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Las 9 relaciones principales entre los surfactantes y las fábricas de teñido
01 Tensión superficial
La fuerza que actúa para contraer la superficie de un líquido por unidad de longitud se llama tensión superficial, medida en N·m⁻¹.
02 Actividad superficial y surfactantes
La propiedad que reduce la tensión superficial de un disolvente se denomina actividad superficial, y las sustancias que poseen esta propiedad se denominan sustancias tensioactivas. Los tensioactivos son sustancias tensioactivas que pueden formar agregados en soluciones acuosas, como micelas, y presentan una alta actividad superficial, además de funciones como humectación, emulsión, formación de espuma y lavado.
03 Características de la estructura molecular de los surfactantes
Los surfactantes son compuestos orgánicos con estructuras y propiedades especiales; pueden alterar significativamente la tensión interfacial entre dos fases o la tensión superficial de líquidos (generalmente agua), presentando propiedades como humectación, formación de espuma, emulsión y lavado. Estructuralmente, los surfactantes comparten la característica común de contener dos tipos diferentes de grupos dentro de sus moléculas: un extremo tiene un grupo apolar de cadena larga, soluble en aceite pero insoluble en agua, conocido como grupo hidrofóbico. Este grupo hidrofóbico suele ser un hidrocarburo de cadena larga, aunque a veces puede consistir en fluoruros orgánicos, silicios orgánicos, fosfinas orgánicas o cadenas de organoestaño. El otro extremo tiene un grupo soluble en agua, conocido como grupo hidrofílico. El grupo hidrofílico debe tener suficiente hidrofilicidad para garantizar que todo el surfactante pueda disolverse en agua y posea la solubilidad necesaria. Dado que los surfactantes contienen grupos hidrofílicos e hidrofóbicos, pueden disolverse en al menos una fase del medio líquido. Esta naturaleza de doble afinidad de los surfactantes se conoce como anfifilicidad.
04 Tipos de surfactantes
Los surfactantes son moléculas anfifílicas con grupos hidrofóbicos e hidrofílicos. El grupo hidrofóbico generalmente está compuesto por hidrocarburos de cadena larga, como alcanos de cadena lineal (C8-C20), alcanos ramificados (C8-C20) o alquilbencenos (alquilo con número de átomo de carbono 8-16). Las diferencias en los grupos hidrofóbicos surgen principalmente de variaciones estructurales en las cadenas de carbono. Sin embargo, la diversidad de grupos hidrofílicos es mucho mayor, por lo tanto, las propiedades de los surfactantes están vinculadas no solo al tamaño y la forma del grupo hidrofóbico, sino también en gran medida al grupo hidrofílico. Los surfactantes se pueden clasificar según la estructura del grupo hidrofílico, principalmente según si es iónico, dividiéndolos en aniónicos, catiónicos, no iónicos, zwitteriónicos y otros tipos especiales de surfactantes.
05 Propiedades de las soluciones surfactantes
①Adsorción en la interfaz
Las moléculas de surfactante contienen grupos hidrófilos e hidrófobos. El agua, al ser un líquido fuertemente polar, cuando los surfactantes se disuelven en ella, sigue el principio de «polaridades similares se atraen; polaridades diferentes se repelen». Su grupo hidrófilo interactúa con el agua, haciéndola soluble, mientras que su grupo hidrófobo se repele del agua y sale de la fase acuosa. Esto provoca que las moléculas (o iones) de surfactante se adsorban en la capa interfacial, reduciendo así la tensión interfacial entre ambas fases. Cuantas más moléculas (o iones) de surfactante se adsorban en la interfase, mayor será la reducción de la tensión interfacial.
② Propiedades de las películas adsorbidas
Presión superficial de la película adsorbida: Los surfactantes forman películas adsorbidas en la interfaz gas-líquido. Por ejemplo, al colocar un flotador deslizante sin fricción en la interfaz de un líquido, se crea presión contra el flotador cuando la película se desplaza a lo largo de la superficie del líquido. Esta presión se denomina presión superficial.
Viscosidad superficial: Al igual que la presión superficial, la viscosidad superficial es una propiedad que presentan las películas moleculares insolubles. Al suspender un anillo de platino en un alambre metálico fino de modo que toque la superficie del agua en un tanque, al girarlo se observa resistencia debido a la viscosidad del agua. La disminución de la amplitud observada permite medir la viscosidad superficial; la diferencia en las tasas de disminución entre el agua pura y la que contiene la película superficial proporciona la viscosidad de esta última. La viscosidad superficial está estrechamente relacionada con la firmeza de la película; dado que las películas adsorbidas poseen presión y viscosidad superficiales, necesariamente poseen elasticidad. Cuanto mayor sea la presión y la viscosidad superficiales de la película adsorbida, mayor será su módulo elástico.
③ Formación de micelas
El comportamiento de los surfactantes en soluciones diluidas obedece a las normas de solución ideal. La cantidad de surfactante adsorbido en la superficie de la solución aumenta a medida que aumenta su concentración hasta alcanzar una concentración determinada, tras la cual la adsorción deja de aumentar. En este punto, las moléculas de surfactante sobrantes se dispersan aleatoriamente o presentan patrones. Tanto la evidencia práctica como la teórica indican que forman agregados en la solución, denominados micelas. La concentración mínima a la que los surfactantes comienzan a formar micelas se denomina concentración micelar crítica (CMC).
06 Valor de equilibrio hidrofílico-lipofílico (HLB)
El HLB, abreviatura de Equilibrio Hidrófilo-Lipófilo, indica el equilibrio entre los grupos hidrófilos y lipofílicos en los surfactantes. Un valor de HLB alto indica una hidrofilicidad alta y una lipofilicidad baja, mientras que con valores bajos de HLB ocurre lo contrario.
① Especificación de los valores HLB**:El valor de HLB es relativo; por lo tanto, para establecerlo, el estándar para una sustancia no hidrófila, como la parafina, se establece en HLB = 0, mientras que al dodecilsulfato de sodio, con alta solubilidad en agua, se le asigna un HLB = 40. Por lo tanto, los valores de HLB para surfactantes generalmente se encuentran entre 1 y 40. Los surfactantes con un valor de HLB menor a 10 son lipofílicos, y aquellos mayores a 10 son hidrofílicos. Por lo tanto, el punto de inflexión entre lipofilicidad e hidrofilicidad se sitúa alrededor de 10. Los usos potenciales de los surfactantes pueden inferirse aproximadamente a partir de sus valores de HLB.
| HLB | Aplicaciones | HLB | Aplicaciones |
| 1,5~3 | Agentes antiespumantes tipo W/O | 8~18 | Emulsionantes tipo O/W |
| 3,5~6 | Emulsionantes tipo W/O | 13~15 | Detergentes |
| 7~9 | Agentes humectantes | 15~18 | Solubilizantes |
Según la tabla, los surfactantes adecuados para su uso como emulsionantes de aceite en agua tienen un valor HLB de 3,5 a 6, mientras que los de emulsionantes de agua en aceite están entre 8 y 18.
② Determinación de los valores de HLB (omitido).
07 Emulsificación y solubilización
Una emulsión es un sistema que se forma cuando un líquido inmiscible se dispersa en otro en forma de partículas finas (gotitas o cristales líquidos). El emulsionante, un tipo de surfactante, es esencial para estabilizar este sistema termodinámicamente inestable al disminuir la energía interfacial. La fase presente en forma de gotitas en la emulsión se denomina fase dispersa (o fase interna), mientras que la fase que forma una capa continua se denomina medio de dispersión (o fase externa).
① Emulsionantes y emulsiones
Las emulsiones comunes suelen constar de una fase como agua o solución acuosa, y la otra como una sustancia orgánica, como aceites o ceras. Dependiendo de su dispersión, las emulsiones pueden clasificarse como agua en aceite (W/O), donde el aceite se dispersa en agua, o aceite en agua (O/W), donde el agua se dispersa en aceite. Además, pueden existir emulsiones complejas como W/O/W o O/W/O. Los emulsionantes estabilizan las emulsiones al reducir la tensión interfacial y formar membranas monomoleculares. Un emulsionante debe adsorberse o acumularse en la interfaz para reducir la tensión interfacial y impartir cargas a las gotas, generando repulsión electrostática, o formar una película protectora de alta viscosidad alrededor de las partículas. En consecuencia, las sustancias utilizadas como emulsionantes deben poseer grupos anfifílicos, que los surfactantes pueden proporcionar.
② Métodos de preparación de emulsiones y factores que influyen en la estabilidad
Existen dos métodos principales para preparar emulsiones: los métodos mecánicos dispersan líquidos en partículas diminutas en otro líquido, mientras que el segundo método consiste en disolver líquidos en forma molecular en otro y provocar su agregación adecuada. La estabilidad de una emulsión se refiere a su capacidad para resistir la agregación de partículas que conduce a la separación de fases. Las emulsiones son sistemas termodinámicamente inestables con mayor energía libre; por lo tanto, su estabilidad refleja el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio, es decir, el tiempo que tarda un líquido en separarse de la emulsión. Cuando la película interfacial contiene alcoholes grasos, ácidos grasos y aminas grasas, la resistencia de la membrana aumenta significativamente porque las moléculas orgánicas polares forman complejos en la capa adsorbida, reforzando la membrana interfacial.
Los emulsionantes compuestos por dos o más surfactantes se denominan emulsionantes mixtos. Los emulsionantes mixtos se adsorben en la interfaz agua-aceite, y las interacciones moleculares pueden formar complejos que reducen significativamente la tensión interfacial, aumentando la cantidad de adsorbato y formando membranas interfaciales más densas y resistentes.
Las gotas con carga eléctrica influyen notablemente en la estabilidad de las emulsiones. En emulsiones estables, las gotas suelen tener carga eléctrica. Cuando se utilizan emulsionantes iónicos, el extremo hidrófobo de los tensioactivos iónicos se incorpora a la fase oleosa, mientras que el extremo hidrófilo permanece en la fase acuosa, impartiendo carga a las gotas. Las cargas iguales entre las gotas provocan repulsión e impiden la coalescencia, lo que mejora la estabilidad. Por lo tanto, cuanto mayor sea la concentración de iones emulsionantes adsorbidos en las gotas, mayor será su carga y mayor será la estabilidad de la emulsión.
La viscosidad del medio de dispersión también afecta la estabilidad de la emulsión. Generalmente, los medios de mayor viscosidad mejoran la estabilidad porque impiden con mayor fuerza el movimiento browniano de las gotas, lo que reduce la probabilidad de colisiones. Las sustancias de alto peso molecular que se disuelven en la emulsión pueden aumentar la viscosidad y la estabilidad del medio. Además, las sustancias de alto peso molecular pueden formar membranas interfaciales robustas, lo que estabiliza aún más la emulsión. En algunos casos, la adición de polvos sólidos puede estabilizar las emulsiones de forma similar. Si las partículas sólidas están completamente humedecidas por agua y pueden humedecerse por aceite, quedarán retenidas en la interfaz agua-aceite. Los polvos sólidos estabilizan la emulsión mejorando la película a medida que se agrupan en la interfaz, de forma similar a los surfactantes adsorbidos.
Los surfactantes pueden mejorar significativamente la solubilidad de compuestos orgánicos insolubles o poco solubles en agua tras la formación de micelas en la solución. En este momento, la solución se ve transparente, y esta capacidad se denomina solubilización. Los surfactantes que promueven la solubilización se denominan solubilizantes, mientras que los compuestos orgánicos que se solubilizan se denominan solubilatos.
08 Espuma
La espuma desempeña un papel crucial en los procesos de lavado. Se refiere a un sistema dispersivo de gas en líquido o sólido, con el gas como fase dispersa y el líquido o sólido como medio de dispersión. Este sistema se conoce como espuma líquida o espuma sólida, como en el caso de los plásticos espumados, el vidrio espumado y el hormigón celular.
(1) Formación de espuma
El término espuma se refiere a un conjunto de burbujas de aire separadas por películas líquidas. Debido a la considerable diferencia de densidad entre el gas (fase dispersa) y el líquido (medio de dispersión), y a la baja viscosidad del líquido, las burbujas de gas ascienden rápidamente a la superficie. La formación de espuma implica la incorporación de una gran cantidad de gas al líquido; las burbujas regresan rápidamente a la superficie, creando un conjunto de burbujas de aire separadas por una mínima película líquida. La espuma tiene dos características morfológicas distintivas: en primer lugar, las burbujas de gas suelen adoptar una forma poliédrica debido a que la fina película líquida en la intersección de las burbujas tiende a adelgazarse, lo que finalmente provoca su ruptura. En segundo lugar, los líquidos puros no pueden formar una espuma estable; para crearla, se requieren al menos dos componentes. Una solución de surfactante es un sistema típico de formación de espuma cuya capacidad de formación de espuma está relacionada con sus otras propiedades. Los surfactantes con buena capacidad de formación de espuma se denominan agentes espumantes. Si bien los agentes espumantes presentan buenas capacidades de formación de espuma, la espuma que generan puede no ser duradera, lo que significa que su estabilidad no está garantizada. Para mejorar la estabilidad de la espuma, se pueden añadir sustancias que la mejoran. Estos se denominan estabilizadores, y los estabilizadores comunes incluyen la lauril dietanolamina y los óxidos de dodecil dimetil amina.
(2) Estabilidad de la espuma
La espuma es un sistema termodinámicamente inestable; su progresión natural conduce a la ruptura, reduciendo así la superficie total del líquido y disminuyendo la energía libre. El proceso de desespumado implica el adelgazamiento gradual de la película de líquido que separa el gas hasta que se produce la ruptura. El grado de estabilidad de la espuma depende principalmente de la velocidad de drenaje del líquido y la resistencia de la película. Los factores influyentes incluyen:
① Tensión superficial: Desde una perspectiva energética, una tensión superficial baja favorece la formación de espuma, pero no garantiza su estabilidad. Una tensión superficial baja indica una menor diferencia de presión, lo que provoca un drenaje más lento del líquido y un engrosamiento de la película, factores que favorecen la estabilidad.
② Viscosidad superficial: El factor clave para la estabilidad de la espuma es la resistencia de la película líquida, determinada principalmente por la robustez de la película de adsorción superficial, medida mediante la viscosidad superficial. Los resultados experimentales indican que las soluciones con alta viscosidad superficial producen una espuma más duradera gracias a las interacciones moleculares mejoradas en la película adsorbida, que aumentan significativamente la resistencia de la membrana.
③ Viscosidad de la solución: una mayor viscosidad en el propio líquido ralentiza el drenaje del líquido de la membrana, lo que prolonga la vida útil de la película de líquido antes de que se produzca la ruptura y mejora la estabilidad de la espuma.
④ Acción de "reparación" de la tensión superficial: Los surfactantes adsorbidos a la membrana pueden contrarrestar la expansión o contracción de la superficie de la película; esto se denomina acción de reparación. Cuando los surfactantes se adsorben a la película líquida y expanden su superficie, se reduce la concentración de surfactante en la superficie y se aumenta la tensión superficial. Por el contrario, la contracción aumenta la concentración de surfactante en la superficie y, en consecuencia, reduce la tensión superficial.
⑤ Difusión de gas a través de la película líquida: Debido a la presión capilar, las burbujas más pequeñas tienden a tener una mayor presión interna que las burbujas más grandes, lo que provoca la difusión de gas de las burbujas pequeñas a las más grandes, lo que provoca la contracción de las pequeñas y el crecimiento de las grandes, lo que finalmente provoca el colapso de la espuma. La aplicación constante de surfactantes crea burbujas uniformes y finamente distribuidas e inhibe la formación de espuma. Al estar los surfactantes densamente concentrados en la película líquida, se dificulta la difusión de gas, mejorando así la estabilidad de la espuma.
⑥ Efecto de la carga superficial: Si la película líquida de espuma tiene la misma carga, ambas superficies se repelerán, evitando que la película se adelgace o se rompa. Los surfactantes iónicos pueden proporcionar este efecto estabilizador. En resumen, la resistencia de la película líquida es el factor crucial que determina la estabilidad de la espuma. Los surfactantes, que actúan como agentes espumantes y estabilizadores, deben formar moléculas de absorción superficial densamente empaquetadas, ya que esto influye significativamente en la interacción molecular interfacial, mejorando la resistencia de la película superficial y, por lo tanto, evitando que el líquido se separe de la película adyacente, lo que facilita la estabilidad de la espuma.
(3) Destrucción de espuma
El principio fundamental de la destrucción de la espuma consiste en alterar las condiciones que la producen o eliminar sus factores estabilizadores, lo que da lugar a métodos de antiespumantes físicos y químicos. El antiespumante físico mantiene la composición química de la solución espumosa al tiempo que modifica condiciones como perturbaciones externas, cambios de temperatura o presión, así como el tratamiento ultrasónico, todos ellos métodos eficaces para eliminar la espuma. El antiespumante químico se refiere a la adición de ciertas sustancias que interactúan con los agentes espumantes para reducir la resistencia de la película líquida dentro de la espuma, reduciendo su estabilidad y logrando así su efecto antiespumante. Estas sustancias se denominan antiespumantes, la mayoría de los cuales son surfactantes. Los antiespumantes suelen poseer una notable capacidad para reducir la tensión superficial y pueden adsorberse fácilmente a las superficies, con una interacción más débil entre las moléculas constituyentes, creando así una estructura molecular poco organizada. Los tipos de antiespumantes son variados, pero generalmente son surfactantes no iónicos, con alcoholes ramificados, ácidos grasos, ésteres de ácidos grasos, poliamidas, fosfatos y aceites de silicona comúnmente utilizados como excelentes antiespumantes.
(4) Espuma y limpieza
La cantidad de espuma no se correlaciona directamente con la eficacia de la limpieza; más espuma no significa una mejor limpieza. Por ejemplo, los surfactantes no iónicos pueden producir menos espuma que el jabón, pero pueden tener una capacidad de limpieza superior. Sin embargo, en ciertas condiciones, la espuma puede ayudar a eliminar la suciedad; por ejemplo, la espuma al lavar platos ayuda a eliminar la grasa, mientras que al limpiar alfombras permite que la espuma elimine la suciedad y los contaminantes sólidos. Además, la espuma puede indicar la eficacia del detergente; el exceso de grasa suele inhibir la formación de burbujas, causando falta de espuma o disminuyendo la espuma existente, lo que indica una baja eficacia del detergente. Además, la espuma puede servir como indicador de la limpieza del enjuague, ya que los niveles de espuma en el agua de enjuague suelen disminuir con concentraciones más bajas de detergente.
09 Proceso de lavado
En términos generales, el lavado es el proceso de eliminar componentes no deseados del objeto que se limpia para lograr un propósito específico. En términos comunes, el lavado se refiere a la eliminación de la suciedad de la superficie del soporte. Durante el lavado, ciertas sustancias químicas (como los detergentes) actúan para debilitar o eliminar la interacción entre la suciedad y el soporte, transformando la unión entre la suciedad y el soporte en una unión entre la suciedad y el detergente, lo que permite su separación. Dado que los objetos a limpiar y la suciedad que se debe eliminar pueden variar considerablemente, el lavado es un proceso complejo, que se puede simplificar con la siguiente relación:
Portador • Suciedad + Detergente = Portador + Suciedad • Detergente. El proceso de lavado generalmente se divide en dos etapas:
1. La suciedad se separa del soporte bajo la acción del detergente;
2. La suciedad separada se dispersa y se suspende en el medio. El proceso de lavado es reversible, lo que significa que la suciedad dispersa o suspendida puede volver a depositarse en el artículo limpio. Por lo tanto, los detergentes eficaces no solo deben ser capaces de desprender la suciedad del soporte, sino también de dispersarla y suspenderla, impidiendo que vuelva a depositarse.
(1) Tipos de suciedad
Incluso un solo artículo puede acumular diferentes tipos, composiciones y cantidades de suciedad según su contexto de uso. La suciedad aceitosa se compone principalmente de diversos aceites animales y vegetales, así como de aceites minerales (como petróleo crudo, fueloil, alquitrán de hulla, etc.); la suciedad sólida incluye partículas como hollín, polvo, óxido y negro de humo. En cuanto a la suciedad de la ropa, puede provenir de secreciones humanas como sudor, sebo y sangre; manchas de alimentos, como manchas de fruta o aceite, y condimentos; residuos de cosméticos, como lápiz labial y esmalte de uñas; contaminantes atmosféricos, como humo, polvo y tierra; y otras manchas, como tinta, té y pintura. Este tipo de suciedad se puede clasificar generalmente en sólida, líquida y especial.
① Suciedad sólida: Ejemplos comunes incluyen partículas de hollín, barro y polvo, la mayoría de las cuales suelen tener cargas, a menudo negativas, que se adhieren fácilmente a materiales fibrosos. La suciedad sólida generalmente es menos soluble en agua, pero puede dispersarse y suspenderse en detergentes. Las partículas menores de 0,1 μm pueden ser particularmente difíciles de eliminar.
② Suciedad líquida: Incluye sustancias oleosas solubles en aceite, como aceites animales, ácidos grasos, alcoholes grasos, aceites minerales y sus óxidos. Mientras que los aceites animales y vegetales y los ácidos grasos pueden reaccionar con álcalis para formar jabones, los alcoholes grasos y los aceites minerales no se saponifican, sino que pueden disolverse en alcoholes, éteres e hidrocarburos orgánicos, y emulsionarse y dispersarse en soluciones detergentes. La suciedad oleosa líquida suele adherirse firmemente a materiales fibrosos debido a fuertes interacciones.
③ Suciedad Especial: Esta categoría incluye proteínas, almidones, sangre y secreciones humanas como el sudor y la orina, así como zumos de frutas y té. Estos materiales suelen unirse firmemente a las fibras mediante interacciones químicas, lo que dificulta su eliminación. Los distintos tipos de suciedad rara vez existen de forma independiente, sino que se mezclan y se adhieren a las superficies. A menudo, bajo influencias externas, la suciedad puede oxidarse, descomponerse o descomponerse, dando lugar a nuevas formas de suciedad.
(2) Adherencia de suciedad
La suciedad se adhiere a materiales como la ropa y la piel debido a ciertas interacciones entre el objeto y la suciedad. La fuerza de adhesión entre la suciedad y el objeto puede ser física o química.
① Adhesión física: La adhesión de suciedad como el hollín, el polvo y el barro implica principalmente interacciones físicas débiles. Generalmente, estos tipos de suciedad se pueden eliminar con relativa facilidad debido a su menor adhesión, que se debe principalmente a fuerzas mecánicas o electrostáticas.
A: Adhesión mecánica**: Esto generalmente se refiere a suciedad sólida como polvo o arena que se adhiere a través de medios mecánicos, que es relativamente fácil de eliminar, aunque las partículas más pequeñas de menos de 0,1 μm son bastante difíciles de limpiar.
B: Adhesión electrostática**: Implica la interacción de partículas de suciedad cargadas con materiales de carga opuesta; por lo general, los materiales fibrosos tienen cargas negativas, lo que les permite atraer adherentes con carga positiva, como ciertas sales. Algunas partículas con carga negativa pueden acumularse en estas fibras mediante puentes iónicos formados por iones positivos en la solución.
② Adhesión química: Se refiere a la suciedad que se adhiere a un objeto mediante enlaces químicos. Por ejemplo, la suciedad sólida polar o materiales como el óxido tienden a adherirse firmemente debido a los enlaces químicos formados con grupos funcionales como los grupos carboxilo, hidroxilo o amina presentes en materiales fibrosos. Estos enlaces crean interacciones más fuertes, lo que dificulta su eliminación; pueden ser necesarios tratamientos especiales para una limpieza eficaz. El grado de adhesión de la suciedad depende tanto de las propiedades de la propia suciedad como de las de la superficie a la que se adhiere.
(3) Mecanismos de eliminación de suciedad
El objetivo del lavado es eliminar la suciedad. Esto implica utilizar las diversas acciones físicas y químicas de los detergentes para debilitar o eliminar la adherencia entre la suciedad y las prendas lavadas, con la ayuda de fuerzas mecánicas (como el fregado manual, la agitación de la lavadora o el impacto del agua), lo que finalmente conduce a la separación de la suciedad.
① Mecanismo de eliminación de suciedad líquida
A: Humedad: La mayor parte de la suciedad líquida es aceitosa y tiende a humedecer diversos artículos fibrosos, formando una película aceitosa sobre sus superficies. El primer paso del lavado es la acción del detergente, que humedece la superficie.
B: Mecanismo de enrollado para la eliminación de aceite: El segundo paso para la eliminación de suciedad líquida se realiza mediante un proceso de enrollado. La suciedad líquida, que se extiende como una película sobre la superficie, se enrolla progresivamente en gotitas debido a la humectación preferente del detergente sobre la superficie fibrosa, siendo finalmente reemplazada por el detergente.
② Mecanismo de eliminación de suciedad sólida
A diferencia de la suciedad líquida, la eliminación de la suciedad sólida depende de la capacidad del detergente para humedecer tanto las partículas de suciedad como la superficie del soporte. La adsorción de tensioactivos en las superficies de la suciedad sólida y el soporte reduce sus fuerzas de interacción, disminuyendo así la fuerza de adhesión de las partículas de suciedad y facilitando su eliminación. Además, los tensioactivos, especialmente los iónicos, pueden aumentar el potencial eléctrico de la suciedad sólida y del material de la superficie, facilitando su eliminación.
Los surfactantes no iónicos tienden a adsorberse en superficies sólidas generalmente cargadas y pueden formar una capa adsorbida significativa, lo que reduce la reubicación de la suciedad. Sin embargo, los surfactantes catiónicos pueden reducir el potencial eléctrico de la suciedad y la superficie del soporte, lo que disminuye la repulsión y dificulta la eliminación de la suciedad.
③ Eliminación de suciedad especial
Los detergentes comunes pueden tener dificultades para eliminar manchas difíciles de proteínas, almidones, sangre y secreciones corporales. Enzimas como la proteasa pueden eliminar eficazmente las manchas de proteínas al descomponerlas en aminoácidos solubles o péptidos. De igual manera, la amilasa puede descomponer los almidones en azúcares. Las lipasas pueden ayudar a descomponer las impurezas de triacilglicerol, que suelen ser difíciles de eliminar con métodos convencionales. Las manchas de zumos de frutas, té o tinta a veces requieren agentes oxidantes o reductores, que reaccionan con los grupos generadores de color para degradarlos en fragmentos más solubles en agua.
(4) Mecanismo de limpieza en seco
Los puntos mencionados se refieren principalmente al lavado con agua. Sin embargo, debido a la diversidad de tejidos, algunos materiales pueden no responder bien al lavado con agua, lo que provoca deformaciones, pérdida de color, etc. Muchas fibras naturales se expanden al mojarse y se encogen fácilmente, lo que provoca cambios estructurales indeseables. Por lo tanto, la limpieza en seco, generalmente con disolventes orgánicos, suele ser la opción preferida para estos textiles.
La limpieza en seco es más suave que el lavado en húmedo, ya que minimiza la acción mecánica que podría dañar la ropa. Para una eliminación eficaz de la suciedad en la limpieza en seco, esta se clasifica en tres tipos principales:
① Suciedad soluble en aceite: incluye aceites y grasas, que se disuelven fácilmente en solventes de limpieza en seco.
② Suciedad soluble en agua: este tipo puede disolverse en agua pero no en solventes de limpieza en seco y está compuesto por sales inorgánicas, almidones y proteínas, que pueden cristalizar una vez que el agua se evapora.
③ Suciedad que no es soluble ni en aceite ni en agua: Esto incluye sustancias como el negro de carbón y los silicatos metálicos que no se disuelven en ninguno de los dos medios.
Cada tipo de suciedad requiere diferentes estrategias para su eliminación eficaz durante la limpieza en seco. La suciedad soluble en aceite se elimina metodológicamente con disolventes orgánicos debido a su excelente solubilidad en disolventes no polares. Para las manchas solubles en agua, el producto de limpieza en seco debe contener una cantidad adecuada de agua, ya que es crucial para una eliminación eficaz de la suciedad. Desafortunadamente, dado que el agua tiene una solubilidad mínima en los productos de limpieza en seco, a menudo se añaden surfactantes para facilitar su integración.
Los surfactantes mejoran la capacidad del agente de limpieza para absorber agua y contribuyen a la solubilización de las impurezas hidrosolubles dentro de las micelas. Además, pueden inhibir la formación de nuevos depósitos de suciedad después del lavado, lo que mejora la eficacia de la limpieza. Una ligera adición de agua es esencial para eliminar estas impurezas, pero cantidades excesivas pueden deformar los tejidos, por lo que se requiere un contenido equilibrado de agua en las soluciones de limpieza en seco.
(5) Factores que influyen en la acción de lavado
La adsorción de surfactantes en las interfaces y la consiguiente reducción de la tensión interfacial son cruciales para eliminar la suciedad líquida o sólida. Sin embargo, el lavado es inherentemente complejo y está influenciado por numerosos factores, incluso con detergentes similares. Estos factores incluyen la concentración del detergente, la temperatura, las propiedades de la suciedad, los tipos de fibra y la estructura del tejido.
① Concentración de tensioactivos: Las micelas formadas por tensioactivos desempeñan un papel fundamental en el lavado. La eficiencia del lavado aumenta drásticamente cuando la concentración supera la concentración micelar crítica (CMC); por lo tanto, se recomienda utilizar detergentes en concentraciones superiores a la CMC para un lavado eficaz. Sin embargo, las concentraciones de detergente superiores a la CMC producen rendimientos decrecientes, lo que hace innecesaria una concentración excesiva.
② Efecto de la temperatura: La temperatura influye significativamente en la eficacia de la limpieza. Generalmente, las temperaturas más altas facilitan la eliminación de la suciedad; sin embargo, el calor excesivo puede tener efectos adversos. El aumento de la temperatura tiende a facilitar la dispersión de la suciedad y también puede provocar que la suciedad aceitosa se emulsione con mayor facilidad. Sin embargo, en tejidos de trama apretada, el aumento de la temperatura que provoca el hinchamiento de las fibras puede reducir inadvertidamente la eficacia de la limpieza.
Las fluctuaciones de temperatura también afectan la solubilidad del surfactante, la CMC y el recuento micelar, lo que influye en la eficiencia de la limpieza. En el caso de muchos surfactantes de cadena larga, las temperaturas más bajas reducen la solubilidad, a veces por debajo de su propia CMC; por lo tanto, puede ser necesario un calentamiento adecuado para un funcionamiento óptimo. El impacto de la temperatura en la CMC y las micelas difiere entre surfactantes iónicos y no iónicos: aumentar la temperatura suele elevar la CMC de los surfactantes iónicos, lo que requiere ajustes de concentración.
③ Espuma: Existe una idea errónea que relaciona la capacidad de formar espuma con la eficacia del lavado: más espuma no equivale a un lavado superior. La evidencia empírica sugiere que los detergentes con baja espuma pueden ser igualmente eficaces. Sin embargo, la espuma puede facilitar la eliminación de la suciedad en ciertas aplicaciones, como el lavado de vajilla, donde la espuma ayuda a desplazar la grasa, o la limpieza de alfombras, donde levanta la suciedad. Además, la presencia de espuma puede indicar si los detergentes funcionan; el exceso de grasa puede inhibir la formación de espuma, mientras que la disminución de la misma indica una menor concentración de detergente.
④ Tipo de fibra y propiedades textiles: Más allá de la estructura química, la apariencia y la organización de las fibras influyen en la adherencia de la suciedad y la dificultad para eliminarla. Las fibras con estructuras rugosas o planas, como la lana o el algodón, tienden a atrapar la suciedad con mayor facilidad que las fibras lisas. Las telas de trama densa pueden resistir inicialmente la acumulación de suciedad, pero pueden dificultar un lavado eficaz debido al acceso limitado a la suciedad atrapada.
⑤ Dureza del agua: Las concentraciones de Ca²⁺, Mg²⁺ y otros iones metálicos afectan significativamente el resultado del lavado, especialmente en el caso de los tensioactivos aniónicos, que pueden formar sales insolubles que reducen la eficacia de la limpieza. En agua dura, incluso con una concentración adecuada de tensioactivo, la eficacia de la limpieza es inferior a la del agua destilada. Para un rendimiento óptimo del tensioactivo, la concentración de Ca²⁺ debe minimizarse por debajo de 1×10⁻⁶ mol/L (CaCO₃ por debajo de 0,1 mg/L), lo que a menudo requiere la inclusión de agentes suavizantes en las formulaciones de detergentes.
Hora de publicación: 05-sep-2024
