La fuerza de contracción de cualquier unidad de longitud sobre la superficie del líquido se denomina tensión superficial y la unidad es N.·m-1.
La propiedad de reducir la tensión superficial del solvente se llama actividad superficial, y una sustancia con esta propiedad se llama sustancia tensioactiva.
La sustancia tensioactiva que puede unir moléculas en una solución acuosa y formar micelas y otras asociaciones, y tener una alta actividad superficial, al mismo tiempo que tiene el efecto de humectar, emulsionar, formar espuma, lavar, etc. se llama tensioactivo.
Los surfactantes 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 como característica común que contienen dos grupos de diferente naturaleza en sus moléculas.En un extremo se encuentra una cadena larga de grupo no polar, soluble en aceite e insoluble en agua, también conocido como grupo hidrofóbico o grupo hidrofugante.Tal grupo hidrófugo es generalmente cadenas largas de hidrocarburos, a veces también para flúor orgánico, silicio, organofosfato, cadena de organoestaño, etc. En el otro extremo hay un grupo soluble en agua, un grupo hidrofílico o un grupo oleófugo.El grupo hidrofílico debe ser lo suficientemente hidrofílico para asegurar 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 tensioactivo se denomina anfifilicidad.
El surfactante es un tipo de moléculas anfifílicas con grupos hidrofóbicos e hidrofílicos.Los grupos hidrófobos de los tensioactivos generalmente se componen de hidrocarburos de cadena larga, como alquilo C8~C20 de cadena lineal, alquilo C8~C20 de cadena ramificada, alquilfenilo (el número tom de carbono del alquilo es 8~16) y similares.La diferencia que es pequeña entre los grupos hidrófobos se encuentra principalmente en los cambios estructurales de las cadenas de hidrocarburos.Y los tipos de grupos hidrófilos son más, por lo que las propiedades de los tensioactivos están principalmente relacionadas con los grupos hidrófilos además del tamaño y la forma de los grupos hidrófobos.Los cambios estructurales de los grupos hidrófilos son mayores que los de los grupos hidrófobos, por lo que la clasificación de los tensioactivos se basa generalmente en la estructura de los grupos hidrófilos.Esta clasificación se basa en si el grupo hidrofílico es iónico o no, y se divide en tensioactivos aniónicos, catiónicos, no iónicos, zwitteriónicos y otros tipos especiales.
① Adsorción de tensioactivos en la interfase
Las moléculas de tensioactivo son moléculas anfifílicas que tienen grupos tanto lipófilos como hidrófilos.Cuando el surfactante se disuelve en agua, su grupo hidrofílico es atraído por el agua y se disuelve en agua, mientras que su grupo lipofílico es repelido por el agua y sale del agua, lo que resulta en la adsorción de moléculas de surfactante (o iones) en la interfaz de las dos fases. , lo que reduce la tensión interfacial entre las dos fases.Cuantas más moléculas (o iones) de surfactante se adsorben en la interfase, mayor es 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 hoja flotante removible sin fricción en la interfaz, la hoja 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 denomina presión superficial.
Viscosidad superficial: Al igual que la presión superficial, la viscosidad superficial es una propiedad que exhibe la membrana molecular insoluble.Suspendido por un anillo de platino de alambre de metal fino, 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 impedimento del agua, la amplitud decae gradualmente, según la cual la viscosidad de la superficie puede ser Medido.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 los dos .
La viscosidad superficial está estrechamente relacionada con la solidez de la membrana superficial y, dado que la membrana de adsorción tiene presión superficial y viscosidad, debe tener elasticidad.Cuanto mayor sea la presión superficial y mayor sea la viscosidad de la membrana adsorbida, mayor será su módulo de elasticidad.El módulo elástico de la superficie de la membrana de adsorción es importante en el proceso de estabilización de burbujas.
③ Formación de micelas
Las soluciones diluidas de tensioactivos obedecen las leyes que siguen las soluciones ideales.La cantidad de tensioactivo adsorbido en la superficie de la solución aumenta con la concentración de la solución, y cuando la concentración alcanza o supera un cierto valor, la cantidad de adsorción ya no aumenta, y estas moléculas de tensioactivo en exceso están en la solución al azar. 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 crítica de micelas (CMC): la concentración mínima a la que los tensioactivos forman micelas en solución se denomina concentración crítica de micelas.
④ Valores de CMC de los tensioactivos comunes.
HLB es la abreviatura de equilibrio hidrófilo lipófilo, que indica el equilibrio hidrófilo y lipófilo de los grupos hidrófilo y lipófilo del tensioactivo, es decir, el valor HLB del tensioactivo.Un valor alto de HLB indica una molécula con fuerte hidrofilicidad y débil lipofilicidad;por el contrario, fuerte lipofilicidad e hidrofilicidad débil.
① Provisiones de valor HLB
El valor HLB es un valor relativo, por lo que cuando se desarrolla el valor HLB, como estándar, el valor HLB de la cera de parafina, que no tiene propiedades hidrofílicas, se especifica como 0, mientras que el valor HLB del dodecilsulfato de sodio, que es más solubles 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 lipofílicos, mientras que los superiores a 10 son hidrofílicos.Por lo tanto, el punto de inflexión de lipofílico a hidrofílico es de aproximadamente 10.
Con base en los valores HLB de los tensioactivos, 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 como 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: 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 en forma de gotitas se denomina fase dispersa (o fase interna, fase discontinua), y la otra fase que está unida entre sí se denomina 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 del tipo agua en aceite en agua W/O/W y aceite en agua en aceite O/W/O.
Los emulsionantes se utilizan para estabilizar las emulsiones al reducir la tensión interfacial y formar una membrana interfacial de una sola molécula.
En la emulsificación de los requisitos del emulsionante:
a: El emulsionante debe poder adsorber o enriquecer la interfase entre las dos fases, de modo que se reduzca la tensión interfacial;
b: El emulsionante debe dar a las partículas la carga, de modo que la repulsión electrostática entre las partículas, o forme 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 emulsionar, 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 usar el método mecánico para dispersar el líquido en partículas diminutas en otro líquido, que se usa principalmente en la industria para preparar emulsiones;la otra es disolver el líquido en estado molecular en otro líquido, y luego hacer que se reúna 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 llamada estabilidad de una emulsión es en realidad el tiempo requerido para que el sistema alcance el equilibrio, es decir, el tiempo requerido para que ocurra la separación de uno de los líquidos en el sistema.
Cuando la membrana interfacial con alcoholes grasos, ácidos grasos y aminas grasas y otras moléculas orgánicas polares, la fuerza de la membrana es significativamente mayor.Esto se debe a que, en la capa de adsorción interfacial de moléculas emulsionantes y alcoholes, ácidos y aminas y otras moléculas polares para formar un "complejo", de modo que aumentó la fuerza de la membrana interfacial.
Los emulsionantes que constan de más de dos tensioactivos se denominan emulsionantes mixtos.Emulsionante mixto adsorbido en la interfase 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, la formación de densidad de membrana interfacial aumenta, la fuerza aumenta.
La carga de las perlas líquidas tiene un efecto significativo en la estabilidad de la emulsión.Emulsiones estables, cuyas perlas líquidas están generalmente cargadas.Cuando se utiliza un emulsionante iónico, el ion emulsionante adsorbido en la interfase tiene su grupo lipofílico insertado en la fase oleosa y el grupo hidrofílico está en la fase acuosa, lo que hace que las perlas líquidas se carguen.Como la emulsión forma gotas con la misma carga, se repelen entre sí, no es fácil de aglomerar, por lo que aumenta la estabilidad.Puede verse que cuantos más iones emulsionantes se adsorben en las perlas, mayor es la carga, mayor es la capacidad para 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 sobre la estabilidad de la emulsión.Generalmente, cuanto mayor sea la viscosidad del medio de dispersión, mayor será 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 fuerte membrana interfacial, lo que hace 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 el agua, el aceite o la interfaz, dependiendo del aceite, el agua sobre la capacidad humectante del polvo sólido, si el polvo sólido no está completamente mojado con agua, sino 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 interfase mejora la membrana interfacial, que es similar a la adsorción interfacial de las moléculas del emulsionante, por lo que cuanto más cerca esté el material de polvo sólido en la interfase, 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 solución acuosa, y la solución es transparente en este momento.Este efecto de la micela se denomina solubilización.El tensioactivo que puede producir la 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 se dispersa un gas en un líquido o sólido, siendo el gas como fase dispersa y el líquido o sólido como medio dispersante, denominándose a la primera espuma líquida, mientras que a la segunda se le denomina espuma sólida, tal como plástico espumado, vidrio espumado, cemento espumado, etc.
(1) Formación de espuma
Por espuma entendemos aquí un agregado 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 llevar una gran cantidad de gas al líquido, y las burbujas en el líquido regresan rápidamente a la superficie, formando un agregado de burbujas separadas por una pequeña cantidad de gas líquido.
La espuma tiene dos características significativas 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 poliédrico, cuando la película líquida se adelgaza hasta cierto punto, conduce a la ruptura de la burbuja;la segunda es que los líquidos puros no pueden formar espuma estable, el líquido que puede formar espuma es al menos de dos o más componentes.Las soluciones acuosas de tensioactivos son típicas de los sistemas que son propensos a generar 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 una 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 en el agente espumante para agregar sustancias que pueden aumentar la estabilidad de la espuma, la sustancia se llama estabilizador de espuma, el estabilizador comúnmente utilizado 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 el área superficial total del líquido dentro del sistema disminuye después de que se rompe la burbuja y la energía libre disminuye.El proceso de desespumado es el proceso por el cual la membrana líquida que separa el gas se vuelve más y más 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 fuerza de la película líquida.Los siguientes factores también influyen en esto.
(3) Destrucción de 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 físicos y químicos de desespumación.
El desespumado físico 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 métodos físicos efectivos para eliminar la espuma.
El método de desespumado químico es agregar ciertas sustancias para interactuar con el agente espumante para reducir la fuerza 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, 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.Los alcoholes, especialmente los alcoholes con una estructura ramificada, los ácidos grasos y los ésteres de ácidos grasos, las poliamidas, los ésteres de fosfato, los aceites de silicona, etc. también se usan comúnmente como excelentes antiespumantes.
(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 ser útil para eliminar la suciedad y la mugre.Por ejemplo, al lavar los platos en el hogar, la espuma del detergente recoge las gotas de aceite y al fregar alfombras, la espuma ayuda a recoger el polvo, polvo y otra suciedad sólida.Además, la espuma a veces se puede utilizar como indicador 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.La espuma también se puede usar a veces como un indicador de la limpieza de un enjuague, ya que la cantidad de espuma en la solución de enjuague tiende a disminuir con la reducción del 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 los componentes no deseados del objeto que se va a lavar y lograr algún propósito.El lavado en el sentido habitual se refiere al proceso de eliminar la suciedad de la superficie del soporte.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 transforma en la combinación de suciedad y detergente, y finalmente la suciedad se separa del portador.Como los objetos a lavar y la suciedad a quitar son diversos, el lavado es un proceso muy complejo y el proceso básico de lavado se puede expresar en las siguientes relaciones simples.
Portador··Suciedad + Detergente= Portador + Suciedad·Detergente
El proceso de lavado se suele 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 queda suspendida 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 hasta el objeto que se lava.Por lo tanto, un buen detergente debe tener la capacidad de dispersar y suspender la suciedad y evitar que se vuelva a depositar, además de la capacidad de eliminar la suciedad del vehículo.
(1) Tipos de suciedad
Incluso para el mismo artículo, el tipo, la composición y la cantidad de suciedad pueden variar según el entorno en el que se utilice.La suciedad del cuerpo de aceite es principalmente algunos aceites animales y vegetales y aceites minerales (como petróleo crudo, aceite combustible, alquitrán de hulla, etc.), la suciedad sólida es principalmente hollín, ceniza, óxido, negro de humo, etc. En términos de suciedad de la ropa, 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 lápiz labial, 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, lodo, tierra, óxido y negro de carbón.La mayoría de estas partículas tienen una carga eléctrica en su superficie, la mayoría tienen carga negativa y se pueden adsorber fácilmente en artículos de fibra.La suciedad sólida generalmente es difícil de disolver en agua, pero puede dispersarse y suspenderse con 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 los aceites vegetales y animales, los ácidos grasos, los alcoholes grasos, los aceites minerales y sus óxidos.Entre ellos, los aceites vegetales y animales, los ácidos grasos y la saponificación alcalina pueden ocurrir, mientras que los alcoholes grasos, los aceites minerales no son saponificados por el álcali, pero pueden ser solubles en alcoholes, éteres y solventes orgánicos de hidrocarburos, y la emulsificación y dispersión de la solución de agua detergente.La suciedad líquida soluble en aceite generalmente tiene una gran fuerza con los artículos de fibra y se adsorbe más firmemente en las fibras.
③ Suciedad especial
La suciedad especial incluye proteínas, almidón, sangre, secreciones humanas como sudor, sebo, orina y jugo de frutas y jugo de té.La mayor parte de este tipo de suciedad se puede adsorber químicamente y fuertemente en artículos de fibra.Por lo tanto, es difícil de lavar.
Los diversos tipos de suciedad rara vez se encuentran solos, sino que a menudo se mezclan y se adsorben en el objeto.A veces, 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, a través de esta adherencia 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 adherencia física de la suciedad se puede dividir en adherencia mecánica y adherencia electrostática.
A: adhesión mecánica
Este tipo de adhesión se refiere principalmente a la adhesión de alguna suciedad sólida (p. ej., 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 carga opuesta.La mayoría de los objetos fibrosos están cargados negativamente en el agua y pueden adherirse fácilmente a ellos con cierta suciedad cargada positivamente, como los tipos de cal.Cierta suciedad, aunque cargada negativamente, como las partículas de negro de carbón en soluciones acuosas, puede adherirse a las fibras a través de puentes iónicos (iones entre múltiples objetos con carga opuesta, que actúan junto con ellos de manera similar a un 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 Adherencia 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 carboxilo, hidroxilo, amida y otros grupos, estos grupos y ácidos grasos de suciedad aceitosa, 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 por 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 se adhiere.Generalmente, las partículas se adhieren fácilmente a los artículos fibrosos.Cuanto más pequeña sea la textura de la suciedad sólida, más fuerte será la adherencia.La suciedad polar en objetos hidrofílicos 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 suciedad polar, como las grasas polares, el polvo y la arcilla, y es menos fácil de quitar y limpiar.
(3) Mecanismo de eliminación de suciedad
El propósito del lavado es eliminar la suciedad.En un medio de cierta temperatura (principalmente agua).Usar 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 el roce de manos, la agitación de la lavadora, el impacto del agua), de modo que la suciedad y los objetos lavados del propósito de la descontaminación.
① Mecanismo de eliminación de suciedad líquida
R: mojar
La suciedad líquida es principalmente a base de aceite.Las manchas de aceite humedecen la mayoría de los artículos fibrosos y se esparcen más o menos como una película de aceite sobre la superficie del material fibroso.El primer paso en la acción de lavado es la humectación de la superficie por el líquido de lavado.En aras de la ilustración, la superficie de una fibra se puede considerar como una superficie sólida lisa.
B: Desprendimiento de aceite - mecanismo de rizado
El segundo paso en la acción de lavado es la eliminación de aceite y grasa, la eliminación de suciedad líquida se logra mediante una especie de enrollado.La suciedad líquida existía originalmente en la superficie en forma de una película de aceite esparcida, y bajo el efecto humectante preferencial del líquido de lavado sobre la superficie sólida (es decir, la superficie de la fibra), se acurrucó en perlas de aceite paso a paso, que fueron reemplazados por el líquido de lavado y finalmente abandonaron la superficie bajo ciertas fuerzas externas.
② Mecanismo de eliminación de suciedad sólida
La eliminación de la suciedad líquida se realiza principalmente a través de 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 mediante el lavado. solución.Debido a la adsorción de tensioactivos en 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 portador.
Además, la adsorción de tensioactivos, especialmente tensioactivos iónicos, en 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 conduce más a la eliminación de la suciedad.Las superficies sólidas o generalmente fibrosas suelen estar cargadas negativamente en medios acuosos y, por lo tanto, pueden formar capas electrónicas dobles difusas sobre masas de suciedad o superficies sólidas.Debido a la repulsión de las 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 ellos aumenta más, 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 evitar 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 lo tanto no favorece la eliminación de la suciedad;además, después de la adsorción en la superficie sólida, los tensioactivos catiónicos tienden a convertir la superficie sólida en hidrófoba y, por lo tanto, no conducen a la humectación de la superficie y, por lo tanto, al lavado.
③ Eliminación de suciedades especiales
Las proteínas, el almidón, las secreciones humanas, el jugo de frutas, el jugo de té y otras suciedades similares son difíciles de eliminar con los tensioactivos normales y requieren un tratamiento especial.
Las manchas de proteínas como la crema, los huevos, la sangre, la leche y los excrementos de la piel tienden a coagularse en las fibras y se degeneran y adquieren una adherencia más fuerte.La suciedad de proteínas se puede eliminar usando proteasas.La enzima proteasa descompone las proteínas de la suciedad en aminoácidos u oligopéptidos solubles en agua.
Las manchas de almidón provienen principalmente de los alimentos, otros como la salsa, el pegamento, etc. La amilasa tiene un efecto catalítico en la hidrólisis de las manchas de almidón, lo que hace 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 soluble y ácidos grasos.
Algunas manchas coloreadas de jugos de frutas, jugos de té, tintas, lápiz labial, etc. a menudo son difíciles de limpiar a fondo incluso después de lavados repetidos.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 solubles en agua más pequeños.
(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 desvanecen, etc., por ejemplo: la mayoría de las fibras naturales absorben agua y fácil de hinchar y secar y fácil de encoger, por lo que después del lavado se deformará;al lavar los productos de lana, también suele aparecer un fenómeno de contracción, algunos productos de lana con lavado con agua también son fáciles de formar bolitas, cambiar de color;Algunas sedas al tacto empeoran después del lavado y pierden su brillo.Para estas prendas se suele utilizar el método de limpieza en seco para descontaminarlas.La llamada limpieza en seco generalmente se refiere al método de lavado en solventes orgánicos, especialmente en solventes 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 en 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 maneje correctamente, la ropa se puede lavar en seco sin distorsión, decoloración y vida útil prolongada.
En términos de limpieza en seco, hay tres tipos generales de suciedad.
①Suciedad soluble en aceite La suciedad soluble en aceite incluye todo tipo de aceite y grasa, que es líquida o grasosa y se puede disolver en solventes 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 adsorbe en la ropa en estado acuoso, el agua se evapora después de la precipitación de sólidos granulares, como sales inorgánicas, almidón, proteína, etc.
③Suciedad insoluble en agua y aceite La suciedad insoluble en agua y aceite no es soluble en agua ni en solventes de limpieza en seco, como negro de carbón, silicatos de varios 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 manchas solubles en aceite, como los aceites animales y vegetales, los aceites minerales y las grasas, son fácilmente solubles en solventes orgánicos y pueden eliminarse más fácilmente en la limpieza en seco.La excelente solubilidad de los solventes 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 agregar la cantidad adecuada de agua al agente de limpieza en seco, de lo contrario, la suciedad soluble en agua es 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 debe 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 los tensioactivos, lo que favorece la adsorción de los tensioactivos en la superficie.Además, cuando los tensioactivos forman micelas, la suciedad soluble en agua y el 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 redeposición 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 el exceso de agua puede causar distorsión 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 ni soluble en agua ni en aceite, partículas sólidas como cenizas, lodo, tierra y negro de carbón, generalmente se adhiere a la prenda por fuerzas electrostáticas o en combinación con aceite.En la limpieza en seco, el flujo de solvente, el impacto puede 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, de modo que las partículas sólidas de suciedad puedan ser suspensión estable, dispersión, para evitar que se vuelvan a depositar en la ropa.
(5) Factores que afectan la acción de lavado
La adsorción direccional de los tensioactivos en la interfase 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 de lavado, incluso con el mismo tipo de detergente, está 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 de la tela.
① Concentración de tensioactivo
Las micelas de los 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 solvente debe ser mayor que el valor de CMC para tener un buen efecto de lavado.Sin embargo, cuando la concentración de tensioactivo es superior al valor de CMC, el aumento incremental del efecto de lavado no es evidente y no es necesario aumentar demasiado la concentración de tensioactivo.
Cuando se elimina el aceite por solubilización, el efecto de solubilización aumenta al aumentar la concentración de tensioactivo, incluso cuando la concentración está por encima de la CMC.En este momento, es recomendable utilizar el 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 en ocasiones una temperatura demasiado alta también puede causar inconvenientes.
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 de hinchamiento por el 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 la micela de los tensioactivos, lo que afecta el efecto de lavado.La solubilidad de los tensioactivos con largas cadenas de carbono es baja a bajas temperaturas y, en ocasiones, la solubilidad es incluso inferior al valor de CMC, por lo que la temperatura de lavado debe aumentarse adecuadamente.El efecto de la temperatura sobre el valor de CMC y el tamaño de la micela es diferente para los tensioactivos iónicos y no iónicos.Para los tensioactivos iónicos, un aumento de temperatura generalmente aumenta el valor de CMC y reduce el tamaño de la micela, 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 micelas, por lo que está claro que un aumento adecuado de la temperatura ayudará al tensioactivo no iónico a ejercer su efecto tensioactivo. .Sin embargo, la temperatura no debe exceder su punto de nube.
En resumen, la temperatura óptima de lavado depende de la formulación del detergente y del objeto que se lave.Algunos detergentes tienen un buen efecto detergente a temperatura ambiente, mientras que otros tienen una detergencia muy diferente entre el lavado en frío y en caliente.
③ Espuma
Es costumbre confundir el poder espumante con el efecto lavante, creyendo que los detergentes con alto poder espumante tienen un buen efecto lavante.La investigación ha demostrado que no existe una relación directa entre el efecto de lavado y la cantidad de espuma.Por ejemplo, lavar con detergentes de baja espuma no es menos efectivo 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 la vajilla 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 de polvo, por lo que los agentes de limpieza de alfombras deben tener cierta capacidad de formación de espuma.
El poder espumante también es importante para los champús, donde la fina espuma que produce el líquido durante el lavado o el baño deja el cabello con una sensación de lubricación y comodidad.
④ Variedades de fibras y propiedades físicas de los textiles.
Además de la estructura química de las fibras, que afecta la adhesión y la eliminación de la suciedad, la apariencia de las fibras y la organización del hilo y el 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, las películas de celulosa manchadas con negro de carbón (películas de viscosa) son fáciles de eliminar, mientras que las telas de algodón manchadas con negro de carbón son difíciles de lavar.Otro ejemplo es que los tejidos de fibra corta hechos de poliéster son más propensos a acumular manchas de aceite que los tejidos de fibra larga, y las manchas de aceite en los tejidos de fibra corta también son más difíciles de eliminar que las manchas de aceite en los tejidos de fibra larga.
Los hilos muy retorcidos y las telas apretadas, debido al pequeño espacio entre las fibras, pueden resistir la invasión de suciedad, pero también pueden 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 se encuentran con 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 sigue siendo mucho peor que en la destilación.Para que el surfactante 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-feb-2022