1. Surfaca tensio
La kuntiriĝanta forto por unuo de longo sur la surfaco de likvaĵo nomiĝas surfaca tensio, mezurata en N • m-1.
2. Surfaca aktiveco kaj surfaktanto
La eco, kiu povas redukti la surfacan tension de solviloj, nomiĝas surfaca aktiveco, kaj substancoj kun surfaca aktiveco nomiĝas surfacaktivaj substancoj.
Surfaktanto rilatas al surfacaktivaj substancoj, kiuj povas formi miceleojn kaj aliajn agregaĵojn en akvaj solvaĵoj, havas altan surfacan aktivecon, kaj ankaŭ havas malsekigantajn, emulsiigajn, ŝaŭmigajn, lavajn kaj aliajn funkciojn.
3. Molekulaj strukturaj karakterizaĵoj de surfaktanto
Surfaktanto estas organikaj kombinaĵoj kun specialaj strukturoj kaj ecoj, kiuj povas signife ŝanĝi la interfacan tension inter du fazoj aŭ la surfacan tension de likvaĵoj (kutime akvo), kaj havas ecojn kiel malsekigo, ŝaŭmado, emulsiigo kaj lavado.
Strukture parolante, surfaktantoj havas komunan karakterizaĵon, ke ili enhavas du malsamajn funkciajn grupojn en siaj molekuloj. Unu fino estas longĉena nepolusa grupo, kiu estas solvebla en oleo sed nesolvebla en akvo, konata kiel hidrofoba grupo aŭ hidrofoba grupo. Ĉi tiuj hidrofobaj grupoj estas ĝenerale longĉenaj hidrokarbidoj, foje ankaŭ organika fluoro, organosilicio, organofosforo, organostanaj ĉenoj, ktp. La alia fino estas akvosolvebla funkcia grupo, nome hidrofila grupo aŭ hidrofila grupo. La hidrofila grupo devas havi sufiĉan hidrofilecon por certigi, ke la tuta surfaktanto estas solvebla en akvo kaj havas la necesan solveblecon. Pro la ĉeesto de hidrofilaj kaj hidrofobaj grupoj en surfaktantoj, ili povas solviĝi en almenaŭ unu fazo de la likva fazo. La hidrofilaj kaj oleofilaj ecoj de surfaktantoj nomiĝas amfifileco.
4. Tipoj de surfaktantoj
Surfaktantoj estas amfifilaj molekuloj, kiuj havas kaj hidrofobajn kaj hidrofilajn grupojn. La hidrofobaj grupoj de surfaktantoj ĝenerale konsistas el longĉenaj hidrokarbonoj, kiel ekzemple rektaĉenaj alkilaj C8-C20, branĉĉenaj alkilaj C8-C20, alkilfenilaj (kun 8-16 alkilaj karbonatomoj), ktp. La diferenco en hidrofobaj grupoj ĉefe kuŝas en la strukturaj ŝanĝoj de karbonaj hidrogenaj ĉenoj, kun relative malgrandaj diferencoj, dum ekzistas pli da specoj de hidrofilaj grupoj. Tial, la ecoj de surfaktantoj estas ĉefe rilataj al hidrofilaj grupoj krom la grandeco kaj formo de hidrofobaj grupoj. La strukturaj ŝanĝoj de hidrofilaj grupoj estas pli grandaj ol tiuj de hidrofobaj grupoj, do la klasifiko de surfaktantoj ĝenerale baziĝas sur la strukturo de hidrofilaj grupoj. Ĉi tiu klasifiko estas ĉefe bazita sur ĉu la hidrofilaj grupoj estas jonaj, dividante ilin en anjonajn, katjonajn, nejonajn, zwitterionajn kaj aliajn specialajn specojn de surfaktantoj.
5. Karakterizaĵoj de akva solvaĵo de surfaktanto
① Adsorbado de surfaktantoj ĉe interfacoj
Surfaktantaj molekuloj havas lipofilajn kaj hidrofilajn grupojn, kio faras ilin amfifilaj molekuloj. Akvo estas forte polusa likvaĵo. Kiam surfaktantoj dissolviĝas en akvo, laŭ la principo de poluseca simileco kaj poluseca diferenco-repuŝo, iliaj hidrofilaj grupoj altiriĝas al la akva fazo kaj dissolviĝas en akvo, dum iliaj lipofilaj grupoj repuŝas akvon kaj forlasas la akvon. Rezulte, surfaktantaj molekuloj (aŭ jonoj) adsorbiĝas ĉe la interfaco inter la du fazoj, reduktante la interfacan tension inter la du fazoj. Ju pli da surfaktantaj molekuloj (aŭ jonoj) adsorbiĝas sur la interfaco, des pli granda malpliiĝos la interfaca tensio.
② Kelkaj ecoj de adsorba membrano
Surfaca premo de adsorba membrano: Surfaktantoj adsorbas ĉe la gaso-likva interfaco por formi adsorban membranon. Se senproblema movebla ŝveba plato estas metita sur la interfacon kaj la ŝveba plato puŝas la adsorban membranon laŭ la solva surfaco, la membrano penas premon sur la ŝveban platon, kiu nomiĝas surfaca premo.
Surfaca viskozeco: Kiel surfaca premo, surfaca viskozeco estas eco montrata de nesolveblaj molekulaj filmoj. Pendigu platenan ringon per maldika metala drato, faru ĝian ebenon kontakti la akvosurfacon de la lavujo, turnu la platenan ringon, la platena ringo estas malhelpata de la viskozeco de la akvo, kaj la amplitudo iom post iom malpliiĝas, laŭ kio la surfaca viskozeco povas esti mezurata. La metodo estas: unue faru eksperimentojn sur la pura akvosurfaco, mezuru la amplitudan malpliiĝon, poste mezuru la malpliiĝon post la formado de la surfaca vizaĝmasko, kaj kalkulu la viskozecon de la surfaca vizaĝmasko el la diferenco inter la du.
La surfaca viskozeco estas proksime rilata al la firmeco de la surfaca vizaĝmasko. Ĉar la adsorba filmo havas surfacan premon kaj viskozecon, ĝi devas esti elasta. Ju pli alta estas la surfaca premo kaj viskozeco de la adsorba membrano, des pli granda estas ĝia elasta modulo. La elasta modulo de la surfaca adsorba filmo estas tre grava en la procezo de ŝaŭma stabiligo.
③ Formado de miceleoj
La diluita solvaĵo de surfaktantoj sekvas la leĝojn de idealaj solvaĵoj. La adsorba kvanto de surfaktantoj sur la surfaco de solvaĵo pliiĝas kun la koncentriĝo de la solvaĵo. Kiam la koncentriĝo atingas aŭ superas certan valoron, la adsorba kvanto ne plu pliiĝas. Ĉi tiuj troaj surfaktantaj molekuloj en la solvaĵo estas malordaj aŭ ekzistas regule. Kaj praktiko kaj teorio montris, ke ili formas agregaĵojn en solvaĵo, kiuj nomiĝas miceloj.
Kritika micela koncentriĝo: La minimuma koncentriĝo ĉe kiu surfaktantoj formas micelojn en solvaĵo estas nomata la kritika micela koncentriĝo.
④ La CMC-valoro de komuna surfaktanto.
6. Hidrofila kaj oleofila ekvilibrovaloro
HLB signifas hidrofila lipofila ekvilibro, kiu reprezentas la hidrofilajn kaj lipofilajn ekvilibro-valorojn de la hidrofilaj kaj lipofilaj grupoj de surfaktanto, t.e. la HLB-valoron de la surfaktanto. Alta HLB-valoro indikas fortan hidrofilecon kaj malfortan lipofilecon de la molekulo; Male, ĝi havas fortan lipofilecon kaj malfortan hidrofilecon.
① Regularoj pri HLB-Valoro
La HLB-valoro estas relativa valoro, do kiam oni formulas la HLB-valoron, kiel normon, la HLB-valoro de parafino sen hidrofilaj ecoj estas agordita al 0, dum la HLB-valoro de natria dodecilsulfato kun forta akvosolvebleco estas agordita al 40. Tial, la HLB-valoro de surfaktantoj ĝenerale estas ene de la intervalo de 1-40. Ĝenerale parolante, emulsiigiloj kun HLB-valoroj malpli ol 10 estas lipofilaj, dum emulsiigiloj kun HLB-valoroj pli grandaj ol 10 estas hidrofilaj. Tial, la turnopunkto de lipofileco al hidrofileco estas proksimume 10.
7. Emulsigaj kaj solubiligaj efikoj
Du nemikseblaj likvaĵoj, unu formita per dispersado de partikloj (gutetoj aŭ likvaj kristaloj) en la alia, nomiĝas emulsioj. Dum formado de emulsio, la interfaca areo inter la du likvaĵoj pligrandiĝas, igante la sistemon termodinamike malstabila. Por stabiligi la emulsion, tria komponanto - emulsiigilo - devas esti aldonita por redukti la interfacan energion de la sistemo. Emulsiigiloj apartenas al surfaktantoj, kaj ilia ĉefa funkcio estas agi kiel emulsiigiloj. La fazo en kiu gutetoj ekzistas en emulsio nomiĝas la dispersita fazo (aŭ interna fazo, malkontinua fazo), kaj la alia fazo kunligita nomiĝas la dispersita medio (aŭ ekstera fazo, kontinua fazo).
① Emulsiigiloj kaj emulsioj
Oftaj emulsioj konsistas el unu fazo de akvo aŭ akva solvaĵo, kaj la alia fazo de organikaj komponaĵoj, kiuj estas nemikseblaj kun akvo, kiel ekzemple oleoj, vaksoj, ktp. La emulsio formita de akvo kaj oleo povas esti dividita en du tipojn surbaze de ilia disperso: oleo disigita en akvo formas akvo-en-olea emulsio, reprezentita per O/W (oleo/akvo); akvo disigita en oleo formas akvo-en-olea emulsio, reprezentita per W/O (akvo/oleo). Krome, kompleksaj akvo-en-oleo-en-akvo W/O/W kaj oleo-en-akvo-en-oleo O/W/O emulsioj ankaŭ povas formiĝi.
La emulsiigilo stabiligas la emulsion per reduktado de la interfaca streĉiteco kaj formado de unutavola vizaĝmasko.
Postuloj por emulsiigiloj en emulsifikado: a: emulsiigiloj devas povi adsorbi aŭ riĉigi ĉe la interfaco inter la du fazoj, reduktante interfacan streĉitecon; b: Emulsiigiloj devas doni al partikloj elektran ŝargon, kaŭzante elektrostatikan repuŝon inter la partikloj aŭ formante stabilan, tre viskozan protektan filmon ĉirkaŭ la partikloj. Do, substancoj uzataj kiel emulsiigiloj devas havi amfifilajn grupojn por havi emulsiigajn efikojn, kaj surfaktantoj povas plenumi ĉi tiun postulon.
② Preparaj metodoj de emulsioj kaj faktoroj influantaj emulsian stabilecon
Ekzistas du metodoj por prepari emulsiojn: unu estas uzi mekanikajn metodojn por disigi la likvaĵon en malgrandajn partiklojn en alia likvaĵo, kio estas ofte uzata en industrio por prepari emulsiojn; Alia metodo estas dissolvi likvaĵon en molekula stato en alia likvaĵo kaj poste permesi al ĝi agregiĝi konvene por formi emulsion.
La stabileco de emulsioj rilatas al ilia kapablo rezisti partiklagregiĝon kaj kaŭzi fazapartigon. Emulsioj estas termodinamike malstabilaj sistemoj kun signifa libera energio. Tial, la stabileco de emulsio fakte rilatas al la tempo bezonata por ke la sistemo atingu ekvilibron, tio estas, la tempo bezonata por ke likvaĵo en la sistemo apartiĝu.
Kiam en la vizaĝa masko troviĝas polusaj organikaj molekuloj kiel grasa alkoholo, grasacido kaj grasa amino, la forto de la membrano signife pliiĝas. Tio estas ĉar la emulsiigaj molekuloj en la interfaca adsorba tavolo interagas kun polusaj molekuloj kiel alkoholo, acido kaj amino por formi "komplekson", kio pliigas la forton de la interfaca vizaĝa masko.
Emulsiigiloj kunmetitaj el du aŭ pli da surfaktantoj nomiĝas miksitaj emulsiigiloj. Miksitaj emulsiigiloj adsorbiĝas sur la akvo/oleo-interfaco, kaj intermolekulaj interagoj povas formi kompleksojn. Pro forta intermolekula interagado, la interfaca streĉiĝo signife reduktiĝas, la kvanto de emulsiigilo adsorbita sur la interfaco signife pliiĝas, kaj la denseco kaj forto de la formita interfaca vizaĝmasko pliiĝas.
La ŝargo de gutetoj havas signifan efikon sur la stabilecon de emulsioj. Stabilaj emulsioj tipe havas gutetojn kun elektraj ŝargoj. Kiam oni uzas jonajn emulsiigilojn, la emulsiigaj jonoj adsorbitaj sur la interfaco enmetas siajn lipofilajn grupojn en la olean fazon, dum la hidrofilaj grupoj estas en la akva fazo, tiel igante la gutetojn ŝargitaj. Pro la fakto, ke la gutetoj de la emulsio portas la saman ŝargon, ili forpuŝas unu la alian kaj ne facile aglomeriĝas, rezultante en pliigita stabileco. Videblas, ke ju pli da emulsiigaj jonoj adsorbitaj sur la gutetoj, des pli granda estas ilia ŝargo, kaj des pli granda estas ilia kapablo malhelpi gutan kunfandiĝon, igante la emulsiosistemon pli stabila.
La viskozeco de emulsia dispersa medio havas certan efikon sur la stabilecon de la emulsio. Ĝenerale, ju pli alta estas la viskozeco de la dispersa medio, des pli alta estas la stabileco de la emulsio. Ĉi tio estas ĉar la viskozeco de la dispersa medio estas alta, kio forte malhelpas la Brownan moviĝon de la likvaj gutetoj, malrapidigas la kolizion inter la gutetoj, kaj tenas la sistemon stabila. Polimeraj substancoj, kiuj kutime estas solveblaj en emulsioj, povas pliigi la viskozecon de la sistemo kaj plibonigi la stabilecon de la emulsio. Krome, la polimero ankaŭ povas formi solidan interfacan vizaĝmaskon, igante la emulsian sistemon pli stabila.
En iuj kazoj, aldono de solida pulvoro ankaŭ povas stabiligi la emulsion. La solida pulvoro ne estas en akvo, oleo aŭ ĉe la interfaco, depende de la malsekigkapablo de oleo kaj akvo sur la solida pulvoro. Se la solida pulvoro ne estas tute malsekigita de akvo kaj povas esti malsekigita de oleo, ĝi restos ĉe la akvo-olea interfaco.
La kialo, kial la solida pulvoro ne stabiligas la emulsion, estas ke la pulvoro kolektita ĉe la interfaco ne plifortigas la vizaĝmaskon de la interfaco, kio similas al la adsorbaj emulsiigaj molekuloj ĉe la interfaco. Tial, ju pli proksime la solidaj pulvoraj partikloj estas aranĝitaj ĉe la interfaco, des pli stabila estos la emulsio.
Surfaktantoj havas la kapablon signife pliigi la solveblecon de organikaj kombinaĵoj, kiuj estas nesolveblaj aŭ iomete solveblaj en akvo post formado de miceleoj en akva solvaĵo, kaj la solvaĵo estas travidebla en ĉi tiu momento. Ĉi tiu efiko de miceleoj nomiĝas solubiligo. Surfaktantoj, kiuj povas produkti solubiligajn efikojn, nomiĝas solubiligantoj, kaj organikaj kombinaĵoj, kiuj estas solubiligitaj, nomiĝas solubiligitaj kombinaĵoj.
8. Ŝaŭmo
Ŝaŭmo ludas gravan rolon en la lava procezo. Ŝaŭmo rilatas al la dispersa sistemo, en kiu gaso estas dispersita en likvaĵo aŭ solido. Gaso estas la dispersa fazo, kaj likvaĵo aŭ solido estas la dispersa medio. La unua nomiĝas likva ŝaŭmo, dum la dua nomiĝas solida ŝaŭmo, kiel ekzemple ŝaŭma plasto, ŝaŭma vitro, ŝaŭma cemento, ktp.
(1) Formado de ŝaŭmo
La ŝaŭmo ĉi tie rilatas al la agregaĵo de vezikoj apartigitaj per likva filmo. Pro la granda diferenco en denseco inter la disigita fazo (gaso) kaj la disigita medio (likvaĵo), kaj la malalta viskozeco de la likvaĵo, la ŝaŭmo ĉiam povas rapide leviĝi al la likva nivelo.
La procezo de formado de ŝaŭmo estas alporti grandan kvanton da gaso en la likvaĵon, kaj la vezikoj en la likvaĵo rapide revenas al la likva surfaco, formante vezikagregaĵon apartigitan per malgranda kvanto da likvaĵo kaj gaso.
Ŝaŭmo havas du rimarkindajn karakterizaĵojn laŭ morfologio: unu estas, ke vezikoj kiel dispersita fazo ofte estas pluredraj, ĉar ĉe la intersekco de vezikoj, ekzistas tendenco por la likva filmo fariĝi pli maldika, igante la vezikojn pluredraj. Kiam la likva filmo fariĝas pli maldika ĝis ia grado, la vezikoj rompiĝos; Due, la pura likvaĵo ne povas formi stabilan ŝaŭmon, sed la likvaĵo, kiu povas formi ŝaŭmon, konsistas el almenaŭ du aŭ pli da komponantoj. La akva solvaĵo de surfaktanto estas tipa sistemo, kiu facile generas ŝaŭmon, kaj ĝia kapablo generi ŝaŭmon ankaŭ rilatas al aliaj ecoj.
Surfaktantoj kun bona ŝaŭmkapablo nomiĝas ŝaŭmigiloj. Kvankam la ŝaŭmigilo havas bonan ŝaŭmkapablon, la formita ŝaŭmo eble ne povas konservi longan tempon, tio estas, ĝia stabileco eble ne estas bona. Por konservi la stabilecon de la ŝaŭmo, oni ofte aldonas al la ŝaŭmigilo substancon, kiu povas pliigi la stabilecon de la ŝaŭmo, kiu nomiĝas ŝaŭmstabiligilo. La ofte uzataj ŝaŭmstabiligiloj estas laŭroildietanolamino kaj dodecildimetilamina oksido.
(2) Stabileco de ŝaŭmo
Ŝaŭmo estas termodinamike malstabila sistemo, kaj la fina tendenco estas, ke la tuta surfacareo de la likvaĵo en la sistemo malpliiĝas kaj la libera energio malpliiĝas post la rompo de vezikoj. La senŝaŭmiga procezo estas la procezo, en kiu la likva filmo apartiganta la gason ŝanĝas dikecon ĝis ĝi krevas. Tial, la stabileco de ŝaŭmo estas ĉefe determinita de la rapido de la likva elfluo kaj la forto de la likva filmo. Ekzistas pluraj aliaj influaj faktoroj.
① Surfaca tensio
El energia vidpunkto, malalta surfaca tensio estas pli favora por la formado de ŝaŭmo, sed ĝi ne povas garantii la stabilecon de la ŝaŭmo. Malalta surfaca tensio, malalta premdiferenco, malrapida likva elflua rapido kaj malrapida likva filmo-maldensiĝo estas favoraj al la stabileco de la ŝaŭmo.
② Surfaca viskozeco
La ŝlosila faktoro determinanta la stabilecon de ŝaŭmo estas la forto de la likva filmo, kiu estas ĉefe determinita de la firmeco de la surfaca adsorba filmo, mezurita per la surfaca viskozeco. Eksperimentoj montras, ke la ŝaŭmo produktita de la solvaĵo kun pli alta surfaca viskozeco havas pli longan vivdaŭron. Ĉi tio estas ĉar la interago inter adsorbitaj molekuloj sur la surfaco kondukas al pliigo de la membrana forto, tiel plibonigante la vivdaŭron de la ŝaŭmo.
③ Viskozeco de la solvaĵo
Kiam la viskozeco de la likvaĵo mem pliiĝas, la likvaĵo en la likva filmo ne facile eligeblas, kaj la rapideco de maldikiĝo de la likva filmo estas malrapida, kio prokrastas la tempon de la rompo de la likva filmo kaj pliigas la stabilecon de la ŝaŭmo.
④ La 'ripara' efiko de surfaca tensio
Surfaktantoj adsorbitaj sur la surfaco de la likva filmo havas la kapablon rezisti la ekspansion aŭ kuntiriĝon de la surfaco de la likva filmo, kion ni nomas ripara efiko. Ĉi tio estas ĉar ekzistas likva filmo de surfaktantoj adsorbitaj sur la surfaco, kaj la ekspansio de ĝia surfacareo reduktos la koncentriĝon de surfacajn adsorbitajn molekulojn kaj pliigos la surfacan tension. Plua ekspansio de la surfaco postulos pli grandan penon. Male, ŝrumpiĝo de la surfacareo pliigos la koncentriĝon de adsorbitaj molekuloj sur la surfaco, reduktante la surfacan tension kaj malhelpante plian ŝrumpiĝon.
⑤ La difuzo de gaso tra likva filmo
Pro la ekzisto de kapilara premo, la premo de malgrandaj vezikoj en ŝaŭmo estas pli alta ol tiu de grandaj vezikoj, kio kaŭzos, ke la gaso en la malgrandaj vezikoj difuzas en la malaltpremajn grandajn vezikojn tra la likva filmo, rezultante en la fenomeno, ke la malgrandaj vezikoj fariĝas pli malgrandaj, la grandaj vezikoj fariĝas pli grandaj, kaj fine la ŝaŭmo rompiĝas. Se surfaktanto estas aldonita, la ŝaŭmo estos unuforma kaj densa dum ŝaŭmado, kaj ĝi ne facile senŝaŭmiĝos. Ĉar la surfaktanto estas proksime aranĝita sur la likva filmo, ĝi malfacile ventolas, kio igas la ŝaŭmon pli stabila.
⑥ La influo de surfaca ŝargo
Se la ŝaŭma likva filmo estas ŝargita per la sama simbolo, la du surfacoj de la likva filmo forpuŝos unu la alian, malhelpante la likvan filmon maldikiĝi aŭ eĉ detruiĝi. Jonaj surfaktantoj povas provizi ĉi tiun stabiligan efikon.
Konklude, la forto de la likva filmo estas ŝlosila faktoro por determini la stabilecon de ŝaŭmo. Kiel surfaktanto por ŝaŭmigiloj kaj ŝaŭmostabiligiloj, la streĉeco kaj firmeco de la surfacaj adsorbitaj molekuloj estas la plej gravaj faktoroj. Kiam la interago inter la adsorbitaj molekuloj sur la surfaco estas forta, la adsorbitaj molekuloj estas proksime aranĝitaj, kio ne nur igas la surfacan vizaĝmaskon mem havi altan forton, sed ankaŭ malfaciligas la fluon de la solvaĵo apud la surfaca vizaĝmasko pro la alta surfaca viskozeco, do estas relative malfacile por la likva filmo dreniĝi, kaj la dikeco de la likva filmo estas facile konservebla. Krome, proksime aranĝitaj surfacaj molekuloj ankaŭ povas redukti la permeablon de gasmolekuloj kaj tiel pliigi la stabilecon de ŝaŭmo.
(3) Detruo de ŝaŭmo
La baza principo de detruo de ŝaŭmo estas ŝanĝi la kondiĉojn por produktado de ŝaŭmo aŭ elimini la stabilecajn faktorojn de ŝaŭmo, do ekzistas du senŝaŭmigaj metodoj, fizika kaj kemia.
Fizika senŝaŭmigo estas ŝanĝi la kondiĉojn, sub kiuj ŝaŭmo estas generita, samtempe konservante la kemian konsiston de la ŝaŭma solvaĵo senŝanĝa. Ekzemple, ekstera fortoperturbo, temperatur- aŭ premŝanĝo kaj ultrasona traktado estas ĉiuj efikaj fizikaj metodoj por forigi ŝaŭmon.
La kemia senŝaŭmiga metodo estas aldoni iujn substancojn por interagi kun la ŝaŭmiga agento, redukti la forton de la likva filmo en la ŝaŭmo, kaj poste redukti la stabilecon de la ŝaŭmo por atingi la celon de senŝaŭmigo. Tiaj substancoj nomiĝas senŝaŭmigiloj. Plej multaj senŝaŭmigiloj estas surfaktantoj. Tial, laŭ la mekanismo de senŝaŭmigo, senŝaŭmigiloj devus havi fortan kapablon redukti surfacan tension, esti facile adsorbitaj sur la surfaco, kaj havi malfortajn interagojn inter la surface adsorbitaj molekuloj, rezultante en relative loza aranĝa strukturo de adsorbitaj molekuloj.
Ekzistas diversaj tipoj de kontraŭŝaŭmigiloj, sed ili estas plejparte ne-jonaj surfaktantoj. Ne-jonaj surfaktantoj havas kontraŭŝaŭmajn ecojn proksime aŭ super sia nubpunkto kaj estas ofte uzataj kiel kontraŭŝaŭmigiloj. Alkoholoj, precipe tiuj kun branĉiĝaj strukturoj, grasacidoj kaj esteroj, poliamidoj, fosfatoj, silikonaj oleoj, ktp., ankaŭ estas ofte uzataj kiel bonegaj kontraŭŝaŭmigiloj.
(4) Ŝaŭmo kaj lavado
Ne ekzistas rekta rilato inter ŝaŭmo kaj la lava efiko, kaj la kvanto de ŝaŭmo ne signifas, ke la lava efiko estas bona aŭ malbona. Ekzemple, la ŝaŭma efikeco de ne-jonaj surfaktantoj estas multe pli malalta ol tiu de sapo, sed ilia purigpovo estas multe pli bona ol tiu de sapo.
En iuj kazoj, ŝaŭmo helpas forigi malpuraĵon. Ekzemple, dum lavado de manĝilaro hejme, la ŝaŭmo de la lesivo povas forigi la oleogutojn, kiuj falis el la lavpulvoro; dum frotado de tapiŝoj, ŝaŭmo helpas forigi solidan malpuraĵon kiel polvon kaj pulvoron. Krome, ŝaŭmo kelkfoje povas esti uzata kiel signo pri ĉu la lesivo estas efika, ĉar grasaj olemakuloj povas inhibicii la ŝaŭmon de la lesivo. Kiam estas tro da olemakuloj kaj tro malmulte da lesivo, ne estos ŝaŭmo aŭ la originala ŝaŭmo malaperos. Kelkfoje, ŝaŭmo ankaŭ povas esti uzata kiel indikilo pri ĉu la ellavaĵo estas pura. Ĉar la kvanto de ŝaŭmo en la ellava solvaĵo emas malpliiĝi kun la malpliiĝo de la lesiva enhavo, la grado de ellavaĵo povas esti taksita per la kvanto de ŝaŭmo.
9. Lavprocezo
En larĝa senco, lavado estas la procezo forigi nedeziratajn komponantojn de la lavita objekto kaj atingi certan celon. Lavado en la kutima senco rilatas al la procezo forigi malpuraĵon de la surfaco de portanto. Dum lavado, la interago inter malpuraĵo kaj la portanto malfortiĝas aŭ eliminiĝas per la ago de iuj kemiaj substancoj (kiel lesivoj), transformante la kombinaĵon de malpuraĵo kaj portanto en kombinaĵon de malpuraĵo kaj lesivo, finfine kaŭzante la dekroĉiĝon de la malpuraĵo kaj portanto. Ĉar la lavotaj objektoj kaj la forigotaj malpuraĵoj estas diversaj, lavado estas tre kompleksa procezo, kaj la baza procezo de lavado povas esti reprezentita per la jena simpla rilato:
Carrier • Malpuraĵo+Levilo=Carrier+Malpuraĵo • Lesivo
La lava procezo kutime povas esti dividita en du etapojn: unu estas la apartigo de malpuraĵo kaj ĝia portanto sub la ago de lavpulvoro; la dua estas, ke la dekroĉita malpuraĵo estas disigita kaj suspendita en la medio. La lava procezo estas inversigebla procezo, kaj malpuraĵo, kiu estas disigita aŭ suspendita en la medio, ankaŭ povas reprecipitiĝi de la medio sur la lavaĵon. Tial, bonega lavpulvoro devus ne nur havi la kapablon dekroĉi malpuraĵon de la portanto, sed ankaŭ havi bonan kapablon disigi kaj suspendi malpuraĵon, kaj malhelpi malpuraĵon deponiĝi denove.
(1) Tipoj de malpuraĵo
Eĉ por la sama objekto, la tipo, konsisto kaj kvanto de malpuraĵo varios depende de la uzmedio. Olea korpa malpuraĵo ĉefe inkluzivas bestajn kaj plantajn oleojn, same kiel mineralajn oleojn (kiel nafto, mazuto, karbogudro, ktp.), dum solida malpuraĵo ĉefe inkluzivas fumon, polvon, ruston, karbonnigron, ktp. Rilate al vestaĵa malpuraĵo, ekzistas malpuraĵo de la homa korpo, kiel ŝvito, sebumo, sango, ktp; malpuraĵo de manĝaĵoj, kiel fruktomakuloj, manĝoleomakuloj, spicmakuloj, amelo, ktp; malpuraĵo alportita de kosmetikaĵoj, kiel lipoŝminko kaj ungolako; malpuraĵo el la atmosfero, kiel fumo, polvo, grundo, ktp; aliaj materialoj kiel inko, teo, farbo, ktp. Oni povas diri, ke ekzistas diversaj kaj diversaj tipoj.
Diversaj specoj de malpuraĵo kutime povas esti dividitaj en tri kategoriojn: solida malpuraĵo, likva malpuraĵo kaj speciala malpuraĵo.
① Ofta solida malpuraĵo inkluzivas partiklojn kiel cindro, koto, grundo, rusto kaj karbonnigro. Plej multaj el ĉi tiuj partikloj havas surfacan ŝargon, plejparte negativan, kaj facile adsorbiĝas sur fibrecajn objektojn. Ĝenerale, solida malpuraĵo malfacile solveblas en akvo, sed povas esti disigita kaj suspendita per lesivaj solvaĵoj. Solida malpuraĵo kun malgrandaj partikloj malfacile forigeblas.
② Likva malpuraĵo estas plejparte olesolvebla, inkluzive de bestaj kaj vegetalaj oleoj, grasacidoj, grasalkoholoj, mineralaj oleoj, kaj iliaj oksidoj. Inter ili, bestaj kaj vegetalaj oleoj kaj grasacidoj povas sapiĝi per alkalo, dum grasalkoholoj kaj mineralaj oleoj ne sapiĝas per alkalo, sed povas solviĝi en alkoholoj, eteroj, kaj hidrokarbonaj organikaj solviloj, kaj esti emulsiigitaj kaj disigitaj per akvaj solvaĵoj de lesivoj. Olesolvebla likva malpuraĵo ĝenerale havas fortan interagan forton kun fibrecaj objektoj kaj firme adsorbiĝas sur fibroj.
③ Speciala malpuraĵo inkluzivas proteinon, amelon, sangon, homajn sekreciojn kiel ŝviton, sebumon, urinon, kaj ankaŭ fruktosukon, teosukon, ktp. Plej multaj el ĉi tiuj specoj de malpuraĵo povas forte adsorbiĝi sur fibrecajn objektojn per kemiaj reakcioj. Tial, lavi ĝin estas sufiĉe malfacila.
Diversaj specoj de malpuraĵo malofte ekzistas solaj, ofte miksitaj kune kaj adsorbitaj kune sur objektoj. Malpuraĵo kelkfoje povas oksidiĝi, malkomponiĝi aŭ kadukiĝi sub eksteraj influoj, rezultante en la formado de nova malpuraĵo.
(2) La adhera efiko de malpuraĵo
La kialo, kial vestaĵoj, manoj, ktp. povas malpuriĝi, estas ĉar ekzistas ia interagado inter objektoj kaj malpuraĵo. Ekzistas diversaj adhero-efikoj de malpuraĵo sur objektoj, sed ili estas ĉefe fizika adhero kaj kemia adhero.
① La fizika adhero de cigareda cindro, polvo, sedimento, karbonnigro kaj aliaj substancoj al vestaĵoj. Ĝenerale parolante, la interago inter la adherita malpuraĵo kaj la poluita objekto estas relative malforta, kaj la forigo de malpuraĵo ankaŭ estas relative facila. Laŭ malsamaj fortoj, la fizika adhero de malpuraĵo povas esti dividita en mekanikan adheron kaj elektrostatikan adheron.
A: Mekanika adhero ĉefe rilatas al la adhero de solida malpuraĵo kiel polvo kaj sedimento. Mekanika adhero estas malforta adherometodo por malpuraĵo, kiu preskaŭ povas esti forigita per simplaj mekanikaj metodoj. Tamen, kiam la partikla grandeco de la malpuraĵo estas malgranda (<0.1 µm), ĝi estas pli malfacile forigebla.
B: Elektrostatika adhero ĉefe manifestiĝas per la ago de ŝargitaj malpuraĵeroj sur objektoj kun kontraŭaj ŝargoj. Plej multaj fibrecaj objektoj portas negativan ŝargon en akvo kaj estas facile algluitaj de pozitive ŝargita malpuraĵo kiel kalko. Iu malpuraĵo, kvankam negative ŝargita, kiel ekzemple karbonnigraj eroj en akvaj solvaĵoj, povas algluiĝi al fibroj per jonpontoj formitaj de pozitivaj jonoj (kiel Ca2+, Mg2+, ktp.) en akvo (jonoj agas kune inter pluraj kontraŭaj ŝargoj, agante kiel pontoj).
Statika elektro estas pli forta ol simpla mekanika ago, kio faras relative malfacile forigi malpuraĵon.
③ Forigo de speciala malpuraĵo
Proteinon, amelon, homajn sekreciojn, fruktosukon, teosukon kaj aliajn specojn de malpuraĵo malfacilas forigi per ĝeneralaj surfaktantoj kaj postulas specialajn traktadmetodojn.
Proteinaj makuloj kiel kremo, ovoj, sango, lakto kaj haŭtaj fekaĵoj emas koaguliĝi kaj denaturiĝi al fibroj, kaj algluiĝas pli firme. Por proteina malpuriĝo, proteazo povas esti uzata por forigi ĝin. La proteazo povas malkomponi proteinojn en malpuraĵo en akvosolveblajn aminoacidojn aŭ oligopeptidojn.
Amelmakuloj ĉefe devenas de manĝaĵoj, dum aliaj kiel viandsukoj, pasto, ktp. Amelenzimoj havas katalizan efikon sur la hidrolizo de amelmakuloj, malkomponante amelon en sukerojn.
Lipazo povas katalizi la malkomponiĝon de iuj trigliceridoj, kiujn malfacilas forigi per konvenciaj metodoj, kiel ekzemple sebumo sekreciita de la homa korpo, manĝeblaj oleoj, ktp., por malkomponi trigliceridojn en solveblan glicerolon kaj grasajn acidojn.
Kelkajn kolorajn makulojn de fruktosuko, teosuko, inko, lipoŝminko, ktp. ofte malfacilas plene purigi eĉ post ripeta lavado. Ĉi tiun specon de makulo oni povas forigi per oksidiĝo-reduktaj reakcioj uzante oksidantojn aŭ reduktantajn agentojn kiel blankigilo, kiuj malkonstruas la strukturon de la kromoforo aŭ kromoforaj grupoj kaj degradas ilin en pli malgrandajn akvosolveblajn komponantojn.
El la perspektivo de vestopurigado, ekzistas proksimume tri specoj de malpuraĵo.
① Oleosolvebla malpuraĵo inkluzivas diversajn oleojn kaj grasojn, kiuj estas likvaj aŭ grasaj kaj solveblaj en vestopurigaj solviloj.
② Akvosolvebla malpuraĵo estas solvebla en akva solvaĵo, sed nesolvebla en vestopurigaĵoj. Ĝi adsorbiĝas sur vestaĵojn en la formo de akva solvaĵo, kaj post kiam la akvo vaporiĝas, granulaj solidoj kiel neorganikaj saloj, amelo, proteinoj, ktp. precipitiĝas.
③ Nesolvebla en oleo kaj akvo malpuraĵo estas nesolvebla en kaj akvo kaj vestopurigaj solviloj, kiel ekzemple karbonnigro, diversaj metalsilikatoj kaj oksidoj.
Pro la malsamaj ecoj de diversaj specoj de malpuraĵo, ekzistas malsamaj manieroj forigi malpuraĵon dum la vestopurigado. Oleosolvebla malpuraĵo, kiel bestaj kaj vegetalaj oleoj, mineralaj oleoj kaj grasoj, estas facile solvebla en organikaj solviloj kaj povas esti facile forigita dum vestopurigado. La bonega solvebleco de vestopurigadaj solviloj por oleo kaj graso estas esence pro la fortoj de van der Waals inter molekuloj.
Por forigi akvosolveblan malpuraĵon kiel neorganikajn salojn, sukerojn, proteinojn, ŝviton, ktp., necesas ankaŭ aldoni taŭgan kvanton da akvo al la vestopurigilo, alie akvosolveblan malpuraĵon malfacilas forigi de vestaĵoj. Sed akvo malfacile solveblas en vestopurigiloj, do por pliigi la kvanton da akvo, necesas aldoni surfaktantojn. La akvo ĉeestanta en vestopurigiloj povas hidratigi malpuraĵon kaj la surfacon de vestaĵoj, faciligante ĝian interagadon kun la polusaj grupoj de surfaktantoj, kio utilas por la adsorbado de surfaktantoj sur la surfaco. Krome, kiam surfaktantoj formas micelojn, akvosolvebla malpuraĵo kaj akvo povas solviĝi en la micelojn. Surfaktantoj povas ne nur pliigi la akvoenhavon en vestopurigaj solviloj, sed ankaŭ malhelpi la refosadon de malpuraĵo por plibonigi la purigadan efikon.
La ĉeesto de malgranda kvanto da akvo estas necesa por forigi akvosolveblan malpuraĵon, sed troa akvo povas kaŭzi deformiĝon, sulkiĝon, ktp. de iuj vestaĵoj, do la akvoenhavo en la seka lavpulvoro devas esti modera.
Solidaj partikloj kiel cindro, koto, grundo kaj karbonnigro, kiuj estas nek akvosolveblaj nek oleosolveblaj, ĝenerale algluiĝas al vestaĵoj per elektrostatika adsorbado aŭ per kombiniĝo kun olemakuloj. En seka purigado, la fluo kaj efiko de solviloj povas kaŭzi, ke malpuraĵo adsorbita de elektrostatikaj fortoj defalu, dum sekaj purigiloj povas solvi olemakulojn, kaŭzante, ke solidaj partikloj, kiuj kombiniĝas kun la olemakuloj kaj algluiĝas al la vestaĵoj, defalu de la seka purigilo. La malgranda kvanto da akvo kaj surfaktantoj en la seka purigilo povas stabile suspendi kaj disigi la defalantajn solidajn malpuraĵerojn, malhelpante ilin deponiĝi sur la vestaĵojn denove.
(5) Faktoroj influantaj la lavadan efikon
La direkta adsorbado de surfaktantoj ĉe la interfaco kaj la redukto de surfaca (interfaca) streĉiĝo estas la ĉefaj faktoroj por la forigo de likva aŭ solida malpuraĵo. Sed la lava procezo estas relative kompleksa, kaj eĉ la lava efiko de la sama tipo de lesivo estas influata de multaj aliaj faktoroj. Ĉi tiuj faktoroj inkluzivas la koncentriĝon de la lesivo, temperaturon, naturon de la malpuraĵo, tipon de fibro kaj la strukturon de la ŝtofo.
① Koncentriĝo de surfaktantoj
La miceleoj de surfaktantoj en la solvaĵo ludas gravan rolon en la lava procezo. Kiam la koncentriĝo atingas la kritikan micelean koncentriĝon (cmc), la lava efiko akre pliiĝas. Tial, la koncentriĝo de lesivo en la solvilo devus esti pli alta ol la CMC-valoro por atingi bonan lavan efikon. Tamen, kiam la koncentriĝo de surfaktantoj superas la CMC-valoron, la kreskanta lava efiko fariĝas malpli signifa, kaj troa pliiĝo de la surfaktanta koncentriĝo estas nenecesa.
Kiam oni uzas solubiligon por forigi olemakulojn, eĉ se la koncentriĝo estas super la CMC-valoro, la solubiliga efiko ankoraŭ pliiĝas kun la pliiĝo de la surfaktant-koncentriĝo. Tiam estas konsilinde uzi lesivon loke, ekzemple sur la manumoj kaj kolumoj de vestaĵoj kie estas multe da malpuraĵo. Dum lavado, oni povas unue apliki tavolon da lesivo por plibonigi la solubiligan efikon de surfaktant-oj sur olemakulojn.
② Temperaturo havas signifan efikon sur la purigan efikon. Ĝenerale, plialtigo de la temperaturo utilas por forigi malpuraĵon, sed kelkfoje troa temperaturo ankaŭ povas kaŭzi malfavorajn faktorojn.
Plialtiĝo de temperaturo utilas por la difuzo de malpuraĵo. Solidaj olemakuloj facile emulsiiĝas kiam la temperaturo estas super ilia fandopunkto, kaj fibroj ankaŭ pliigas sian gradon de ekspansio pro la plialtiĝo de temperaturo. Ĉi tiuj faktoroj ĉiuj utilas por la forigo de malpuraĵo. Tamen, por densaj ŝtofoj, la mikro-interspacoj inter fibroj reduktiĝas post la fibro-ekspansio, kio ne favoras la forigon de malpuraĵo.
Temperaturŝanĝoj ankaŭ influas la solveblecon, CMC-valoron, kaj micelan grandecon de surfaktantoj, tiel influante la lavadan efikon. Longkarbonĉenaj surfaktantoj havas pli malaltan solveblecon je malaltaj temperaturoj, kaj foje eĉ pli malaltan solveblecon ol la CMC-valoro. En ĉi tiu kazo, la lava temperaturo devus esti konvene pliigita. La efiko de temperaturo sur la CMC-valoron kaj micelan grandecon estas malsama por jonaj kaj nejonaj surfaktantoj. Por jonaj surfaktantoj, pliiĝo de temperaturo ĝenerale kondukas al pliiĝo de CMC-valoro kaj malpliiĝo de micela grandeco. Ĉi tio signifas, ke la koncentriĝo de surfaktantoj devus esti pliigita en la lava solvaĵo. Por nejonaj surfaktantoj, pliiĝo de temperaturo kondukas al malpliiĝo de ilia CMC-valoro kaj signifa pliiĝo de ilia micela grandeco. Videblas, ke konvene pliigita temperaturo povas helpi nejonajn surfaktantojn plenumi sian surfacan agadon. Sed la temperaturo ne devus superi sian nubopunkton.
Mallonge, la plej taŭga lavtemperaturo rilatas al la formulo de la lesivo kaj la lavita objekto. Iuj lesivoj havas bonajn purigajn efikojn je ĉambra temperaturo, dum iuj lesivoj havas signife malsamajn purigajn efikojn por malvarma kaj varma lavado.
③ Ŝaŭmo
Homoj ofte konfuzas ŝaŭman kapablon kun lava efiko, kredante ke lesivoj kun forta ŝaŭma kapablo havas pli bonajn lavajn efikojn. La rezultoj montras, ke la lava efiko ne rekte rilatas al la kvanto de ŝaŭmo. Ekzemple, uzi malalt-ŝaŭman lesivon por lavado ne havas pli malbonan lavan efikon ol alt-ŝaŭman lesivon.
Kvankam ŝaŭmo ne estas rekte rilata al lavado, ŝaŭmo tamen helpas forigi malpuraĵon en iuj situacioj. Ekzemple, la ŝaŭmo de la lavlikvaĵo povas forporti la olegutojn dum lavado de teleroj permane. Dum frotado de tapiŝo, ŝaŭmo ankaŭ povas forpreni solidajn malpuraĵerojn kiel polvon. Polvo konsistigas grandan proporcion de tapiŝa malpuraĵo, do tapiŝpurigilo devus havi certan ŝaŭman kapablon.
Ŝaŭma povo ankaŭ gravas por ŝampuo. La fajna ŝaŭmo produktita de la likvaĵo dum lavado de haroj aŭ banado igas homojn senti sin komfortaj.
④ Tipoj de fibroj kaj fizikaj ecoj de tekstiloj
Aldone al la kemia strukturo de fibroj, kiu influas la adheron kaj forigon de malpuraĵo, la aspekto de fibroj kaj la organiza strukturo de fadenoj kaj ŝtofoj ankaŭ influas la malfacilecon de forigo de malpuraĵo.
La skvamoj de lanaj fibroj kaj la plata striosimila strukturo de kotonaj fibroj pli emas akumuli malpuraĵon ol glataj fibroj. Ekzemple, karbonnigro algluita al celuloza filmo (glua filmo) estas facile forigebla, dum karbonnigro algluita al kotona ŝtofo estas malfacile forlavebla. Ekzemple, poliesteraj mallongfibraj ŝtofoj pli emas akumuli olemakulojn ol longfibraj ŝtofoj, kaj la olemakuloj sur mallongfibraj ŝtofoj ankaŭ estas pli malfacile forigeblaj ol tiuj sur longfibraj ŝtofoj.
Streĉe torditaj fadenoj kaj densaj ŝtofoj, pro la malgrandaj mikrointerspacoj inter la fibroj, povas rezisti la invadon de malpuraĵo, sed ankaŭ malhelpi la purigilon forigi internan malpuraĵon. Tial, densaj ŝtofoj havas bonan reziston al malpuraĵo komence, sed ili ankaŭ estas malfacile purigeblaj post kiam ili estas poluitaj.
⑤ La malmoleco de akvo
La koncentriĝo de metaljonoj kiel Ca2+ kaj Mg2+ en akvo havas signifan efikon sur la lava efiko, precipe kiam anjonaj surfaktantoj renkontas Ca2+ kaj Mg2+ jonojn por formi kalciajn kaj magneziajn salojn kun malbona solvebleco, kio povas redukti ilian purigan kapablon. Eĉ se la koncentriĝo de surfaktantoj estas alta en malmola akvo, ilia puriga efiko estas ankoraŭ multe pli malbona ol en distilado. Por atingi la plej bonan lavan efikon de surfaktantoj, la koncentriĝo de Ca2+ jonoj en akvo devas esti reduktita al malpli ol 1 × 10⁻⁶ mol/L (CaCO3 devas esti reduktita al 0.1 mg/L). Tio postulas aldoni diversajn moligaĵojn al la lesivo.
Afiŝtempo: 16-a de aŭgusto 2024