Théorie de base des agents de surface (3)
Le lavage, au sens habituel du terme, désigne le processus d'élimination de la saleté de la surface d'un support. Lors du lavage, l'interaction entre la saleté et le support est affaiblie ou éliminée par l'action de certaines substances chimiques (telles que les substances tensioactives comme les détergents), de sorte que la combinaison de la saleté et du support se transforme en une combinaison de la saleté et du détergent, et que la saleté est finalement séparée du support. Le processus de base du lavage peut être exprimé par une relation simple : support - saleté + détergent = support + saleté - détergent.
Le processus de lavage peut généralement être divisé en deux étapes : premièrement, sous l'action du détergent, la saleté est séparée de son support ; deuxièmement, la saleté détachée est dispersée et mise en suspension dans le milieu. Le processus de lavage est un processus réversible, la saleté dispersée et en suspension dans le milieu peut également être re-précipitée du milieu vers l'objet lavé. Par conséquent, un bon détergent doit non seulement être capable de détacher la saleté du support, mais aussi de mieux disperser et suspendre la saleté, afin d'empêcher la redéposition de la saleté.
A. Adhésion de la saleté. Les vêtements, les mains, etc. peuvent se salir parce qu'il existe une sorte d'interaction entre l'objet et la saleté. La saleté dans l'objet de l'adhésion joue divers rôles, mais pas plus que l'adhésion physique et l'adhésion chimique. L'adhérence de la suie, de la poussière, de la boue, du sable, du noir de carbone et d'autres substances sur les vêtements est une adhérence physique. D'une manière générale, cette adhérence de la saleté et le rôle de l'objet taché sont relativement faibles, et l'élimination de la saleté est également relativement aisée. En fonction des différentes forces, l'adhérence physique de la saleté peut être divisée en adhérence mécanique et en adhérence électrostatique.
1, l'adhérence mécanique fait référence à l'adhérence de certaines saletés solides (telles que la poussière, le sable). L'adhérence mécanique est une adhérence relativement faible de la saleté, qui peut presque être enlevée par des méthodes purement mécaniques, mais lorsque la saleté est relativement petite (<0,1um), elle est plus difficile à enlever ; l'adhérence par force électrostatique joue principalement le rôle de particules de saleté chargées sur des objets de charge opposée. La plupart des objets fibreux sont chargés négativement dans l'eau et sont facilement collés par certaines saletés chargées positivement, telles que le calcaire. Certaines saletés, bien que chargées négativement, comme les particules de noir de carbone dans les solutions aqueuses, peuvent être attachées aux fibres par des ponts ioniques (ions entre plusieurs charges anisotropes, agissant ensemble avec eux à la manière d'un pont) formés par des ions positifs dans l'eau (comme Ca2+ ﹑ Mg2+, etc.). L'effet électrostatique est plus fort que la simple action mécanique, de sorte que l'élimination de la saleté est relativement difficile.
2、Adhésion chimique. L'adhésion chimique fait référence au phénomène d'action de la saleté sur l'objet par le biais d'une liaison chimique ou hydrogène. Les fibres contiennent des groupes carboxyle, hydroxyle, amide et autres ; ces groupes et les acides gras et alcools gras de la saleté huileuse forment facilement des liaisons hydrogène. La force chimique est généralement plus forte, et la saleté est donc plus fermement liée à l'objet. Ce type de saleté est difficile à éliminer par les méthodes normales, et des méthodes spéciales sont nécessaires pour la traiter. Le degré d'adhérence de la saleté est lié à la nature de la saleté elle-même et à la nature de l'objet sur lequel elle est collée. En général, les particules adhèrent facilement aux objets fibreux. Plus la saleté solide est petite, plus l'adhésion est forte. Les objets hydrophiles tels que le coton, le verre et d'autres salissures polaires sur la surface adhèrent plus fermement que les salissures non polaires. La force d'adhérence de la saleté non polaire est supérieure à celle de la saleté polaire telle que la graisse polaire, la poussière, l'argile, etc. qui n'est pas facile à enlever et à nettoyer.
Deuxièmement, le mécanisme d'élimination de la saleté. L'objectif du lavage est d'éliminer la saleté. Dans un milieu à température donnée (principalement l'eau), l'utilisation de détergents produit divers effets physiques et chimiques, affaiblit ou élimine le rôle de la saleté et des articles lavés, sous l'action de certaines forces mécaniques (telles que le frottement à la main, l'agitation de la machine à laver, l'impact de l'eau), de sorte que la saleté et les articles lavés ne servent plus à la décontamination.
1、Le mécanisme d'élimination de la saleté liquide. La plupart des salissures liquides sont des salissures huileuses, l'huile peut mouiller la plupart des articles en fibre, plus ou moins étendue en une couche de film d'huile sur la surface du matériau en fibre. La première étape de l'action de lavage est le mouillage de la surface par la solution de lavage, qui peut être considérée comme une surface solide et lisse de la fibre. L'élimination de la saleté liquide est réalisée par une sorte de convolution. La saleté liquide existe à l'origine sur la surface sous la forme d'un film d'huile étalé, et sous l'action de mouillage préférentiel du liquide de lavage sur la surface solide, c'est-à-dire la surface de la fibre (l'action de l'agent mouillant), elle est enroulée en billes d'huile étape par étape, remplacée par le liquide de lavage, et finalement quitte la surface sous l'action d'une certaine force externe.
2、Le mécanisme d'élimination des salissures solides. Il s'agit principalement du mouillage de la masse de saleté et de la surface de son support par le liquide de lavage. En raison de l'adsorption de l'agent tensioactif sur la surface de la saleté solide et de son support, l'interaction entre la saleté et la surface est réduite, ainsi que la force d'adhérence de la masse de saleté sur la surface, de sorte que la masse de saleté est facilement éliminée de la surface du support. En outre, l'adsorption d'agents de surface, en particulier d'agents de surface ioniques, sur la surface de la saleté solide et de son support est susceptible d'augmenter le potentiel de surface de la saleté solide et de son support, ce qui est plus favorable à l'élimination de la saleté. Les surfaces des fibres solides ou générales sont généralement chargées négativement dans les milieux aqueux et, par conséquent, une double couche électrique diffuse peut se former sur la masse de saleté ou la surface solide. Comme les charges de même sexe se repoussent, la force d'adhérence des plasmas de saleté sur les surfaces solides dans l'eau est affaiblie. Lorsque l'on ajoute un agent tensioactif anionique, celui-ci peut augmenter simultanément le potentiel de surface négatif des plasmas de saleté et des surfaces solides, ce qui renforce la force de répulsion entre eux, réduisant ainsi encore plus la force d'adhérence des plasmas et permettant d'éliminer plus facilement la saleté.
Les agents de surface non ioniques peuvent s'adsorber sur la surface solide généralement chargée et, bien qu'ils ne puissent pas modifier de manière significative le potentiel interfacial, les agents de surface non ioniques adsorbés ont tendance à former une couche d'adsorption d'une certaine épaisseur sur la surface, ce qui contribue à empêcher la redéposition des salissures. En ce qui concerne les agents de surface cationiques, leur adsorption réduit ou élimine le potentiel de surface négatif de la masse de saleté et de sa surface porteuse, ce qui diminue la répulsion entre la saleté et la surface et ne favorise donc pas l'élimination de la saleté ; en outre, après l'adsorption des agents de surface cationiques sur la surface solide, celle-ci devient souvent hydrophobe, ce qui ne favorise pas le mouillage de la surface et ne permet pas le lavage.
3. Élimination des salissures particulières. Les protéines, l'amidon, les sécrétions humaines, le jus de fruit, le jus de thé et d'autres salissures de ce type sont difficiles à éliminer par les agents tensioactifs généraux, et des méthodes de traitement spéciales sont nécessaires.
Troisièmement, le mécanisme de décontamination du nettoyage à sec. L'introduction ci-dessus concerne l'effet de lavage de l'eau en tant que milieu, le nettoyage à sec fait généralement référence à la méthode de lavage dans des solvants organiques, en particulier dans des solvants non polaires. Comparé au lavage à l'eau, le nettoyage à sec est une méthode de lavage plus douce. Le nettoyage à sec ne nécessitant pas une action mécanique importante, les vêtements ne sont pas endommagés ﹑ froissés et déformés, tandis que l'agent de nettoyage à sec n'est pas comme l'eau et produit rarement des effets de dilatation et de contraction. Tant que la technologie est correctement utilisée, vous pouvez nettoyer vos vêtements à sec pour éviter les déformations et la décoloration et prolonger la durée de vie des excellents résultats.
En raison de la nature différente des divers types de salissures, il existe différents moyens d'action pour l'élimination de la saleté dans le processus de nettoyage à sec. Les salissures solubles dans l'huile, telles que les huiles animales et végétales, les huiles minérales et les graisses, etc. sont facilement solubles dans les solvants organiques et sont plus faciles à éliminer lors du nettoyage à sec. L'excellente solubilité des solvants de nettoyage à sec pour les huiles et les graisses provient essentiellement des forces de van der Waals entre les molécules. Pour les salissures hydrosolubles telles que les sels inorganiques, les sucres, les protéines, la sueur et autres, il faut ajouter à l'agent de nettoyage à sec la bonne quantité d'eau, faute de quoi les salissures hydrosolubles seront difficiles à éliminer des vêtements. Mais l'eau est plus difficile à dissoudre dans l'agent de nettoyage à sec, de sorte que pour augmenter la quantité d'eau, il faut également ajouter des agents de surface. La présence d'eau dans l'agent de nettoyage à sec peut rendre la surface de la saleté et des vêtements hydratée, de sorte qu'il est facile d'interagir avec les groupes polaires des agents de surface, ce qui favorise l'adsorption des agents de surface sur la surface. En outre, lorsque les agents de surface forment des micelles, les salissures solubles dans l'eau et l'eau peuvent être solubilisées dans les micelles. En plus d'augmenter la teneur en eau du solvant de nettoyage à sec, les agents tensioactifs peuvent également jouer un rôle dans la prévention de la redéposition de la saleté afin d'améliorer l'effet de décontamination. La présence d'une petite quantité d'eau est nécessaire pour éliminer la saleté soluble dans l'eau, mais un excès d'eau entraînera la déformation, le froissement, etc. des vêtements, de sorte que la teneur en eau des agents de nettoyage à sec doit être modérée.
Les salissures qui ne sont ni solubles dans l'eau ni dans l'huile, telles que les cendres, la boue, la terre, le noir de carbone et d'autres particules solides sont généralement adsorbées par l'électricité statique ou combinées à l'huile et à la saleté attachées aux vêtements. Lors du nettoyage à sec, l'écoulement du solvant ﹑ l'impact peut provoquer l'adsorption de la saleté par la force électrostatique, et l'agent de nettoyage à sec peut dissoudre l'huile, de sorte que la combinaison de l'huile et de la saleté et les particules solides attachées aux vêtements se détachent dans l'agent de nettoyage à sec, l'agent de nettoyage à sec dans une petite quantité d'eau et de surfactants, de sorte que les particules solides de saleté détachées peuvent être une suspension stable ﹑ la dispersion, afin d'empêcher leur redéposition sur le vêtement.
Quatrièmement, les facteurs influençant le rôle du lavage.
1. La concentration de l'agent de surface. Les micelles de tensioactifs dans la solution jouent un rôle important dans le processus de lavage. Lorsque la concentration atteint la concentration critique en micelles (cmc), l'effet de lavage augmente fortement. Par conséquent, la concentration de détergent dans le solvant doit être supérieure à la valeur cmc pour obtenir un bon effet de lavage. Toutefois, lorsque la concentration de l'agent de surface est supérieure à la valeur cmc, l'augmentation de l'effet de lavage n'est pas évidente et il n'est pas nécessaire d'augmenter trop fortement la concentration de l'agent de surface. Lors de l'élimination des taches d'huile par solubilisation, l'effet de solubilisation augmente avec la concentration de l'agent de surface, même si la concentration est supérieure à la valeur cmc. Par exemple, s'il y a plus de saleté au niveau des poignets et des cols des vêtements, une couche de détergent peut être appliquée lors du lavage pour améliorer l'effet de solubilisation de l'agent tensioactif sur l'huile.
2、La température a une influence très importante sur l'effet de décontamination. En général, l'augmentation de la température favorise l'élimination des salissures, mais parfois une température trop élevée peut également entraîner des facteurs défavorables. L'augmentation de la température favorise la diffusion de la saleté, les dépôts d'huile solides sont facilement émulsifiés lorsque la température est supérieure à leur point de fusion, et la fibre augmente également son degré d'expansion en raison de l'augmentation de la température, tous ces facteurs étant favorables à l'élimination de la saleté. Cependant, pour les tissus compacts, le micro espace entre les fibres diminue après l'expansion de la fibre, ce qui est défavorable à l'élimination de la saleté.
Le changement de température affecte également la solubilité des agents de surface, la valeur cmc, la taille des micelles, etc. qui influent sur l'effet de lavage. La solubilité des agents de surface à longues chaînes de carbone est plus faible lorsque la température est basse, et parfois la solubilité est même inférieure à la valeur cmc, de sorte que la température de lavage doit être augmentée de manière appropriée. L'effet de la température sur la valeur cmc et la taille des micelles est différent pour les agents de surface ioniques et non ioniques. Pour les agents de surface ioniques, une augmentation de la température entraîne généralement une augmentation de la valeur cmc et une diminution de la taille des micelles, ce qui signifie que la concentration de l'agent de surface dans la solution de lavage doit être augmentée. Pour les agents de surface non ioniques, une augmentation de la température entraîne une diminution de leur valeur cmc et une augmentation significative du volume des micelles, ce qui montre qu'une augmentation appropriée de la température peut aider les agents de surface non ioniques à exercer leur effet tensioactif. Toutefois, la température ne doit pas dépasser le point de trouble. La température de lavage la plus appropriée dépend de la formulation du détergent et de l'objet à laver. Certains détergents ont un bon effet de lavage à température ambiante, tandis que d'autres ont un effet de décontamination très différent selon qu'ils sont lavés à froid ou à chaud.
3, la mousse. Les gens sont souvent habitués à la capacité de mousse et à l'effet de lavage, et pensent que le pouvoir moussant du détergent a un bon effet de lavage. En fait, l'effet de lavage et la quantité de mousse ne sont pas directement liés ; avec un détergent peu moussant, l'effet de lavage n'est pas pire qu'avec un détergent très moussant.
Bien que la mousse ne soit pas directement liée au lavage, dans certaines occasions, la mousse peut aider à éliminer la saleté, par exemple, lorsque l'on lave la vaisselle à la main, la mousse du détergent peut entraîner les gouttes d'huile. Lors du nettoyage des tapis, la mousse peut également éliminer la poussière et d'autres particules de saleté solides, la saleté des tapis représentant une grande partie de la poussière, les produits de nettoyage des tapis doivent donc avoir un certain pouvoir moussant. Le pouvoir moussant est également important pour le shampoing, le shampoing ou le bain lorsque le liquide produit une fine mousse pour donner aux gens une sensation de lubrification et de confort.
4, la variété des fibres et les propriétés physiques des textiles. Outre le fait que la structure chimique de la fibre influe sur l'adhérence et l'élimination de la saleté, l'aspect de la forme de la fibre et l'organisation du fil et du tissu ont un impact sur la facilité d'élimination de la saleté.
5, la dureté de l'eau. La concentration de Ca2+, Mg2+ et d'autres ions métalliques dans l'eau a une grande influence sur l'effet de lavage, en particulier lorsque l'agent de surface anionique rencontre des ions Ca2+ et Mg2+ formant des sels de calcium et de magnésium, qui sont moins solubles et réduisent sa capacité de décontamination. Dans les eaux dures, même si la concentration de surfactant est plus élevée, l'effet de décontamination est encore bien moins bon que dans la distillation. Pour que l'agent tensioactif ait le meilleur effet de lavage, la concentration d'ions Ca2+ dans l'eau doit être réduite à 1×10-6mol/L (CaCO3 doit être réduit à 0,1mg/L) ou moins. Cela nécessite l'ajout de divers adoucisseurs d'eau au détergent.
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