La fuerza de contracción de cualquier unidad de longitud sobre la superficie del líquido se llama tensión superficial y la unidad es N.·m-1.
La propiedad de reducir la tensión superficial del disolvente se llama actividad superficial y una sustancia con esta propiedad se llama sustancia tensioactiva.
La sustancia tensioactiva que puede unir moléculas en solución acuosa y formar micelas y otras asociaciones, y tener una alta actividad superficial, al mismo tiempo que tiene el efecto de humedecer, emulsionar, formar espuma, lavar, etc., se llama tensioactivo.
Los tensioactivos son compuestos orgánicos con estructura y propiedades especiales, que pueden cambiar significativamente la tensión interfacial entre dos fases o la tensión superficial de líquidos (generalmente agua), con propiedades humectantes, espumantes, emulsionantes, de lavado y otras.
En términos de estructura, los tensioactivos tienen una característica común: contienen dos grupos de diferente naturaleza en sus moléculas. En un extremo se encuentra una larga cadena de grupos no polares, solubles en aceite e insolubles en agua, también conocidos como grupo hidrófobo o grupo hidrófobo. Dichos grupos hidrófugos son generalmente cadenas largas de hidrocarburos, a veces también cadenas orgánicas de flúor, silicio, organofosforados, organoestaño, etc. En el otro extremo se encuentran un grupo soluble en agua, un grupo hidrófilo o un grupo hidrófugo. El grupo hidrófilo debe ser suficientemente hidrófilo para garantizar que los tensioactivos completos sean solubles en agua y tengan la solubilidad necesaria. Dado que los tensioactivos contienen grupos hidrófilos e hidrófobos, pueden ser solubles en al menos una de las fases líquidas. Esta propiedad hidrófila y lipófila del surfactante se llama anfifilicidad.
El surfactante es un tipo de moléculas anfifílicas con grupos tanto hidrofóbicos como hidrofílicos. Los grupos hidrófobos de los tensioactivos generalmente están compuestos de hidrocarburos de cadena larga, tales como alquilo de cadena lineal C8~C20, alquilo de cadena ramificada C8~C20, alquilfenilo (el número de átomos de carbono del alquilo es 8~16) y similares. La pequeña diferencia entre los grupos hidrofóbicos radica principalmente en los cambios estructurales de las cadenas de hidrocarburos. Y hay más tipos de grupos hidrofílicos, por lo que las propiedades de los tensioactivos están relacionadas principalmente con los grupos hidrofílicos además del tamaño y la forma de los grupos hidrofóbicos. Los cambios estructurales de los grupos hidrofílicos son mayores que los de los grupos hidrofóbicos, por lo que la clasificación de los tensioactivos generalmente se basa en la estructura de los grupos hidrofílicos. Esta clasificación se basa en si el grupo hidrófilo es iónico o no, y se divide en tensioactivos aniónicos, catiónicos, no iónicos, zwitteriónicos y otros tipos especiales de tensioactivos.
① Adsorción de tensioactivos en la interfaz.
Las moléculas de tensioactivo son moléculas anfifílicas que tienen grupos tanto lipófilos como hidrófilos. Cuando el surfactante se disuelve en agua, su grupo hidrófilo es atraído por el agua y se disuelve en agua, mientras que su grupo lipófilo es repelido por el agua y abandona el agua, lo que resulta en la adsorción de moléculas (o iones) de surfactante en la interfaz de las dos fases. , lo que reduce la tensión interfacial entre las dos fases. Cuantas más moléculas (o iones) de tensioactivo se adsorban en la interfaz, mayor será la reducción de la tensión interfacial.
② Algunas propiedades de la membrana de adsorción.
Presión superficial de la membrana de adsorción: adsorción de surfactante en la interfaz gas-líquido para formar una membrana de adsorción, como colocar una lámina flotante removible sin fricción en la interfaz, la lámina flotante empuja la membrana adsorbente a lo largo de la superficie de la solución y la membrana genera una presión. sobre la lámina flotante, lo que se llama presión superficial.
Viscosidad superficial: al igual que la presión superficial, la viscosidad superficial es una propiedad exhibida por una membrana molecular insoluble. Suspendido por un anillo de platino de alambre fino de metal, de modo que su plano entre en contacto con la superficie del agua del tanque, gire el anillo de platino, el anillo de platino por la viscosidad del obstáculo del agua, la amplitud decae gradualmente, según lo cual la viscosidad de la superficie puede ser mesurado. El método es: primero, el experimento se lleva a cabo en la superficie del agua pura para medir la caída de amplitud, y luego se mide la caída después de la formación de la membrana superficial, y la viscosidad de la membrana superficial se deriva de la diferencia entre las dos. .
La viscosidad de la superficie está estrechamente relacionada con la solidez de la membrana de la superficie y, dado que la membrana de adsorción tiene presión y viscosidad superficial, debe tener elasticidad. Cuanto mayor sea la presión superficial y mayor la viscosidad de la membrana adsorbida, mayor será su módulo elástico. El módulo elástico de la membrana de adsorción superficial es importante en el proceso de estabilización de las burbujas.
③ Formación de micelas
Las soluciones diluidas de tensioactivos obedecen las leyes que siguen las soluciones ideales. La cantidad de surfactante adsorbido en la superficie de la solución aumenta con la concentración de la solución, y cuando la concentración alcanza o excede un cierto valor, la cantidad de adsorción ya no aumenta y estas moléculas de surfactante en exceso están en la solución de forma desordenada. manera o de alguna manera regular. Tanto la práctica como la teoría muestran que forman asociaciones en solución, y estas asociaciones se denominan micelas.
Concentración micelar crítica (CMC): la concentración mínima a la que los tensioactivos forman micelas en solución se denomina concentración micelar crítica.
④ Valores de CMC de tensioactivos comunes.
HLB es la abreviatura de equilibrio lipófilo hidrófilo, que indica el equilibrio hidrófilo y lipófilo de los grupos hidrófilos y lipófilos del tensioactivo, es decir, el valor HLB del tensioactivo. Un valor HLB grande indica una molécula con fuerte hidrofilicidad y débil lipofilicidad; por el contrario, una fuerte lipofilicidad y una débil hidrofilicidad.
① Provisiones de valor HLB
El valor HLB es un valor relativo, por lo que cuando se desarrolla el valor HLB, como estándar, se especifica que el valor HLB de la cera de parafina, que no tiene propiedades hidrófilas, es 0, mientras que el valor HLB del dodecilsulfato de sodio, que es más soluble en agua, es 40. Por lo tanto, el valor HLB de los tensioactivos generalmente está dentro del rango de 1 a 40. En términos generales, los emulsionantes con valores HLB inferiores a 10 son lipófilos, mientras que los superiores a 10 son hidrófilos. Por tanto, el punto de inflexión de lipófilo a hidrófilo es aproximadamente 10.
Con base en los valores de HLB de los surfactantes, se puede obtener una idea general de sus posibles usos, como se muestra en la Tabla 1-3.
Dos líquidos mutuamente insolubles, uno disperso en el otro en forma de partículas (gotas o cristales líquidos), forman un sistema llamado emulsión. Este sistema es termodinámicamente inestable debido al aumento del área límite de los dos líquidos cuando se forma la emulsión. Para que la emulsión sea estable, es necesario agregar un tercer componente: un emulsionante para reducir la energía interfacial del sistema. El emulsionante pertenece al tensioactivo, su función principal es desempeñar el papel de emulsión. La fase de la emulsión que existe como gotas se llama fase dispersa (o fase interna, fase discontinua), y la otra fase que está unida se llama medio de dispersión (o fase externa, fase continua).
① Emulsionantes y emulsiones
Emulsiones comunes, una fase es agua o solución acuosa, la otra fase son sustancias orgánicas no miscibles con agua, como grasa, cera, etc. La emulsión formada por agua y aceite se puede dividir en dos tipos según su situación de dispersión: aceite dispersada en agua para formar una emulsión de tipo aceite en agua, expresada como O/W (aceite/agua): agua dispersada en aceite para formar una emulsión de tipo aceite en agua, expresada como W/O (agua/aceite). También se pueden formar multiemulsiones complejas de tipo agua en aceite en agua W/O/W y de tipo aceite en agua en aceite O/W/O.
Los emulsionantes se utilizan para estabilizar emulsiones reduciendo la tensión interfacial y formando una membrana interfacial de una sola molécula.
En la emulsificación de los requisitos del emulsionante:
a: El emulsionante debe poder adsorber o enriquecer la interfaz entre las dos fases, de modo que se reduzca la tensión interfacial;
b: El emulsionante debe dar carga a las partículas, de modo que se produzca repulsión electrostática entre las partículas, o formar una membrana protectora estable y altamente viscosa alrededor de las partículas.
Por lo tanto, la sustancia utilizada como emulsionante debe tener grupos anfifílicos para poder emulsionarse, y los tensioactivos pueden cumplir este requisito.
② Métodos de preparación de emulsiones y factores que afectan la estabilidad de las emulsiones.
Hay dos formas de preparar emulsiones: una es utilizar el método mecánico para dispersar el líquido en pequeñas partículas en otro líquido, que se utiliza principalmente en la industria para preparar emulsiones; la otra es disolver el líquido en estado molecular en otro líquido y luego hacer que se junte adecuadamente para formar emulsiones.
La estabilidad de una emulsión es la capacidad de antiagregación de partículas que conduce a la separación de fases. Las emulsiones son sistemas termodinámicamente inestables con gran energía libre. Por lo tanto, la denominada estabilidad de una emulsión es en realidad el tiempo necesario para que el sistema alcance el equilibrio, es decir, el tiempo necesario para que se produzca la separación de uno de los líquidos del sistema.
Cuando la membrana interfacial con alcoholes grasos, ácidos grasos y aminas grasas y otras moléculas orgánicas polares, la resistencia de la membrana es significativamente mayor. Esto se debe a que, en la capa de adsorción interfacial, las moléculas emulsionantes y los alcoholes, los ácidos, las aminas y otras moléculas polares forman un "complejo", de modo que la resistencia de la membrana interfacial aumenta.
Los emulsionantes que constan de más de dos tensioactivos se denominan emulsionantes mixtos. Emulsionante mixto adsorbido en la interfaz agua/aceite; La acción intermolecular puede formar complejos. Debido a la fuerte acción intermolecular, la tensión interfacial se reduce significativamente, la cantidad de emulsionante adsorbido en la interfaz aumenta significativamente, aumenta la formación de la densidad de la membrana interfacial y aumenta la resistencia.
La carga de las perlas líquidas tiene un efecto significativo sobre la estabilidad de la emulsión. Emulsiones estables, cuyas perlas líquidas generalmente están cargadas. Cuando se utiliza un emulsionante iónico, el ion emulsionante adsorbido en la interfaz tiene su grupo lipófilo insertado en la fase oleosa y el grupo hidrófilo está en la fase acuosa, lo que hace que las perlas líquidas se carguen. Como las perlas de emulsión tienen la misma carga, se repelen entre sí, no son fáciles de aglomerar, por lo que aumenta la estabilidad. Se puede observar que cuantos más iones emulsionantes se adsorben en las perlas, mayor es la carga, mayor es la capacidad de evitar que las perlas se aglomeren y más estable es el sistema de emulsión.
La viscosidad del medio de dispersión de la emulsión tiene cierta influencia en la estabilidad de la emulsión. Generalmente, cuanto mayor es la viscosidad del medio de dispersión, mayor es la estabilidad de la emulsión. Esto se debe a que la viscosidad del medio de dispersión es grande, lo que tiene un fuerte efecto sobre el movimiento browniano de las perlas líquidas y ralentiza la colisión entre las perlas líquidas, de modo que el sistema permanece estable. Por lo general, las sustancias poliméricas que se pueden disolver en emulsiones pueden aumentar la viscosidad del sistema y aumentar la estabilidad de las emulsiones. Además, los polímeros también pueden formar una membrana interfacial fuerte, haciendo que el sistema de emulsión sea más estable.
En algunos casos, la adición de polvo sólido también puede hacer que la emulsión tienda a estabilizarse. El polvo sólido está en agua, aceite o interfaz, dependiendo del aceite, el agua depende de la capacidad humectante del polvo sólido, si el polvo sólido no está completamente mojado con agua, pero también mojado con aceite, permanecerá en el agua y el aceite. interfaz.
El polvo sólido no hace que la emulsión sea estable porque el polvo acumulado en la interfaz mejora la membrana interfacial, que es similar a la adsorción interfacial de moléculas de emulsionante, por lo que cuanto más cerca esté dispuesto el material en polvo sólido en la interfaz, más estable será. la emulsión es.
Los tensioactivos tienen la capacidad de aumentar significativamente la solubilidad de sustancias orgánicas insolubles o ligeramente solubles en agua después de formar micelas en una solución acuosa, y la solución es transparente en este momento. Este efecto de la micela se llama solubilización. El tensioactivo que puede producir solubilización se llama solubilizante y la materia orgánica que se solubiliza se llama materia solubilizada.
La espuma juega un papel importante en el proceso de lavado. La espuma es un sistema de dispersión en el que un gas se dispersa en un líquido o sólido, siendo el gas la fase dispersa y el líquido o sólido el medio dispersante, denominándose la primera espuma líquida, mientras que la segunda se denomina espuma sólida, tal como como plástico celular, vidrio celular, cemento celular, etc.
(1) Formación de espuma
Por espuma nos referimos aquí a un conjunto de burbujas de aire separadas por una membrana líquida. Este tipo de burbuja siempre sube rápidamente a la superficie del líquido debido a la gran diferencia de densidad entre la fase dispersa (gas) y el medio de dispersión (líquido), combinada con la baja viscosidad del líquido.
El proceso de formación de una burbuja consiste en introducir una gran cantidad de gas en el líquido, y las burbujas del líquido regresan rápidamente a la superficie, formando un agregado de burbujas separadas por una pequeña cantidad de gas líquido.
La espuma tiene dos características importantes en términos de morfología: una es que las burbujas como fase dispersa suelen tener forma poliédrica, esto se debe a que en la intersección de las burbujas, la película líquida tiende a adelgazarse de modo que las burbujas se vuelven más delgadas. poliédrico, cuando la película líquida se adelgaza hasta cierto punto, provoca la ruptura de la burbuja; la segunda es que los líquidos puros no pueden formar espuma estable, el líquido que puede formar espuma tiene al menos dos o más componentes. Las soluciones acuosas de tensioactivos son típicas de sistemas propensos a la generación de espuma, y su capacidad para generar espuma también está relacionada con otras propiedades.
Los tensioactivos con buen poder espumante se denominan agentes espumantes. Aunque el agente espumante tiene buena capacidad de formación de espuma, es posible que la espuma formada no pueda mantenerse durante mucho tiempo, es decir, su estabilidad no es necesariamente buena. Para mantener la estabilidad de la espuma, a menudo se agregan sustancias al agente espumante que pueden aumentar la estabilidad de la espuma, la sustancia se llama estabilizador de espuma, el estabilizador comúnmente usado es lauril dietanolamina y óxido de dodecil dimetilamina.
(2) Estabilidad de la espuma
La espuma es un sistema termodinámicamente inestable y la tendencia final es que la superficie total del líquido dentro del sistema disminuye después de que se rompe la burbuja y la energía libre disminuye. El proceso desespumante es el proceso por el cual la membrana líquida que separa el gas se vuelve más espesa y delgada hasta romperse. Por lo tanto, el grado de estabilidad de la espuma está determinado principalmente por la velocidad de descarga del líquido y la resistencia de la película líquida. Los siguientes factores también influyen en esto.
(3) Destrucción de la espuma
El principio básico de la destrucción de la espuma es cambiar las condiciones que producen la espuma o eliminar los factores estabilizadores de la espuma, por lo que existen métodos de desespumado tanto físicos como químicos.
La eliminación de espuma física significa cambiar las condiciones de producción de espuma mientras se mantiene la composición química de la solución de espuma, como perturbaciones externas, cambios de temperatura o presión y el tratamiento ultrasónico son todos métodos físicos efectivos para eliminar la espuma.
El método desespumante químico consiste en agregar ciertas sustancias para interactuar con el agente espumante para reducir la resistencia de la película líquida en la espuma y así reducir la estabilidad de la espuma para lograr el propósito de desespumar; dichas sustancias se denominan antiespumantes. La mayoría de los antiespumantes son tensioactivos. Por lo tanto, de acuerdo con el mecanismo antiespumante, el antiespumante debe tener una gran capacidad para reducir la tensión superficial, ser fácil de adsorber en la superficie y la interacción entre las moléculas de adsorción de la superficie es débil y las moléculas de adsorción están dispuestas en una estructura más suelta.
Existen varios tipos de antiespumantes, pero básicamente todos son tensioactivos no iónicos. Los tensioactivos no iónicos tienen propiedades antiespumantes cerca o por encima de su punto de turbidez y, a menudo, se utilizan como antiespumantes. Como excelentes antiespumantes también se utilizan habitualmente alcoholes, especialmente alcoholes con estructura ramificada, ácidos grasos y ésteres de ácidos grasos, poliamidas, ésteres de fosfato, aceites de silicona, etc.
(4) Espuma y lavado
No existe una relación directa entre la espuma y la eficacia del lavado y la cantidad de espuma no indica la eficacia del lavado. Por ejemplo, los tensioactivos no iónicos tienen muchas menos propiedades espumantes que los jabones, pero su descontaminación es mucho mejor que la de los jabones.
En algunos casos, la espuma puede resultar útil para eliminar la suciedad y la mugre. Por ejemplo, al lavar los platos en casa, la espuma del detergente recoge las gotas de aceite y al fregar las alfombras, la espuma ayuda a recoger el polvo y otra suciedad sólida. Además, a veces se puede utilizar espuma como indicación de la eficacia de un detergente. Debido a que los aceites grasos tienen un efecto inhibidor sobre la espuma del detergente, cuando hay demasiado aceite y muy poco detergente, no se generará espuma o la espuma original desaparecerá. A veces también se puede usar espuma como indicador de la limpieza de un enjuague, ya que la cantidad de espuma en la solución de enjuague tiende a disminuir con la reducción de detergente, por lo que la cantidad de espuma se puede usar para evaluar el grado de enjuague.
En un sentido amplio, el lavado es el proceso de eliminar componentes no deseados del objeto a lavar y lograr algún propósito. El lavado en el sentido habitual se refiere al proceso de eliminar la suciedad de la superficie del vehículo. En el lavado, la interacción entre la suciedad y el portador se debilita o elimina por la acción de algunas sustancias químicas (por ejemplo, detergente, etc.), de modo que la combinación de suciedad y portador se cambia a una combinación de suciedad y detergente, y finalmente la suciedad se separa del transportador. Como los objetos a lavar y la suciedad a eliminar son diversos, el lavado es un proceso muy complejo y el proceso básico de lavado se puede expresar en las siguientes relaciones simples.
Carrie··Suciedad + Detergente= Portador + Suciedad·Detergente
El proceso de lavado normalmente se puede dividir en dos etapas: en primer lugar, bajo la acción del detergente, la suciedad se separa de su portador; en segundo lugar, la suciedad desprendida se dispersa y suspende en el medio. El proceso de lavado es un proceso reversible y la suciedad dispersada y suspendida en el medio también puede volver a precipitarse desde el medio hacia el objeto que se está lavando. Por lo tanto, un buen detergente debería tener la capacidad de dispersar y suspender la suciedad y evitar la redeposición de suciedad, además de la capacidad de eliminar la suciedad del soporte.
(1) Tipos de suciedad
Incluso para un mismo artículo, el tipo, composición y cantidad de suciedad pueden variar según el entorno en el que se utilice. La suciedad del cuerpo aceitoso se compone principalmente de algunos aceites animales y vegetales y aceites minerales (como petróleo crudo, fueloil, alquitrán de hulla, etc.), la suciedad sólida es principalmente hollín, cenizas, óxido, negro de humo, etc. hay suciedad del cuerpo humano, como sudor, sebo, sangre, etc.; suciedad de los alimentos, como manchas de frutas, manchas de aceite de cocina, manchas de condimentos, almidón, etc.; suciedad de cosméticos, como pintalabios, esmalte de uñas, etc.; suciedad de la atmósfera, como hollín, polvo, barro, etc.; otros, como tinta, té, recubrimiento, etc. Se presenta en varios tipos.
Los distintos tipos de suciedad se pueden dividir normalmente en tres categorías principales: suciedad sólida, suciedad líquida y suciedad especial.
① Suciedad sólida
La suciedad sólida común incluye partículas de ceniza, barro, tierra, óxido y negro de humo. La mayoría de estas partículas tienen una carga eléctrica en su superficie, la mayoría tienen carga negativa y pueden adsorberse fácilmente en artículos de fibra. La suciedad sólida generalmente es difícil de disolver en agua, pero puede dispersarse y suspenderse mediante soluciones detergentes. La suciedad sólida con un punto de masa más pequeño es más difícil de eliminar.
② Suciedad líquida
La suciedad líquida es principalmente soluble en aceite, incluidos aceites vegetales y animales, ácidos grasos, alcoholes grasos, aceites minerales y sus óxidos. Entre ellos, pueden ocurrir saponificación de aceites vegetales y animales, ácidos grasos y álcalis, mientras que los alcoholes grasos y los aceites minerales no se saponifican con álcalis, pero pueden ser solubles en alcoholes, éteres y solventes orgánicos de hidrocarburos, y emulsificación y dispersión de soluciones de agua detergente. La suciedad líquida soluble en aceite generalmente tiene una fuerza fuerte con los artículos de fibra y se absorbe más firmemente en las fibras.
③ Suciedad especial
La suciedad especial incluye proteínas, almidón, sangre, secreciones humanas como sudor, sebo, orina y zumos de frutas y té. La mayor parte de este tipo de suciedad puede adsorberse química y fuertemente en los artículos de fibra. Por tanto, es difícil de lavar.
Los distintos tipos de suciedad rara vez se encuentran solos, sino que a menudo se mezclan y se absorben en el objeto. En ocasiones, la suciedad puede oxidarse, descomponerse o pudrirse bajo influencias externas, creando así nueva suciedad.
(2) Adhesión de suciedad
La ropa, las manos, etc. pueden mancharse porque existe algún tipo de interacción entre el objeto y la suciedad. La suciedad se adhiere a los objetos de diversas formas, pero no hay más que adherencias físicas y químicas.
①La adhesión de hollín, polvo, barro, arena y carbón a la ropa es una adhesión física. En términos generales, debido a esta adhesión de la suciedad y el papel entre el objeto manchado es relativamente débil, la eliminación de la suciedad también es relativamente fácil. Según las diferentes fuerzas, la adhesión física de la suciedad se puede dividir en adhesión mecánica y adhesión electrostática.
R: Adhesión mecánica
Este tipo de adhesión se refiere principalmente a la adhesión de cierta suciedad sólida (por ejemplo, polvo, barro y arena). La adhesión mecánica es una de las formas más débiles de adhesión de la suciedad y se puede eliminar casi por medios puramente mecánicos, pero cuando la suciedad es pequeña (<0,1 um), es más difícil de eliminar.
B: Adhesión electrostática
La adhesión electrostática se manifiesta principalmente en la acción de partículas de suciedad cargadas sobre objetos con cargas opuestas. La mayoría de los objetos fibrosos están cargados negativamente en el agua y cierta suciedad cargada positivamente, como la cal, se puede adherir fácilmente a ellos. Parte de la suciedad, aunque tenga carga negativa, como las partículas de negro de humo en soluciones acuosas, puede adherirse a las fibras a través de puentes iónicos (iones entre múltiples objetos con cargas opuestas, que actúan junto con ellos a modo de puente) formados por iones positivos en el agua (p. ej. , Ca2+, Mg2+, etc.).
La acción electrostática es más fuerte que la simple acción mecánica, lo que dificulta relativamente la eliminación de la suciedad.
② Adhesión química
La adhesión química se refiere al fenómeno de la suciedad que actúa sobre un objeto a través de enlaces químicos o de hidrógeno. Por ejemplo, suciedad sólida polar, proteínas, óxido y otras adherencias en artículos de fibra, las fibras contienen grupos carboxilo, hidroxilo, amida y otros, estos grupos y la suciedad aceitosa, los ácidos grasos y los alcoholes grasos son fáciles de formar enlaces de hidrógeno. Las fuerzas químicas son generalmente fuertes y, por lo tanto, la suciedad se adhiere más firmemente al objeto. Este tipo de suciedad es difícil de eliminar con los métodos habituales y requiere métodos especiales para tratarla.
El grado de adherencia de la suciedad está relacionado con la naturaleza de la propia suciedad y la naturaleza del objeto al que está adherida. Generalmente, las partículas se adhieren fácilmente a los elementos fibrosos. Cuanto más pequeña sea la textura de la suciedad sólida, más fuerte será la adherencia. La suciedad polar sobre objetos hidrófilos como el algodón y el vidrio se adhiere con más fuerza que la suciedad no polar. La suciedad no polar se adhiere con más fuerza que la polar, como las grasas polares, el polvo y la arcilla, y es menos fácil de eliminar y limpiar.
(3) Mecanismo de eliminación de suciedad
El objetivo del lavado es eliminar la suciedad. En un medio de cierta temperatura (principalmente agua). Utilizar los diversos efectos físicos y químicos del detergente para debilitar o eliminar el efecto de la suciedad y los objetos lavados, bajo la acción de ciertas fuerzas mecánicas (como frotamiento de manos, agitación de la lavadora, impacto del agua), de modo que la suciedad y los objetos lavados del propósito de descontaminación.
① Mecanismo de eliminación de suciedad líquida.
R: Mojar
La suciedad líquida tiene una base predominantemente oleosa. Las manchas de aceite mojan la mayoría de los artículos fibrosos y se extienden más o menos como una película de aceite sobre la superficie del material fibroso. El primer paso en la acción de lavado es humedecer la superficie con el líquido de lavado. A modo de ilustración, se puede considerar la superficie de una fibra como una superficie sólida lisa.
B: Desprendimiento de aceite - mecanismo de rizado
El segundo paso de la acción de lavado es la eliminación de aceites y grasas, la eliminación de la suciedad líquida se consigue mediante una especie de enrollado. La suciedad líquida existía originalmente en la superficie en forma de una película de aceite extendida, y bajo el efecto humectante preferencial del líquido de lavado sobre la superficie sólida (es decir, la superficie de la fibra), se enrolló en perlas de aceite paso a paso, lo que fueron reemplazados por el líquido de lavado y eventualmente abandonaron la superficie bajo ciertas fuerzas externas.
② Mecanismo de eliminación de suciedad sólida.
La eliminación de la suciedad líquida se realiza principalmente mediante la humectación preferencial del portador de suciedad por la solución de lavado, mientras que el mecanismo de eliminación de la suciedad sólida es diferente, donde el proceso de lavado consiste principalmente en humedecer la masa de suciedad y su superficie portadora por el lavado. solución. Debido a la adsorción de tensioactivos sobre la suciedad sólida y su superficie portadora, se reduce la interacción entre la suciedad y la superficie y se reduce la fuerza de adhesión de la masa de suciedad sobre la superficie, por lo que la masa de suciedad se elimina fácilmente de la superficie de el transportista.
Además, la adsorción de tensioactivos, especialmente tensioactivos iónicos, sobre la superficie de la suciedad sólida y su portador tiene el potencial de aumentar el potencial superficial en la superficie de la suciedad sólida y su portador, lo que es más propicio para la eliminación del suciedad. Las superficies sólidas o generalmente fibrosas en medios acuosos suelen estar cargadas negativamente y, por lo tanto, pueden formar capas electrónicas dobles difusas sobre masas de suciedad o superficies sólidas. Debido a la repulsión de cargas homogéneas, se debilita la adhesión de las partículas de suciedad del agua a la superficie sólida. Cuando se agrega un tensioactivo aniónico, debido a que puede aumentar simultáneamente el potencial superficial negativo de la partícula de suciedad y la superficie sólida, la repulsión entre ellas aumenta, la fuerza de adhesión de la partícula se reduce más y la suciedad es más fácil de eliminar. .
Los tensioactivos no iónicos se adsorben en superficies sólidas generalmente cargadas y, aunque no cambian significativamente el potencial interfacial, los tensioactivos no iónicos adsorbidos tienden a formar un cierto espesor de capa adsorbida en la superficie que ayuda a prevenir la redeposición de suciedad.
En el caso de los tensioactivos catiónicos, su adsorción reduce o elimina el potencial superficial negativo de la masa de suciedad y su superficie portadora, lo que reduce la repulsión entre la suciedad y la superficie y, por tanto, no favorece la eliminación de la suciedad; además, después de la adsorción sobre la superficie sólida, los tensioactivos catiónicos tienden a volver hidrófoba la superficie sólida y, por tanto, no favorecen la humectación de la superficie y, por tanto, el lavado.
③ Eliminación de suelos especiales
Las proteínas, el almidón, las secreciones humanas, los zumos de frutas, el zumo de té y otras suciedades similares son difíciles de eliminar con tensioactivos normales y requieren un tratamiento especial.
Las manchas de proteínas como crema, huevos, sangre, leche y excrementos de la piel tienden a coagularse en las fibras y degenerarse y adquirir una adhesión más fuerte. La suciedad de proteínas se puede eliminar utilizando proteasas. La enzima proteasa descompone las proteínas de la tierra en aminoácidos u oligopéptidos solubles en agua.
Las manchas de almidón provienen principalmente de alimentos, otros como salsa, pegamento, etc. La amilasa tiene un efecto catalítico en la hidrólisis de las manchas de almidón, provocando que el almidón se descomponga en azúcares.
La lipasa cataliza la descomposición de los triglicéridos, que son difíciles de eliminar con métodos normales, como el sebo y los aceites comestibles, y los descompone en glicerol y ácidos grasos solubles.
Algunas manchas de color procedentes de zumos de frutas, zumos de té, tintas, barras de labios, etc. suelen ser difíciles de limpiar a fondo incluso después de repetidos lavados. Estas manchas se pueden eliminar mediante una reacción redox con un agente oxidante o reductor como la lejía, que destruye la estructura de los grupos generadores de color o auxiliares del color y los degrada en componentes más pequeños solubles en agua.
(4) Mecanismo de eliminación de manchas de limpieza en seco
Lo anterior es en realidad para el agua como medio de lavado. De hecho, debido a los diferentes tipos de ropa y estructura, algunas prendas que se lavan con agua no son convenientes o no son fáciles de lavar, algunas prendas después del lavado e incluso se deforman, se decoloran, etc., por ejemplo: la mayoría de las fibras naturales absorben agua y fácil de hinchar, seco y fácil de encoger, por lo que después del lavado se deformará; al lavar los productos de lana también suele aparecer un fenómeno de encogimiento, algunos productos de lana con lavado con agua también son fáciles de formar bolitas y cambian de color; Algunas sedas se sienten peor después del lavado y pierden su brillo. Para estas prendas se suele utilizar el método de limpieza en seco para descontaminarlas. La denominada limpieza en seco se refiere generalmente al método de lavado en disolventes orgánicos, especialmente en disolventes no polares.
La limpieza en seco es una forma de lavado más suave que el lavado con agua. Debido a que la limpieza en seco no requiere mucha acción mecánica, no causa daños, arrugas ni deformaciones a la ropa, mientras que los agentes de limpieza en seco, a diferencia del agua, rara vez producen expansión y contracción. Siempre que la tecnología se utilice correctamente, la ropa se puede lavar en seco sin deformaciones, pérdida de color y una vida útil prolongada.
En términos de limpieza en seco, existen tres grandes tipos de suciedad.
①Suciedad soluble en aceite La suciedad soluble en aceite incluye todo tipo de aceites y grasas, que son líquidos o grasosos y pueden disolverse en disolventes de limpieza en seco.
②Suciedad soluble en agua La suciedad soluble en agua es soluble en soluciones acuosas, pero no en agentes de limpieza en seco, se absorbe en la ropa en estado acuoso, el agua se evapora después de la precipitación de sólidos granulares, como sales inorgánicas, almidón, proteínas, etc.
③Suciedad insoluble en agua y aceite La suciedad insoluble en agua y aceite no es soluble en agua ni en disolventes de limpieza en seco, como negro de humo, silicatos de diversos metales y óxidos, etc.
Debido a la diferente naturaleza de los distintos tipos de suciedad, existen diferentes formas de eliminar la suciedad en el proceso de limpieza en seco. Las suciedades solubles en aceite, como los aceites animales y vegetales, los aceites minerales y las grasas, son fácilmente solubles en disolventes orgánicos y se pueden eliminar más fácilmente con la limpieza en seco. La excelente solubilidad de los disolventes de limpieza en seco para aceites y grasas proviene esencialmente de las fuerzas de Van der Walls entre las moléculas.
Para eliminar la suciedad soluble en agua, como sales inorgánicas, azúcares, proteínas y sudor, también se debe añadir la cantidad adecuada de agua al agente de limpieza en seco; de lo contrario, la suciedad soluble en agua será difícil de eliminar de la ropa. Sin embargo, el agua es difícil de disolver en el agente de limpieza en seco, por lo que para aumentar la cantidad de agua, también es necesario agregar tensioactivos. La presencia de agua en el agente de limpieza en seco puede hidratar la superficie de la suciedad y la ropa, de modo que es fácil interactuar con los grupos polares de tensioactivos, lo que favorece la adsorción de tensioactivos en la superficie. Además, cuando los tensioactivos forman micelas, la suciedad y el agua solubles en agua pueden solubilizarse en las micelas. Además de aumentar el contenido de agua del disolvente de limpieza en seco, los tensioactivos también pueden desempeñar un papel en la prevención de la nueva deposición de suciedad para mejorar el efecto de descontaminación.
La presencia de una pequeña cantidad de agua es necesaria para eliminar la suciedad soluble en agua, pero demasiada agua puede provocar deformaciones y arrugas en algunas prendas, por lo que la cantidad de agua en el agente de limpieza en seco debe ser moderada.
La suciedad que no es soluble en agua ni en aceite, partículas sólidas como cenizas, barro, tierra y negro de carbón, generalmente se adhiere a la prenda mediante fuerzas electrostáticas o en combinación con aceite. En la limpieza en seco, el flujo de solvente y el impacto pueden hacer que la fuerza electrostática absorba la suciedad y el agente de limpieza en seco puede disolver el aceite, de modo que la combinación de aceite y suciedad y las partículas sólidas adheridas a la ropa se eliminen en seco. -agente de limpieza, agente de limpieza en seco en una pequeña cantidad de agua y tensioactivos, para que las partículas de suciedad sólidas puedan ser una suspensión estable, dispersión, para evitar su redeposición en la ropa.
(5) Factores que afectan la acción de lavado.
La adsorción direccional de tensioactivos en la interfaz y la reducción de la tensión superficial (interfacial) son los principales factores en la eliminación de suciedad líquida o sólida. Sin embargo, el proceso de lavado es complejo y el efecto del lavado, incluso con el mismo tipo de detergente, se ve influenciado por muchos otros factores. Estos factores incluyen la concentración del detergente, la temperatura, la naturaleza de la suciedad, el tipo de fibra y la estructura del tejido.
① Concentración de tensioactivo
Las micelas de tensioactivos en solución juegan un papel importante en el proceso de lavado. Cuando la concentración alcanza la concentración micelar crítica (CMC), el efecto de lavado aumenta considerablemente. Por lo tanto, la concentración de detergente en el disolvente debe ser mayor que el valor de CMC para tener un buen efecto de lavado. Sin embargo, cuando la concentración de tensioactivo es mayor que el valor de CMC, el aumento incremental en el efecto de lavado no es obvio y no es necesario aumentar demasiado la concentración de tensioactivo.
Cuando se elimina el aceite mediante solubilización, el efecto de solubilización aumenta al aumentar la concentración de tensioactivo, incluso cuando la concentración está por encima de CMC. En este momento es recomendable utilizar detergente de forma local centralizada. Por ejemplo, si hay mucha suciedad en los puños y el cuello de una prenda, se puede aplicar una capa de detergente durante el lavado para aumentar el efecto solubilizante del tensioactivo sobre el aceite.
②La temperatura tiene una influencia muy importante en la acción de descontaminación. En general, aumentar la temperatura facilita la eliminación de la suciedad, pero a veces una temperatura demasiado alta también puede provocar desventajas.
El aumento de temperatura facilita la difusión de la suciedad, la grasa sólida se emulsiona fácilmente a temperaturas superiores a su punto de fusión y las fibras aumentan su hinchamiento debido al aumento de temperatura, todo lo cual facilita la eliminación de la suciedad. Sin embargo, para tejidos compactos, los microespacios entre las fibras se reducen a medida que las fibras se expanden, lo que es perjudicial para la eliminación de la suciedad.
Los cambios de temperatura también afectan la solubilidad, el valor de CMC y el tamaño de las micelas de los tensioactivos, afectando así el efecto de lavado. La solubilidad de los tensioactivos con cadenas largas de carbono es baja a bajas temperaturas y, a veces, la solubilidad es incluso inferior al valor de CMC, por lo que la temperatura de lavado debe elevarse adecuadamente. El efecto de la temperatura sobre el valor de CMC y el tamaño de las micelas es diferente para los tensioactivos iónicos y no iónicos. Para los tensioactivos iónicos, un aumento de la temperatura generalmente aumenta el valor de CMC y reduce el tamaño de las micelas, lo que significa que se debe aumentar la concentración de tensioactivo en la solución de lavado. Para los tensioactivos no iónicos, un aumento de la temperatura conduce a una disminución del valor de CMC y a un aumento significativo del volumen de las micelas, por lo que está claro que un aumento apropiado de la temperatura ayudará al tensioactivo no iónico a ejercer su efecto tensioactivo. . Sin embargo, la temperatura no debe exceder su punto de nubosidad.
En resumen, la temperatura óptima de lavado depende de la formulación del detergente y del objeto a lavar. Algunos detergentes tienen un buen efecto detergente a temperatura ambiente, mientras que otros tienen una detergencia muy diferente entre el lavado en frío y el lavado en caliente.
③ Espuma
Se acostumbra confundir poder espumante con efecto lavado, creyendo que los detergentes con alto poder espumante tienen un buen efecto lavado. Las investigaciones han demostrado que no existe una relación directa entre el efecto del lavado y la cantidad de espuma. Por ejemplo, lavar con detergentes de baja espuma no es menos eficaz que lavar con detergentes de alta espuma.
Aunque la espuma no está directamente relacionada con el lavado, hay ocasiones en las que ayuda a eliminar la suciedad, por ejemplo, al lavar los platos a mano. Al fregar alfombras, la espuma también puede eliminar el polvo y otras partículas sólidas de suciedad; la suciedad de las alfombras representa una gran proporción del polvo, por lo que los agentes de limpieza de alfombras deben tener una cierta capacidad de formación de espuma.
El poder de formación de espuma también es importante para los champús, donde la fina espuma producida por el líquido durante el lavado o el baño deja el cabello con una sensación lubricada y cómoda.
④ Variedades de fibras y propiedades físicas de los textiles.
Además de la estructura química de las fibras, que influye en la adhesión y la eliminación de la suciedad, el aspecto de las fibras y la organización del hilo y del tejido influyen en la facilidad de eliminación de la suciedad.
Las escamas de las fibras de lana y las cintas planas y curvas de las fibras de algodón tienen más probabilidades de acumular suciedad que las fibras lisas. Por ejemplo, el negro de humo manchado sobre películas de celulosa (películas de viscosa) es fácil de quitar, mientras que el negro de humo manchado sobre telas de algodón es difícil de lavar. Otro ejemplo es que las telas de fibra corta hechas de poliéster son más propensas a acumular manchas de aceite que las de fibra larga, y las manchas de aceite en las telas de fibra corta también son más difíciles de eliminar que las manchas de aceite en las telas de fibra larga.
Los hilos muy retorcidos y las telas apretadas, debido al pequeño espacio entre las fibras, pueden resistir la invasión de la suciedad, pero lo mismo también puede evitar que el líquido de lavado excluya la suciedad interna, por lo que las telas apretadas comienzan a resistir bien la suciedad, pero una vez manchadas. El lavado también es más difícil.
⑤ Dureza del agua
La concentración de Ca2+, Mg2+ y otros iones metálicos en el agua tiene una gran influencia en el efecto de lavado, especialmente cuando los tensioactivos aniónicos encuentran iones Ca2+ y Mg2+ formando sales de calcio y magnesio que son menos solubles y reducirán su detergencia. En agua dura, incluso si la concentración de tensioactivo es alta, la detergencia es mucho peor que en la destilación. Para que el tensioactivo tenga el mejor efecto de lavado, la concentración de iones Ca2+ en el agua debe reducirse a 1 x 10-6 mol/L (CaCO3 a 0,1 mg/L) o menos. Esto requiere la adición de varios suavizantes al detergente.
Hora de publicación: 25 de febrero de 2022