Σύμφωνα με τον πίνακα, οι επιφανειοδραστικές ουσίες που είναι κατάλληλες για χρήση ως γαλακτωματοποιητές λαδιού σε νερό έχουν τιμή HLB από 3,5 έως 6, ενώ αυτές για τους γαλακτωματοποιητές νερού σε λάδι κυμαίνονται μεταξύ 8 και 18.

② Προσδιορισμός τιμών HLB (παραλείπεται).

07 Γαλακτωματοποίηση και Διαλυτοποίηση

Ένα γαλάκτωμα είναι ένα σύστημα που σχηματίζεται όταν ένα μη αναμίξιμο υγρό διασπείρεται σε ένα άλλο με τη μορφή λεπτών σωματιδίων (σταγονιδίων ή υγρών κρυστάλλων). Ο γαλακτωματοποιητής, ο οποίος είναι ένας τύπος επιφανειοδραστικής ουσίας, είναι απαραίτητος για τη σταθεροποίηση αυτού του θερμοδυναμικά ασταθούς συστήματος μειώνοντας την ενέργεια της διεπιφάνειας. Η φάση που υπάρχει σε μορφή σταγονιδίων στο γαλάκτωμα ονομάζεται διασπαρμένη φάση (ή εσωτερική φάση), ενώ η φάση που σχηματίζει ένα συνεχές στρώμα ονομάζεται μέσο διασποράς (ή εξωτερική φάση).

① Γαλακτωματοποιητές και γαλακτώματα

Τα συνηθισμένα γαλακτώματα συχνά αποτελούνται από τη μία φάση ως νερό ή υδατικό διάλυμα και την άλλη ως οργανική ουσία, όπως έλαια ή κεριά. Ανάλογα με τη διασπορά τους, τα γαλακτώματα μπορούν να ταξινομηθούν ως νερό-σε-έλαιο (W/O) όπου το έλαιο είναι διασπαρμένο σε νερό, ή λάδι-σε-νερό (O/W) όπου το νερό είναι διασπαρμένο σε έλαιο. Επιπλέον, μπορούν να υπάρχουν σύνθετα γαλακτώματα όπως W/O/W ή O/W/O. Οι γαλακτωματοποιητές σταθεροποιούν τα γαλακτώματα μειώνοντας την τάση της διεπιφάνειας και σχηματίζοντας μονομοριακές μεμβράνες. Ένας γαλακτωματοποιητής πρέπει να προσροφάται ή να συσσωρεύεται στη διεπιφάνεια για να μειώσει την τάση της διεπιφάνειας και να προσδώσει φορτία στα σταγονίδια, δημιουργώντας ηλεκτροστατική άπωση ή σχηματίζοντας μια προστατευτική μεμβράνη υψηλού ιξώδους γύρω από τα σωματίδια. Κατά συνέπεια, οι ουσίες που χρησιμοποιούνται ως γαλακτωματοποιητές πρέπει να διαθέτουν αμφιφιλικές ομάδες, τις οποίες μπορούν να παρέχουν οι επιφανειοδραστικές ουσίες.

② Μέθοδοι παρασκευής γαλακτώματος και παράγοντες που επηρεάζουν τη σταθερότητα

Υπάρχουν δύο κύριες μέθοδοι για την παρασκευή γαλακτωμάτων: οι μηχανικές μέθοδοι διασπείρουν τα υγρά σε μικροσκοπικά σωματίδια σε ένα άλλο υγρό, ενώ η δεύτερη μέθοδος περιλαμβάνει τη διάλυση υγρών σε μοριακή μορφή σε ένα άλλο και την κατάλληλη συσσωμάτωσή τους. Η σταθερότητα ενός γαλακτώματος αναφέρεται στην ικανότητά του να αντιστέκεται στη συσσωμάτωση σωματιδίων που οδηγεί σε διαχωρισμό φάσεων. Τα γαλακτώματα είναι θερμοδυναμικά ασταθή συστήματα με υψηλότερη ελεύθερη ενέργεια, επομένως η σταθερότητά τους αντανακλά τον χρόνο που απαιτείται για την επίτευξη ισορροπίας, δηλαδή τον χρόνο που χρειάζεται ένα υγρό για να διαχωριστεί από το γαλάκτωμα. Όταν λιπαρές αλκοόλες, λιπαρά οξέα και λιπαρές αμίνες υπάρχουν στην μεμβράνη διεπιφάνειας, η αντοχή της μεμβράνης αυξάνεται σημαντικά επειδή τα πολικά οργανικά μόρια σχηματίζουν σύμπλοκα στο προσροφημένο στρώμα, ενισχύοντας τη μεμβράνη διεπιφάνειας.

Οι γαλακτωματοποιητές που αποτελούνται από δύο ή περισσότερες επιφανειοδραστικές ουσίες ονομάζονται μικτοί γαλακτωματοποιητές. Οι μικτοί γαλακτωματοποιητές προσροφώνται στη διεπιφάνεια νερού-ελαίου και οι μοριακές αλληλεπιδράσεις μπορούν να σχηματίσουν σύμπλοκα που μειώνουν σημαντικά την τάση της διεπιφάνειας, αυξάνοντας την ποσότητα του προσροφητικού και σχηματίζοντας πυκνότερες, ισχυρότερες μεμβράνες διεπιφάνειας.

Τα ηλεκτρικά φορτισμένα σταγονίδια επηρεάζουν σημαντικά τη σταθερότητα των γαλακτωμάτων. Σε σταθερά γαλακτώματα, τα σταγονίδια συνήθως φέρουν ηλεκτρικό φορτίο. Όταν χρησιμοποιούνται ιοντικοί γαλακτωματοποιητές, το υδρόφοβο άκρο των ιοντικών επιφανειοδραστικών ουσιών ενσωματώνεται στην ελαιώδη φάση, ενώ το υδρόφιλο άκρο παραμένει στην υδατική φάση, προσδίδοντας φορτίο στα σταγονίδια. Τα παρόμοια φορτία μεταξύ των σταγονιδίων προκαλούν άπωση και εμποδίζουν τη συγχώνευση, γεγονός που ενισχύει τη σταθερότητα. Έτσι, όσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση ιόντων γαλακτωματοποιητή που προσροφώνται στα σταγονίδια, τόσο μεγαλύτερο είναι το φορτίο τους και τόσο υψηλότερη είναι η σταθερότητα του γαλακτώματος.

Το ιξώδες του μέσου διασποράς επηρεάζει επίσης τη σταθερότητα του γαλακτώματος. Γενικά, τα μέσα υψηλότερου ιξώδους βελτιώνουν τη σταθερότητα επειδή εμποδίζουν ισχυρότερα την κίνηση Brownian των σταγονιδίων, επιβραδύνοντας την πιθανότητα συγκρούσεων. Οι ουσίες υψηλού μοριακού βάρους που διαλύονται στο γαλάκτωμα μπορούν να αυξήσουν το ιξώδες και τη σταθερότητα του μέσου. Επιπλέον, οι ουσίες υψηλού μοριακού βάρους μπορούν να σχηματίσουν ισχυρές μεμβράνες διεπιφάνειας, σταθεροποιώντας περαιτέρω το γαλάκτωμα. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η προσθήκη στερεών σκονών μπορεί ομοίως να σταθεροποιήσει τα γαλακτώματα. Εάν τα στερεά σωματίδια διαβρέχονται πλήρως από νερό και μπορούν να διαβρεχτούν από λάδι, θα συγκρατηθούν στη διεπιφάνεια νερού-λαδιού. Οι στερεές σκόνες σταθεροποιούν το γαλάκτωμα ενισχύοντας την μεμβράνη καθώς συσσωματώνονται στη διεπιφάνεια, όπως ακριβώς τα προσροφημένα επιφανειοδραστικά.

Τα επιφανειοδραστικά μπορούν να ενισχύσουν σημαντικά τη διαλυτότητα οργανικών ενώσεων που είναι αδιάλυτες ή ελαφρώς διαλυτές στο νερό, αφού σχηματιστούν μικκύλια στο διάλυμα. Σε αυτό το σημείο, το διάλυμα φαίνεται διαυγές και αυτή η ικανότητα ονομάζεται διαλυτοποίηση. Τα επιφανειοδραστικά που μπορούν να προωθήσουν τη διαλυτοποίηση ονομάζονται διαλυτοποιητές, ενώ οι οργανικές ενώσεις που διαλυτοποιούνται αναφέρονται ως διαλυτοποιητές.

08 Αφρός

Ο αφρός παίζει κρίσιμο ρόλο στις διαδικασίες πλύσης. Ο αφρός αναφέρεται σε ένα διασπορικό σύστημα αερίου διασπαρμένου σε υγρό ή στερεό, με αέριο ως διασπαρμένη φάση και υγρό ή στερεό ως μέσο διασποράς, γνωστό ως υγρός αφρός ή στερεός αφρός, όπως αφρώδη πλαστικά, αφρώδες γυαλί και αφρώδες σκυρόδεμα.

(1) Σχηματισμός αφρού

Ο όρος αφρός αναφέρεται σε μια συλλογή φυσαλίδων αέρα που διαχωρίζονται από υγρές μεμβράνες. Λόγω της σημαντικής διαφοράς πυκνότητας μεταξύ του αερίου (διασπαρμένη φάση) και του υγρού (μέσο διασποράς) και του χαμηλού ιξώδους του υγρού, οι φυσαλίδες αερίου ανεβαίνουν γρήγορα στην επιφάνεια. Ο σχηματισμός αφρού περιλαμβάνει την ενσωμάτωση μιας μεγάλης ποσότητας αερίου στο υγρό. Οι φυσαλίδες στη συνέχεια επιστρέφουν γρήγορα στην επιφάνεια, δημιουργώντας ένα σύνολο φυσαλίδων αέρα που διαχωρίζονται από μια ελάχιστη υγρή μεμβράνη. Ο αφρός έχει δύο διακριτικά μορφολογικά χαρακτηριστικά: πρώτον, οι φυσαλίδες αερίου συχνά αποκτούν πολυεδρικό σχήμα επειδή η λεπτή υγρή μεμβράνη στη διασταύρωση των φυσαλίδων τείνει να γίνεται πιο λεπτή, οδηγώντας τελικά σε ρήξη της φυσαλίδας. Δεύτερον, τα καθαρά υγρά δεν μπορούν να σχηματίσουν σταθερό αφρό. Πρέπει να υπάρχουν τουλάχιστον δύο συστατικά για να δημιουργηθεί ένας αφρός. Ένα διάλυμα επιφανειοδραστικής ουσίας είναι ένα τυπικό σύστημα σχηματισμού αφρού του οποίου η ικανότητα αφρισμού συνδέεται με τις άλλες ιδιότητές του. Οι επιφανειοδραστικές ουσίες με καλή ικανότητα αφρισμού ονομάζονται αφροποιητές. Αν και οι αφροποιητές παρουσιάζουν καλές ικανότητες αφρισμού, ο αφρός που παράγουν μπορεί να μην διαρκέσει πολύ, πράγμα που σημαίνει ότι η σταθερότητά τους δεν είναι εγγυημένη. Για τη βελτίωση της σταθερότητας του αφρού, μπορούν να προστεθούν ουσίες που ενισχύουν τη σταθερότητα. Αυτά ονομάζονται σταθεροποιητές, με κοινούς σταθεροποιητές να περιλαμβάνουν τη λαυρυλοδιαιθανολαμίνη και τα οξείδια της δωδεκυλοδιμεθυλαμίνης.

(2) Σταθερότητα αφρού

Ο αφρός είναι ένα θερμοδυναμικά ασταθές σύστημα. Η φυσική του εξέλιξη οδηγεί σε ρήξη, μειώνοντας έτσι τη συνολική επιφάνεια του υγρού και την ελεύθερη ενέργεια. Η διαδικασία αποαφρισμού περιλαμβάνει τη σταδιακή λέπτυνση της υγρής μεμβράνης που διαχωρίζει το αέριο μέχρι να συμβεί ρήξη. Ο βαθμός σταθερότητας του αφρού επηρεάζεται κυρίως από τον ρυθμό αποστράγγισης του υγρού και την αντοχή της υγρής μεμβράνης. Στους παράγοντες που επηρεάζουν περιλαμβάνονται:

① Επιφανειακή τάση: Από ενεργειακής άποψης, η χαμηλότερη επιφανειακή τάση ευνοεί τον σχηματισμό αφρού, αλλά δεν εγγυάται τη σταθερότητα του αφρού. Η χαμηλή επιφανειακή τάση υποδηλώνει μικρότερη διαφορά πίεσης, η οποία οδηγεί σε βραδύτερη αποστράγγιση του υγρού και πάχυνση της υγρής μεμβράνης, στοιχεία που ευνοούν τη σταθερότητα.

② Επιφανειακό Ιξώδες: Ο βασικός παράγοντας για τη σταθερότητα του αφρού είναι η αντοχή του υγρού φιλμ, η οποία καθορίζεται κυρίως από την ανθεκτικότητα του επιφανειακού φιλμ προσρόφησης, η οποία μετράται από το επιφανειακό ιξώδες. Πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι διαλύματα με υψηλό επιφανειακό ιξώδες παράγουν αφρό μεγαλύτερης διάρκειας λόγω των ενισχυμένων μοριακών αλληλεπιδράσεων στο προσροφημένο φιλμ που αυξάνουν σημαντικά την αντοχή της μεμβράνης.

③ Ιξώδες διαλύματος: Το υψηλότερο ιξώδες στο ίδιο το υγρό επιβραδύνει την αποστράγγιση του υγρού από τη μεμβράνη, παρατείνοντας έτσι τη διάρκεια ζωής του υγρού φιλμ πριν από τη ρήξη, ενισχύοντας τη σταθερότητα του αφρού.

④ Δράση «Επισκευής» Επιφανειακής Τάσης: Τα επιφανειοδραστικά που προσροφώνται στη μεμβράνη μπορούν να αντισταθμίσουν τη διαστολή ή συστολή της επιφάνειας της μεμβράνης. Αυτό ονομάζεται δράση επισκευής. Όταν τα επιφανειοδραστικά προσροφώνται στην υγρή μεμβράνη και διευρύνουν την επιφάνειά της, μειώνεται η συγκέντρωση της επιφανειοδραστικής ουσίας στην επιφάνεια και αυξάνεται η επιφανειακή τάση. Αντίθετα, η συστολή οδηγεί σε αυξημένη συγκέντρωση της επιφανειοδραστικής ουσίας στην επιφάνεια και στη συνέχεια μειώνεται η επιφανειακή τάση.

⑤ Διάχυση Αερίου Μέσω Υγρής Φιλμ: Λόγω της τριχοειδούς πίεσης, οι μικρότερες φυσαλίδες τείνουν να έχουν υψηλότερη εσωτερική πίεση σε σύγκριση με τις μεγαλύτερες φυσαλίδες, οδηγώντας στη διάχυση αερίου από μικρές φυσαλίδες σε μεγαλύτερες, προκαλώντας συρρίκνωση των μικρών φυσαλίδων και ανάπτυξη των μεγαλύτερων, με αποτέλεσμα τελικά την κατάρρευση του αφρού. Η συνεπής εφαρμογή επιφανειοδραστικών ουσιών δημιουργεί ομοιόμορφες, λεπτώς κατανεμημένες φυσαλίδες και εμποδίζει την αποαφρισμό. Με τις επιφανειοδραστικές ουσίες σφιχτά συσκευασμένες στην υγρή φιλμ, η διάχυση αερίου παρεμποδίζεται, ενισχύοντας έτσι τη σταθερότητα του αφρού.

⑥ Επίδραση του επιφανειακού φορτίου: Εάν η υγρή μεμβράνη αφρού φέρει το ίδιο φορτίο, οι δύο επιφάνειες θα απωθούν η μία την άλλη, εμποδίζοντας την μεμβράνη να λεπτύνει ή να σπάσει. Τα ιοντικά επιφανειοδραστικά μπορούν να παρέχουν αυτό το σταθεροποιητικό αποτέλεσμα. Συνοπτικά, η ισχύς της υγρής μεμβράνης είναι ο κρίσιμος παράγοντας που καθορίζει τη σταθερότητα του αφρού. Τα επιφανειοδραστικά που δρουν ως αφριστικοί παράγοντες και σταθεροποιητές πρέπει να δημιουργούν πυκνά συσσωρευμένα επιφανειακά απορροφημένα μόρια, καθώς αυτό επηρεάζει σημαντικά την διεπιφανειακή μοριακή αλληλεπίδραση, ενισχύοντας την ισχύ της ίδιας της επιφανειακής μεμβράνης και εμποδίζοντας έτσι το υγρό να ρέει μακριά από τη γειτονική μεμβράνη, καθιστώντας τη σταθερότητα του αφρού πιο εφικτή.

(3) Καταστροφή αφρού

Η θεμελιώδης αρχή της καταστροφής αφρού περιλαμβάνει την τροποποίηση των συνθηκών που παράγουν αφρό ή την εξάλειψη των σταθεροποιητικών παραγόντων του αφρού, οδηγώντας σε φυσικές και χημικές μεθόδους αποαφρισμού. Η φυσική αποαφρισμός διατηρεί τη χημική σύνθεση του αφρώδους διαλύματος, ενώ παράλληλα τροποποιεί συνθήκες όπως εξωτερικές διαταραχές, αλλαγές θερμοκρασίας ή πίεσης, καθώς και υπερηχητική επεξεργασία, όλες αποτελεσματικές μέθοδοι για την εξάλειψη του αφρού. Η χημική αποαφρισμός αναφέρεται στην προσθήκη ορισμένων ουσιών που αλληλεπιδρούν με τους αφριστικούς παράγοντες για να μειώσουν την ισχύ της υγρής μεμβράνης μέσα στον αφρό, μειώνοντας τη σταθερότητα του αφρού και επιτυγχάνοντας αποαφρισμό. Τέτοιες ουσίες ονομάζονται αποαφριστικά, τα περισσότερα από τα οποία είναι επιφανειοδραστικά. Τα αποαφριστικά συνήθως έχουν αξιοσημείωτη ικανότητα να μειώνουν την επιφανειακή τάση και μπορούν εύκολα να προσροφηθούν στις επιφάνειες, με ασθενέστερη αλληλεπίδραση μεταξύ των συστατικών μορίων, δημιουργώντας έτσι μια χαλαρά διατεταγμένη μοριακή δομή. Οι τύποι αποαφριστικών ποικίλλουν, αλλά γενικά είναι μη ιονικά επιφανειοδραστικά, με διακλαδισμένες αλκοόλες, λιπαρά οξέα, εστέρες λιπαρών οξέων, πολυαμίδια, φωσφορικά άλατα και σιλικονούχα έλαια που χρησιμοποιούνται συνήθως ως εξαιρετικά αποαφριστικά.

(4) Αφρός και καθαρισμός

Η ποσότητα αφρού δεν συσχετίζεται άμεσα με την αποτελεσματικότητα του καθαρισμού. Περισσότερος αφρός δεν σημαίνει καλύτερο καθάρισμα. Για παράδειγμα, τα μη ιονικά επιφανειοδραστικά μπορεί να παράγουν λιγότερο αφρό από το σαπούνι, αλλά μπορεί να έχουν ανώτερες καθαριστικές ικανότητες. Ωστόσο, υπό ορισμένες συνθήκες, ο αφρός μπορεί να βοηθήσει στην απομάκρυνση της βρωμιάς. Για παράδειγμα, ο αφρός από το πλύσιμο των πιάτων βοηθά στην απομάκρυνση του λίπους, ενώ ο καθαρισμός των χαλιών επιτρέπει στον αφρό να απομακρύνει τη βρωμιά και τους στερεούς ρύπους. Επιπλέον, ο αφρός μπορεί να σηματοδοτήσει την αποτελεσματικότητα του απορρυπαντικού. Η υπερβολική λιπαρότητα συχνά εμποδίζει τον σχηματισμό φυσαλίδων, προκαλώντας είτε έλλειψη αφρού είτε μείωση του υπάρχοντος αφρού, υποδεικνύοντας χαμηλή αποτελεσματικότητα του απορρυπαντικού. Επιπλέον, ο αφρός μπορεί να χρησιμεύσει ως δείκτης για την καθαριότητα του ξεβγάλματος, καθώς τα επίπεδα αφρού στο νερό ξεβγάλματος συχνά μειώνονται με χαμηλότερες συγκεντρώσεις απορρυπαντικού.

09 Διαδικασία πλύσης

Σε γενικές γραμμές, το πλύσιμο είναι η διαδικασία αφαίρεσης ανεπιθύμητων συστατικών από το αντικείμενο που καθαρίζεται για την επίτευξη ενός συγκεκριμένου σκοπού. Με απλά λόγια, το πλύσιμο αναφέρεται στην αφαίρεση της βρωμιάς από την επιφάνεια του φορέα. Κατά τη διάρκεια του πλυσίματος, ορισμένες χημικές ουσίες (όπως τα απορρυπαντικά) δρουν αποδυναμώνοντας ή εξαλείφοντας την αλληλεπίδραση μεταξύ της βρωμιάς και του φορέα, μετατρέποντας τον δεσμό μεταξύ της βρωμιάς και του φορέα σε δεσμό μεταξύ βρωμιάς και απορρυπαντικού, επιτρέποντας τον διαχωρισμό τους. Δεδομένου ότι τα αντικείμενα που πρόκειται να καθαριστούν και η βρωμιά που πρέπει να αφαιρεθεί μπορεί να διαφέρουν σημαντικά, το πλύσιμο είναι μια περίπλοκη διαδικασία, η οποία μπορεί να απλοποιηθεί στην ακόλουθη σχέση:

Φορέας • Βρωμιά + Απορρυπαντικό = Φορέας + Βρωμιά • Απορρυπαντικό. Η διαδικασία πλύσης μπορεί γενικά να χωριστεί σε δύο στάδια:

1. Η βρωμιά διαχωρίζεται από τον φορέα υπό την επίδραση του απορρυπαντικού.

2. Η διαχωρισμένη βρωμιά διασκορπίζεται και αιωρείται στο μέσο. Η διαδικασία πλύσης είναι αναστρέψιμη, που σημαίνει ότι η διασκορπισμένη ή αιωρούμενη βρωμιά μπορεί ενδεχομένως να επανεγκαθίσταται στο καθαρισμένο αντικείμενο. Έτσι, τα αποτελεσματικά απορρυπαντικά όχι μόνο χρειάζονται την ικανότητα να αποσπούν τη βρωμιά από τον φορέα, αλλά και να τη διασκορπίζουν και να την αιωρούν, εμποδίζοντας την επανεγκατάστασή της.

(1) Είδη βρωμιάς

Ακόμα και ένα μόνο αντικείμενο μπορεί να συσσωρεύσει διαφορετικούς τύπους, συνθέσεις και ποσότητες βρωμιάς ανάλογα με το πλαίσιο χρήσης του. Η λιπαρή βρωμιά αποτελείται κυρίως από διάφορα ζωικά και φυτικά έλαια και ορυκτέλαια (όπως αργό πετρέλαιο, μαζούτ, λιθανθρακόπισσα κ.λπ.). Η στερεή βρωμιά περιλαμβάνει σωματιδιακή ύλη όπως αιθάλη, σκόνη, σκουριά και αιθάλη. Όσον αφορά τη βρωμιά από τα ρούχα, μπορεί να προέρχεται από ανθρώπινες εκκρίσεις όπως ιδρώτας, σμήγμα και αίμα· λεκέδες που σχετίζονται με τρόφιμα, όπως λεκέδες φρούτων ή λαδιού και καρυκεύματα· υπολείμματα από καλλυντικά όπως κραγιόν και βερνίκι νυχιών· ατμοσφαιρικούς ρύπους όπως καπνό, σκόνη και χώμα· και πρόσθετους λεκέδες όπως μελάνι, τσάι και χρώμα. Αυτή η ποικιλία βρωμιάς μπορεί γενικά να κατηγοριοποιηθεί σε στερεούς, υγρούς και ειδικούς τύπους.

① Στερεά βρωμιά: Συνηθισμένα παραδείγματα περιλαμβάνουν σωματίδια αιθάλης, λάσπης και σκόνης, τα περισσότερα από τα οποία τείνουν να έχουν φορτία - συχνά αρνητικά φορτισμένα - που προσκολλώνται εύκολα σε ινώδη υλικά. Η στερεά βρωμιά είναι γενικά λιγότερο διαλυτή στο νερό, αλλά μπορεί να διασκορπιστεί και να αιωρηθεί σε απορρυπαντικά. Η αφαίρεση σωματιδίων μικρότερων από 0,1 μm μπορεί να είναι ιδιαίτερα δύσκολη.

② Υγρή βρωμιά: Αυτές περιλαμβάνουν ελαιώδεις ουσίες που είναι διαλυτές σε έλαια, όπως ζωικά έλαια, λιπαρά οξέα, λιπαρές αλκοόλες, ορυκτέλαια και τα οξείδιά τους. Ενώ τα ζωικά και φυτικά έλαια και τα λιπαρά οξέα μπορούν να αντιδράσουν με αλκάλια για να σχηματίσουν σάπωνες, οι λιπαρές αλκοόλες και τα ορυκτέλαια δεν υφίστανται σαπωνοποίηση, αλλά μπορούν να διαλυθούν από αλκοόλες, αιθέρες και οργανικούς υδρογονάνθρακες και μπορούν να γαλακτωματοποιηθούν και να διασπαρούν από διαλύματα απορρυπαντικών. Η υγρή ελαιώδης βρωμιά συνήθως προσκολλάται σταθερά σε ινώδη υλικά λόγω ισχυρών αλληλεπιδράσεων.

③ Ειδική βρωμιά: Αυτή η κατηγορία αποτελείται από πρωτεΐνες, άμυλα, αίμα και ανθρώπινες εκκρίσεις όπως ιδρώτα και ούρα, καθώς και χυμούς φρούτων και τσαγιού. Αυτά τα υλικά συχνά συνδέονται σταθερά με τις ίνες μέσω χημικών αλληλεπιδράσεων, καθιστώντας πιο δύσκολο το πλύσιμο. Διάφοροι τύποι βρωμιάς σπάνια υπάρχουν ανεξάρτητα, μάλλον αναμειγνύονται μεταξύ τους και προσκολλώνται συλλογικά στις επιφάνειες. Συχνά, υπό εξωτερικές επιδράσεις, η βρωμιά μπορεί να οξειδωθεί, να αποσυντεθεί ή να αποσυντεθεί, παράγοντας νέες μορφές βρωμιάς.

(2) Προσκόλληση βρωμιάς

Η βρωμιά προσκολλάται σε υλικά όπως τα ρούχα και το δέρμα λόγω ορισμένων αλληλεπιδράσεων μεταξύ του αντικειμένου και της βρωμιάς. Η δύναμη συγκόλλησης μεταξύ της βρωμιάς και του αντικειμένου μπορεί να προκύψει είτε από φυσική είτε από χημική πρόσφυση.

① Φυσική πρόσφυση: Η πρόσφυση βρωμιάς όπως η αιθάλη, η σκόνη και η λάσπη συνεπάγεται σε μεγάλο βαθμό ασθενείς φυσικές αλληλεπιδράσεις. Γενικά, αυτοί οι τύποι βρωμιάς μπορούν να αφαιρεθούν σχετικά εύκολα λόγω της ασθενέστερης πρόσφυσής τους, η οποία προκύπτει κυρίως από μηχανικές ή ηλεκτροστατικές δυνάμεις.

Α: Μηχανική πρόσφυση**: Αυτό συνήθως αναφέρεται σε στερεά βρωμιά όπως σκόνη ή άμμο που προσκολλάται με μηχανικά μέσα, η οποία είναι σχετικά εύκολη στην αφαίρεση, αν και τα μικρότερα σωματίδια κάτω των 0,1 μm είναι αρκετά δύσκολο να καθαριστούν.

Β: Ηλεκτροστατική πρόσφυση**: Αυτό περιλαμβάνει φορτισμένα σωματίδια βρωμιάς που αλληλεπιδρούν με αντίθετα φορτισμένα υλικά. Συνήθως, τα ινώδη υλικά φέρουν αρνητικά φορτία, επιτρέποντάς τους να προσελκύουν θετικά φορτισμένα προσκολλητικά όπως ορισμένα άλατα. Ορισμένα αρνητικά φορτισμένα σωματίδια μπορούν να συσσωρευτούν σε αυτές τις ίνες μέσω ιοντικών γεφυρών που σχηματίζονται από θετικά ιόντα στο διάλυμα.

② Χημική Προσκόλληση: Αυτό αναφέρεται στην προσκόλληση βρωμιάς σε ένα αντικείμενο μέσω χημικών δεσμών. Για παράδειγμα, η πολική στερεά βρωμιά ή υλικά όπως η σκουριά τείνουν να προσκολλώνται σταθερά λόγω των χημικών δεσμών που σχηματίζονται με λειτουργικές ομάδες όπως καρβοξυλικές, υδροξυλικές ή αμινομάδες που υπάρχουν σε ινώδη υλικά. Αυτοί οι δεσμοί δημιουργούν ισχυρότερες αλληλεπιδράσεις, καθιστώντας πιο δύσκολη την αφαίρεση τέτοιων βρωμιών. Ειδικές επεξεργασίες μπορεί να είναι απαραίτητες για τον αποτελεσματικό καθαρισμό. Ο βαθμός προσκόλλησης της βρωμιάς εξαρτάται τόσο από τις ιδιότητες της ίδιας της βρωμιάς όσο και από εκείνες της επιφάνειας στην οποία προσκολλάται.

(3) Μηχανισμοί αφαίρεσης βρωμιάς

Στόχος του πλυσίματος είναι η απομάκρυνση της βρωμιάς. Αυτό περιλαμβάνει την αξιοποίηση των ποικίλων φυσικών και χημικών δράσεων των απορρυπαντικών για την αποδυνάμωση ή την εξάλειψη της πρόσφυσης μεταξύ της βρωμιάς και των πλυμένων αντικειμένων, με τη βοήθεια μηχανικών δυνάμεων (όπως τρίψιμο με το χέρι, ανακίνηση του πλυντηρίου ρούχων ή πρόσκρουση νερού), που τελικά οδηγεί στον διαχωρισμό της βρωμιάς.

① Μηχανισμός αφαίρεσης υγρής βρωμιάς

Α: Υγρασία: Οι περισσότερες υγρές βρωμιές είναι λιπαρές και τείνουν να βρέχουν διάφορα ινώδη αντικείμενα, σχηματίζοντας μια λιπαρή μεμβράνη πάνω στις επιφάνειές τους. Το πρώτο βήμα στο πλύσιμο είναι η δράση του απορρυπαντικού που προκαλεί διαβροχή της επιφάνειας.
Β: Μηχανισμός περιτύλιξης για την αφαίρεση λαδιού: Το δεύτερο βήμα της αφαίρεσης υγρής βρωμιάς πραγματοποιείται μέσω μιας διαδικασίας περιτύλιξης. Η υγρή βρωμιά που απλώνεται ως μεμβράνη στην επιφάνεια κυλάει προοδευτικά σε σταγονίδια λόγω της προτιμησιακής διαβροχής της ινώδους επιφάνειας από το υγρό πλύσης, και τελικά αντικαθίσταται από το υγρό πλύσης.

② Μηχανισμός αφαίρεσης στερεών ρύπων

Σε αντίθεση με την υγρή βρωμιά, η αφαίρεση της στερεάς βρωμιάς βασίζεται στην ικανότητα του υγρού πλύσης να διαβρέχει τόσο τα σωματίδια βρωμιάς όσο και την επιφάνεια του υλικού φορέα. Η προσρόφηση επιφανειοδραστικών ουσιών στις επιφάνειες της στερεάς βρωμιάς και του φορέα μειώνει τις δυνάμεις αλληλεπίδρασής τους, μειώνοντας έτσι την ισχύ πρόσφυσης των σωματιδίων βρωμιάς, καθιστώντας ευκολότερη την αφαίρεσή τους. Επιπλέον, τα επιφανειοδραστικά, ιδίως τα ιοντικά επιφανειοδραστικά, μπορούν να αυξήσουν το ηλεκτρικό δυναμικό της στερεάς βρωμιάς και του επιφανειακού υλικού, διευκολύνοντας την περαιτέρω αφαίρεση.

Τα μη ιονικά επιφανειοδραστικά τείνουν να προσροφώνται σε γενικά φορτισμένες στερεές επιφάνειες και μπορούν να σχηματίσουν ένα σημαντικό προσροφημένο στρώμα, οδηγώντας σε μειωμένη επανασυσσώρευση βρωμιάς. Ωστόσο, τα κατιονικά επιφανειοδραστικά μπορούν να μειώσουν το ηλεκτρικό δυναμικό της βρωμιάς και της επιφάνειας-φορέα, γεγονός που οδηγεί σε μειωμένη απώθηση και εμποδίζει την απομάκρυνση της βρωμιάς.

③ Αφαίρεση Ειδικών Ρύπων

Τα τυπικά απορρυπαντικά μπορεί να δυσκολεύονται με επίμονους λεκέδες από πρωτεΐνες, άμυλα, αίμα και σωματικές εκκρίσεις. Ένζυμα όπως η πρωτεάση μπορούν να αφαιρέσουν αποτελεσματικά τους λεκέδες από πρωτεΐνες διασπώντας τις πρωτεΐνες σε διαλυτά αμινοξέα ή πεπτίδια. Ομοίως, τα άμυλα μπορούν να αποσυντεθούν σε σάκχαρα από την αμυλάση. Οι λιπάσες μπορούν να βοηθήσουν στην αποσύνθεση των τριακυλογλυκερολικών ακαθαρσιών, οι οποίες συχνά είναι δύσκολο να αφαιρεθούν με συμβατικά μέσα. Οι λεκέδες από χυμούς φρούτων, τσάι ή μελάνι απαιτούν μερικές φορές οξειδωτικά ή αναγωγικά μέσα, τα οποία αντιδρούν με τις ομάδες που παράγουν χρώμα για να τα αποικοδομήσουν σε πιο υδατοδιαλυτά θραύσματα.

(4) Μηχανισμός στεγνού καθαρισμού

Τα προαναφερθέντα σημεία αφορούν κυρίως το πλύσιμο με νερό. Ωστόσο, λόγω της ποικιλομορφίας των υφασμάτων, ορισμένα υλικά μπορεί να μην ανταποκρίνονται καλά στο πλύσιμο με νερό, με αποτέλεσμα την παραμόρφωση, το ξεθώριασμα του χρώματος κ.λπ. Πολλές φυσικές ίνες διαστέλλονται όταν είναι βρεγμένες και συρρικνώνονται εύκολα, οδηγώντας σε ανεπιθύμητες δομικές αλλαγές. Έτσι, το στεγνό καθάρισμα, που συνήθως χρησιμοποιεί οργανικούς διαλύτες, προτιμάται συχνά για αυτά τα υφάσματα.

Το στεγνό καθάρισμα είναι πιο ήπιο σε σύγκριση με το υγρό πλύσιμο, καθώς ελαχιστοποιεί τη μηχανική δράση που θα μπορούσε να προκαλέσει ζημιά στα ρούχα. Για την αποτελεσματική απομάκρυνση της βρωμιάς στο στεγνό καθάρισμα, η βρωμιά κατηγοριοποιείται σε τρεις κύριους τύπους:

① Ρύποι που διαλύονται σε λάδι: Σε αυτούς περιλαμβάνονται έλαια και λίπη, τα οποία διαλύονται εύκολα σε διαλύτες στεγνού καθαρισμού.

② Υδατοδιαλυτή βρωμιά: Αυτός ο τύπος μπορεί να διαλυθεί στο νερό αλλά όχι σε διαλύτες στεγνού καθαρισμού, που περιλαμβάνουν ανόργανα άλατα, άμυλα και πρωτεΐνες, τα οποία μπορεί να κρυσταλλωθούν μόλις εξατμιστεί το νερό.

③ Βρωμιά που δεν είναι ούτε διαλυτή σε λάδι ούτε στο νερό: Αυτό περιλαμβάνει ουσίες όπως η αιθάλη και τα μεταλλικά πυριτικά άλατα που δεν διαλύονται σε κανένα από τα δύο μέσα.

Κάθε τύπος βρωμιάς απαιτεί διαφορετικές στρατηγικές για την αποτελεσματική απομάκρυνσή του κατά τη διάρκεια του στεγνού καθαρισμού. Η βρωμιά που διαλύεται στο λάδι απομακρύνεται μεθοδολογικά χρησιμοποιώντας οργανικούς διαλύτες λόγω της εξαιρετικής διαλυτότητάς τους σε μη πολικούς διαλύτες. Για τους υδατοδιαλυτούς λεκέδες, πρέπει να υπάρχει επαρκής ποσότητα νερού στο προϊόν στεγνού καθαρισμού, καθώς το νερό είναι ζωτικής σημασίας για την αποτελεσματική απομάκρυνση της βρωμιάς. Δυστυχώς, επειδή το νερό έχει ελάχιστη διαλυτότητα στα προϊόντα στεγνού καθαρισμού, συχνά προστίθενται επιφανειοδραστικές ουσίες για να βοηθήσουν στην ενσωμάτωση του νερού.

Τα επιφανειοδραστικά ενισχύουν την ικανότητα του καθαριστικού να απορροφά νερό και βοηθούν στη διασφάλιση της διαλυτοποίησης των υδατοδιαλυτών ακαθαρσιών μέσα στα μικκύλια. Επιπλέον, τα επιφανειοδραστικά μπορούν να εμποδίσουν τη βρωμιά να σχηματίσει νέες εναποθέσεις μετά το πλύσιμο, ενισχύοντας την αποτελεσματικότητα του καθαρισμού. Μια μικρή προσθήκη νερού είναι απαραίτητη για την απομάκρυνση αυτών των ακαθαρσιών, αλλά οι υπερβολικές ποσότητες μπορούν να οδηγήσουν σε παραμόρφωση του υφάσματος, με αποτέλεσμα να απαιτείται ισορροπημένη περιεκτικότητα σε νερό στα διαλύματα στεγνού καθαρισμού.

(5) Παράγοντες που επηρεάζουν τη δράση πλύσης

Η προσρόφηση επιφανειοδραστικών ουσιών στις διεπιφάνειες και η επακόλουθη μείωση της τάσης της διεπιφάνειας είναι ζωτικής σημασίας για την απομάκρυνση υγρών ή στερεών ρύπων. Ωστόσο, το πλύσιμο είναι εγγενώς πολύπλοκο, επηρεαζόμενο από πολλούς παράγοντες ακόμη και σε παρόμοιους τύπους απορρυπαντικών. Αυτοί οι παράγοντες περιλαμβάνουν τη συγκέντρωση του απορρυπαντικού, τη θερμοκρασία, τις ιδιότητες των ρύπων, τους τύπους ινών και τη δομή του υφάσματος.

① Συγκέντρωση επιφανειοδραστικών ουσιών: Τα μικκύλια που σχηματίζονται από τις επιφανειοδραστικές ουσίες παίζουν καθοριστικό ρόλο στο πλύσιμο. Η αποτελεσματικότητα του πλυσίματος αυξάνεται δραματικά όταν η συγκέντρωση υπερβεί την κρίσιμη συγκέντρωση μικκυλίων (CMC), επομένως τα απορρυπαντικά θα πρέπει να χρησιμοποιούνται σε συγκεντρώσεις υψηλότερες από την CMC για αποτελεσματικό πλύσιμο. Ωστόσο, οι συγκεντρώσεις απορρυπαντικού πάνω από την CMC αποφέρουν μειωμένα οφέλη, καθιστώντας την υπερβολική συγκέντρωση περιττή.

② Επίδραση της θερμοκρασίας: Η θερμοκρασία έχει βαθιά επίδραση στην αποτελεσματικότητα του καθαρισμού. Γενικά, οι υψηλότερες θερμοκρασίες διευκολύνουν την απομάκρυνση της βρωμιάς. Ωστόσο, η υπερβολική θερμότητα μπορεί να έχει αρνητικές επιπτώσεις. Η αύξηση της θερμοκρασίας τείνει να βοηθά στη διασπορά της βρωμιάς και μπορεί επίσης να προκαλέσει την ευκολότερη γαλακτωματοποίηση της λιπαρής βρωμιάς. Ωστόσο, σε υφάσματα με σφιχτή ύφανση, η αυξημένη θερμοκρασία που προκαλεί διόγκωση των ινών μπορεί ακούσια να μειώσει την αποτελεσματικότητα της απομάκρυνσης.

Οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας επηρεάζουν επίσης τη διαλυτότητα των επιφανειοδραστικών ουσιών, την CMC και τον αριθμό των μικκυλίων, επηρεάζοντας έτσι την αποτελεσματικότητα του καθαρισμού. Για πολλά επιφανειοδραστικά μακράς αλυσίδας, οι χαμηλότερες θερμοκρασίες μειώνουν τη διαλυτότητα, μερικές φορές κάτω από τη δική τους CMC. Επομένως, η κατάλληλη θέρμανση μπορεί να είναι απαραίτητη για βέλτιστη λειτουργία. Οι επιπτώσεις της θερμοκρασίας στην CMC και τα μικκύλια διαφέρουν για τα ιοντικά έναντι των μη ιονικών επιφανειοδραστικών ουσιών: η αύξηση της θερμοκρασίας συνήθως αυξάνει την CMC των ιοντικών επιφανειοδραστικών ουσιών, απαιτώντας έτσι προσαρμογές της συγκέντρωσης.

③ Αφρός: Υπάρχει μια κοινή παρανόηση που συνδέει την ικανότητα αφρισμού με την αποτελεσματικότητα του πλυσίματος—περισσότερος αφρός δεν ισοδυναμεί με ανώτερο πλύσιμο. Εμπειρικά στοιχεία υποδηλώνουν ότι τα απορρυπαντικά χαμηλού αφρισμού μπορούν να είναι εξίσου αποτελεσματικά. Ωστόσο, ο αφρός μπορεί να βοηθήσει στην απομάκρυνση της βρωμιάς σε ορισμένες εφαρμογές, όπως στο πλύσιμο πιάτων, όπου ο αφρός βοηθά στην απομάκρυνση του λίπους ή στον καθαρισμό χαλιών, όπου απομακρύνει τη βρωμιά. Επιπλέον, η παρουσία αφρού μπορεί να υποδεικνύει εάν τα απορρυπαντικά λειτουργούν. Η περίσσεια λίπους μπορεί να αναστείλει τον σχηματισμό αφρού, ενώ η μείωση του αφρού υποδηλώνει μειωμένη συγκέντρωση απορρυπαντικού.

④ Τύπος ινών και ιδιότητες υφάσματος: Πέρα από τη χημική δομή, η εμφάνιση και η οργάνωση των ινών επηρεάζουν την προσκόλληση και τη δυσκολία απομάκρυνσης της βρωμιάς. Οι ίνες με τραχιά ή επίπεδη δομή, όπως το μαλλί ή το βαμβάκι, τείνουν να παγιδεύουν τη βρωμιά πιο εύκολα από τις λείες ίνες. Τα υφάσματα με πυκνή ύφανση μπορεί αρχικά να αντιστέκονται στη συσσώρευση βρωμιάς, αλλά μπορούν να εμποδίσουν το αποτελεσματικό πλύσιμο λόγω περιορισμένης πρόσβασης στην παγιδευμένη βρωμιά.

⑤ Σκληρότητα Νερού: Οι συγκεντρώσεις Ca²⁺, Mg²⁺ και άλλων μεταλλικών ιόντων επηρεάζουν σημαντικά τα αποτελέσματα πλύσης, ιδιαίτερα για τις ανιονικές επιφανειοδραστικές ουσίες, οι οποίες μπορούν να σχηματίσουν αδιάλυτα άλατα που μειώνουν την αποτελεσματικότητα του καθαρισμού. Σε σκληρό νερό, ακόμη και με επαρκή συγκέντρωση επιφανειοδραστικής ουσίας, η αποτελεσματικότητα του καθαρισμού υπολείπεται σε σύγκριση με το απεσταγμένο νερό. Για βέλτιστη απόδοση επιφανειοδραστικής ουσίας, η συγκέντρωση Ca²⁺ πρέπει να ελαχιστοποιηθεί κάτω από 1×10⁻6 mol/L (CaCO₃ κάτω από 0,1 mg/L), γεγονός που συχνά καθιστά απαραίτητη την συμπερίληψη μαλακτικών νερού στις συνθέσεις απορρυπαντικών.