1. Tensión superficial
La fuerza de contracción por unidad de longitud en la superficie de un líquido se llama tensión superficial y se mide en N • m-1.
2. Actividad superficial y surfactante
La propiedad que puede reducir la tensión superficial de los disolventes se llama actividad superficial, y las sustancias con actividad superficial se denominan sustancias tensioactivas.
Los surfactantes se refieren a sustancias tensioactivas que pueden formar micelas y otros agregados en soluciones acuosas, tienen alta actividad superficial y también tienen funciones humectantes, emulsionantes, espumantes, limpiadoras y otras.
3. Características estructurales moleculares del surfactante
Los surfactantes son compuestos orgánicos con estructuras y propiedades especiales que pueden alterar significativamente la tensión interfacial entre dos fases o la tensión superficial de los líquidos (generalmente agua), y tienen propiedades como humectación, formación de espuma, emulsificación y lavado.
Estructuralmente hablando, los surfactantes comparten la característica común de contener dos grupos funcionales diferentes en sus moléculas. Un extremo es un grupo apolar de cadena larga que es soluble en aceite pero insoluble en agua, conocido como grupo hidrofóbico o grupo hidrófobo. Estos grupos hidrofóbicos son generalmente hidrocarburos de cadena larga, a veces también cadenas orgánicas de flúor, organosilicio, organofosforado, organoestaño, etc. El otro extremo es un grupo funcional soluble en agua, es decir, un grupo hidrofílico o grupo hidrófilo. El grupo hidrofílico debe tener suficiente hidrofilicidad para asegurar que todo el surfactante sea soluble en agua y tenga la solubilidad necesaria. Debido a la presencia de grupos hidrofílicos e hidrofóbicos en los surfactantes, pueden disolverse en al menos una fase de la fase líquida. Las propiedades hidrofílicas y oleófilas de los surfactantes se denominan anfifilicidad.
4.Tipos de surfactantes
Los surfactantes son moléculas anfifílicas que tienen grupos hidrofóbicos e hidrofílicos. Los grupos hidrofóbicos de los surfactantes generalmente están compuestos de hidrocarburos de cadena larga, como alquilo de cadena lineal C8-C20, alquilo de cadena ramificada C8-C20, alquilfenilo (con 8-16 átomos de carbono alquílicos), etc. La diferencia en los grupos hidrofóbicos radica principalmente en los cambios estructurales de las cadenas de hidrógeno de carbono, con diferencias relativamente pequeñas, mientras que hay más tipos de grupos hidrofílicos. Por lo tanto, las propiedades de los surfactantes están principalmente relacionadas 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 surfactantes generalmente se basa en la estructura de los grupos hidrofílicos. Esta clasificación se basa principalmente en si los grupos hidrofílicos son iónicos, dividiéndolos en aniónicos, catiónicos, no iónicos, zwitteriónicos y otros tipos especiales de surfactantes.
5. Características de la solución acuosa de surfactante
① Adsorción de surfactantes en interfaces
Las moléculas de surfactante poseen grupos lipofílicos e hidrofílicos, lo que las convierte en moléculas anfifílicas. El agua es un líquido fuertemente polar. Cuando los surfactantes se disuelven en agua, según el principio de similitud de polaridad y repulsión por diferencia de polaridad, sus grupos hidrofílicos son atraídos por la fase acuosa y se disuelven en ella, mientras que sus grupos lipofílicos la repelen y la abandonan. Como resultado, las moléculas de surfactante (o iones) se adsorben en la interfaz entre ambas fases, reduciendo la tensión interfacial. Cuantas más moléculas de surfactante (o iones) se adsorban en la interfaz, mayor será la disminución de la tensión interfacial.
② Algunas propiedades de la membrana de adsorción
Presión superficial de la membrana de adsorción: Los surfactantes se adsorben en la interfaz gas-líquido para formar una membrana de adsorción. Si se coloca una placa flotante móvil sin fricción sobre la interfaz y esta empuja la membrana de adsorción a lo largo de la superficie de la solución, la membrana ejerce una presión sobre la placa flotante, denominada presión superficial.
Viscosidad superficial: Al igual que la presión superficial, la viscosidad superficial es una propiedad que presentan las películas moleculares insolubles. Se suspende un anillo de platino con un alambre metálico delgado, haciendo que su plano toque la superficie del agua del fregadero, girando el anillo de platino. Al ser obstaculizado por la viscosidad del agua, la amplitud se atenúa gradualmente, lo que permite medir la viscosidad superficial. El método consiste en realizar primero experimentos en la superficie del agua pura, medir la atenuación de la amplitud, luego medir la atenuación tras la formación de la máscara facial superficial y calcular la viscosidad de la máscara facial superficial a partir de la diferencia entre ambos valores.
La viscosidad superficial está estrechamente relacionada con la firmeza de la mascarilla facial. Dado que la película de adsorción tiene presión superficial y viscosidad, debe ser elástica. Cuanto mayor sea la presión superficial y la viscosidad de la membrana de adsorción, mayor será su módulo elástico. El módulo elástico de la película de adsorción superficial es fundamental para la estabilización de la espuma.
③ Formación de micelas
La solución diluida de surfactantes sigue las leyes de las soluciones ideales. La cantidad de surfactantes adsorbidos en la superficie de una solución aumenta con la concentración de esta. Cuando la concentración alcanza o supera un valor determinado, la cantidad de adsorción deja de aumentar. Estas moléculas de surfactante en exceso en la solución están desordenadas o existen de forma regular. Tanto la práctica como la teoría han demostrado que forman agregados en la solución, denominados micelas.
Concentración micelar crítica: La concentración mínima a la que los surfactantes forman micelas en una solución se denomina concentración micelar crítica.
④ El valor CMC del surfactante común.
6. Valor de equilibrio hidrofílico y oleofílico
HLB significa equilibrio hidrofílico-lipófilo, que representa los valores de equilibrio hidrofílico y lipofílico de los grupos hidrofílicos y lipofílicos de un surfactante, es decir, el valor HLB del surfactante. Un valor HLB alto indica una fuerte hidrofilicidad y una baja lipofilicidad de la molécula; por el contrario, presenta una fuerte lipofilicidad y una baja hidrofilicidad.
① Reglamento sobre el valor HLB
El valor HLB es relativo, por lo que, al formularlo, como estándar, el valor HLB de la parafina sin propiedades hidrofílicas se establece en 0, mientras que el del dodecilsulfato de sodio con alta solubilidad en agua se establece en 40. Por lo tanto, el valor HLB de los surfactantes generalmente se encuentra en el rango de 1 a 40. En general, los emulsionantes con valores HLB inferiores a 10 son lipofílicos, mientras que los emulsionantes con valores HLB superiores a 10 son hidrofílicos. Por lo tanto, el punto de inflexión de lipofilicidad a hidrofilicidad es aproximadamente 10.
7. Efectos de emulsificación y solubilización
Dos líquidos inmiscibles, uno formado por la dispersión de partículas (gotitas o cristales líquidos) en el otro, se denominan emulsiones. Al formarse una emulsión, el área interfacial entre ambos líquidos aumenta, lo que hace que el sistema sea termodinámicamente inestable. Para estabilizar la emulsión, es necesario añadir un tercer componente, un emulsionante, para reducir la energía interfacial del sistema. Los emulsionantes pertenecen a los surfactantes y su función principal es actuar como emulsionantes. La fase en la que se encuentran las gotitas en una emulsión se denomina fase dispersa (o fase interna, fase discontinua), y la otra fase conectada se denomina medio disperso (o fase externa, fase continua).
① Emulsionantes y emulsiones
Las emulsiones comunes constan de una fase de agua o solución acuosa, y la otra fase de compuestos orgánicos inmiscibles con agua, como aceites, ceras, etc. La emulsión formada por agua y aceite se puede dividir en dos tipos según su dispersión: el aceite disperso en agua forma una emulsión de agua en aceite, representada por O/W (aceite/agua); el agua disperso en aceite forma una emulsión de agua en aceite, representada por W/O (agua/aceite). Además, también pueden formarse emulsiones complejas de agua en aceite en agua W/O/W y de aceite en agua en aceite O/W/O.
El emulsionante estabiliza la emulsión reduciendo la tensión interfacial y formando una mascarilla facial monocapa.
Requisitos para emulsionantes en emulsificación: a: Los emulsionantes deben adsorberse o enriquecerse en la interfaz entre las dos fases, reduciendo la tensión interfacial; b: Los emulsionantes deben proporcionar a las partículas una carga eléctrica, lo que provoca repulsión electrostática entre ellas o forma una película protectora estable y altamente viscosa alrededor de ellas. Por lo tanto, las sustancias utilizadas como emulsionantes deben tener grupos anfifílicos para tener efectos emulsionantes, y los surfactantes pueden cumplir este requisito.
② Métodos de preparación de emulsiones y factores que afectan la estabilidad de la emulsión
Hay dos métodos para preparar emulsiones: uno es utilizar métodos mecánicos para dispersar el líquido en pequeñas partículas en otro líquido, lo cual se utiliza comúnmente en la industria para preparar emulsiones; otro método es disolver un líquido en estado molecular en otro líquido y luego permitir que se agregue apropiadamente para formar una emulsión.
La estabilidad de las emulsiones se refiere a su capacidad para resistir la agregación de partículas y provocar la separación de fases. Las emulsiones son sistemas termodinámicamente inestables con una energía libre significativa. Por lo tanto, la estabilidad de una emulsión se refiere al tiempo que tarda el sistema en alcanzar el equilibrio, es decir, el tiempo que tarda un líquido en separarse.
Cuando la mascarilla facial contiene moléculas orgánicas polares, como alcoholes grasos, ácidos grasos y aminas grasas, la resistencia de la membrana aumenta significativamente. Esto se debe a que las moléculas emulsionantes de la capa de adsorción interfacial interactúan con moléculas polares, como alcoholes, ácidos y aminas, para formar un complejo que aumenta la resistencia de la mascarilla.
Los emulsionantes compuestos por dos o más surfactantes se denominan emulsionantes mixtos. Estos emulsionantes se adsorben en la interfaz agua/aceite, y las interacciones intermoleculares pueden formar complejos. Debido a esta fuerte interacción intermolecular, la tensión interfacial se reduce significativamente, la cantidad de emulsionante adsorbido en la interfaz aumenta significativamente y la densidad y la resistencia de la mascarilla facial interfacial formada aumentan.
La carga de las gotas tiene un impacto significativo en la estabilidad de las emulsiones. Las emulsiones estables suelen tener gotas con carga eléctrica. Al utilizar emulsionantes iónicos, los iones emulsionantes adsorbidos en la interfaz insertan sus grupos lipófilos en la fase oleosa, mientras que los grupos hidrófilos se encuentran en la fase acuosa, lo que carga las gotas. Debido a que las gotas de la emulsión tienen la misma carga, se repelen entre sí y no se aglomeran fácilmente, lo que aumenta su estabilidad. Se observa que cuantos más iones emulsionantes se adsorben en las gotas, mayor es su carga y mayor su capacidad para prevenir la coalescencia, lo que aumenta la estabilidad del sistema de emulsión.
La viscosidad del medio de dispersión de la emulsión influye en su estabilidad. Generalmente, cuanto mayor sea la viscosidad del medio, mayor será la estabilidad de la emulsión. Esto se debe a que su alta viscosidad dificulta considerablemente el movimiento browniano de las gotas de líquido, ralentiza la colisión entre ellas y mantiene la estabilidad del sistema. Las sustancias poliméricas, generalmente solubles en emulsiones, pueden aumentar la viscosidad del sistema y mejorar su estabilidad. Además, el polímero puede formar una interfaz sólida en la mascarilla facial, lo que aumenta la estabilidad del sistema de emulsión.
En algunos casos, la adición de polvo sólido también puede estabilizar la emulsión. El polvo sólido no se encuentra en agua, aceite ni en la interfase, dependiendo de la capacidad de humectación del aceite y el agua sobre el polvo sólido. Si el polvo sólido no se humedece completamente con agua y sí con aceite, permanecerá en la interfase agua-aceite.
La razón por la que el polvo sólido no estabiliza la emulsión es que el polvo acumulado en la interfaz no refuerza la mascarilla facial, lo cual es similar a lo que ocurre con las moléculas emulsionantes de adsorción en la interfaz. Por lo tanto, cuanto más cerca estén las partículas de polvo sólido en la interfaz, más estable será la emulsión.
Los surfactantes tienen la capacidad de aumentar significativamente la solubilidad de compuestos orgánicos insolubles o poco solubles en agua tras la formación de micelas en solución acuosa, momento en el que la solución se vuelve transparente. Este efecto de las micelas se denomina solubilización. Los surfactantes que pueden producir efectos solubilizantes se denominan solubilizantes, y los compuestos orgánicos que se solubilizan se denominan compuestos solubilizados.
8. Espuma
La espuma desempeña un papel importante en el proceso de lavado. Se refiere al sistema de dispersión en el que el gas se dispersa en un líquido o sólido. El gas es la fase de dispersión, y el líquido o sólido es el medio de dispersión. La primera se denomina espuma líquida, mientras que la segunda se denomina espuma sólida, como la espuma plástica, la espuma de vidrio, el cemento de espuma, etc.
(1) Formación de espuma
La espuma se refiere a la agregación de burbujas separadas por una película líquida. Debido a la gran diferencia de densidad entre la fase dispersa (gas) y el medio disperso (líquido), y a la baja viscosidad del líquido, la espuma siempre puede alcanzar el nivel del líquido rápidamente.
El proceso de formación de espuma consiste en introducir una gran cantidad de gas en el líquido, y las burbujas en el líquido vuelven a la superficie del líquido rápidamente, formando un agregado de burbujas separado por una pequeña cantidad de líquido y gas.
La espuma presenta dos características morfológicas notables: la primera es que las burbujas, como fase dispersa, suelen ser poliédricas, ya que en la intersección de las burbujas la película de líquido tiende a adelgazarse, lo que las hace poliédricas. Cuando la película de líquido se adelgaza hasta cierto punto, las burbujas se rompen; la segunda es que el líquido puro no puede formar una espuma estable, pero el líquido que sí puede formarla está compuesto por al menos dos o más componentes. La solución acuosa de surfactante es un sistema típico que facilita la generación de espuma, y su capacidad para generarla también está relacionada con otras propiedades.
Los surfactantes con buena capacidad espumante se denominan agentes espumantes. Aunque un agente espumante tenga buena capacidad espumante, la espuma formada puede no mantenerse durante mucho tiempo, es decir, su estabilidad puede ser deficiente. Para mantener la estabilidad de la espuma, se suele añadir al agente espumante una sustancia que la aumenta, denominada estabilizador de espuma. Los estabilizadores de espuma más utilizados son la lauroil dietanolamina y el 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 en el sistema disminuya y la energía libre disminuya tras la ruptura de la burbuja. El proceso de desespumado consiste en que la película de líquido que separa el gas cambia de espesor hasta romperse. Por lo tanto, la estabilidad de la espuma depende principalmente de la velocidad de descarga del líquido y de la resistencia de la película. Existen otros factores que influyen.
① Tensión superficial
Desde el punto de vista energético, una tensión superficial baja favorece la formación de espuma, pero no garantiza su estabilidad. Una tensión superficial baja, una diferencia de presión baja, una velocidad de descarga de líquido lenta y un adelgazamiento lento de la película de líquido favorecen la estabilidad de la espuma.
② Viscosidad superficial
El factor clave que determina la estabilidad de la espuma es la resistencia de la película líquida, la cual se determina principalmente por la firmeza de la película de adsorción superficial, medida mediante la viscosidad superficial. Experimentos demuestran que la espuma producida por la solución con mayor viscosidad superficial tiene una vida útil más larga. Esto se debe a que la interacción entre las moléculas adsorbidas en la superficie aumenta la resistencia de la membrana, prolongando así la vida útil de la espuma.
③ Viscosidad de la solución
Cuando la viscosidad del propio líquido aumenta, el líquido en la película de líquido no es fácil de descargar y la velocidad de adelgazamiento del espesor de la película de líquido es lenta, lo que retrasa el tiempo de ruptura de la película de líquido y aumenta la estabilidad de la espuma.
④ El efecto «reparador» de la tensión superficial
Los surfactantes adsorbidos en la superficie de la película líquida tienen la capacidad de resistir la expansión o contracción de dicha superficie, lo que se conoce como efecto de reparación. Esto se debe a que existe una película líquida de surfactantes adsorbida en la superficie, y expandir su área superficial reducirá la concentración de moléculas adsorbidas y aumentará la tensión superficial. Expandir aún más la superficie requerirá mayor esfuerzo. Por el contrario, la contracción del área superficial aumentará la concentración de moléculas adsorbidas, reduciendo la tensión superficial y evitando una mayor contracción.
⑤ La difusión de gas a través de una película líquida
Debido a la presión capilar, la presión de las burbujas pequeñas en la espuma es mayor que la de las burbujas grandes, lo que provoca que el gas de estas últimas se difunda hacia las burbujas grandes de baja presión a través de la película de líquido. Esto produce el fenómeno de que las burbujas pequeñas se reducen de tamaño, las grandes se agrandan y, finalmente, la espuma se rompe. Si se añade surfactante, la espuma se vuelve uniforme y densa al formarse, y no es fácil de desespumar. Dado que el surfactante está densamente distribuido en la película de líquido, dificulta su ventilación, lo que aumenta la estabilidad de la espuma.
⑥ La influencia de la carga superficial
Si la película líquida de espuma se carga con el mismo símbolo, sus dos superficies se repelerán, evitando que se adelgace o incluso se destruya. Los surfactantes iónicos pueden proporcionar este efecto estabilizador.
En conclusión, la resistencia de la película líquida es el factor clave para determinar la estabilidad de la espuma. Como surfactante para agentes espumantes y estabilizadores de espuma, la estanqueidad y firmeza de las moléculas adsorbidas en la superficie son los factores más importantes. Cuando la interacción entre las moléculas adsorbidas en la superficie es fuerte, estas se encuentran estrechamente dispuestas, lo que no solo confiere a la mascarilla facial superficial una alta resistencia, sino que también dificulta el flujo de la solución adyacente a la mascarilla debido a su alta viscosidad superficial. Por lo tanto, es relativamente difícil que la película líquida se escurra y su espesor se mantiene fácilmente. Además, la estrecha disposición de las moléculas superficiales también puede reducir la permeabilidad de las moléculas de gas y, por lo tanto, aumentar la estabilidad de la espuma.
(3) Destrucción de espuma
El principio básico de la destrucción de espuma es cambiar las condiciones de producción de espuma o eliminar los factores de estabilidad de la espuma, por lo que existen dos métodos antiespumantes, físico y químico.
La desespumanción física consiste en modificar las condiciones de generación de espuma, manteniendo inalterada la composición química de la solución. Por ejemplo, la manipulación de fuerzas externas, los cambios de temperatura o presión y el tratamiento ultrasónico son métodos físicos eficaces para eliminar la espuma.
El método de antiespumante químico consiste en añadir sustancias que interactúan con el agente espumante, reducen la resistencia de la película líquida en la espuma y, por lo tanto, su estabilidad para lograr el objetivo. Estas sustancias se denominan antiespumantes. La mayoría de los antiespumantes son surfactantes. Por lo tanto, según el mecanismo de antiespumante, los antiespumantes deben tener una alta capacidad para reducir la tensión superficial, adsorberse fácilmente en la superficie y presentar interacciones débiles entre las moléculas adsorbidas, lo que resulta en una estructura molecular relativamente flexible.
Existen varios tipos de antiespumantes, pero en su mayoría son tensioactivos no iónicos. Estos tensioactivos tienen propiedades antiespumantes cercanas o superiores a su punto de enturbiamiento y se utilizan comúnmente como antiespumantes. Los alcoholes, especialmente aquellos con estructuras ramificadas, los ácidos grasos y ésteres, las poliamidas, los fosfatos, los aceites de silicona, etc., también se utilizan comúnmente como excelentes antiespumantes.
(4) Espuma y lavado
No existe una relación directa entre la espuma y el efecto de lavado, y la cantidad de espuma no implica que el efecto de lavado sea bueno o malo. Por ejemplo, la capacidad de formación de espuma de los tensioactivos no iónicos es muy inferior a la del jabón, pero su poder de limpieza es mucho mayor.
En algunos casos, la espuma es útil para eliminar la suciedad. Por ejemplo, al lavar la vajilla en casa, la espuma del detergente puede eliminar las gotas de aceite arrastradas; al fregar alfombras, la espuma ayuda a eliminar la suciedad sólida, como el polvo. Además, la espuma a veces puede usarse como indicador de la eficacia del detergente, ya que las manchas de aceite graso pueden inhibir su formación. Cuando hay demasiadas manchas de aceite y muy poco detergente, no habrá espuma o la espuma original desaparecerá. En ocasiones, la espuma también puede usarse como indicador de si el enjuague está limpio. Dado que la cantidad de espuma en la solución de enjuague tiende a disminuir con la disminución del contenido de detergente, el grado de enjuague puede evaluarse por la cantidad de espuma.
9. Proceso de lavado
En sentido amplio, el lavado es el proceso de eliminar componentes no deseados del objeto que se lava y lograr un propósito específico. El lavado, en el sentido habitual, se refiere al proceso de eliminar la suciedad de la superficie de un soporte. Durante el lavado, la interacción entre la suciedad y el soporte se debilita o elimina mediante la acción de algunas sustancias químicas (como los detergentes), transformando la combinación de suciedad y soporte en una combinación de suciedad y detergente, lo que finalmente provoca el desprendimiento de la suciedad y el soporte. Dado que los objetos a lavar y la suciedad a eliminar son diversos, el lavado es un proceso muy complejo, y el proceso básico de lavado puede representarse mediante la siguiente relación simple.
Portador • Suciedad + Detergente = Portador + Suciedad • Detergente
El proceso de lavado generalmente se divide en dos etapas: la primera consiste en la separación de la suciedad y su soporte mediante la acción del detergente; la segunda consiste en la dispersión y suspensión de la suciedad desprendida en el medio. El proceso de lavado es reversible, y la suciedad dispersa o suspendida en el medio también puede volver a precipitarse sobre la ropa. Por lo tanto, un excelente detergente no solo debe separar la suciedad del soporte, sino también dispersarla y suspenderla, evitando que se vuelva a depositar.
(1) Tipos de suciedad
Incluso para un mismo artículo, el tipo, la composición y la cantidad de suciedad varían según el entorno de uso. La suciedad oleosa incluye principalmente aceites animales y vegetales, así como aceites minerales (como petróleo crudo, fueloil, alquitrán de hulla, etc.), mientras que la suciedad sólida incluye principalmente humo, polvo, óxido, negro de humo, etc. En cuanto a la suciedad de la ropa, existe suciedad del cuerpo humano, como sudor, sebo, sangre, etc.; suciedad de alimentos, como manchas de fruta, manchas de aceite comestible, manchas de condimentos, almidón, etc.; suciedad de cosméticos, como lápiz labial y esmalte de uñas; suciedad atmosférica, como humo, polvo, tierra, etc.; y otros materiales como tinta, té, pintura, etc. Se puede decir que existen varios y diversos tipos.
Los distintos tipos de suciedad se pueden dividir generalmente en tres categorías: suciedad sólida, suciedad líquida y suciedad especial.
① La suciedad sólida común incluye partículas como ceniza, barro, tierra, óxido y hollín. La mayoría de estas partículas tienen una carga superficial, mayormente negativa, y se adsorben fácilmente en objetos fibrosos. Generalmente, la suciedad sólida es difícil de disolver en agua, pero puede dispersarse y suspenderse con soluciones de detergente. La suciedad sólida con partículas pequeñas es difícil de eliminar.
② La suciedad líquida es principalmente soluble en aceite, incluyendo aceites animales y vegetales, ácidos grasos, alcoholes grasos, aceites minerales y sus óxidos. Entre ellos, los aceites animales y vegetales y los ácidos grasos pueden saponificarse con álcalis, mientras que los alcoholes grasos y los aceites minerales no se saponifican con álcalis, pero pueden disolverse en alcoholes, éteres y disolventes orgánicos de hidrocarburos, y emulsionarse y dispersarse en soluciones acuosas de detergentes. La suciedad líquida soluble en aceite generalmente interactúa fuertemente con los objetos fibrosos y se adsorbe firmemente en las fibras.
③ La suciedad específica incluye proteínas, almidón, sangre, secreciones humanas como sudor, sebo, orina, así como zumos de frutas, zumos de té, etc. La mayoría de estos tipos de suciedad se adsorbe fuertemente en objetos fibrosos mediante reacciones químicas, por lo que su limpieza resulta bastante difícil.
Los distintos tipos de suciedad rara vez existen solos; a menudo se mezclan y se absorben en los objetos. A veces, la suciedad puede oxidarse, descomponerse o descomponerse bajo influencias externas, dando lugar a la formación de nueva suciedad.
(2) El efecto de adhesión de la suciedad.
La ropa, las manos, etc., se ensucian porque existe algún tipo de interacción entre los objetos y la suciedad. La suciedad se adhiere a los objetos de diversas maneras, principalmente física y química.
① Adherencia física de ceniza de cigarrillo, polvo, sedimentos, hollín y otras sustancias a la ropa. En general, la interacción entre la suciedad adherida y el objeto contaminado es relativamente débil, y su eliminación también es relativamente fácil. Según las diferentes fuerzas, la adhesión física de la suciedad se puede dividir en adhesión mecánica y adhesión electrostática.
R: La adhesión mecánica se refiere principalmente a la adherencia de suciedad sólida, como polvo y sedimentos. La adhesión mecánica es un método de adhesión débil para la suciedad, que prácticamente se puede eliminar con métodos mecánicos simples. Sin embargo, cuando el tamaño de partícula de la suciedad es pequeño (<0,1 µm), es más difícil de eliminar.
B: La adhesión electrostática se manifiesta principalmente por la acción de partículas de suciedad cargadas sobre objetos con cargas opuestas. La mayoría de los objetos fibrosos tienen carga negativa en el agua y se adhieren fácilmente a la suciedad con carga positiva, como la cal. Algunas partículas de suciedad, aunque con carga negativa, como las partículas de negro de humo en soluciones acuosas, pueden adherirse a las fibras mediante puentes iónicos formados por iones positivos (como Ca₂₄, Mg₂₄, etc.) en el agua (los iones actúan conjuntamente entre múltiples cargas opuestas, actuando como puentes).
La electricidad estática es más fuerte que la simple acción mecánica, lo que hace relativamente difícil eliminar la suciedad.
③ Eliminación de suciedad especial
Las proteínas, el almidón, las secreciones humanas, los jugos de frutas, los jugos de té y otros tipos de suciedad son difíciles de eliminar con surfactantes generales y requieren métodos de tratamiento especiales.
Las manchas de proteínas, como las de crema, huevos, sangre, leche y excrementos de la piel, son propensas a la coagulación y desnaturalización de las fibras, adhiriéndose con mayor firmeza. Para eliminar las manchas de proteínas, se puede usar proteasa. La proteasa descompone las proteínas presentes en la suciedad en aminoácidos u oligopéptidos hidrosolubles.
Las manchas de almidón provienen principalmente de alimentos, mientras que otras como jugos de carne, pasta, etc. Las enzimas del almidón tienen un efecto catalítico en la hidrólisis de las manchas de almidón, descomponiendo el almidón en azúcares.
La lipasa puede catalizar la descomposición de algunos triglicéridos que son difíciles de eliminar por métodos convencionales, como el sebo secretado por el cuerpo humano, los aceites comestibles, etc., para descomponer los triglicéridos en glicerol soluble y ácidos grasos.
Algunas manchas de color de zumo de fruta, zumo de té, tinta, lápiz labial, etc., suelen ser difíciles de eliminar por completo, incluso después de varios lavados. Este tipo de mancha puede eliminarse mediante reacciones de óxido-reducción con oxidantes o agentes reductores como la lejía, que descomponen la estructura del cromóforo o de sus grupos y los degradan en componentes más pequeños, solubles en agua.
Desde la perspectiva de la limpieza en seco, existen aproximadamente tres tipos de suciedad.
① La suciedad soluble en aceite incluye diversos aceites y grasas, que son líquidos o grasosos y solubles en solventes de limpieza en seco.
② La suciedad soluble en agua es soluble en solución acuosa, pero insoluble en detergentes para limpieza en seco. Se adsorbe en la ropa en forma de solución acuosa y, tras la evaporación del agua, precipitan sólidos granulares como sales inorgánicas, almidón, proteínas, etc.
③ La suciedad insoluble en agua y aceite es insoluble tanto en agua como en solventes de limpieza en seco, como el negro de carbón, varios silicatos metálicos y óxidos.
Debido a las diferentes propiedades de los distintos tipos de suciedad, existen diferentes maneras de eliminarla durante el proceso de limpieza en seco. La suciedad soluble en aceite, como los aceites animales y vegetales, los aceites minerales y las grasas, se disuelve fácilmente en disolventes orgánicos y se elimina fácilmente durante la limpieza en seco. La excelente solubilidad de los disolventes de limpieza en seco para aceites y grasas se debe principalmente a las fuerzas de van der Waals entre moléculas.
Para eliminar la suciedad soluble en agua, como sales inorgánicas, azúcares, proteínas, sudor, etc., también es necesario añadir una 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 los agentes de limpieza en seco, por lo que para aumentar la cantidad de agua, es necesario añadir surfactantes. El agua presente en los agentes de limpieza en seco puede hidratar la suciedad y la superficie de la ropa, lo que facilita la interacción con los grupos polares de los surfactantes, lo que favorece la adsorción de surfactantes en la superficie. Además, cuando los surfactantes forman micelas, la suciedad soluble en agua y el agua pueden solubilizarse en las micelas. Los surfactantes no solo pueden aumentar el contenido de agua en los disolventes de limpieza en seco, sino que también evitan la redeposición de suciedad para mejorar el efecto de limpieza.
La presencia de una pequeña cantidad de agua es necesaria para eliminar la suciedad soluble en agua, pero el exceso de agua puede provocar que algunas prendas se deformen, se arruguen, etc., por lo que el contenido de agua en el detergente seco debe ser moderado.
Las partículas sólidas como ceniza, barro, tierra y hollín, que no son solubles en agua ni en aceite, generalmente se adhieren a la ropa por adsorción electrostática o al combinarse con manchas de aceite. En la limpieza en seco, el flujo y el impacto de los disolventes pueden provocar la caída de la suciedad adsorbida por fuerzas electrostáticas, mientras que los agentes de limpieza en seco pueden disolver las manchas de aceite, provocando que las partículas sólidas que se combinan con estas y se adhieren a la ropa se desprendan del agente. La pequeña cantidad de agua y surfactantes en el agente de limpieza en seco puede suspender y dispersar de forma estable las partículas sólidas de suciedad que se desprenden, evitando que se vuelvan a depositar en la ropa.
(5) Factores que afectan el efecto del lavado
La adsorción direccional de surfactantes en la interfaz y la reducción de la tensión superficial (interfacial) son los principales factores para la eliminación de incrustaciones líquidas o sólidas. Sin embargo, el proceso de lavado es relativamente complejo, e incluso el efecto de lavado del mismo tipo de detergente se ve afectado 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 surfactantes
Las micelas de surfactantes en la solución desempeñan 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 superior al valor de CMC para lograr un buen efecto de lavado. Sin embargo, cuando la concentración de surfactantes supera el valor de CMC, el aumento del efecto de lavado se vuelve menos significativo y no es necesario un aumento excesivo de la concentración de surfactante.
Al usar la solubilización para eliminar manchas de aceite, incluso si la concentración es superior al valor de CMC, el efecto de solubilización aumenta con el aumento de la concentración de surfactante. En este caso, se recomienda usar detergente localmente, como en puños y cuellos de la ropa, donde hay mucha suciedad. Al lavar, se puede aplicar primero una capa de detergente para mejorar el efecto de solubilización de los surfactantes sobre las manchas de aceite.
② La temperatura tiene un impacto significativo en el efecto de limpieza. En general, aumentar la temperatura es beneficioso para eliminar la suciedad, pero a veces una temperatura excesiva también puede causar efectos adversos.
Un aumento de temperatura favorece la difusión de la suciedad. Las manchas sólidas de aceite se emulsionan fácilmente cuando la temperatura supera su punto de fusión, y las fibras también aumentan su grado de expansión debido al aumento de temperatura. Todos estos factores favorecen la eliminación de la suciedad. Sin embargo, en tejidos ajustados, los microespacios entre las fibras se reducen tras la expansión, lo que no favorece 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 surfactantes, lo que afecta el efecto de lavado. Los surfactantes de cadena larga de carbono tienen menor solubilidad a bajas temperaturas, y a veces incluso menor que el valor de CMC. En este caso, la temperatura de lavado debe aumentarse adecuadamente. El efecto de la temperatura en el valor de CMC y el tamaño de las micelas es diferente para los surfactantes iónicos y no iónicos. Para los surfactantes iónicos, un aumento de temperatura generalmente conduce a un aumento en el valor de CMC y una disminución en el tamaño de las micelas. Esto significa que la concentración de surfactantes debe aumentarse en la solución de lavado. Para los surfactantes no iónicos, el aumento de temperatura conduce a una disminución en su valor de CMC y un aumento significativo en su tamaño de micelas. Se puede ver que el aumento adecuado de la temperatura puede ayudar a los surfactantes no iónicos a ejercer su actividad superficial. Pero la temperatura no debe exceder su punto de enturbiamiento.
En resumen, la temperatura de lavado más adecuada depende de la fórmula del detergente y del objeto a lavar. Algunos detergentes tienen buenos efectos de limpieza a temperatura ambiente, mientras que otros tienen efectos de limpieza significativamente diferentes para el lavado en frío y en caliente.
③ Espuma
A menudo se confunde la capacidad de formación de espuma con el efecto de lavado, creyendo que los detergentes con alta capacidad de formación de espuma tienen un mejor efecto de lavado. Los resultados muestran que el efecto de lavado no está directamente relacionado con la cantidad de espuma. Por ejemplo, usar un detergente con baja espuma no tiene un efecto de lavado peor que uno con alta espuma.
Aunque la espuma no está directamente relacionada con el lavado, es útil para eliminar la suciedad en algunas situaciones. Por ejemplo, la espuma del detergente líquido puede arrastrar las gotas de aceite al lavar los platos a mano. Al fregar la alfombra, la espuma también puede eliminar partículas sólidas de suciedad, como el polvo. El polvo representa una gran proporción de la suciedad en las alfombras, por lo que un limpiador de alfombras debe tener cierta capacidad de formación de espuma.
La capacidad espumosa del champú también es importante. La fina espuma que produce al lavarse el cabello o bañarse proporciona una sensación de confort.
④ Tipos 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 estructura organizativa de los hilos y las telas también tienen un impacto en la dificultad de eliminación de la suciedad.
Las escamas de las fibras de lana y la estructura plana en tiras de las fibras de algodón son más propensas a acumular suciedad que las fibras lisas. Por ejemplo, el negro de humo adherido a la película de celulosa (película adhesiva) es fácil de eliminar, mientras que el negro de humo adherido a la tela de algodón es difícil de lavar. Por ejemplo, las telas de fibra corta de poliéster son más propensas a acumular manchas de aceite que las de fibra larga, y estas manchas también son más difíciles de eliminar que las de fibra larga.
Los hilos y tejidos apretados, gracias a los pequeños microespacios entre las fibras, pueden resistir la entrada de suciedad, pero también impiden que la solución de limpieza elimine la suciedad interna. Por lo tanto, los tejidos apretados presentan buena resistencia a la suciedad al principio, pero también son difíciles de limpiar una vez contaminados.
⑤ La dureza del agua
La concentración de iones metálicos como Ca₂₄ y Mg₂₄ en el agua tiene un impacto significativo en el efecto de lavado, especialmente cuando los tensioactivos aniónicos entran en contacto con iones Ca₂₄ y Mg₂₄ para formar sales de calcio y magnesio poco solubles, lo que puede reducir su capacidad de limpieza. Incluso con una alta concentración de tensioactivos en agua dura, su efecto de limpieza es mucho menor que en la destilación. Para lograr el mejor efecto de lavado de los tensioactivos, la concentración de iones Ca₂₄ en el agua debe reducirse a menos de 1 × 10⁻⁴ mol/L (el CaCO₃ debe reducirse a 0,1 mg/L). Esto requiere añadir diversos suavizantes al detergente.
Hora de publicación: 16 de agosto de 2024