De krimpkracht van elke eenheidslengte op het oppervlak van de vloeistof wordt de oppervlaktespanning genoemd, en de eenheid is N.·m-1.
De eigenschap om de oppervlaktespanning van het oplosmiddel te verminderen wordt oppervlakteactiviteit genoemd, en een stof met deze eigenschap wordt een oppervlakteactieve stof genoemd.
De oppervlakteactieve stof die moleculen in een waterige oplossing kan binden en micellen en andere associaties kan vormen, en een hoge oppervlakteactiviteit kan hebben, terwijl deze ook het effect heeft van bevochtiging, emulgering, schuimvorming, wassen, enz., wordt oppervlakteactieve stof genoemd.
Oppervlakteactieve stoffen zijn organische verbindingen met een speciale structuur en eigenschappen, die de grensvlakspanning tussen twee fasen of de oppervlaktespanning van vloeistoffen (meestal water) aanzienlijk kunnen veranderen, met bevochtigende, schuimende, emulgerende, was- en andere eigenschappen.
Qua structuur hebben oppervlakteactieve stoffen het gemeenschappelijke kenmerk dat ze in hun moleculen twee groepen van verschillende aard bevatten. Aan het ene uiteinde bevindt zich een lange keten van een niet-polaire groep, oplosbaar in olie en onoplosbaar in water, ook bekend als hydrofobe groep of waterafstotende groep. Een dergelijke waterafstotende groep bestaat over het algemeen uit lange ketens van koolwaterstoffen, soms ook voor organische fluor-, silicium-, organofosfaat-, organotin-ketens, enz. Aan het andere uiteinde bevindt zich een wateroplosbare groep, een hydrofiele groep of een olieafstotende groep. De hydrofiele groep moet voldoende hydrofiel zijn om te garanderen dat alle oppervlakteactieve stoffen oplosbaar zijn in water en de noodzakelijke oplosbaarheid hebben. Omdat oppervlakteactieve stoffen hydrofiele en hydrofobe groepen bevatten, kunnen ze oplosbaar zijn in ten minste één van de vloeibare fasen. Deze hydrofiele en lipofiele eigenschap van oppervlakteactieve stoffen wordt amfifiliciteit genoemd.
Oppervlakteactieve stof is een soort amfifiele moleculen met zowel hydrofobe als hydrofiele groepen. Hydrofobe groepen van oppervlakteactieve stoffen zijn over het algemeen samengesteld uit koolwaterstoffen met een lange keten, zoals alkyl met rechte keten C8-C20, alkyl met vertakte keten C8-C20, alkylfenyl (het tomgetal van het alkylkoolstofatoom is 8-16) en dergelijke. Het verschil dat klein is tussen hydrofobe groepen zit vooral in de structurele veranderingen van koolwaterstofketens. En er zijn meer soorten hydrofiele groepen, dus de eigenschappen van oppervlakteactieve stoffen houden vooral verband met hydrofiele groepen, naast de grootte en vorm van hydrofobe groepen. De structurele veranderingen van hydrofiele groepen zijn groter dan die van hydrofobe groepen, dus de classificatie van oppervlakteactieve stoffen is over het algemeen gebaseerd op de structuur van hydrofiele groepen. Deze classificatie is gebaseerd op het feit of de hydrofiele groep al dan niet ionisch is, en is onderverdeeld in anionische, kationische, niet-ionische, zwitterionische en andere speciale soorten oppervlakteactieve stoffen.
① Adsorptie van oppervlakteactieve stoffen aan het grensvlak
Oppervlakteactieve moleculen zijn amfifiele moleculen met zowel lipofiele als hydrofiele groepen. Wanneer de oppervlakteactieve stof in water wordt opgelost, wordt de hydrofiele groep aangetrokken door water en lost op in water, terwijl de lipofiele groep wordt afgestoten door water en water achterlaat, wat resulteert in de adsorptie van oppervlakteactieve moleculen (of ionen) op het grensvlak van de twee fasen. , wat de grensvlakspanning tussen de twee fasen vermindert. Hoe meer oppervlakteactieve moleculen (of ionen) er aan het grensvlak worden geadsorbeerd, hoe groter de vermindering van de grensvlakspanning.
② Enkele eigenschappen van adsorptiemembraan
Oppervlaktedruk van adsorptiemembraan: Adsorptie van oppervlakteactieve stoffen aan het gas-vloeistofgrensvlak om een adsorptiemembraan te vormen, zoals het plaatsen van een wrijvingsloos verwijderbaar drijvend vel op het grensvlak, het drijvende vel duwt het adsorbensmembraan langs het oplossingsoppervlak en het membraan genereert een druk op de drijvende plaat, wat oppervlaktedruk wordt genoemd.
Oppervlakteviscositeit: Net als oppervlaktedruk is oppervlakteviscositeit een eigenschap die wordt vertoond door een onoplosbaar moleculair membraan. Opgeschort door een platina-ring van fijne metaaldraad, zodat het vlak contact maakt met het wateroppervlak van de tank, roteert de platina-ring, de platina-ring door de viscositeit van de waterbelemmering, de amplitude neemt geleidelijk af, volgens welke de oppervlakteviscositeit kan zijn gemeten. De methode is: eerst wordt het experiment uitgevoerd op het zuivere wateroppervlak om het amplitudeverval te meten, en vervolgens wordt het verval na de vorming van het oppervlaktemembraan gemeten, en wordt de viscositeit van het oppervlaktemembraan afgeleid van het verschil tussen de twee. .
De oppervlakteviscositeit hangt nauw samen met de stevigheid van het oppervlaktemembraan, en aangezien het adsorptiemembraan oppervlaktedruk en viscositeit heeft, moet het elasticiteit hebben. Hoe hoger de oppervlaktedruk en hoe hoger de viscositeit van het geadsorbeerde membraan, hoe hoger de elasticiteitsmodulus ervan. De elastische modulus van het oppervlakte-adsorptiemembraan is belangrijk bij het proces van bellenstabilisatie.
③ Vorming van micellen
Verdunde oplossingen van oppervlakteactieve stoffen gehoorzamen aan de wetten, gevolgd door ideale oplossingen. De hoeveelheid oppervlakteactieve stof die aan het oppervlak van de oplossing wordt geadsorbeerd, neemt toe met de concentratie van de oplossing, en wanneer de concentratie een bepaalde waarde bereikt of overschrijdt, neemt de hoeveelheid adsorptie niet langer toe en bevinden deze overtollige oppervlakteactieve moleculen zich lukraak in de oplossing. manier of op een reguliere manier. Zowel de praktijk als de theorie laten zien dat ze in oplossing associaties vormen, en deze associaties worden micellen genoemd.
Kritische micelconcentratie (CMC): De minimale concentratie waarbij oppervlakteactieve stoffen micellen in oplossing vormen, wordt de kritische micelconcentratie genoemd.
④ CMC-waarden van veel voorkomende oppervlakteactieve stoffen.
HLB is de afkorting van hydrofiele lipofiele balans, die de hydrofiele en lipofiele balans van de hydrofiele en lipofiele groepen van de oppervlakteactieve stof aangeeft, dwz de HLB-waarde van de oppervlakteactieve stof. Een hoge HLB-waarde duidt op een molecuul met sterke hydrofiliciteit en zwakke lipofiliteit; omgekeerd: sterke lipofiliteit en zwakke hydrofiliciteit.
① Voorzieningen voor HLB-waarde
De HLB-waarde is een relatieve waarde, dus wanneer de HLB-waarde wordt ontwikkeld, wordt standaard de HLB-waarde van paraffinewas, die geen hydrofiele eigenschappen heeft, gespecificeerd op 0, terwijl de HLB-waarde van natriumdodecylsulfaat, dat is meer in water oplosbaar, is 40. Daarom ligt de HLB-waarde van oppervlakteactieve stoffen doorgaans binnen het bereik van 1 tot 40. Over het algemeen zijn emulgatoren met HLB-waarden van minder dan 10 lipofiel, terwijl die groter dan 10 hydrofiel zijn. Het omslagpunt van lipofiel naar hydrofiel is dus ongeveer 10.
Op basis van de HLB-waarden van oppervlakteactieve stoffen kan een algemeen idee van hun mogelijke toepassingen worden verkregen, zoals weergegeven in Tabel 1-3.
Twee onderling onoplosbare vloeistoffen, de ene in de andere gedispergeerd als deeltjes (druppeltjes of vloeibare kristallen) vormen een systeem dat een emulsie wordt genoemd. Dit systeem is thermodynamisch onstabiel vanwege de toename van het grensgebied van de twee vloeistoffen wanneer de emulsie wordt gevormd. Om de emulsie stabiel te maken, is het noodzakelijk om een derde component toe te voegen: emulgator om de grensvlakenergie van het systeem te verminderen. Emulgator behoort tot de oppervlakteactieve stof, de belangrijkste functie ervan is het spelen van de rol van emulsie. De fase van de emulsie die als druppeltjes bestaat, wordt de gedispergeerde fase (of binnenfase, discontinue fase) genoemd, en de andere fase die met elkaar verbonden is, wordt het dispersiemedium (of buitenfase, continue fase) genoemd.
① Emulgatoren en emulsies
Gebruikelijke emulsies, de ene fase is water of een waterige oplossing, de andere fase bestaat uit organische stoffen die niet mengbaar zijn met water, zoals vet, was, enz. De emulsie gevormd door water en olie kan in twee soorten worden verdeeld, afhankelijk van hun dispersiesituatie: olie gedispergeerd in water om een emulsie van het olie-in-water-type te vormen, uitgedrukt als O/W (olie/water): water gedispergeerd in olie om een emulsie van het olie-in-water-type te vormen, uitgedrukt als W/O (water/olie). Er kunnen ook complexe water-in-olie-in-water W/O/W-type en olie-in-water-in-olie O/W/O-type multi-emulsies worden gevormd.
Emulgatoren worden gebruikt om emulsies te stabiliseren door de grensvlakspanning te verminderen en een grensvlakmembraan met één molecuul te vormen.
Bij de emulgering van de emulgatorvereisten:
a: De emulgator moet het grensvlak tussen de twee fasen kunnen adsorberen of verrijken, zodat de grensvlakspanning wordt verminderd;
b: De emulgator moet de deeltjes aan de lading geven, zodat elektrostatische afstoting tussen de deeltjes ontstaat, of een stabiel, zeer viskeus beschermend membraan rond de deeltjes vormt.
Daarom moet de stof die als emulgator wordt gebruikt amfifiele groepen hebben om te kunnen emulgeren, en oppervlakteactieve stoffen kunnen aan deze eis voldoen.
② Bereidingsmethoden voor emulsies en factoren die de stabiliteit van emulsies beïnvloeden
Er zijn twee manieren om emulsies te bereiden: de eerste is door gebruik te maken van de mechanische methode om de vloeistof in kleine deeltjes te dispergeren in een andere vloeistof, die in de industrie meestal wordt gebruikt om emulsies te bereiden; de andere is om de vloeistof in moleculaire toestand op te lossen in een andere vloeistof, en deze vervolgens op de juiste manier te laten verzamelen om emulsies te vormen.
De stabiliteit van een emulsie is het vermogen om aggregatie van deeltjes tegen te gaan, wat leidt tot fasescheiding. Emulsies zijn thermodynamisch onstabiele systemen met een grote vrije energie. Daarom is de zogenaamde stabiliteit van een emulsie feitelijk de tijd die het systeem nodig heeft om een evenwicht te bereiken, dwz de tijd die nodig is voordat scheiding van een van de vloeistoffen in het systeem plaatsvindt.
Wanneer het grensvlakmembraan met vetalcoholen, vetzuren en vetaminen en andere polaire organische moleculen wordt gebruikt, wordt de membraansterkte aanzienlijk hoger. Dit komt omdat in de grensvlakadsorptielaag emulgatormoleculen en alcoholen, zuren, aminen en andere polaire moleculen een "complex" vormen, zodat de sterkte van het grensvlakmembraan toeneemt.
Emulgatoren die uit meer dan twee oppervlakteactieve stoffen bestaan, worden gemengde emulgatoren genoemd. Gemengde emulgator geadsorbeerd aan het water/olie-grensvlak; intermoleculaire werking kan complexen vormen. Vanwege de sterke intermoleculaire werking wordt de grensvlakspanning aanzienlijk verminderd, wordt de hoeveelheid emulgator die aan het grensvlak wordt geadsorbeerd aanzienlijk verhoogd, neemt de vorming van grensvlakmembraandichtheid toe en neemt de sterkte toe.
De lading van de vloeibare kralen heeft een significant effect op de stabiliteit van de emulsie. Stabiele emulsies, waarvan de vloeibare parels doorgaans geladen zijn. Wanneer een ionische emulgator wordt gebruikt, wordt de lipofiele groep van het aan het grensvlak geadsorbeerde emulgatorion in de oliefase ingevoegd en bevindt de hydrofiele groep zich in de waterfase, waardoor de vloeistofkorrels worden geladen. Omdat de emulsiekorrels dezelfde lading hebben, stoten ze elkaar af en zijn ze niet gemakkelijk te agglomereren, waardoor de stabiliteit wordt vergroot. Het is te zien dat hoe meer emulgatorionen op de kralen worden geadsorbeerd, hoe groter de lading, hoe groter het vermogen om te voorkomen dat de kralen agglomereren, hoe stabieler het emulsiesysteem.
De viscositeit van het emulsiedispersiemedium heeft een zekere invloed op de stabiliteit van de emulsie. In het algemeen geldt dat hoe hoger de viscositeit van het dispersiemedium, hoe hoger de stabiliteit van de emulsie. Dit komt doordat de viscositeit van het dispersiemedium groot is, wat een sterk effect heeft op de Brownse beweging van de vloeistofkralen en de botsing tussen de vloeistofkralen vertraagt, waardoor het systeem stabiel blijft. Gewoonlijk kunnen de polymeersubstanties die in emulsies kunnen worden opgelost de viscositeit van het systeem verhogen en de stabiliteit van emulsies hoger maken. Bovendien kunnen polymeren ook een sterk grensvlakmembraan vormen, waardoor het emulsiesysteem stabieler wordt.
In sommige gevallen kan de toevoeging van vast poeder er ook voor zorgen dat de emulsie de neiging heeft zich te stabiliseren. Vast poeder bevindt zich in het water, de olie of het grensvlak, afhankelijk van de olie, water op de bevochtigingscapaciteit van het vaste poeder, als het vaste poeder niet volledig nat is met water, maar ook nat door olie, zal het op het water en de olie achterblijven interface.
Het vaste poeder maakt de emulsie niet stabiel omdat het poeder dat zich op het grensvlak verzamelt het grensvlakmembraan verbetert, wat vergelijkbaar is met de grensvlakadsorptie van emulgatormoleculen. Dus hoe dichter het vaste poedermateriaal op het grensvlak is gerangschikt, hoe stabieler de emulsie is.
Oppervlakteactieve stoffen hebben het vermogen om de oplosbaarheid van onoplosbare of enigszins in water oplosbare organische stoffen aanzienlijk te verhogen na het vormen van micellen in een waterige oplossing, en de oplossing is op dit moment transparant. Dit effect van de micel wordt solubilisatie genoemd. De oppervlakteactieve stof die oplosbaarheid kan veroorzaken, wordt solubilisator genoemd, en de organische stof die oplosbaar wordt gemaakt, wordt oplosbaar gemaakte materie genoemd.
Schuim speelt een belangrijke rol in het wasproces. Schuim is een dispersiesysteem waarin een gas wordt gedispergeerd in een vloeistof of vaste stof, waarbij het gas de gedispergeerde fase is en de vloeistof of vaste stof het dispergerende medium. De eerste wordt vloeibaar schuim genoemd, terwijl de laatste vast schuim wordt genoemd. zoals geschuimd plastic, geschuimd glas, geschuimd cement etc.
(1) Schuimvorming
Met schuim bedoelen we hier een aggregaat van luchtbellen gescheiden door een vloeibaar membraan. Dit type bel stijgt altijd snel naar het vloeistofoppervlak vanwege het grote verschil in dichtheid tussen de gedispergeerde fase (gas) en het dispersiemedium (vloeistof), gecombineerd met de lage viscositeit van de vloeistof.
Het proces van het vormen van een bel is om een grote hoeveelheid gas in de vloeistof te brengen, en de bellen in de vloeistof keren snel terug naar het oppervlak en vormen een aggregaat van bellen gescheiden door een kleine hoeveelheid vloeibaar gas.
Schuim heeft twee belangrijke kenmerken in termen van morfologie: één is dat de bellen als verspreide fase vaak veelvlakkig van vorm zijn. Dit komt omdat op de kruising van de bellen de neiging bestaat dat de vloeistoffilm dunner wordt, zodat de bellen veelvlakkig, wanneer de vloeistoffilm tot op zekere hoogte dunner wordt, leidt dit tot het scheuren van de bel; de tweede is dat pure vloeistoffen geen stabiel schuim kunnen vormen; de vloeistof die schuim kan vormen bestaat uit minimaal twee of meer componenten. Waterige oplossingen van oppervlakteactieve stoffen zijn typerend voor systemen die gevoelig zijn voor schuimvorming, en hun vermogen om schuim te genereren houdt ook verband met andere eigenschappen.
Oppervlakteactieve stoffen met een goed schuimvermogen worden schuimmiddelen genoemd. Hoewel het schuimmiddel een goed schuimvermogen heeft, kan het gevormde schuim mogelijk niet lang standhouden, dat wil zeggen dat de stabiliteit ervan niet noodzakelijkerwijs goed is. Om de stabiliteit van het schuim te behouden, worden vaak aan het schuimmiddel stoffen toegevoegd die de stabiliteit van het schuim kunnen vergroten, de stof wordt schuimstabilisator genoemd, veelgebruikte stabilisator is lauryldiethanolamine en dodecyldimethylamineoxide.
(2) Stabiliteit van het schuim
Schuim is een thermodynamisch onstabiel systeem en de uiteindelijke trend is dat het totale oppervlak van de vloeistof in het systeem afneemt nadat de bel is gebroken en de vrije energie afneemt. Het ontschuimingsproces is het proces waarbij het vloeibare membraan dat het gas scheidt dikker en dunner wordt totdat het breekt. Daarom wordt de mate van stabiliteit van het schuim voornamelijk bepaald door de snelheid van de vloeistofafvoer en de sterkte van de vloeistoffilm. De volgende factoren hebben hier ook invloed op.
(3) Schuimvernietiging
Het basisprincipe van schuimvernietiging is het veranderen van de omstandigheden die het schuim produceren of het elimineren van de stabiliserende factoren van het schuim. Er zijn dus zowel fysische als chemische methoden voor ontschuiming.
Fysisch ontschuimen betekent het veranderen van de omstandigheden van de schuimproductie met behoud van de chemische samenstelling van de schuimoplossing, zoals externe verstoringen, veranderingen in temperatuur of druk en ultrasone behandeling zijn allemaal effectieve fysieke methoden om schuim te elimineren.
De chemische ontschuimingsmethode bestaat uit het toevoegen van bepaalde stoffen die een interactie aangaan met het schuimmiddel om de sterkte van de vloeibare film in het schuim te verminderen en zo de stabiliteit van het schuim te verminderen om het doel van ontschuiming te bereiken. Dergelijke stoffen worden ontschuimers genoemd. De meeste ontschuimers zijn oppervlakteactieve stoffen. Daarom moet het ontschuimingsmiddel, volgens het ontschuimingsmechanisme, een sterk vermogen hebben om de oppervlaktespanning te verminderen, gemakkelijk aan het oppervlak te adsorberen, en de interactie tussen de oppervlakte-adsorptiemoleculen zwak is, adsorptiemoleculen gerangschikt in een lossere structuur.
Er zijn verschillende soorten ontschuimers, maar in principe zijn het allemaal niet-ionische oppervlakteactieve stoffen. Niet-ionogene oppervlakteactieve stoffen hebben schuimwerende eigenschappen dichtbij of boven hun troebelingspunt en worden vaak gebruikt als ontschuimers. Alcoholen, vooral alcoholen met een vertakkende structuur, vetzuren en vetzuuresters, polyamiden, fosfaatesters, siliconenoliën, etc. worden ook vaak gebruikt als uitstekende ontschuimers.
(4) Schuim en wassen
Er is geen direct verband tussen schuim en waseffectiviteit en de hoeveelheid schuim geeft geen indicatie van de effectiviteit van de was. Niet-ionische oppervlakteactieve stoffen hebben bijvoorbeeld veel minder schuimende eigenschappen dan zepen, maar hun ontsmetting is veel beter dan die van zepen.
In sommige gevallen kan schuim nuttig zijn bij het verwijderen van vuil en roet. Bij het afwassen in huis neemt het schuim van het wasmiddel bijvoorbeeld de oliedruppels op en bij het schrobben van tapijten helpt het schuim stof, poeder en ander vast vuil op te nemen. Daarnaast kan schuim soms gebruikt worden als indicatie voor de effectiviteit van een wasmiddel. Omdat vette oliën een remmende werking hebben op het schuim van het wasmiddel, zal er bij te veel olie en te weinig wasmiddel geen schuim ontstaan of zal het oorspronkelijke schuim verdwijnen. Schuim kan soms ook worden gebruikt als indicator voor de reinheid van een spoeling, aangezien de hoeveelheid schuim in de spoeloplossing de neiging heeft af te nemen naarmate de hoeveelheid wasmiddel wordt verminderd, zodat de hoeveelheid schuim kan worden gebruikt om de mate van spoeling te evalueren.
In brede zin is wassen het proces waarbij ongewenste componenten van het te wassen object worden verwijderd en een bepaald doel wordt bereikt. Wassen in de gebruikelijke zin verwijst naar het proces waarbij vuil van het oppervlak van de drager wordt verwijderd. Bij het wassen wordt de interactie tussen het vuil en de drager verzwakt of geëlimineerd door de werking van sommige chemische stoffen (bijv. wasmiddel etc.), waardoor de combinatie vuil en drager verandert in de combinatie van vuil en wasmiddel, en tenslotte wordt het vuil gescheiden van de drager. Omdat de te wassen voorwerpen en het te verwijderen vuil divers zijn, is wassen een zeer complex proces en kan het basisproces van het wassen in de volgende eenvoudige relaties worden uitgedrukt.
Carrie··Vuil + Wasmiddel= Drager + Vuil·Wasmiddel
Het wasproces kan gewoonlijk in twee fasen worden verdeeld: ten eerste wordt het vuil onder invloed van het wasmiddel gescheiden van zijn drager; ten tweede wordt het losgemaakte vuil verspreid en in het medium gesuspendeerd. Het wasproces is een omkeerbaar proces en het vuil dat in het medium is gedispergeerd en gesuspendeerd, kan ook opnieuw vanuit het medium op het te wassen object worden neergeslagen. Daarom moet een goed reinigingsmiddel het vermogen hebben om vuil te dispergeren en op te hangen en herafzetting van vuil te voorkomen, naast het vermogen om vuil van de drager te verwijderen.
(1) Soorten vuil
Zelfs bij hetzelfde artikel kan het type, de samenstelling en de hoeveelheid vuil variëren, afhankelijk van de omgeving waarin het wordt gebruikt. Olielichaamsvuil bestaat voornamelijk uit bepaalde dierlijke en plantaardige oliën en minerale oliën (zoals ruwe olie, stookolie, koolteer, enz.), Vast vuil is voornamelijk roet, as, roest, roet, enz. Wat kledingvuil betreft, er is vuil van het menselijk lichaam, zoals zweet, talg, bloed etc.; vuil van voedsel, zoals fruitvlekken, olievlekken, specerijenvlekken, zetmeel, enz.; vuil van cosmetica, zoals lippenstift, nagellak etc.; vuil uit de atmosfeer, zoals roet, stof, modder, etc.; andere, zoals inkt, thee, coating, enz. Het is er in verschillende soorten.
De verschillende soorten vuil zijn doorgaans in drie hoofdcategorieën in te delen: vast vuil, vloeibaar vuil en speciaal vuil.
① Vast vuil
Veelvoorkomend vast vuil omvat deeltjes as, modder, aarde, roest en roet. De meeste van deze deeltjes hebben een elektrische lading op hun oppervlak, de meeste zijn negatief geladen en kunnen gemakkelijk worden geadsorbeerd aan vezelartikelen. Vast vuil is over het algemeen moeilijk oplosbaar in water, maar kan door reinigingsoplossingen worden gedispergeerd en gesuspendeerd. Vast vuil met een kleiner massapunt is moeilijker te verwijderen.
② Vloeibaar vuil
Vloeibaar vuil is meestal in olie oplosbaar, inclusief plantaardige en dierlijke oliën, vetzuren, vetalcoholen, minerale oliën en hun oxiden. Onder hen kunnen plantaardige en dierlijke oliën, vetzuren en alkalische verzeping voorkomen, terwijl vetalcoholen en minerale oliën niet door alkali worden verzeept, maar oplosbaar kunnen zijn in alcoholen, ethers en organische koolwaterstofoplosmiddelen, en emulgering en dispersie van wasmiddelwateroplossingen. In olie oplosbaar vloeibaar vuil heeft over het algemeen een sterke kracht bij vezelartikelen en wordt steviger aan vezels geabsorbeerd.
③ Speciaal vuil
Bijzonder vuil zijn onder meer eiwitten, zetmeel, bloed, menselijke afscheidingen zoals zweet, talg, urine en vruchtensap en theesap. Het merendeel van dit soort vuil kan chemisch en sterk worden geadsorbeerd op vezelartikelen. Daarom is het moeilijk om te wassen.
De verschillende soorten vuil worden zelden alleen aangetroffen, maar worden vaak met elkaar vermengd en aan het object geabsorbeerd. Vuil kan soms onder invloed van invloeden van buitenaf worden geoxideerd, afgebroken of vergaan, waardoor nieuw vuil ontstaat.
(2) Hechting van vuil
Kleding, handen etc. kunnen vlekken krijgen omdat er een interactie is tussen het voorwerp en het vuil. Vuil hecht zich op verschillende manieren aan voorwerpen, maar er is niet meer dan fysieke en chemische adhesie.
①De hechting van roet, stof, modder, zand en houtskool aan kleding is een fysieke hechting. Over het algemeen is door deze aanhechting van vuil, en de rol tussen het bevlekte voorwerp relatief zwak, het verwijderen van vuil ook relatief eenvoudig. Volgens de verschillende krachten kan de fysieke hechting van vuil worden onderverdeeld in mechanische hechting en elektrostatische hechting.
A: Mechanische hechting
Dit type hechting heeft vooral betrekking op de hechting van vast vuil (bijvoorbeeld stof, modder en zand). Mechanische hechting is een van de zwakkere vormen van vuilaanhechting en kan vrijwel puur mechanisch worden verwijderd, maar wanneer het vuil klein is (<0,1um), is het moeilijker te verwijderen.
B: Elektrostatische hechting
Elektrostatische hechting komt vooral tot uiting in de werking van geladen vuildeeltjes op tegengesteld geladen voorwerpen. De meeste vezelige voorwerpen zijn in water negatief geladen en kunnen zich gemakkelijk hechten aan bepaald positief geladen vuil, zoals kalksoorten. Sommige soorten vuil, hoewel negatief geladen, zoals roetdeeltjes in waterige oplossingen, kunnen zich aan vezels hechten via ionische bruggen (ionen tussen meerdere tegengesteld geladen objecten, die op een brugachtige manier met hen samenwerken) gevormd door positieve ionen in water (bijv. , Ca2+, Mg2+ enz.).
Elektrostatische actie is sterker dan eenvoudige mechanische actie, waardoor het verwijderen van vuil relatief moeilijk is.
② Chemische hechting
Chemische hechting verwijst naar het fenomeen waarbij vuil op een object inwerkt via chemische of waterstofbruggen. Bijvoorbeeld, polair vast vuil, eiwit, roest en andere hechting op vezelartikelen, vezels bevatten carboxyl-, hydroxyl-, amide- en andere groepen, deze groepen en olieachtige vuilvetzuren, vetalcoholen vormen gemakkelijk waterstofbruggen. De chemische krachten zijn over het algemeen sterk en het vuil hecht zich daardoor steviger aan het object. Dit soort vuil is moeilijk te verwijderen met de gebruikelijke methoden en vereist speciale methoden om ermee om te gaan.
De mate van hechting van vuil hangt samen met de aard van het vuil zelf en de aard van het object waaraan het wordt gehecht. Over het algemeen hechten deeltjes gemakkelijk aan vezelige voorwerpen. Hoe kleiner de textuur van het vaste vuil, hoe sterker de hechting. Polair vuil op hydrofiele voorwerpen zoals katoen en glas hecht sterker dan niet-polair vuil. Apolair vuil hecht sterker dan polair vuil, zoals polaire vetten, stof en klei, en is minder makkelijk te verwijderen en schoon te maken.
(3) Vuilverwijderingsmechanisme
Het doel van wassen is het verwijderen van vuil. In een medium met een bepaalde temperatuur (voornamelijk water). Het gebruik van de verschillende fysische en chemische effecten van het wasmiddel om het effect van vuil en gewassen voorwerpen te verzwakken of te elimineren, onder invloed van bepaalde mechanische krachten (zoals wrijven met de hand, schudden in de wasmachine, waterinslag), zodat het vuil en gewassen voorwerpen vanuit het doel van decontaminatie.
① Mechanisme voor het verwijderen van vloeibaar vuil
A: Bevochtiging
Vloeibare vervuiling is meestal op oliebasis. Olievlekken maken de meeste vezelige voorwerpen nat en verspreiden zich min of meer als een oliefilm op het oppervlak van het vezelige materiaal. De eerste stap in de wasactie is het bevochtigen van het oppervlak door de wasvloeistof. Ter illustratie kan het oppervlak van een vezel worden gezien als een glad, vast oppervlak.
B: Olieloslating - krulmechanisme
De tweede stap in de wasactie is het verwijderen van olie en vet, het verwijderen van vloeibaar vuil gebeurt door een soort oprollen. Het vloeibare vuil bevond zich oorspronkelijk op het oppervlak in de vorm van een uitgespreide oliefilm en krulde zich onder de preferentiële bevochtigende werking van de wasvloeistof op het vaste oppervlak (dat wil zeggen het vezeloppervlak) stap voor stap op tot olieparels, die werden vervangen door de wasvloeistof en verlieten uiteindelijk onder bepaalde externe krachten het oppervlak.
② Mechanisme voor het verwijderen van vast vuil
Het verwijderen van vloeibaar vuil gebeurt voornamelijk door het preferentieel bevochtigen van de vuildrager door de wasoplossing, terwijl het verwijderingsmechanisme voor vast vuil anders is, waarbij het wasproces voornamelijk gaat over het bevochtigen van de vuilmassa en het drageroppervlak ervan door het wassen. oplossing. Door de adsorptie van oppervlakte-actieve stoffen aan het vaste vuil en zijn drageroppervlak wordt de interactie tussen het vuil en het oppervlak verminderd en de hechtkracht van de vuilmassa op het oppervlak verminderd, waardoor de vuilmassa gemakkelijk van het oppervlak kan worden verwijderd. de vervoerder.
Bovendien heeft de adsorptie van oppervlakteactieve stoffen, vooral ionische oppervlakteactieve stoffen, aan het oppervlak van het vaste vuil en zijn drager het potentieel om het oppervlaktepotentieel op het oppervlak van het vaste vuil en zijn drager te vergroten, wat gunstiger is voor de verwijdering van het vaste vuil. vuil. Vaste of doorgaans vezelachtige oppervlakken zijn in waterige media meestal negatief geladen en kunnen daarom diffuse dubbele elektronische lagen vormen op vuilmassa's of vaste oppervlakken. Door de afstoting van homogene ladingen wordt de hechting van vuildeeltjes in het water aan het vaste oppervlak verzwakt. Wanneer een anionische oppervlakteactieve stof wordt toegevoegd, wordt de afstoting daartussen groter, wordt de hechtingssterkte van het deeltje kleiner en is het vuil gemakkelijker te verwijderen, omdat deze tegelijkertijd het negatieve oppervlaktepotentieel van het vuildeeltje en het vaste oppervlak kan vergroten. .
Niet-ionische oppervlakteactieve stoffen worden geadsorbeerd op doorgaans geladen vaste oppervlakken en hoewel ze de grensvlakpotentiaal niet significant veranderen, hebben de geadsorbeerde niet-ionische oppervlakteactieve stoffen de neiging een bepaalde dikte van de geadsorbeerde laag op het oppervlak te vormen, wat herafzetting van vuil helpt voorkomen.
In het geval van kationische oppervlakteactieve stoffen vermindert of elimineert hun adsorptie de negatieve oppervlaktepotentiaal van de vuilmassa en het drageroppervlak ervan, wat de afstoting tussen het vuil en het oppervlak vermindert en daarom niet bevorderlijk is voor de vuilverwijdering; bovendien hebben kationische oppervlakteactieve stoffen na adsorptie op het vaste oppervlak de neiging het vaste oppervlak hydrofoob te maken en zijn daarom niet bevorderlijk voor het bevochtigen van het oppervlak en dus voor wassen.
③ Verwijdering van speciale verontreinigingen
Eiwitten, zetmeel, menselijke afscheidingen, vruchtensap, theesap en ander dergelijk vuil zijn met normale oppervlakteactieve stoffen moeilijk te verwijderen en vereisen een speciale behandeling.
Eiwitvlekken zoals room, eieren, bloed, melk en huiduitwerpselen hebben de neiging te coaguleren op de vezels en te degeneratie en een sterkere hechting te krijgen. Eiwitvervuiling kan worden verwijderd door gebruik te maken van proteasen. Het enzym protease breekt de eiwitten in het vuil af tot wateroplosbare aminozuren of oligopeptiden.
Zetmeelvlekken komen vooral uit voedingsmiddelen, andere zoals jus, lijm etc. Amylase heeft een katalytisch effect op de hydrolyse van zetmeelvlekken, waardoor zetmeel wordt afgebroken tot suikers.
Lipase katalyseert de afbraak van triglyceriden, die moeilijk te verwijderen zijn met normale methoden, zoals talg en eetbare oliën, en breekt deze af in oplosbare glycerol en vetzuren.
Sommige gekleurde vlekken van vruchtensappen, theesap, inkt, lippenstift etc. zijn vaak moeilijk grondig schoon te maken, zelfs na herhaaldelijk wassen. Deze vlekken kunnen worden verwijderd door een redoxreactie met een oxidatie- of reductiemiddel zoals bleekmiddel, waardoor de structuur van de kleurgenererende of kleurhulpgroepen wordt vernietigd en deze wordt afgebroken tot kleinere, in water oplosbare componenten.
(4) Vlekverwijderingsmechanisme voor stomerij
Het bovenstaande geldt eigenlijk voor water als wasmiddel. Vanwege de verschillende soorten kleding en structuur is sommige kleding die met water wordt gewassen niet gemakkelijk of niet gemakkelijk schoon te wassen, sommige kleding vervormt na het wassen en vervaagt zelfs, enz., bijvoorbeeld: de meeste natuurlijke vezels absorberen water en gemakkelijk op te zwellen, en droog en gemakkelijk te krimpen, dus na het wassen vervormd; bij het wassen van wollen producten verschijnt ook vaak een krimpverschijnsel, sommige wollen producten met wassen met water zijn ook gemakkelijk te pillen, kleurverandering; Het handgevoel van sommige zijde wordt na het wassen erger en verliest hun glans. Gebruik voor deze kleding vaak de stomerijmethode om te ontsmetten. De zogenaamde stomerij verwijst over het algemeen naar de wasmethode in organische oplosmiddelen, vooral in niet-polaire oplosmiddelen.
Stomerij is een zachtere vorm van wassen dan wassen met water. Omdat chemisch reinigen niet veel mechanische actie vereist, veroorzaakt het geen schade, kreuken en vervorming van kleding, terwijl stomerijmiddelen, in tegenstelling tot water, zelden uitzetting en krimp veroorzaken. Zolang er op de juiste manier met de technologie wordt omgegaan, kan de kleding chemisch worden gereinigd zonder vervorming, kleurvervaging en een langere levensduur.
Op het gebied van stomerij zijn er drie brede soorten vuil.
①Olieoplosbaar vuil In olie oplosbaar vuil omvat alle soorten olie en vet, die vloeibaar of vettig zijn en kunnen worden opgelost in oplosmiddelen voor stomerij.
②Wateroplosbaar vuil Wateroplosbaar vuil is oplosbaar in waterige oplossingen, maar niet in chemische reinigingsmiddelen, wordt in waterige toestand aan kleding geadsorbeerd, water verdampt na het neerslaan van korrelige vaste stoffen, zoals anorganische zouten, zetmeel, eiwitten, enz.
③Olie- en wateronoplosbaar vuil Olie- en wateronoplosbaar vuil is niet oplosbaar in water en ook niet oplosbaar in oplosmiddelen voor chemisch reinigen, zoals roet, silicaten van verschillende metalen en oxiden, enz.
Vanwege de verschillende aard van verschillende soorten vuil, zijn er verschillende manieren om vuil te verwijderen tijdens het stomerijproces. In olie oplosbare verontreinigingen, zoals dierlijke en plantaardige oliën, minerale oliën en vetten, zijn gemakkelijk oplosbaar in organische oplosmiddelen en kunnen gemakkelijker worden verwijderd bij stomerij. De uitstekende oplosbaarheid van oplosmiddelen voor stomerijen voor oliën en vetten komt hoofdzakelijk voort uit de Van der Walls-krachten tussen moleculen.
Voor het verwijderen van wateroplosbaar vuil zoals anorganische zouten, suikers, eiwitten en zweet moet ook de juiste hoeveelheid water aan het stomerijmiddel worden toegevoegd, anders is wateroplosbaar vuil moeilijk van de kleding te verwijderen. Water is echter moeilijk op te lossen in het stomerijmiddel, dus om de hoeveelheid water te vergroten, moet je ook oppervlakteactieve stoffen toevoegen. De aanwezigheid van water in het stomerijmiddel kan het oppervlak van het vuil en de kleding gehydrateerd maken, zodat er gemakkelijk interactie mogelijk is met de polaire groepen oppervlakteactieve stoffen, wat bevorderlijk is voor de adsorptie van oppervlakteactieve stoffen aan het oppervlak. Wanneer oppervlakteactieve stoffen micellen vormen, kunnen wateroplosbaar vuil en water bovendien in de micellen worden opgelost. Naast het verhogen van het watergehalte van het oplosmiddel voor stomerij, kunnen oppervlakteactieve stoffen ook een rol spelen bij het voorkomen van de herafzetting van vuil om het ontsmettingseffect te versterken.
De aanwezigheid van een kleine hoeveelheid water is nodig om in water oplosbaar vuil te verwijderen, maar te veel water kan bij sommige kleding vervorming en kreukels veroorzaken, dus de hoeveelheid water in het stomerijmiddel moet gematigd zijn.
Vuil dat noch in water, noch in olie oplosbaar is, vaste deeltjes zoals as, modder, aarde en roet, worden doorgaans aan het kledingstuk gehecht door elektrostatische krachten of in combinatie met olie. Bij chemisch reinigen kan de stroom oplosmiddel, impact de elektrostatische krachtadsorptie van vuil doen verdwijnen, en het stomerijmiddel kan de olie oplossen, zodat de combinatie van olie en vuil en vastgehecht aan de kleding van vaste deeltjes in de droge -reinigingsmiddel, chemisch reinigingsmiddel in een kleine hoeveelheid water en oppervlakteactieve stoffen, zodat die van de vaste vuildeeltjes stabiel kunnen worden gesuspendeerd, verspreid, om herafzetting op de kleding te voorkomen.
(5)Factoren die de wasactie beïnvloeden
De gerichte adsorptie van oppervlakteactieve stoffen aan het grensvlak en de vermindering van de oppervlaktespanning (grensvlakspanning) zijn de belangrijkste factoren bij het verwijderen van vloeibaar of vast vuil. Het wasproces is echter complex en het waseffect, zelfs met hetzelfde type wasmiddel, wordt door vele andere factoren beïnvloed. Deze factoren zijn onder meer de concentratie van het wasmiddel, de temperatuur, de aard van de vervuiling, het type vezel en de structuur van de stof.
① Concentratie oppervlakteactieve stoffen
De micellen van oppervlakteactieve stoffen in oplossing spelen een belangrijke rol in het wasproces. Wanneer de concentratie de kritische micelconcentratie (CMC) bereikt, neemt het waseffect sterk toe. Daarom moet de concentratie wasmiddel in het oplosmiddel hoger zijn dan de CMC-waarde om een goed waseffect te hebben. Wanneer de concentratie oppervlakteactieve stof echter hoger is dan de CMC-waarde, is de stapsgewijze toename van het waseffect niet duidelijk en is het niet nodig om de concentratie oppervlakteactieve stof te veel te verhogen.
Bij het verwijderen van olie door solubilisatie neemt het solubilisatie-effect toe met toenemende concentratie oppervlakteactieve stof, zelfs wanneer de concentratie boven CMC ligt. Op dit moment is het raadzaam om wasmiddel op een lokaal gecentraliseerde manier te gebruiken. Als er bijvoorbeeld veel vuil op de manchetten en kraag van een kledingstuk zit, kan tijdens het wassen een laag wasmiddel worden aangebracht om het oplosbaarmakende effect van de oppervlakteactieve stof op de olie te vergroten.
②De temperatuur heeft een zeer belangrijke invloed op de decontaminatieactie. Over het algemeen vergemakkelijkt het verhogen van de temperatuur het verwijderen van vuil, maar soms kan een te hoge temperatuur ook nadelen met zich meebrengen.
De stijging van de temperatuur vergemakkelijkt de verspreiding van vuil, vast vet wordt gemakkelijk geëmulgeerd bij temperaturen boven het smeltpunt en de vezels gaan zwellen als gevolg van de stijging van de temperatuur, wat allemaal de verwijdering van vuil vergemakkelijkt. Bij compacte stoffen worden de microspleten tussen de vezels echter kleiner naarmate de vezels uitzetten, wat nadelig is voor de verwijdering van vuil.
Temperatuurveranderingen hebben ook invloed op de oplosbaarheid, CMC-waarde en micelgrootte van oppervlakteactieve stoffen, waardoor het waseffect wordt beïnvloed. De oplosbaarheid van oppervlakteactieve stoffen met lange koolstofketens is laag bij lage temperaturen en soms is de oplosbaarheid zelfs lager dan de CMC-waarde, dus de wastemperatuur moet op passende wijze worden verhoogd. Het effect van temperatuur op de CMC-waarde en micelgrootte is verschillend voor ionische en niet-ionische oppervlakteactieve stoffen. Voor ionische oppervlakteactieve stoffen verhoogt een temperatuurstijging doorgaans de CMC-waarde en verkleint de micelgrootte, wat betekent dat de concentratie oppervlakteactieve stof in de wasoplossing moet worden verhoogd. Voor niet-ionische oppervlakteactieve stoffen leidt een temperatuurstijging tot een verlaging van de CMC-waarde en een significante toename van het micelvolume. Het is dus duidelijk dat een passende temperatuurstijging de niet-ionische oppervlakteactieve stof zal helpen zijn oppervlakteactieve effect uit te oefenen. . De temperatuur mag echter het troebelingspunt niet overschrijden.
Kortom, de optimale wastemperatuur hangt af van de wasmiddelformulering en het te wassen object. Sommige wasmiddelen hebben een goed wasmiddeleffect bij kamertemperatuur, terwijl andere een heel ander wasmiddel hebben tussen koud en warm wassen.
③ Schuim
Het is gebruikelijk om schuimvermogen te verwarren met waseffect, in de overtuiging dat wasmiddelen met een hoog schuimvermogen een goed waseffect hebben. Uit onderzoek is gebleken dat er geen directe relatie bestaat tussen de waswerking en de hoeveelheid schuim. Zo is wassen met laagschuimende wasmiddelen niet minder effectief dan wassen met hoogschuimende wasmiddelen.
Hoewel schuim niet direct verband houdt met wassen, zijn er gevallen waarin het helpt vuil te verwijderen, bijvoorbeeld bij het met de hand afwassen. Bij het schrobben van tapijten kan schuim ook stof en andere vaste vuildeeltjes verwijderen. Tapijtvuil vormt een groot deel van het stof, dus tapijtreinigingsmiddelen moeten een bepaald schuimend vermogen hebben.
Schuimkracht is ook belangrijk voor shampoos, waarbij het fijne schuim dat door de vloeistof wordt geproduceerd tijdens het wassen of baden het haar gesmeerd en comfortabel laat aanvoelen.
④ Vezelvariëteiten en fysieke eigenschappen van textiel
Naast de chemische structuur van de vezels, die de hechting en verwijdering van vuil beïnvloedt, hebben het uiterlijk van de vezels en de organisatie van het garen en de stof invloed op het gemak van vuilverwijdering.
De schubben van wolvezels en de gebogen platte linten van katoenvezels zullen eerder vuil ophopen dan gladde vezels. Koolzwart dat is gekleurd op cellulosefilms (viscosefilms) is bijvoorbeeld gemakkelijk te verwijderen, terwijl koolstofzwart dat is gekleurd op katoenen stoffen moeilijk is af te wassen. Een ander voorbeeld is dat kortevezelstoffen van polyester gevoeliger zijn voor olievlekken dan langvezelige stoffen, en dat olievlekken op kortevezelstoffen ook moeilijker te verwijderen zijn dan olievlekken op langvezelige stoffen.
Strak gedraaide garens en strakke stoffen kunnen, vanwege de kleine opening tussen de vezels, het binnendringen van vuil weerstaan, maar hetzelfde kan ook voorkomen dat de wasvloeistof het interne vuil uitsluit, zodat strakke stoffen goed bestand zijn tegen vuil, maar zodra ze vuil worden wassen is ook moeilijker.
⑤ Hardheid van water
De concentratie van Ca2+, Mg2+ en andere metaalionen in het water heeft een grote invloed op het waseffect, vooral wanneer de anionische oppervlakteactieve stoffen Ca2+- en Mg2+-ionen tegenkomen die calcium- en magnesiumzouten vormen die minder oplosbaar zijn en de waskracht ervan zullen verminderen. In hard water is de waskracht nog steeds veel slechter dan bij destillatie, zelfs als de concentratie oppervlakteactieve stof hoog is. Om ervoor te zorgen dat de oppervlakteactieve stof het beste waseffect heeft, moet de concentratie Ca2+-ionen in het water worden verlaagd tot 1 x 10-6 mol/L (CaCO3 tot 0,1 mg/L) of minder. Hiervoor moeten verschillende wasverzachters aan het wasmiddel worden toegevoegd.
Posttijd: 25 februari 2022