερη είναι η σταθερότητα του γαλακτώματος. Αυτό συμβαίνει επειδή το ιξώδες του μέσου διασποράς είναι υψηλό, γεγονός που εμποδίζει έντονα την κίνηση Brownian των υγρών σταγονιδίων, επιβραδύνει τη σύγκρουση μεταξύ των σταγονιδίων και διατηρεί το σύστημα σταθερό. Οι πολυμερείς ουσίες που είναι συνήθως διαλυτές σε γαλακτώματα μπορούν να αυξήσουν το ιξώδες του συστήματος και να ενισχύσουν τη σταθερότητα του γαλακτώματος. Επιπλέον, το πολυμερές μπορεί επίσης να σχηματίσει μια στερεά μάσκα προσώπου διεπαφής, καθιστώντας το σύστημα γαλακτώματος πιο σταθερό.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, η προσθήκη στερεάς σκόνης μπορεί επίσης να σταθεροποιήσει το γαλάκτωμα. Η στερεά σκόνη δεν βρίσκεται σε νερό, λάδι ή στη διεπαφή, ανάλογα με την ικανότητα διαβροχής του λαδιού και του νερού στη στερεά σκόνη. Εάν η στερεά σκόνη δεν διαβρέχεται πλήρως από νερό και μπορεί να διαβρέχεται από λάδι, θα παραμείνει στη διεπαφή νερού-λαδιού.
Ο λόγος για τον οποίο η στερεά σκόνη δεν σταθεροποιεί το γαλάκτωμα είναι ότι η σκόνη που συσσωρεύεται στη διεπαφή δεν ενισχύει τη μάσκα προσώπου της διεπαφής, η οποία είναι παρόμοια με τα μόρια γαλακτωματοποιητή προσρόφησης της διεπαφής. Επομένως, όσο πιο κοντά είναι διατεταγμένα τα σωματίδια στερεάς σκόνης στη διεπαφή, τόσο πιο σταθερό θα είναι το γαλάκτωμα.
Τα επιφανειοδραστικά έχουν την ικανότητα να αυξάνουν σημαντικά τη διαλυτότητα οργανικών ενώσεων που είναι αδιάλυτες ή ελαφρώς διαλυτές στο νερό μετά τον σχηματισμό μικκυλίων σε υδατικό διάλυμα, και το διάλυμα είναι διαφανές σε αυτό το σημείο. Αυτό το φαινόμενο των μικκυλίων ονομάζεται διαλυτοποίηση. Τα επιφανειοδραστικά που μπορούν να παράγουν διαλυτοποιητικά αποτελέσματα ονομάζονται διαλυτοποιητές, και οι οργανικές ενώσεις που είναι διαλυτοποιημένες ονομάζονται διαλυτοποιημένες ενώσεις.
8. Αφρός
Ο αφρός παίζει σημαντικό ρόλο στη διαδικασία πλύσης. Ο αφρός αναφέρεται στο σύστημα διασποράς στο οποίο το αέριο διασπείρεται σε υγρό ή στερεό. Το αέριο είναι η φάση διασποράς και το υγρό ή στερεό είναι το μέσο διασποράς. Ο πρώτος ονομάζεται υγρός αφρός, ενώ ο δεύτερος ονομάζεται στερεός αφρός, όπως αφρώδες πλαστικό, αφρώδες γυαλί, αφρώδες τσιμέντο κ.λπ.
(1) Σχηματισμός αφρού
Ο αφρός εδώ αναφέρεται στη συσσωμάτωση φυσαλίδων που χωρίζονται από υγρή μεμβράνη. Λόγω της μεγάλης διαφοράς στην πυκνότητα μεταξύ της διασπαρμένης φάσης (αέριο) και του διασπαρμένου μέσου (υγρό), και του χαμηλού ιξώδους του υγρού, ο αφρός μπορεί πάντα να ανέλθει γρήγορα στο επίπεδο του υγρού.
Η διαδικασία σχηματισμού αφρού είναι η εισαγωγή μεγάλης ποσότητας αερίου στο υγρό και οι φυσαλίδες στο υγρό επιστρέφουν γρήγορα στην επιφάνεια του υγρού, σχηματίζοντας ένα συσσωμάτωμα φυσαλίδων που χωρίζεται από μια μικρή ποσότητα υγρού και αερίου.
Ο αφρός έχει δύο αξιοσημείωτα χαρακτηριστικά στη μορφολογία: το ένα είναι ότι οι φυσαλίδες ως διασπαρμένη φάση είναι συχνά πολυεδρικές, επειδή στη διασταύρωση των φυσαλίδων, υπάρχει η τάση το υγρό φιλμ να γίνεται πιο λεπτό, καθιστώντας τις φυσαλίδες πολυεδρικές. Όταν το υγρό φιλμ γίνει πιο λεπτό σε κάποιο βαθμό, οι φυσαλίδες θα σπάσουν. Δεύτερον, το καθαρό υγρό δεν μπορεί να σχηματίσει σταθερό αφρό, αλλά το υγρό που μπορεί να σχηματίσει αφρό αποτελείται από τουλάχιστον δύο ή περισσότερα συστατικά. Το υδατικό διάλυμα επιφανειοδραστικής ουσίας είναι ένα τυπικό σύστημα που παράγει εύκολα αφρό και η ικανότητά του να παράγει αφρό σχετίζεται επίσης με άλλες ιδιότητες.
Τα επιφανειοδραστικά με καλή ικανότητα αφρισμού ονομάζονται αφροποιητικά μέσα. Αν και το αφροποιητικό μέσο έχει καλή ικανότητα αφρισμού, ο σχηματιζόμενος αφρός μπορεί να μην είναι σε θέση να διατηρηθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα, δηλαδή, η σταθερότητά του μπορεί να μην είναι καλή. Προκειμένου να διατηρηθεί η σταθερότητα του αφρού, μια ουσία που μπορεί να αυξήσει τη σταθερότητα του αφρού προστίθεται συχνά στο αφροποιητικό μέσο, το οποίο ονομάζεται σταθεροποιητής αφρού. Οι συνήθως χρησιμοποιούμενοι σταθεροποιητές αφρού είναι η λαουρυλοδιαιθανολαμίνη και το δωδεκυλοδιμεθυλαμινοοξείδιο.
(2) Σταθερότητα αφρού
Ο αφρός είναι ένα θερμοδυναμικά ασταθές σύστημα και η τελική τάση είναι ότι η συνολική επιφάνεια του υγρού στο σύστημα μειώνεται και η ελεύθερη ενέργεια μειώνεται μετά το σπάσιμο της φυσαλίδας. Η διαδικασία αποαφρισμού είναι η διαδικασία κατά την οποία η υγρή μεμβράνη που διαχωρίζει το αέριο αλλάζει πάχος μέχρι να σπάσει. Επομένως, η σταθερότητα του αφρού καθορίζεται κυρίως από την ταχύτητα εκκένωσης του υγρού και την αντοχή της υγρής μεμβράνης. Υπάρχουν διάφοροι άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν.
① Επιφανειακή τάση
Από ενεργειακής άποψης, η χαμηλή επιφανειακή τάση είναι πιο ευνοϊκή για τον σχηματισμό αφρού, αλλά δεν μπορεί να εγγυηθεί τη σταθερότητα του αφρού. Η χαμηλή επιφανειακή τάση, η χαμηλή διαφορά πίεσης, η αργή ταχύτητα εκκένωσης υγρού και η αργή λέπτυνση της υγρής μεμβράνης ευνοούν τη σταθερότητα του αφρού.
② Ιξώδες επιφάνειας
Ο βασικός παράγοντας που καθορίζει τη σταθερότητα του αφρού είναι η αντοχή του υγρού φιλμ, η οποία καθορίζεται κυρίως από τη σταθερότητα του επιφανειακού φιλμ προσρόφησης, η οποία μετριέται από το επιφανειακό ιξώδες. Πειράματα δείχνουν ότι ο αφρός που παράγεται από το διάλυμα με υψηλότερο επιφανειακό ιξώδες έχει μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Αυτό συμβαίνει επειδή η αλληλεπίδραση μεταξύ των προσροφημένων μορίων στην επιφάνεια οδηγεί στην αύξηση της αντοχής της μεμβράνης, βελτιώνοντας έτσι τη διάρκεια ζωής του αφρού.
③ Ιξώδες διαλύματος
Όταν το ιξώδες του ίδιου του υγρού αυξάνεται, το υγρό στην υγρή μεμβράνη δεν είναι εύκολο να αποβληθεί και η ταχύτητα αραίωσης του πάχους της υγρής μεμβράνης είναι αργή, γεγονός που καθυστερεί τον χρόνο ρήξης της υγρής μεμβράνης και αυξάνει τη σταθερότητα του αφρού.
④ Το «επισκευαστικό» αποτέλεσμα της επιφανειακής τάσης
Τα επιφανειοδραστικά που προσροφώνται στην επιφάνεια του υγρού φιλμ έχουν την ικανότητα να αντιστέκονται στη διαστολή ή συστολή της επιφάνειας του υγρού φιλμ, κάτι που το ονομάζουμε φαινόμενο επιδιόρθωσης. Αυτό συμβαίνει επειδή υπάρχει ένα υγρό φιλμ επιφανειοδραστικών που προσροφάται στην επιφάνεια και η επέκταση της επιφάνειάς του θα μειώσει τη συγκέντρωση των προσροφημένων μορίων στην επιφάνεια και θα αυξήσει την επιφανειακή τάση. Η περαιτέρω διαστολή της επιφάνειας θα απαιτήσει μεγαλύτερη προσπάθεια. Αντίθετα, η συρρίκνωση της επιφάνειας θα αυξήσει τη συγκέντρωση των προσροφημένων μορίων στην επιφάνεια, μειώνοντας την επιφανειακή τάση και εμποδίζοντας την περαιτέρω συρρίκνωση.
⑤ Η διάχυση αερίου μέσω μιας υγρής μεμβράνης
Λόγω της ύπαρξης τριχοειδούς πίεσης, η πίεση των μικρών φυσαλίδων στον αφρό είναι υψηλότερη από αυτή των μεγάλων φυσαλίδων, γεγονός που θα προκαλέσει τη διάχυση του αερίου στις μικρές φυσαλίδες στις μεγάλες φυσαλίδες χαμηλής πίεσης μέσω της υγρής μεμβράνης, με αποτέλεσμα το φαινόμενο οι μικρές φυσαλίδες να γίνονται μικρότερες, οι μεγάλες φυσαλίδες να γίνονται μεγαλύτερες και τελικά ο αφρός να σπάει. Εάν προστεθεί επιφανειοδραστική ουσία, ο αφρός θα είναι ομοιόμορφος και πυκνός κατά τον αφρισμό και δεν είναι εύκολο να αποαφριστεί. Δεδομένου ότι η επιφανειοδραστική ουσία είναι στενά διατεταγμένη στην υγρή μεμβράνη, είναι δύσκολο να αεριστεί, γεγονός που καθιστά τον αφρό πιο σταθερό.
⑥ Η επίδραση του επιφανειακού φορτίου
Εάν η υγρή μεμβράνη αφρού είναι φορτισμένη με το ίδιο σύμβολο, οι δύο επιφάνειες της υγρής μεμβράνης θα απωθούνται η μία την άλλη, εμποδίζοντας την υγρή μεμβράνη να λεπτύνει ή ακόμα και να καταστραφεί. Τα ιονικά επιφανειοδραστικά μπορούν να παρέχουν αυτό το σταθεροποιητικό αποτέλεσμα.
Συμπερασματικά, η αντοχή της υγρής μεμβράνης είναι ο βασικός παράγοντας για τον προσδιορισμό της σταθερότητας του αφρού. Ως επιφανειοδραστικό για παράγοντες αφρισμού και σταθεροποιητές αφρού, η στεγανότητα και η σταθερότητα των επιφανειακά προσροφημένων μορίων είναι οι πιο σημαντικοί παράγοντες. Όταν η αλληλεπίδραση μεταξύ των προσροφημένων μορίων στην επιφάνεια είναι ισχυρή, τα προσροφημένα μόρια είναι πυκνά διατεταγμένα, γεγονός που όχι μόνο καθιστά την ίδια την επιφανειακή μάσκα προσώπου υψηλής αντοχής, αλλά και καθιστά δύσκολη τη ροή του διαλύματος δίπλα στην επιφανειακή μάσκα προσώπου λόγω του υψηλού επιφανειακού ιξώδους, επομένως είναι σχετικά δύσκολο για την αποστράγγιση της υγρής μεμβράνης και το πάχος της υγρής μεμβράνης είναι εύκολο να διατηρηθεί. Επιπλέον, τα πυκνά διατεταγμένα επιφανειακά μόρια μπορούν επίσης να μειώσουν τη διαπερατότητα των μορίων αερίου και έτσι να αυξήσουν τη σταθερότητα του αφρού.
(3) Καταστροφή αφρού
Η βασική αρχή της καταστροφής του αφρού είναι η αλλαγή των συνθηκών παραγωγής αφρού ή η εξάλειψη των παραγόντων σταθερότητας του αφρού, επομένως υπάρχουν δύο μέθοδοι αποαφρισμού, η φυσική και η χημική.
Η φυσική αποαφριστική μέθοδος είναι η αλλαγή των συνθηκών υπό τις οποίες παράγεται ο αφρός, διατηρώντας παράλληλα την χημική σύνθεση του διαλύματος αφρού αμετάβλητη. Για παράδειγμα, η διαταραχή από εξωτερικές δυνάμεις, η αλλαγή θερμοκρασίας ή πίεσης και η υπερηχητική επεξεργασία είναι όλες αποτελεσματικές φυσικές μέθοδοι για την εξάλειψη του αφρού.
Η μέθοδος χημικής αποαφρισμού είναι η προσθήκη ορισμένων ουσιών που αλληλεπιδρούν με τον παράγοντα αφρισμού, μειώνοντας την αντοχή του υγρού φιλμ στον αφρό και στη συνέχεια μειώνοντας τη σταθερότητα του αφρού για να επιτευχθεί ο σκοπός της αποαφρισμού. Τέτοιες ουσίες ονομάζονται αποαφριστικά. Τα περισσότερα αποαφριστικά είναι επιφανειοδραστικά. Επομένως, σύμφωνα με τον μηχανισμό της αποαφρισμού, τα αποαφριστικά θα πρέπει να έχουν ισχυρή ικανότητα μείωσης της επιφανειακής τάσης, να προσροφώνται εύκολα στην επιφάνεια και να έχουν ασθενείς αλληλεπιδράσεις μεταξύ των προσροφημένων μορίων στην επιφάνεια, με αποτέλεσμα μια σχετικά χαλαρή δομή διάταξης των προσροφημένων μορίων.
Υπάρχουν διάφοροι τύποι αντιαφριστικών, αλλά είναι κυρίως μη ιονικές επιφανειοδραστικές ουσίες. Οι μη ιονικές επιφανειοδραστικές ουσίες έχουν αντιαφριστικές ιδιότητες κοντά ή πάνω από το σημείο θολώματος και χρησιμοποιούνται συνήθως ως αντιαφριστικά. Οι αλκοόλες, ειδικά εκείνες με διακλαδούμενες δομές, τα λιπαρά οξέα και οι εστέρες, τα πολυαμίδια, τα φωσφορικά άλατα, τα σιλικονούχα έλαια κ.λπ., χρησιμοποιούνται επίσης συνήθως ως εξαιρετικά αντιαφριστικά.
(4) Αφρός και πλύσιμο
Δεν υπάρχει άμεση σχέση μεταξύ του αφρού και του αποτελέσματος πλύσης, και η ποσότητα αφρού δεν σημαίνει ότι το αποτέλεσμα πλύσης είναι καλό ή κακό. Για παράδειγμα, η απόδοση αφρισμού των μη ιονικών επιφανειοδραστικών ουσιών είναι πολύ κατώτερη από το σαπούνι, αλλά η καθαριστική τους ισχύς είναι πολύ καλύτερη από το σαπούνι.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, ο αφρός είναι χρήσιμος στην απομάκρυνση της βρωμιάς. Για παράδειγμα, όταν πλένετε επιτραπέζια σκεύη στο σπίτι, ο αφρός του απορρυπαντικού μπορεί να απομακρύνει τις σταγόνες λαδιού που έχουν ξεπλυθεί. Όταν τρίβετε χαλιά, ο αφρός βοηθά στην απομάκρυνση στερεών ρύπων, όπως σκόνη και σκόνη. Επιπλέον, ο αφρός μπορεί μερικές φορές να χρησιμοποιηθεί ως ένδειξη για το αν το απορρυπαντικό είναι αποτελεσματικό, επειδή οι λεκέδες από λιπαρό λάδι μπορούν να εμποδίσουν τον αφρό του απορρυπαντικού. Όταν υπάρχουν πάρα πολλοί λεκέδες λαδιού και πολύ λίγο απορρυπαντικό, δεν θα υπάρχει αφρός ή ο αρχικός αφρός θα εξαφανιστεί. Μερικές φορές, ο αφρός μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως ένδειξη για το αν το ξέβγαλμα είναι καθαρό. Επειδή η ποσότητα αφρού στο διάλυμα ξεβγάλματος τείνει να μειώνεται με τη μείωση της περιεκτικότητας σε απορρυπαντικό, ο βαθμός ξεβγάλματος μπορεί να αξιολογηθεί από την ποσότητα του αφρού.
9. Διαδικασία πλύσης
Με την ευρεία έννοια, το πλύσιμο είναι η διαδικασία αφαίρεσης ανεπιθύμητων συστατικών από το αντικείμενο που πλένεται και η επίτευξη ενός συγκεκριμένου σκοπού. Το πλύσιμο με τη συνήθη έννοια αναφέρεται στη διαδικασία αφαίρεσης βρωμιάς από την επιφάνεια ενός φορέα. Κατά τη διάρκεια του πλυσίματος, η αλληλεπίδραση μεταξύ βρωμιάς και φορέα εξασθενεί ή εξαλείφεται μέσω της δράσης ορισμένων χημικών ουσιών (όπως απορρυπαντικών), μετατρέποντας τον συνδυασμό βρωμιάς και φορέα σε συνδυασμό βρωμιάς και απορρυπαντικού, προκαλώντας τελικά την αποκόλληση της βρωμιάς και του φορέα. Καθώς τα αντικείμενα που πρόκειται να πλυθούν και η βρωμιά που πρόκειται να αφαιρεθεί είναι ποικίλα, το πλύσιμο είναι μια πολύπλοκη διαδικασία και η βασική διαδικασία πλύσης μπορεί να αναπαρασταθεί από την ακόλουθη απλή σχέση
Φορέας • Βρωμιά+Απορρυπαντικό=Φορέας+Βρωμιά • Απορρυπαντικό
Η διαδικασία πλύσης μπορεί συνήθως να χωριστεί σε δύο στάδια: το ένα είναι ο διαχωρισμός της βρωμιάς και του φορέα της υπό τη δράση του απορρυπαντικού. Το δεύτερο είναι ότι η αποκολλημένη βρωμιά διασκορπίζεται και αιωρείται στο μέσο. Η διαδικασία πλύσης είναι μια αναστρέψιμη διαδικασία και η βρωμιά που διασκορπίζεται ή αιωρείται στο μέσο μπορεί επίσης να επανκαθιζάνει από το μέσο στα ρούχα. Επομένως, ένα εξαιρετικό απορρυπαντικό δεν θα πρέπει μόνο να έχει την ικανότητα να αποσπά τη βρωμιά από τον φορέα, αλλά και να έχει καλή ικανότητα να διασκορπίζει και να αιωρεί τη βρωμιά, αποτρέποντας την εκ νέου εναπόθεση της βρωμιάς.
(1) Είδη βρωμιάς
Ακόμα και για το ίδιο αντικείμενο, ο τύπος, η σύνθεση και η ποσότητα της βρωμιάς ποικίλλουν ανάλογα με το περιβάλλον χρήσης. Η βρωμιά από λάδι και σώμα περιλαμβάνει κυρίως ζωικά και φυτικά έλαια, καθώς και ορυκτέλαια (όπως αργό πετρέλαιο, μαζούτ, λιθανθρακόπισσα κ.λπ.), ενώ η στερεά βρωμιά περιλαμβάνει κυρίως καπνό, σκόνη, σκουριά, αιθάλη κ.λπ. Όσον αφορά τη βρωμιά από τα ρούχα, υπάρχει βρωμιά από το ανθρώπινο σώμα, όπως ιδρώτας, σμήγμα, αίμα κ.λπ.· βρωμιά από τρόφιμα, όπως λεκέδες φρούτων, λεκέδες από βρώσιμα έλαια, λεκέδες από καρυκεύματα, άμυλο κ.λπ.· βρωμιά από καλλυντικά, όπως κραγιόν και βερνίκι νυχιών· βρωμιά από την ατμόσφαιρα, όπως καπνός, σκόνη, χώμα κ.λπ.· άλλα υλικά όπως μελάνι, τσάι, χρώμα κ.λπ. Μπορεί να ειπωθεί ότι υπάρχουν διάφοροι και διαφορετικοί τύποι.
Διάφοροι τύποι βρωμιάς μπορούν συνήθως να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες: στερεά βρωμιά, υγρή βρωμιά και ειδική βρωμιά.
① Η συνηθισμένη στερεά βρωμιά περιλαμβάνει σωματίδια όπως τέφρα, λάσπη, χώμα, σκουριά και αιθάλη. Τα περισσότερα από αυτά τα σωματίδια έχουν επιφανειακό φορτίο, ως επί το πλείστον αρνητικό, και προσροφώνται εύκολα σε ινώδη αντικείμενα. Γενικά, η στερεά βρωμιά διαλύεται δύσκολα στο νερό, αλλά μπορεί να διασκορπιστεί και να αιωρηθεί από διαλύματα απορρυπαντικών. Η στερεά βρωμιά με μικρά σωματίδια είναι δύσκολο να αφαιρεθεί.
② Η υγρή βρωμιά είναι ως επί το πλείστον διαλυτή σε έλαια, συμπεριλαμβανομένων των ζωικών και φυτικών ελαίων, των λιπαρών οξέων, των λιπαρών αλκοολών, των ορυκτών ελαίων και των οξειδίων τους. Μεταξύ αυτών, τα ζωικά και φυτικά έλαια και τα λιπαρά οξέα μπορούν να υποστούν σαπωνοποίηση με αλκάλια, ενώ οι λιπαρές αλκοόλες και τα ορυκτά έλαια δεν σαπωνοποιούνται από αλκάλια, αλλά μπορούν να διαλυθούν σε αλκοόλες, αιθέρες και οργανικούς διαλύτες υδρογονανθράκων και να γαλακτωματοποιηθούν και να διασπαρούν από υδατικά διαλύματα απορρυπαντικών. Η υγρή βρωμιά που διαλυτή σε έλαια έχει γενικά ισχυρή δύναμη αλληλεπίδρασης με ινώδη αντικείμενα και προσροφάται σταθερά στις ίνες.
③ Οι ειδικοί ρύποι περιλαμβάνουν πρωτεΐνες, άμυλο, αίμα, ανθρώπινες εκκρίσεις όπως ιδρώτα, σμήγμα, ούρα, καθώς και χυμό φρούτων, χυμό τσαγιού κ.λπ. Οι περισσότεροι από αυτούς τους τύπους ρύπων μπορούν να προσροφηθούν έντονα σε ινώδη αντικείμενα μέσω χημικών αντιδράσεων. Επομένως, το πλύσιμο τους είναι αρκετά δύσκολο.
Διάφοροι τύποι βρωμιάς σπάνια υπάρχουν μόνοι τους, συχνά αναμεμειγμένοι και προσροφημένοι σε αντικείμενα. Η βρωμιά μπορεί μερικές φορές να οξειδωθεί, να αποσυντεθεί ή να αποσυντεθεί υπό εξωτερικές επιδράσεις, με αποτέλεσμα τον σχηματισμό νέας βρωμιάς.
(2) Η επίδραση πρόσφυσης της βρωμιάς
Ο λόγος για τον οποίο τα ρούχα, τα χέρια κ.λπ. μπορούν να λερωθούν είναι επειδή υπάρχει κάποιο είδος αλληλεπίδρασης μεταξύ αντικειμένων και βρωμιάς. Υπάρχουν διάφορες επιδράσεις πρόσφυσης της βρωμιάς στα αντικείμενα, αλλά αυτές είναι κυρίως φυσική πρόσφυση και χημική πρόσφυση.
① Η φυσική πρόσφυση της στάχτης, της σκόνης, των ιζημάτων, του αιθάλης και άλλων ουσιών από τσιγάρα στα ρούχα. Γενικά, η αλληλεπίδραση μεταξύ της προσκολλημένης βρωμιάς και του μολυσμένου αντικειμένου είναι σχετικά ασθενής και η αφαίρεση της βρωμιάς είναι επίσης σχετικά εύκολη. Ανάλογα με τις διαφορετικές δυνάμεις, η φυσική πρόσφυση της βρωμιάς μπορεί να χωριστεί σε μηχανική πρόσφυση και ηλεκτροστατική πρόσφυση.
Α: Η μηχανική πρόσφυση αναφέρεται κυρίως στην πρόσφυση στερεών ρύπων, όπως σκόνη και ιζήματα. Η μηχανική πρόσφυση είναι μια μέθοδος ασθενούς πρόσφυσης για τη βρωμιά, η οποία μπορεί σχεδόν να αφαιρεθεί με απλές μηχανικές μεθόδους. Ωστόσο, όταν το μέγεθος των σωματιδίων της βρωμιάς είναι μικρό (<0,1 μm), είναι πιο δύσκολο να αφαιρεθεί.
Β: Η ηλεκτροστατική προσκόλληση εκδηλώνεται κυρίως με τη δράση φορτισμένων σωματιδίων βρωμιάς σε αντικείμενα με αντίθετα φορτία. Τα περισσότερα ινώδη αντικείμενα φέρουν αρνητικό φορτίο στο νερό και προσκολλώνται εύκολα σε αυτά από θετικά φορτισμένη βρωμιά όπως ο ασβέστης. Κάποια βρωμιά, αν και αρνητικά φορτισμένη, όπως τα σωματίδια αιθάλης σε υδατικά διαλύματα, μπορούν να προσκολληθούν στις ίνες μέσω ιοντικών γεφυρών που σχηματίζονται από θετικά ιόντα (όπως Ca2+, Mg2+, κ.λπ.) στο νερό (ιόντα δρουν μαζί μεταξύ πολλαπλών αντίθετων φορτίων, δρώντας σαν γέφυρες).
Ο στατικός ηλεκτρισμός είναι ισχυρότερος από την απλή μηχανική δράση, καθιστώντας σχετικά δύσκολη την αφαίρεση της βρωμιάς.
③ Αφαίρεση ειδικών ρύπων
Η πρωτεΐνη, το άμυλο, οι ανθρώπινες εκκρίσεις, ο χυμός φρούτων, ο χυμός τσαγιού και άλλα είδη βρωμιάς είναι δύσκολο να αφαιρεθούν με τα γενικά επιφανειοδραστικά και απαιτούν ειδικές μεθόδους επεξεργασίας.
Οι λεκέδες από πρωτεΐνες, όπως η κρέμα γάλακτος, τα αυγά, το αίμα, το γάλα και τα περιττώματα του δέρματος, είναι επιρρεπείς στην πήξη και την μετουσίωση στις ίνες και προσκολλώνται πιο σταθερά. Για την αφαίρεση της ρύπανσης από πρωτεΐνες, μπορεί να χρησιμοποιηθεί πρωτεάση. Η πρωτεάση μπορεί να διασπάσει τις πρωτεΐνες στο χώμα σε υδατοδιαλυτά αμινοξέα ή ολιγοπεπτίδια.
Οι λεκέδες από άμυλο προέρχονται κυρίως από τα τρόφιμα, ενώ άλλοι όπως οι χυμοί κρέατος, η πάστα κ.λπ. Τα ένζυμα αμύλου έχουν καταλυτική επίδραση στην υδρόλυση των λεκέδων από άμυλο, διασπώντας το άμυλο σε σάκχαρα.
Η λιπάση μπορεί να καταλύσει την αποσύνθεση ορισμένων τριγλυκεριδίων που είναι δύσκολο να απομακρυνθούν με συμβατικές μεθόδους, όπως το σμήγμα που εκκρίνεται από το ανθρώπινο σώμα, τα βρώσιμα έλαια κ.λπ., για τη διάσπαση των τριγλυκεριδίων σε διαλυτή γλυκερόλη και λιπαρά οξέα.
Ορισμένοι χρωματιστοί λεκέδες από χυμό φρούτων, χυμό τσαγιού, μελάνι, κραγιόν κ.λπ. είναι συχνά δύσκολο να καθαριστούν σχολαστικά ακόμη και μετά από επανειλημμένα πλυσίματα. Αυτός ο τύπος λεκέδων μπορεί να αφαιρεθεί με αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής χρησιμοποιώντας οξειδωτικά ή αναγωγικά μέσα όπως η χλωρίνη, τα οποία διασπούν τη δομή του χρωμοφόρου ή των χρωμοφόρων ομάδων και τα αποικοδομούν σε μικρότερα υδατοδιαλυτά συστατικά.
Από την άποψη του στεγνού καθαρισμού, υπάρχουν περίπου τρεις τύποι βρωμιάς.
① Η ελαιοδιαλυτή βρωμιά περιλαμβάνει διάφορα έλαια και λίπη, τα οποία είναι υγρά ή λιπαρά και διαλυτά σε διαλύτες στεγνού καθαρισμού.
② Η υδατοδιαλυτή βρωμιά είναι διαλυτή σε υδατικό διάλυμα, αλλά αδιάλυτη σε προϊόντα στεγνού καθαρισμού. Προσροφάται στα ρούχα με τη μορφή υδατικού διαλύματος και, αφού εξατμιστεί το νερό, καθιζάνουν κοκκώδη στερεά όπως ανόργανα άλατα, άμυλο, πρωτεΐνες κ.λπ.
③ Η αδιάλυτη στο λάδι βρωμιά είναι αδιάλυτη τόσο στο νερό όσο και σε διαλύτες στεγνού καθαρισμού, όπως η αιθάλη, διάφορα μεταλλικά πυριτικά άλατα και οξείδια.
Λόγω των διαφορετικών ιδιοτήτων των διαφόρων τύπων βρωμιάς, υπάρχουν διαφορετικοί τρόποι απομάκρυνσης της βρωμιάς κατά τη διάρκεια της διαδικασίας στεγνού καθαρισμού. Η διαλυτή σε λάδι βρωμιά, όπως τα ζωικά και φυτικά έλαια, τα ορυκτέλαια και τα λίπη, είναι εύκολα διαλυτή σε οργανικούς διαλύτες και μπορεί εύκολα να αφαιρεθεί κατά τη διάρκεια του στεγνού καθαρισμού. Η εξαιρετική διαλυτότητα των διαλυτών στεγνού καθαρισμού για λάδια και γράσα οφείλεται ουσιαστικά στις δυνάμεις van der Waals μεταξύ των μορίων.
Για την απομάκρυνση υδατοδιαλυτών ρύπων, όπως ανόργανα άλατα, σάκχαρα, πρωτεΐνες, ιδρώτας κ.λπ., είναι επίσης απαραίτητο να προσθέσετε κατάλληλη ποσότητα νερού στο προϊόν στεγνού καθαρισμού, διαφορετικά η υδατοδιαλυτή βρωμιά είναι δύσκολο να αφαιρεθεί από τα ρούχα. Ωστόσο, το νερό διαλύεται δύσκολα στα προϊόντα στεγνού καθαρισμού, επομένως για να αυξηθεί η ποσότητα νερού, πρέπει να προστεθούν επιφανειοδραστικές ουσίες. Το νερό που υπάρχει στα προϊόντα στεγνού καθαρισμού μπορεί να ενυδατώσει τη βρωμιά και την επιφάνεια των ρούχων, διευκολύνοντας την αλληλεπίδραση με τις πολικές ομάδες των επιφανειοδραστικών ουσιών, κάτι που είναι ευεργετικό για την προσρόφηση των επιφανειοδραστικών ουσιών στην επιφάνεια. Επιπλέον, όταν τα επιφανειοδραστικά σχηματίζουν μικκύλια, η υδατοδιαλυτή βρωμιά και το νερό μπορούν να διαλυτοποιηθούν στα μικκύλια. Τα επιφανειοδραστικά όχι μόνο μπορούν να αυξήσουν την περιεκτικότητα σε νερό στους διαλύτες στεγνού καθαρισμού, αλλά και να αποτρέψουν την επαναπόθεση βρωμιάς για να ενισχύσουν το αποτέλεσμα καθαρισμού.
Η παρουσία μιας μικρής ποσότητας νερού είναι απαραίτητη για την αφαίρεση της υδατοδιαλυτής βρωμιάς, αλλά η υπερβολική ποσότητα νερού μπορεί να προκαλέσει παραμόρφωση, ζάρωμα κ.λπ. σε ορισμένα ρούχα, επομένως η περιεκτικότητα σε νερό στο ξηρό απορρυπαντικό πρέπει να είναι μέτρια.
Στερεά σωματίδια όπως η τέφρα, η λάσπη, το χώμα και η αιθάλη, τα οποία δεν είναι ούτε υδατοδιαλυτά ούτε λιποδιαλυτά, γενικά προσκολλώνται στα ρούχα μέσω ηλεκτροστατικής προσρόφησης ή μέσω συνδυασμού με λεκέδες λαδιού. Στο στεγνό καθάρισμα, η ροή και η πρόσκρουση των διαλυτών μπορούν να προκαλέσουν την αποκόλληση της βρωμιάς που προσροφάται από ηλεκτροστατικές δυνάμεις, ενώ τα μέσα στεγνού καθαρισμού μπορούν να διαλύσουν λεκέδες λαδιού, με αποτέλεσμα τα στερεά σωματίδια που συνδυάζονται με τους λεκέδες λαδιού και προσκολλώνται στα ρούχα να αποκολλώνται από το μέσο στεγνού καθαρισμού. Η μικρή ποσότητα νερού και επιφανειοδραστικών ουσιών στο μέσο στεγνού καθαρισμού μπορεί να αιωρήσει και να διασπείρει σταθερά τα στερεά σωματίδια βρωμιάς που αποκολλώνται, εμποδίζοντάς τα να εναποτεθούν ξανά στα ρούχα.
(5) Παράγοντες που επηρεάζουν το αποτέλεσμα του πλυσίματος
Η κατευθυνόμενη προσρόφηση των επιφανειοδραστικών ουσιών στη διεπαφή και η μείωση της επιφανειακής τάσης (διεπιφάνειας) είναι οι κύριοι παράγοντες για την απομάκρυνση υγρών ή στερεών ρύπων. Ωστόσο, η διαδικασία πλύσης είναι σχετικά πολύπλοκη και ακόμη και το αποτέλεσμα πλύσης του ίδιου τύπου απορρυπαντικού επηρεάζεται από πολλούς άλλους παράγοντες. Αυτοί οι παράγοντες περιλαμβάνουν τη συγκέντρωση του απορρυπαντικού, τη θερμοκρασία, τη φύση της βρωμιάς, τον τύπο των ινών και τη δομή του υφάσματος.
① Συγκέντρωση επιφανειοδραστικών ουσιών
Τα μικκύλια των επιφανειοδραστικών ουσιών στο διάλυμα παίζουν σημαντικό ρόλο στη διαδικασία πλύσης. Όταν η συγκέντρωση φτάσει στην κρίσιμη συγκέντρωση μικκυλίων (cmc), το αποτέλεσμα πλύσης αυξάνεται απότομα. Επομένως, η συγκέντρωση του απορρυπαντικού στον διαλύτη θα πρέπει να είναι υψηλότερη από την τιμή CMC για να επιτευχθεί καλό αποτέλεσμα πλύσης. Ωστόσο, όταν η συγκέντρωση των επιφανειοδραστικών ουσιών υπερβαίνει την τιμή CMC, η αυξανόμενη επίδραση πλύσης καθίσταται λιγότερο σημαντική και η υπερβολική αύξηση της συγκέντρωσης των επιφανειοδραστικών ουσιών δεν είναι απαραίτητη.
Όταν χρησιμοποιείται διαλυτοποίηση για την αφαίρεση λεκέδων λαδιού, ακόμη και αν η συγκέντρωση είναι πάνω από την τιμή CMC, το αποτέλεσμα της διαλυτοποίησης αυξάνεται με την αύξηση της συγκέντρωσης της επιφανειοδραστικής ουσίας. Σε αυτή την περίπτωση, συνιστάται η χρήση απορρυπαντικού τοπικά, όπως στις μανσέτες και τους γιακάδες των ρούχων όπου υπάρχει πολλή βρωμιά. Κατά το πλύσιμο, μπορεί να εφαρμοστεί πρώτα ένα στρώμα απορρυπαντικού για να βελτιωθεί το αποτέλεσμα διαλυτοποίησης των επιφανειοδραστικών ουσιών στους λεκέδες λαδιού.
② Η θερμοκρασία έχει σημαντικό αντίκτυπο στο αποτέλεσμα καθαρισμού. Συνολικά, η αύξηση της θερμοκρασίας είναι ευεργετική για την απομάκρυνση της βρωμιάς, αλλά μερικές φορές η υπερβολική θερμοκρασία μπορεί επίσης να προκαλέσει δυσμενείς παράγοντες.
Η αύξηση της θερμοκρασίας είναι ευεργετική για τη διάχυση της βρωμιάς. Οι στερεοί λεκέδες λαδιού γαλακτωματοποιούνται εύκολα όταν η θερμοκρασία είναι πάνω από το σημείο τήξης τους, και οι ίνες αυξάνουν επίσης τον βαθμό διαστολής τους λόγω της αύξησης της θερμοκρασίας. Αυτοί οι παράγοντες είναι όλοι ευεργετικοί για την απομάκρυνση της βρωμιάς. Ωστόσο, για τα σφιχτά υφάσματα, τα μικροκενά μεταξύ των ινών μειώνονται μετά τη διαστολή των ινών, κάτι που δεν ευνοεί την απομάκρυνση της βρωμιάς.
Οι αλλαγές θερμοκρασίας επηρεάζουν επίσης τη διαλυτότητα, την τιμή CMC και το μέγεθος μικκυλίου των επιφανειοδραστικών ουσιών, επηρεάζοντας έτσι το αποτέλεσμα πλύσης. Τα επιφανειοδραστικά μακράς αλυσίδας άνθρακα έχουν χαμηλότερη διαλυτότητα σε χαμηλές θερμοκρασίες, και μερικές φορές ακόμη και χαμηλότερη διαλυτότητα από την τιμή CMC. Σε αυτήν την περίπτωση, η θερμοκρασία πλύσης θα πρέπει να αυξηθεί κατάλληλα. Η επίδραση της θερμοκρασίας στην τιμή CMC και το μέγεθος μικκυλίου είναι διαφορετική για τα ιοντικά και τα μη ιοντικά επιφανειοδραστικά. Για τα ιοντικά επιφανειοδραστικά, η αύξηση της θερμοκρασίας γενικά οδηγεί σε αύξηση της τιμής CMC και μείωση του μεγέθους μικκυλίου. Αυτό σημαίνει ότι η συγκέντρωση των επιφανειοδραστικών ουσιών θα πρέπει να αυξηθεί στο διάλυμα πλύσης. Για τα μη ιονικά επιφανειοδραστικά, η αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί σε μείωση της τιμής CMC και σημαντική αύξηση του μεγέθους των μικκυλίων τους. Μπορεί να φανεί ότι η κατάλληλη αύξηση της θερμοκρασίας μπορεί να βοηθήσει τα μη ιονικά επιφανειοδραστικά να ασκήσουν την επιφανειακή τους δράση. Αλλά η θερμοκρασία δεν πρέπει να υπερβαίνει το σημείο θολώματος.
Εν ολίγοις, η καταλληλότερη θερμοκρασία πλύσης σχετίζεται με τη σύνθεση του απορρυπαντικού και το αντικείμενο που πλένεται. Ορισμένα απορρυπαντικά έχουν καλά αποτελέσματα καθαρισμού σε θερμοκρασία δωματίου, ενώ ορισμένα απορρυπαντικά έχουν σημαντικά διαφορετικά αποτελέσματα καθαρισμού για κρύο και ζεστό πλύσιμο.
③ Αφρός
Οι άνθρωποι συχνά συγχέουν την ικανότητα αφρισμού με το αποτέλεσμα πλύσης, πιστεύοντας ότι τα απορρυπαντικά με ισχυρή ικανότητα αφρισμού έχουν καλύτερα αποτελέσματα πλύσης. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το αποτέλεσμα πλύσης δεν σχετίζεται άμεσα με την ποσότητα αφρού. Για παράδειγμα, η χρήση απορρυπαντικού χαμηλού αφρισμού για πλύσιμο δεν έχει χειρότερο αποτέλεσμα πλύσης από το απορρυπαντικό υψηλού αφρισμού.
Αν και ο αφρός δεν σχετίζεται άμεσα με το πλύσιμο, ο αφρός εξακολουθεί να είναι χρήσιμος για την απομάκρυνση της βρωμιάς σε ορισμένες περιπτώσεις. Για παράδειγμα, ο αφρός του υγρού πλύσης μπορεί να απομακρύνει τις σταγόνες λαδιού κατά το πλύσιμο των πιάτων στο χέρι. Κατά το τρίψιμο του χαλιού, ο αφρός μπορεί επίσης να απομακρύνει στερεά σωματίδια βρωμιάς, όπως η σκόνη. Η σκόνη αποτελεί μεγάλο μέρος της βρωμιάς του χαλιού, επομένως ένα καθαριστικό χαλιών θα πρέπει να έχει κάποια ικανότητα αφρισμού.
Η αφρώδης ισχύς του σαμπουάν είναι επίσης σημαντική. Ο λεπτός αφρός που παράγεται από το υγρό κατά το λούσιμο ή το μπάνιο κάνει τους ανθρώπους να αισθάνονται άνετα.
④ Είδη ινών και φυσικές ιδιότητες των υφασμάτων
Εκτός από τη χημική δομή των ινών που επηρεάζει την πρόσφυση και την απομάκρυνση της βρωμιάς, η εμφάνιση των ινών και η οργανωτική δομή των νημάτων και των υφασμάτων έχουν επίσης αντίκτυπο στη δυσκολία απομάκρυνσης της βρωμιάς.
Τα λέπια των ινών μαλλιού και η επίπεδη δομή που μοιάζει με λωρίδα των ινών βαμβακιού είναι πιο επιρρεπή στη συσσώρευση βρωμιάς από τις λείες ίνες. Για παράδειγμα, η αιθάλη που προσκολλάται στην κυτταρινική μεμβράνη (συγκολλητική μεμβράνη) αφαιρείται εύκολα, ενώ η αιθάλη που προσκολλάται στο βαμβακερό ύφασμα είναι δύσκολο να ξεπλυθεί. Για παράδειγμα, τα υφάσματα από πολυεστέρα με κοντές ίνες είναι πιο επιρρεπή στη συσσώρευση λεκέδων λαδιού από τα υφάσματα με μακριές ίνες, και οι λεκέδες λαδιού στα υφάσματα με κοντές ίνες είναι επίσης πιο δύσκολο να αφαιρεθούν από ό,τι στα υφάσματα με μακριές ίνες.
Τα σφιχτά στριμμένα νήματα και τα σφιχτά υφάσματα, λόγω των μικρών μικροκενών μεταξύ των ινών, μπορούν να αντισταθούν στην εισβολή βρωμιάς, αλλά επίσης να εμποδίσουν το διάλυμα καθαρισμού να απομακρύνει την εσωτερική βρωμιά. Επομένως, τα σφιχτά υφάσματα έχουν καλή αντοχή στη βρωμιά στην αρχή, αλλά είναι επίσης δύσκολο να καθαριστούν μόλις μολυνθούν.
⑤ Η σκληρότητα του νερού
Η συγκέντρωση μεταλλικών ιόντων όπως τα Ca2+ και Mg2+ στο νερό έχει σημαντικό αντίκτυπο στο αποτέλεσμα πλύσης, ειδικά όταν οι ανιονικές επιφανειοδραστικές ουσίες συναντούν ιόντα Ca2+ και Mg2+ σχηματίζοντας άλατα ασβεστίου και μαγνησίου με κακή διαλυτότητα, γεγονός που μπορεί να μειώσει την καθαριστική τους ικανότητα. Ακόμα κι αν η συγκέντρωση των επιφανειοδραστικών ουσιών είναι υψηλή σε σκληρό νερό, η καθαριστική τους δράση είναι πολύ χειρότερη από ό,τι στην απόσταξη. Για να επιτευχθεί το καλύτερο αποτέλεσμα πλύσης των επιφανειοδραστικών, η συγκέντρωση ιόντων Ca2+ στο νερό θα πρέπει να μειωθεί κάτω από 1 × 10-6mol/L (το CaCO3 θα πρέπει να μειωθεί σε 0,1mg/L). Αυτό απαιτεί την προσθήκη διαφόρων μαλακτικών στο απορρυπαντικό.
Ώρα δημοσίευσης: 16 Αυγούστου 2024