1. Павярхоўнае нацяжэнне
Сіла сціскання на адзінку даўжыні паверхні вадкасці называецца павярхоўным нацяжэннем і вымяраецца ў Н•м-1.
2. Павярхоўная актыўнасць і павярхоўна-актыўныя рэчывы
Уласцівасць, якая можа зніжаць павярхоўнае нацяжэнне растваральнікаў, называецца павярхоўнай актыўнасцю, а рэчывы з павярхоўнай актыўнасцю — павярхоўна-актыўнымі рэчывамі.
Павярхоўна-актыўныя рэчывы — гэта павярхоўна-актыўныя рэчывы, якія могуць утвараць міцэлы і іншыя агрэгаты ў водных растворах, валодаюць высокай павярхоўнай актыўнасцю, а таксама выконваюць змочвальныя, эмульгуючыя, пенаўтваральныя, мыйныя і іншыя функцыі.
3. Малекулярна-структурныя характарыстыкі павярхоўна-актыўных рэчываў
Павярхоўна-актыўныя рэчывы — гэта арганічныя злучэнні са спецыяльнай структурай і ўласцівасцямі, якія могуць істотна змяняць міжфазнае нацяжэнне паміж двума фазамі або павярхоўнае нацяжэнне вадкасцей (звычайна вады), і валодаюць такімі ўласцівасцямі, як змочванне, пенаўтварэнне, эмульгаванне і прамыванне.
Структурна кажучы, павярхоўна-актыўныя рэчывы маюць агульную характарыстыку ў тым, што ў іх малекулах ёсць дзве розныя функцыянальныя групы. Адзін канец - гэта доўгаланцуговая непалярная група, якая растваральная ў алеі, але нерастваральная ў вадзе, вядомая як гідрафобная група або гідрафобная група. Гэтыя гідрафобныя групы звычайна ўяўляюць сабой доўгаланцуговыя вуглевадароды, часам таксама арганічны фтор, арганакрэмній, арганафосфар, арганаволава і г.д. Другі канец - гэта водарастваральная функцыянальная група, а менавіта гідрафільная група або гідрафільная група. Гідрафільная група павінна мець дастатковую гідрафільнасць, каб забяспечыць растварэнне ўсяго павярхоўна-актыўнага рэчыва ў вадзе і неабходную растваральнасць. Дзякуючы наяўнасці гідрафільных і гідрафобных груп у павярхоўна-актыўных рэчывах, яны могуць растварацца хаця б у адной фазе вадкай фазы. Гідрафільныя і алеафільныя ўласцівасці павярхоўна-актыўных рэчываў называюцца амфіфільнасцю.
4. Тыпы павярхоўна-актыўных рэчываў
Павярхоўна-актыўныя рэчывы — гэта амфіфільныя малекулы, якія маюць як гідрафобныя, так і гідрафільныя групы. Гідрафобныя групы павярхоўна-актыўных рэчываў звычайна складаюцца з доўгаланцуговых вуглевадародаў, такіх як прамы алкіл C8-C20, разгалінаваны алкіл C8-C20, алкілфеніл (з 8-16 атамамі вугляроду алкілу) і г.д. Розніца паміж гідрафобнымі групамі ў асноўным заключаецца ў структурных зменах вуглярод-вадародных ланцугоў, прычым адрозненні адносна невялікія, у той час як існуе больш тыпаў гідрафільных груп. Такім чынам, уласцівасці павярхоўна-актыўных рэчываў у асноўным звязаны з гідрафільнымі групамі, а таксама з памерам і формай гідрафобных груп. Структурныя змены гідрафільных груп большыя, чым у гідрафобных груп, таму класіфікацыя павярхоўна-актыўных рэчываў звычайна заснавана на структуры гідрафільных груп. Гэтая класіфікацыя ў асноўным заснавана на тым, ці з'яўляюцца гідрафільныя групы іённымі, і падзяляецца на аніённыя, катыённыя, неіённыя, цвітэрыённыя і іншыя спецыяльныя тыпы павярхоўна-актыўных рэчываў.
5. Характарыстыкі воднага раствора павярхоўна-актыўнага рэчыва
① Адсорбцыя павярхоўна-актыўных рэчываў на мяжах падзелу фаз
Малекулы павярхоўна-актыўных рэчываў маюць ліпафільныя і гідрафільныя групы, што робіць іх амфіфільнымі малекуламі. Вада — гэта моцна палярная вадкасць. Калі павярхоўна-актыўныя рэчывы раствараюцца ў вадзе, згодна з прынцыпам падабенства палярнасці і адштурхвання рознасці палярнасці, іх гідрафільныя групы прыцягваюцца да воднай фазы і раствараюцца ў вадзе, у той час як іх ліпафільныя групы адштурхоўваюць ваду і пакідаюць ваду. У выніку малекулы (або іоны) павярхоўна-актыўных рэчываў адсарбуюцца на мяжы паміж дзвюма фазамі, зніжаючы міжфазнае нацяжэнне паміж імі. Чым больш малекул (або іёнаў) павярхоўна-актыўных рэчываў адсарбуецца на мяжы, тым большае зніжэнне міжфазнага нацяжэння.
② Некаторыя ўласцівасці адсарбцыйнай мембраны
Павярхоўны ціск адсарбцыйнай мембраны: павярхоўна-актыўныя рэчывы адсарбуюцца на мяжы газ-вадкасць, утвараючы адсарбцыйную мембрану. Калі на мяжу размясціць рухомую плаваючую пласціну без трэння, і плаваючая пласціна штурхае адсарбцыйную мембрану ўздоўж паверхні раствора, мембрана аказвае ціск на плаваючую пласціну, які называецца павярхоўным ціскам.
Павярхоўная глейкасць: як і павярхоўны ціск, павярхоўная глейкасць — гэта ўласцівасць нерастваральных малекулярных плёнак. Падвесьце плацінавае кольца на тонкім металічным дроце, прымусіце яго плоскасць дакрануцца да паверхні вады ракавіны, павярніце плацінавае кольца, плацінавае кольца будзе стрымлівацца глейкасцю вады, і амплітуда паступова памяншаецца, згодна з гэтым можна вымераць павярхоўную глейкасць. Метад наступны: спачатку правядзіце эксперыменты на чыстай паверхні вады, вымерайце амплітуднае згасанне, затым вымерайце згасанне пасля ўтварэння павярхоўнай маскі для твару і разлічыце глейкасць павярхоўнай маскі для твару па розніцы паміж імі.
Павярхоўная глейкасць цесна звязана з цвёрдасцю паверхні маскі для твару. Паколькі адсарбцыйная плёнка мае павярхоўны ціск і глейкасць, яна павінна быць эластычнай. Чым вышэйшы павярхоўны ціск і глейкасць адсарбцыйнай мембраны, тым большы яе модуль пругкасці. Модуль пругкасці павярхоўнай адсарбцыйнай плёнкі мае вялікае значэнне ў працэсе стабілізацыі пены.
③ Утварэнне міцэл
Разведзены раствор павярхоўна-актыўных рэчываў падпарадкоўваецца законам ідэальных раствораў. Колькасць адсарбаваных павярхоўна-актыўных рэчываў на паверхні раствора павялічваецца з канцэнтрацыяй раствора. Калі канцэнтрацыя дасягае або перавышае пэўнае значэнне, колькасць адсарбаваных рэчываў больш не павялічваецца. Гэтыя лішнія малекулы павярхоўна-актыўных рэчываў у растворы неўпарадкаваныя або існуюць у рэгулярным парадку. Як практыка, так і тэорыя паказалі, што яны ўтвараюць агрэгаты ў растворы, якія называюцца міцэламі.
Крытычная канцэнтрацыя міцэл: мінімальная канцэнтрацыя, пры якой павярхоўна-актыўныя рэчывы ўтвараюць міцэлы ў растворы, называецца крытычнай канцэнтрацыяй міцэл.
④ Значэнне КМЦ звычайнага павярхоўна-актыўнага рэчыва.
6. Гідрафільнае і алеафільнае раўнаважнае значэнне
HLB расшыфроўваецца як гідрафільны ліпафільны баланс, які адлюстроўвае гідрафільныя і ліпафільныя раўнавагі гідрафільных і ліпафільных груп павярхоўна-актыўнага рэчыва, г.зн. значэнне HLB павярхоўна-актыўнага рэчыва. Высокае значэнне HLB сведчыць аб моцнай гідрафільнасці і слабай ліпафільнасці малекулы; наадварот, яно мае моцную ліпафільнасць і слабую гідрафільнасць.
① Палажэнні аб значэнні HLB
Значэнне HLB з'яўляецца адносным значэннем, таму пры вызначэнні значэння HLB у якасці стандарту значэнне HLB парафіна без гідрафільных уласцівасцей усталёўваецца роўным 0, а значэнне HLB дадэцылсульфату натрыю з высокай растваральнасцю ў вадзе — роўным 40. Такім чынам, значэнне HLB павярхоўна-актыўных рэчываў звычайна знаходзіцца ў дыяпазоне 1-40. У цэлым, эмульгатары са значэннямі HLB менш за 10 з'яўляюцца ліпафільнымі, а эмульгатары са значэннямі HLB больш за 10 — гідрафільнымі. Такім чынам, пераходны момант ад ліпафільнасці да гідрафільнасці складае прыблізна 10.
7. Эфекты эмульгавання і растварэння
Дзве незмешвальныя вадкасці, адна з якіх утворана шляхам дыспергавання часціц (кропель або вадкіх крышталяў) у другой, называюцца эмульсіямі. Пры ўтварэнні эмульсіі плошча міжфазнай паверхні паміж двума вадкасцямі павялічваецца, што робіць сістэму тэрмадынамічна няўстойлівай. Для стабілізацыі эмульсіі неабходна дадаць трэці кампанент — эмульгатар — каб знізіць энергію міжфазнай паверхні сістэмы. Эмульгатары адносяцца да павярхоўна-актыўных рэчываў, і іх асноўная функцыя — дзейнічаць як эмульгатары. Фаза, у якой існуюць кроплі ў эмульсіі, называецца дысперснай фазай (або ўнутранай фазай, перарывістай фазай), а іншая фаза, злучаная разам, называецца дысперсным асяроддзем (або знешняй фазай, бесперапыннай фазай).
① Эмульгатары і эмульсіі
Звычайныя эмульсіі складаюцца з адной фазы вады або воднага раствора, а другой фазы — з арганічных злучэнняў, якія не змешваюцца з вадой, такіх як алеі, воскі і г.д. Эмульсіі, утвораныя вадой і алеем, можна падзяліць на два тыпы ў залежнасці ад іх дысперсіі: алей, дыспергаваны ў вадзе, утварае эмульсію «вада ў алеі», якая прадстаўлена як O/W (алей/вада); вада, дыспергаваная ў алеі, утварае эмульсію «вада ў алеі», якая прадстаўлена як W/O (вада/алей). Акрамя таго, могуць утварацца складаныя эмульсіі «вада ў алеі ў вадзе W/O/W» і «алей у вадзе ў алеі O/W/O».
Эмульгатар стабілізуе эмульсію, зніжаючы павярхоўнае нацяжэнне і ўтвараючы монаслаёвую маску для твару.
Патрабаванні да эмульгатараў пры эмульгаванні: а: эмульгатары павінны мець магчымасць адсарбавацца або ўзбагачаць на мяжы паміж дзвюма фазамі, зніжаючы міжфазнае нацяжэнне; б: эмульгатары павінны надаваць часціцам электрычны зарад, выклікаючы электрастатычнае адштурхванне паміж часціцамі або ўтвараючы стабільную, высокавязкую ахоўную плёнку вакол часціц. Такім чынам, рэчывы, якія выкарыстоўваюцца ў якасці эмульгатараў, павінны мець амфіфільныя групы, каб мець эмульгуючы эфект, і павярхоўна-актыўныя рэчывы могуць задаволіць гэтае патрабаванне.
② Спосабы падрыхтоўкі эмульсій і фактары, якія ўплываюць на стабільнасць эмульсіі
Існуе два спосабы падрыхтоўкі эмульсій: адзін - выкарыстанне механічных метадаў для дыспергавання вадкасці на дробныя часціцы ў іншай вадкасці, што звычайна выкарыстоўваецца ў прамысловасці для падрыхтоўкі эмульсій; іншы спосаб - растварэнне вадкасці ў малекулярным стане ў іншай вадкасці, а затым даванне ёй магчымасці агрэгавацца для ўтварэння эмульсіі.
Стабільнасць эмульсій адносіцца да іх здольнасці супраціўляцца агрэгацыі часціц і выклікаць фазавае падзеленне. Эмульсіі - гэта тэрмадынамічна няўстойлівыя сістэмы са значнай свабоднай энергіяй. Такім чынам, стабільнасць эмульсіі насамрэч адносіцца да часу, неабходнага для дасягнення сістэмай раўнавагі, гэта значыць часу, неабходнага для падзелу вадкасці ў сістэме.
Калі ў масцы для твару прысутнічаюць палярныя арганічныя малекулы, такія як тлусты спірт, тлустая кіслата і тлусты амін, трываласць мембраны значна павялічваецца. Гэта адбываецца таму, што малекулы эмульгатара ў міжфазным адсарбцыйным пласце ўзаемадзейнічаюць з палярнымі малекуламі, такімі як спірт, кіслата і амін, утвараючы «комплекс», што павялічвае трываласць міжфазнай маскі для твару.
Эмульгатары, якія складаюцца з двух або больш павярхоўна-актыўных рэчываў, называюцца змешанымі эмульгатарамі. Змешаныя эмульгатары адсарбуюцца на мяжы паміж вадой і алеем, і міжмалекулярныя ўзаемадзеянні могуць утвараць комплексы. Дзякуючы моцнаму міжмалекулярнаму ўзаемадзеянню, міжфазнае нацяжэнне значна зніжаецца, колькасць эмульгатара, адсарбаванага на мяжы, значна павялічваецца, а шчыльнасць і трываласць утворанай міжфазнай маскі для твару павялічваюцца.
Зарад кропель аказвае значны ўплыў на стабільнасць эмульсій. Стабільныя эмульсіі звычайна маюць кроплі з электрычным зарадам. Пры выкарыстанні іённых эмульгатараў іоны эмульгатара, адсарбаваныя на мяжы падзелу, уводзяць свае ліпафільныя групы ў алейную фазу, у той час як гідрафільныя групы знаходзяцца ў воднай фазе, тым самым робячы кроплі зараджанымі. З-за таго, што кроплі эмульсіі нясуць аднолькавы зарад, яны адштурхоўваюцца адна ад адной і не так лёгка агламеруюцца, што прыводзіць да павышэння стабільнасці. Можна заўважыць, што чым больш іонаў эмульгатара адсарбуецца на кроплях, тым большы іх зарад і тым большая іх здольнасць прадухіляць зліццё кропель, што робіць эмульсійную сістэму больш стабільнай.
Глейкасць дысперсійнага асяроддзя эмульсіі аказвае пэўны ўплыў на стабільнасць эмульсіі. Як правіла, чым вышэйшая глейкасць дысперсійнага асяроддзя, тым вышэйшая стабільнасць эмульсіі. Гэта звязана з тым, што высокая глейкасць дысперсійнага асяроддзя моцна перашкаджае броўнаўскаму руху кропель вадкасці, запавольвае сутыкненне паміж кроплямі і падтрымлівае стабільнасць сістэмы. Палімерныя рэчывы, якія звычайна растваральныя ў эмульсіях, могуць павялічваць глейкасць сістэмы і павышаць стабільнасць эмульсіі. Акрамя таго, палімер можа таксама ўтвараць цвёрдую міжфазную маску, што робіць эмульсійную сістэму больш стабільнай.
У некаторых выпадках даданне цвёрдага парашка таксама можа стабілізаваць эмульсію. Цвёрды парашок не знаходзіцца ў вадзе, алеі або на мяжы падзелу фаз у залежнасці ад змочвальнай здольнасці алею і вады на цвёрдым парашку. Калі цвёрды парашок не цалкам змочаны вадой і можа быць змочаны алеем, ён будзе заставацца на мяжы падзелу вады і алею.
Прычына, па якой цвёрды парашок не стабілізуе эмульсію, заключаецца ў тым, што парашок, які збіраецца на мяжы падзелу фаз, не ўмацоўвае міжфазную маску для твару, якая падобная да малекул эмульгатара на мяжы падзелу фаз. Такім чынам, чым бліжэй часціцы цвёрдага парашка размешчаны на мяжы падзелу фаз, тым больш стабільнай будзе эмульсія.
Павярхоўна-актыўныя рэчывы маюць здольнасць значна павялічваць растваральнасць арганічных злучэнняў, якія нерастваральныя або маларастваральныя ў вадзе, пасля ўтварэння міцэл у водным растворы, і раствор у гэты час празрысты. Гэты эфект міцэл называецца солюбілізацыяй. Павярхоўна-актыўныя рэчывы, якія могуць аказваць солюбілізуючы эфект, называюцца солюбілізатарамі, а арганічныя злучэнні, якія солюбілізуюцца, называюцца солюбілізаванымі злучэннямі.
8. Пена
Пена адыгрывае важную ролю ў працэсе мыцця. Пена адносіцца да дысперсійнай сістэмы, у якой газ дыспергаваны ў вадкасці або цвёрдым рэчыве. Газ з'яўляецца дысперсійнай фазай, а вадкасць або цвёрдае рэчыва - дысперсійным асяроддзем. Першая называецца вадкай пенай, а другая - цвёрдай пенай, напрыклад, пенапласт, пенашкло, пенацэмент і г.д.
(1) Утварэнне пены
Пена тут адносіцца да агрэгацыі бурбалак, падзеленых вадкай плёнкай. З-за вялікай розніцы ў шчыльнасці паміж дысперснай фазай (газам) і дысперсным асяроддзем (вадкасцю), а таксама нізкай глейкасці вадкасці, пена заўсёды можа хутка падняцца да ўзроўню вадкасці.
Працэс утварэння пены заключаецца ў тым, каб у вадкасць увесці вялікую колькасць газу, і бурбалкі ў вадкасці хутка вяртаюцца на паверхню вадкасці, утвараючы агрэгат бурбалак, падзеленых невялікай колькасцю вадкасці і газу.
Пена мае дзве выдатныя марфалагічна-этычныя характарыстыкі: па-першае, бурбалкі як дысперсная фаза часта маюць шматгранную форму, бо ў месцах іх перасячэння плёнка вадкасці мае тэндэнцыю станавіцца танчэйшай, што робіць бурбалкі шматграннымі. Калі плёнка вадкасці становіцца танчэйшай да пэўнай ступені, бурбалкі ламаюцца; па-другое, чыстая вадкасць не можа ўтвараць стабільную пену, але вадкасць, якая можа ўтвараць пену, складаецца як мінімум з двух або больш кампанентаў. Водны раствор павярхоўна-актыўнага рэчыва — гэта тыповая сістэма, якая лёгка ўтварае пену, і яго здольнасць утвараць пену таксама звязана з іншымі ўласцівасцямі.
Павярхоўна-актыўныя рэчывы з добрай пенаўтваральнай здольнасцю называюцца пенаўтваральнікамі. Нягледзячы на тое, што пенаўтваральнік мае добрую пенаўтваральную здольнасць, утвораная пена можа не захоўвацца доўга, гэта значыць яе стабільнасць можа быць нізкай. Для падтрымання стабільнасці пены ў пенаўтваральнік часта дадаюць рэчыва, якое можа павялічыць стабільнасць пены, якое называецца стабілізатарам пены. Найбольш часта выкарыстоўванымі стабілізатарамі пены з'яўляюцца лаўроілдыэтаналамін і дадэцылдыметыламінаксід.
(2) Стабільнасць пены
Пена — гэта тэрмадынамічна няўстойлівая сістэма, і канчатковая тэндэнцыя заключаецца ў тым, што агульная плошча паверхні вадкасці ў сістэме памяншаецца, а свабодная энергія памяншаецца пасля разрыву бурбалак. Працэс пенаўтварэння — гэта працэс, пры якім плёнка вадкасці, якая аддзяляе газ, змяняе таўшчыню, пакуль не разарвецца. Такім чынам, стабільнасць пены ў асноўным вызначаецца хуткасцю выцякання вадкасці і трываласцю плёнкі вадкасці. Існуе некалькі іншых фактараў, якія ўплываюць.
① Павярхоўнае нацяжэнне
З энергетычнага пункту гледжання нізкае павярхоўнае нацяжэнне больш спрыяльнае для ўтварэння пены, але яно не можа гарантаваць яе стабільнасць. Нізкае павярхоўнае нацяжэнне, нізкі перапад ціску, павольная хуткасць выцякання вадкасці і павольнае разрэджванне вадкай плёнкі спрыяюць стабільнасці пены.
② Павярхоўная глейкасць
Ключавым фактарам, які вызначае стабільнасць пены, з'яўляецца трываласць вадкаснай плёнкі, якая ў асноўным вызначаецца цвёрдасцю паверхневай адсарбцыйнай плёнкі, вымеранай павярхоўнай глейкасцю. Эксперыменты паказваюць, што пена, атрыманая з раствора з больш высокай павярхоўнай глейкасцю, мае больш працяглы тэрмін службы. Гэта звязана з тым, што ўзаемадзеянне паміж адсарбаванымі малекуламі на паверхні прыводзіць да павелічэння трываласці мембраны, тым самым паляпшаючы тэрмін службы пены.
③ Вязкасць раствора
Калі глейкасць самой вадкасці павялічваецца, вадкасць у вадкай плёнцы не так лёгка выводзіцца, і хуткасць памяншэння таўшчыні вадкай плёнкі павольная, што запавольвае час разрыву вадкай плёнкі і павялічвае стабільнасць пены.
④ «Аднаўляльны» эфект павярхоўнага нацяжэння
Павярхоўна-актыўныя рэчывы, адсарбаваныя на паверхні вадкай плёнкі, валодаюць здольнасцю супраціўляцца пашырэнню або сцісканню паверхні вадкай плёнкі, што мы называем эфектам аднаўлення. Гэта адбываецца таму, што на паверхні адсарбавана вадкая плёнка павярхоўна-актыўных рэчываў, і пашырэнне яе плошчы паверхні прывядзе да зніжэння канцэнтрацыі малекул, адсарбаваных на паверхні, і павелічэння павярхоўнага нацяжэння. Далейшае пашырэнне паверхні запатрабуе большых намаганняў. І наадварот, сцісканне плошчы паверхні прывядзе да павелічэння канцэнтрацыі малекул, адсарбаваных на паверхні, што прывядзе да зніжэння павярхоўнага нацяжэння і перашкаджання далейшаму сцісканню.
⑤ Дыфузія газу праз плёнку вадкасці
З-за існавання капілярнага ціску ціск дробных бурбалак у пене вышэйшы, чым ціск буйных бурбалак, што прыводзіць да дыфузіі газу ў дробных бурбалках праз плёнку вадкасці ў буйныя бурбалкі нізкага ціску. У выніку дробныя бурбалкі памяншаюцца, буйныя павялічваюцца, і ў рэшце рэшт пена разбураецца. Калі дадаць павярхоўна-актыўнае рэчыва, пена будзе аднастайнай і шчыльнай пры ўтварэнні пены, і яе будзе цяжка выдаляць з пены. Паколькі павярхоўна-актыўнае рэчыва шчыльна размяшчаецца на плёнцы вадкасці, яно абцяжарвае вентыляцыю, што робіць пену больш стабільнай.
⑥ Уплыў павярхоўнага зарада
Калі вадкая плёнка пены зараджаецца аднолькавым сімвалам, дзве паверхні вадкай плёнкі будуць адштурхоўвацца адна ад адной, прадухіляючы яе разрэджванне або нават разбурэнне. Іённыя павярхоўна-актыўныя рэчывы могуць забяспечыць гэты стабілізуючы эфект.
У заключэнне, трываласць вадкай плёнкі з'яўляецца ключавым фактарам, які вызначае стабільнасць пены. Як павярхоўна-актыўнае рэчыва для пенаўтваральнікаў і стабілізатараў пены, шчыльнасць і цвёрдасць паверхнева адсарбаваных малекул з'яўляюцца найбольш важнымі фактарамі. Калі ўзаемадзеянне паміж адсарбаванымі малекуламі на паверхні моцнае, адсарбаваныя малекулы шчыльна размяшчаюцца, што не толькі надае самой паверхні маскі для твару высокую трываласць, але і ўскладняе цякучасць раствора, прылеглага да паверхні маскі, з-за высокай паверхневай глейкасці, таму вадкай плёнцы адносна цяжка сцякаць, і таўшчыню вадкай плёнкі лёгка падтрымліваць. Акрамя таго, шчыльна размешчаныя паверхневыя малекулы таксама могуць зніжаць пранікальнасць малекул газу і тым самым павялічваць стабільнасць пены.
(3) Разбурэнне пены
Асноўны прынцып разбурэння пены заключаецца ў змене ўмоў утварэння пены або ліквідацыі фактараў стабільнасці пены, таму існуе два метады пенаўтварэння: фізічны і хімічны.
Фізічнае выдаленне пены — гэта змяненне ўмоў утварэння пены пры захаванні нязменнага хімічнага складу раствора пены. Напрыклад, знешнія ўздзеянні сілы, змяненне тэмпературы або ціску і ультрагукавая апрацоўка — усё гэта эфектыўныя фізічныя метады выдалення пены.
Метад хімічнага пенаўтварэння заключаецца ў даданні некаторых рэчываў, якія ўзаемадзейнічаюць з пенаўтваральнікам, зніжаюць трываласць вадкай плёнкі ў пене, а затым зніжаюць стабільнасць пены для дасягнення мэты пенаўтварэння. Такія рэчывы называюцца пенаўтваральнікамі. Большасць пенаўтваральнікаў з'яўляюцца павярхоўна-актыўнымі рэчывамі. Такім чынам, у адпаведнасці з механізмам пенаўтварэння, пенаўтваральнікі павінны мець моцную здольнасць зніжаць павярхоўнае нацяжэнне, лёгка адсарбуюцца на паверхні і мець слабае ўзаемадзеянне паміж малекуламі, якія адсарбуюцца на паверхні, што прыводзіць да адносна свабоднай структуры размяшчэння адсарбаваных малекул.
Існуюць розныя тыпы пенагаснікаў, але ў асноўным гэта неіённыя павярхоўна-актыўныя рэчывы. Неіённыя павярхоўна-актыўныя рэчывы валодаюць супрацьпеннымі ўласцівасцямі паблізу або вышэй за тэмпературу памутнення і звычайна выкарыстоўваюцца ў якасці пенагаснікаў. Спірты, асабліва тыя, што маюць разгалінаваную структуру, тоўстыя кіслоты і складаныя эфіры, поліаміды, фасфаты, сіліконавыя алеі і г.д. таксама часта выкарыстоўваюцца ў якасці выдатных пенагаснікаў.
(4) Пена і мыццё
Няма прамой сувязі паміж пенай і мыйным эфектам, і колькасць пены не азначае, што мыйны эфект добры ці дрэнны. Напрыклад, неіённыя павярхоўна-актыўныя рэчывы значна саступаюць мылу па пенаўтваральнай здольнасці, але іх ачышчальная здольнасць значна лепшая.
У некаторых выпадках пена дапамагае выдаліць бруд. Напрыклад, пры мыцці посуду дома пена мыйнага сродку можа выдаліць кроплі алею, якія змыліся; пры чыстцы дываноў пена дапамагае выдаліць цвёрды бруд, такі як пыл і парашок. Акрамя таго, пена часам можа выкарыстоўвацца як паказчык эфектыўнасці мыйнага сродку, бо тлустыя алейныя плямы могуць перашкаджаць пенаўтварэнню мыйнага сродку. Калі алейных плям занадта шмат, а мыйнага сродку занадта мала, пены не будзе, альбо першапачатковая пена знікне. Часам пена таксама можа выкарыстоўвацца як паказчык чысціні пасля паласкання. Паколькі колькасць пены ў растворы для паласкання мае тэндэнцыю памяншацца са зніжэннем утрымання мыйнага сродку, ступень паласкання можна ацаніць па колькасці пены.
9. Працэс мыцця
У шырокім сэнсе, мыццё — гэта працэс выдалення непажаданых кампанентаў з прадмета, які мыецца, і дасягнення пэўнай мэты. Мыццё ў звычайным сэнсе адносіцца да працэсу выдалення бруду з паверхні носьбіта. Падчас мыцця ўзаемадзеянне паміж брудам і носьбітам аслабляецца або ліквідуецца пад дзеяннем некаторых хімічных рэчываў (напрыклад, мыйных сродкаў), ператвараючы камбінацыю бруду і носьбіта ў камбінацыю бруду і мыйнага сродку, што ў канчатковым выніку прыводзіць да аддзялення бруду ад носьбіта. Паколькі прадметы, якія мыюцца, і бруд, які трэба выдаліць, разнастайныя, мыццё — гэта вельмі складаны працэс, і асноўны працэс мыцця можна прадставіць наступным простым суадносінамі.
Носьбіт • Бруд + Мыйны сродак = Носьбіт + Бруд • Мыйны сродак
Працэс мыцця звычайна можна падзяліць на два этапы: першы — аддзяленне бруду ад яго носьбіта пад дзеяннем мыйнага сродку; другі — аддзяленне бруду, які распыляецца і суспендуецца ў асяроддзі. Працэс мыцця — гэта зварачальны працэс, і бруд, які распыляецца або суспендуецца ў асяроддзі, можа таксама зноў асядаць з асяроддзя на бялізну. Такім чынам, выдатны мыйны сродак павінен не толькі мець здольнасць аддзяляць бруд ад носьбіта, але і мець добрую здольнасць распыляць і суспендаваць бруд, а таксама прадухіляць яго паўторнае асяданне.
(1) Тыпы бруду
Нават для аднаго і таго ж прадмета тып, склад і колькасць бруду будуць адрознівацца ў залежнасці ад умоў выкарыстання. Да бруду ад алею на целе адносяцца ў асноўным жывёльныя і раслінныя алеі, а таксама мінеральныя алеі (напрыклад, сырая нафта, мазут, каменнавугальная смала і г.д.), у той час як да цвёрдага бруду ў асноўным адносяцца дым, пыл, іржа, сажа і г.д. Што тычыцца бруду ад адзення, то ён складаецца з бруду ад чалавечага цела, напрыклад, поту, скурнага сала, крыві і г.д.; бруду ад ежы, напрыклад, плям ад садавіны, харчовага алею, прыпраў, крухмалу і г.д.; бруду, які прыносіць касметыка, напрыклад, памада і лак для пазногцяў; бруду з атмасферы, напрыклад, дыму, пылу, зямлі і г.д.; іншых матэрыялаў, такіх як чарніла, чай, фарба і г.д. Можна сказаць, што існуе мноства розных тыпаў бруду.
Розныя тыпы бруду звычайна можна падзяліць на тры катэгорыі: цвёрды бруд, вадкі бруд і спецыяльны бруд.
① Звычайныя цвёрдыя забруджванні ўключаюць такія часціцы, як попел, бруд, глеба, іржа і сажа. Большасць гэтых часціц маюць павярхоўны зарад, пераважна адмоўны, і лёгка адсарбуюцца на валакністых прадметах. Як правіла, цвёрдыя забруджванні цяжка раствараюцца ў вадзе, але могуць быць дыспергаваныя і суспендаваныя растворамі мыйных сродкаў. Цвёрдыя забруджванні з дробнымі часціцамі цяжка выдаліць.
② Вадкі бруд у асноўным раствараецца ў алеі, у тым ліку жывёльныя і раслінныя алеі, тоўстыя кіслоты, тоўстыя спірты, мінеральныя алеі і іх аксіды. Сярод іх жывёльныя і раслінныя алеі і тоўстыя кіслоты могуць падвяргацца амыленню шчолачамі, у той час як тоўстыя спірты і мінеральныя алеі не амыляюцца шчолачамі, але могуць растварацца ў спіртах, эфірах і вуглевадародных арганічных растваральніках, а таксама эмульгаваць і дыспергаваць воднымі растворамі мыйных сродкаў. Вадкі бруд, растваральны ў алеі, звычайна мае моцнае ўзаемадзеянне з валакністымі прадметамі і трывала адсарбуецца на валокнах.
③ Да спецыяльных відаў бруду адносяцца бялок, крухмал, кроў, чалавечыя вылучэнні, такія як пот, скурнае сала, мача, а таксама фруктовы сок, чайны сок і г.д. Большасць з гэтых тыпаў бруду можа моцна ўбірацца на валакністыя прадметы праз хімічныя рэакцыі. Таму яго даволі цяжка адмыць.
Розныя тыпы бруду рэдка існуюць паасобку, часта змешваюцца разам і адсарбуюцца на прадметах. Часам бруд можа акісляцца, раскладацца або гніць пад уздзеяннем знешніх фактараў, што прыводзіць да ўтварэння новага бруду.
(2) Эфект адгезіі бруду
Прычына, па якой адзенне, рукі і г.д. могуць забрудзіцца, заключаецца ў нейкім узаемадзеянні паміж прадметамі і брудам. Існуюць розныя эфекты адгезіі бруду да прадметаў, але ў асноўным гэта фізічная і хімічная адгезія.
① Фізічная адгезія цыгарэтнага попелу, пылу, асадка, сажы і іншых рэчываў да адзення. У цэлым, узаемадзеянне паміж прыліплым брудам і забруджаным прадметам адносна слабае, і выдаленне бруду таксама адносна лёгкае. У залежнасці ад розных сіл, фізічную адгезію бруду можна падзяліць на механічную адгезію і электрастатычную адгезію.
A: Механічная адгезія ў асноўным адносіцца да адгезіі цвёрдых забруджванняў, такіх як пыл і асадак. Механічная адгезія — гэта слабы метад адгезіі для забруджванняў, якія можна амаль цалкам выдаліць простымі механічнымі метадамі. Аднак, калі памер часціц забруджвання невялікі (<0,1 мкм), яго цяжэй выдаліць.
B: Электрастатычная адгезія ў асноўным праяўляецца ўздзеяннем зараджаных часціц бруду на аб'екты з процілеглымі зарадамі. Большасць валакністыя аб'ектаў маюць адмоўны зарад у вадзе і лёгка прыліпаюць да станоўча зараджанага бруду, напрыклад, вапны. Некаторыя віды бруду, хоць і маюць адмоўны зарад, такія як часціцы сажы ў водных растворах, могуць прыліпаць да валокнаў праз іённыя масткі, утвораныя станоўчымі іонамі (такімі як Ca2+, Mg2+ і г.д.) у вадзе (іоны дзейнічаюць разам паміж некалькімі процілеглымі зарадамі, дзейнічаючы як масткі).
Статычная электрычнасць мацнейшая за простае механічнае ўздзеянне, таму выдаленне бруду адносна складанае.
③ Выдаленне спецыяльнага бруду
Бялок, крухмал, чалавечыя вылучэнні, фруктовы сок, сок гарбаты і іншыя віды бруду цяжка выдаліць звычайнымі павярхоўна-актыўнымі рэчывамі і патрабуюць спецыяльных метадаў апрацоўкі.
Бялковыя плямы, такія як вяршкі, яйкі, кроў, малако і скурныя вылучэнні, схільныя да каагуляцыі і дэнатурацыі на валокнах і больш трывала прыліпаюць да іх. Для выдалення бялковых забруджванняў можна выкарыстоўваць пратэазу. Пратэаза можа расшчапляць бялкі ў брудзе на водарастваральныя амінакіслоты або алігапептыды.
Крухмальныя плямы ў асноўным з'яўляюцца з ежы, а іншыя — з мясных сокаў, клейстэраў і г.д. Крухмальныя ферменты аказваюць каталітычны эфект на гідроліз крухмальных плям, расшчапляючы крухмал на цукры.
Ліпаза можа каталізаваць раскладанне некаторых трыгліцерыдаў, якія цяжка выдаліць звычайнымі метадамі, такіх як скурнае сала, якое вылучаецца арганізмам чалавека, харчовыя алеі і г.д., каб расшчапіць трыгліцерыды на растваральны гліцэрын і тоўстыя кіслоты.
Некаторыя каляровыя плямы ад фруктовага соку, гарбаты, чарнілаў, памады і г.д. часта цяжка старанна выдаліць нават пасля шматразовага мыцця. Гэты тып плям можна выдаліць акісляльна-аднаўленчымі рэакцыямі з выкарыстаннем акісляльнікаў або аднаўляльнікаў, такіх як адбельвальнік, якія разбураюць структуру храмафору або храмафорных груп і раскладаюць іх на меншыя водарастваральныя кампаненты.
З пункту гледжання хімчысткі, існуе прыблізна тры тыпы бруду.
① Да алейных забруджванняў адносяцца розныя алеі і тлушчы, якія з'яўляюцца вадкімі або тлустымі і растваральнымі ў растваральніках для хімчысткі.
② Вадарастваральны бруд растваральны ў водным растворы, але нерастваральны ў сродках для хімчысткі. Ён адсарбуецца на вопратцы ў выглядзе воднага раствора, і пасля выпарэння вады выпадаюць у асадак грануляваныя цвёрдыя рэчывы, такія як неарганічныя солі, крухмал, бялкі і г.д.
③ Нерастваральны ў алеі бруд нерастваральны ні ў вадзе, ні ў растваральніках для хімчысткі, такіх як сажа, розныя сілікаты металаў і аксіды.
З-за розных уласцівасцей розных тыпаў бруду існуюць розныя спосабы яго выдалення падчас хімчысткі. Брудзі, растваральныя ў алеі, такія як жывёльныя і раслінныя алеі, мінеральныя алеі і тлушчы, лёгка растваральныя ў арганічных растваральніках і могуць быць лёгка выдалены падчас хімчысткі. Выдатная растваральнасць растваральнікаў для хімчысткі алею і тлушчу ў асноўным абумоўлена сіламі Ван-дэр-Ваальса паміж малекуламі.
Для выдалення водарастваральных забруджванняў, такіх як неарганічныя солі, цукры, бялкі, пот і г.д., неабходна дадаць адпаведную колькасць вады ў сродак для хімчысткі, інакш водарастваральны бруд будзе цяжка выдаліць з адзення. Але ў сродках для хімчысткі ваду цяжка раствараць, таму для павелічэння колькасці вады неабходна дадаваць павярхоўна-актыўныя рэчывы. Вада, якая прысутнічае ў сродках для хімчысткі, можа ўвільгатняць бруд і паверхню адзення, што дазваляе яму лёгка ўзаемадзейнічаць з палярнымі групамі павярхоўна-актыўных рэчываў, што спрыяе адсорбцыі павярхоўна-актыўных рэчываў на паверхні. Акрамя таго, калі павярхоўна-актыўныя рэчывы ўтвараюць міцэлы, водарастваральны бруд і вада могуць растварацца ў міцэлах. Павярхоўна-актыўныя рэчывы могуць не толькі павялічваць утрыманне вады ў растваральніках для хімчысткі, але і прадухіляць паўторнае адкладанне бруду, павялічваючы эфект чысткі.
Для выдалення водарастваральных забруджванняў неабходная невялікая колькасць вады, але празмерная колькасць вады можа прывесці да дэфармацыі, зморшчвання і г.д. некаторых відаў адзення, таму ўтрыманне вады ў сухім мыйным сродку павінна быць умераным.
Цвёрдыя часціцы, такія як попел, бруд, глеба і сажа, якія не раствараюцца ні ў вадзе, ні ў алеі, звычайна прыліпаюць да адзення шляхам электрастатычнай адсорбцыі або шляхам злучэння з алейнымі плямамі. Пры хімчыстцы паток і ўздзеянне растваральнікаў могуць прывесці да таго, што бруд, адсарбаваны электрастатычнымі сіламі, асядае, у той час як сродкі для хімчысткі могуць раствараць алейныя плямы, у выніку чаго цвёрдыя часціцы, якія злучаюцца з алейнымі плямамі і прыліпаюць да адзення, асядаюць са сродку для хімчысткі. Невялікая колькасць вады і павярхоўна-актыўных рэчываў у сродку для хімчысткі можа стабільна суспендаваць і рассейваць цвёрдыя часціцы бруду, якія асядаюць, перашкаджаючы ім паўторнаму асяданню на вопратцы.
(5) Фактары, якія ўплываюць на эфект мыцця
Накіраваная адсорбцыя павярхоўна-актыўных рэчываў на мяжы падзелу фаз і зніжэнне павярхоўнага (межфазнага) нацяжэння з'яўляюцца асноўнымі фактарамі выдалення вадкіх або цвёрдых забруджванняў. Але працэс мыцця адносна складаны, і нават на эфект мыцця аднаго і таго ж тыпу мыйнага сродку ўплывае мноства іншых фактараў. Да гэтых фактараў адносяцца канцэнтрацыя мыйнага сродку, тэмпература, характар забруджванняў, тып валакна і структура тканіны.
① Канцэнтрацыя павярхоўна-актыўных рэчываў
Міцэлы павярхоўна-актыўных рэчываў у растворы адыгрываюць важную ролю ў працэсе мыцця. Калі канцэнтрацыя дасягае крытычнай канцэнтрацыі міцэл (ККМ), эфект мыцця рэзка ўзрастае. Такім чынам, канцэнтрацыя мыйнага сродку ў растваральніку павінна быць вышэйшай за значэнне ККМ, каб дасягнуць добрага эфекту мыцця. Аднак, калі канцэнтрацыя павярхоўна-актыўных рэчываў перавышае значэнне ККМ, павелічэнне эфекту мыцця становіцца менш значным, і празмернае павелічэнне канцэнтрацыі павярхоўна-актыўных рэчываў не патрабуецца.
Пры выкарыстанні солюбілізацыі для выдалення алейных плям, нават калі канцэнтрацыя перавышае значэнне ККМ, эфект солюбілізацыі ўсё роўна павялічваецца з павелічэннем канцэнтрацыі павярхоўна-актыўных рэчываў. У гэтым выпадку рэкамендуецца выкарыстоўваць мыйны сродак лакальна, напрыклад, на манжэтах і каўнярах адзення, дзе шмат бруду. Пры мыцці спачатку можна нанесці пласт мыйнага сродку, каб палепшыць солюбілізацыйны эфект павярхоўна-актыўных рэчываў на алейныя плямы.
② Тэмпература аказвае значны ўплыў на эфект ачысткі. У цэлым, павышэнне тэмпературы карысна для выдалення бруду, але часам празмерная тэмпература можа выклікаць і неспрыяльныя фактары.
Павышэнне тэмпературы спрыяе распаўсюджванню бруду. Цвёрдыя алейныя плямы лёгка эмульгуюцца, калі тэмпература вышэйшая за іх кропку плаўлення, а валокны таксама павялічваюць ступень свайго пашырэння з-за павышэння тэмпературы. Усе гэтыя фактары спрыяюць выдаленню бруду. Аднак у шчыльных тканінах мікрашчыліны паміж валокнамі памяншаюцца пасля пашырэння валокнаў, што не спрыяе выдаленню бруду.
Змены тэмпературы таксама ўплываюць на растваральнасць, значэнне ККМ і памер міцэл павярхоўна-актыўных рэчываў, тым самым уплываючы на эфект мыцця. Павярхоўна-актыўныя рэчывы з доўгім вугляродным ланцугом маюць больш нізкую растваральнасць пры нізкіх тэмпературах, а часам нават меншую, чым значэнне ККМ. У гэтым выпадку тэмпературу мыцця неабходна адпаведна павялічыць. Уплыў тэмпературы на значэнне ККМ і памер міцэл адрозніваецца для іённых і неіённых павярхоўна-актыўных рэчываў. Для іённых павярхоўна-актыўных рэчываў павышэнне тэмпературы звычайна прыводзіць да павелічэння значэння ККМ і памяншэння памеру міцэл. Гэта азначае, што канцэнтрацыю павярхоўна-актыўных рэчываў у мыйным растворы неабходна павялічыць. Для неіённых павярхоўна-актыўных рэчываў павышэнне тэмпературы прыводзіць да зніжэння іх значэння ККМ і значнага павелічэння памеру іх міцэл. Можна заўважыць, што адпаведнае павышэнне тэмпературы можа дапамагчы неіённым павярхоўна-актыўным рэчывам праяўляць сваю павярхоўную актыўнасць. Але тэмпература не павінна перавышаць кропку памутнення.
Карацей кажучы, найбольш прыдатная тэмпература мыцця залежыць ад формулы мыйнага сродку і прадмета, які мыецца. Некаторыя мыйныя сродкі добра мыюць пры пакаёвай тэмпературы, у той час як іншыя маюць істотна розны эфект пры халоднай і гарачай мыцці.
③ Пена
Людзі часта блытаюць пенаўтварэнне з мыйным эфектам, лічачы, што мыйныя сродкі з моцнай пенаўтварэннем маюць лепшы мыйны эфект. Вынікі паказваюць, што мыйны эфект не звязаны непасрэдна з колькасцю пены. Напрыклад, выкарыстанне мыйнага сродку з нізкім утварэннем пены для мыцця не мае горшага мыйнага эфекту, чым мыйны сродак з высокім утварэннем пены.
Нягледзячы на тое, што пена непасрэдна не звязана з мыццём, у некаторых сітуацыях яна ўсё ж дапамагае выдаліць бруд. Напрыклад, пры ручным мыцці посуду пена мыйнай вадкасці можа зносіць кроплі алею. Пры чыстцы дывана пена таксама можа выдаляць цвёрдыя часцінкі бруду, такія як пыл. Пыл складае значную частку бруду на дыване, таму сродак для чысткі дываноў павінен мець пэўную здольнасць да пенаўтварэння.
Пенаўтварэнне таксама важнае для шампуня. Дробная пена, якая ўтвараецца вадкасцю пры мыцці валасоў або купання, стварае камфортныя адчуванні.
④ Тыпы валокнаў і фізічныя ўласцівасці тэкстылю
Акрамя хімічнай структуры валокнаў, якая ўплывае на адгезію і выдаленне бруду, знешні выгляд валокнаў і арганізацыйная структура пражы і тканін таксама ўплываюць на складанасць выдалення бруду.
Лускавінкі воўны і плоская палоскападобная структура баваўняных валокнаў больш схільныя да назапашвання бруду, чым гладкія валокны. Напрыклад, сажу, якая прыліпла да цэлюлознай плёнкі (клейкай плёнкі), лёгка выдаліць, а сажу, якая прыліпла да баваўнянай тканіны, цяжка змыць. Напрыклад, тканіны з кароткага поліэфірнага валакна больш схільныя да назапашвання алейных плям, чым тканіны з доўгага валакна, і алейныя плямы на тканінах з кароткага валакна таксама цяжэй выдаліць, чым на тканінах з доўгага валакна.
Шчыльна скручаная пража і шчыльныя тканіны, дзякуючы невялікім мікразазорам паміж валокнамі, могуць супрацьстаяць пранікненню бруду, але таксама перашкаджаюць ачышчальнаму раствору выдаляць унутраныя забруджванні. Такім чынам, шчыльныя тканіны спачатку добра ўстойлівыя да бруду, але пасля забруджвання іх цяжка чысціць.
⑤ Цвёрдасць вады
Канцэнтрацыя іонаў металаў, такіх як Ca2+ і Mg2+, у вадзе аказвае значны ўплыў на мыйны эфект, асабліва калі аніённыя павярхоўна-актыўныя рэчывы сустракаюцца з іонамі Ca2+ і Mg2+, утвараючы солі кальцыя і магнію з дрэннай растваральнасцю, што можа знізіць іх мыйную здольнасць. Нават калі канцэнтрацыя павярхоўна-актыўных рэчываў высокая ў жорсткай вадзе, іх мыйны эфект усё роўна значна горшы, чым пры дыстыляцыі. Каб дасягнуць найлепшага мыйнага эфекту павярхоўна-актыўных рэчываў, канцэнтрацыю іонаў Ca2+ у вадзе варта знізіць да ўзроўню ніжэй за 1 × 10⁻⁶ моль/л (CaCO3 трэба знізіць да 0,1 мг/л). Гэта патрабуе дадання ў мыйны сродак розных змякчальнікаў.
Час публікацыі: 16 жніўня 2024 г.