Teoria di base dei tensioattivi (3)
Il lavaggio in senso stretto si riferisce al processo di rimozione dello sporco dalla superficie di un supporto. Nel lavaggio, l'interazione tra lo sporco e il supporto viene indebolita o eliminata dall'azione di alcune sostanze chimiche (ad esempio sostanze tensioattive come i detergenti), in modo che la combinazione di sporco e supporto si trasformi in una combinazione di sporco e detergente, e infine lo sporco venga separato dal supporto. Il processo di base del lavaggio può essere espresso da una semplice relazione: supporto - sporco + detergente = supporto + sporco - detergente.
Il processo di lavaggio può essere solitamente suddiviso in due fasi: in primo luogo, sotto l'azione del detergente, lo sporco viene separato dal suo supporto; in secondo luogo, lo sporco staccato viene disperso e sospeso nel mezzo. Il processo di lavaggio è un processo reversibile, lo sporco disperso e sospeso nel mezzo può anche essere riprecipitato dal mezzo all'oggetto lavato. Pertanto, un buon detergente, oltre alla capacità di staccare lo sporco dal supporto, deve avere anche una migliore capacità di disperdere e sospendere lo sporco, per evitare la rideposizione dello sporco.
A. Adesione dello sporco. I vestiti, le mani, ecc. possono sporcarsi perché esiste una sorta di interazione tra l'oggetto e lo sporco. La sporcizia nell'oggetto ha una varietà di ruoli, ma non più dell'adesione fisica e dell'adesione chimica. La fuliggine, la polvere, il fango, la sabbia, il nerofumo e altre adesioni sugli indumenti sono adesioni fisiche. In generale, grazie a questa adesione dello sporco, il ruolo dell'oggetto macchiato è relativamente debole e anche la rimozione dello sporco è relativamente facile. In base alle diverse forze, l'adesione fisica dello sporco può essere suddivisa in adesione meccanica e adesione elettrostatica.
1, l'adesione meccanica si riferisce all'adesione di alcuni tipi di sporco solido (come polvere, sabbia). L'adesione meccanica è un'adesione relativamente debole dello sporco, che può essere quasi rimosso con metodi puramente meccanici, ma quando lo sporco è relativamente piccolo (<0,1um), è più difficile da rimuovere; l'adesione della forza elettrostatica è principalmente nel ruolo delle particelle di sporco cariche su oggetti con carica opposta. La maggior parte degli oggetti fibrosi è carica negativamente in acqua e viene facilmente attaccata da alcuni sporchi carichi positivamente, come il calcare. Alcune impurità , anche se caricate negativamente, come le particelle di nerofumo in soluzioni acquose, possono essere attaccate alle fibre da ponti ionici (ioni tra più cariche anisotrope, che agiscono insieme a loro in modo simile a un ponte) formati da ioni positivi in acqua (come Ca2+ ﹑ Mg2+, ecc.). L'effetto elettrostatico è più forte della semplice azione meccanica, quindi la rimozione dello sporco è relativamente difficile.
2. Adesione chimica. L'adesione chimica si riferisce al fenomeno dello sporco che agisce sull'oggetto attraverso un legame chimico o idrogeno. Ad esempio, lo sporco solido polare, le proteine, la ruggine e altri tipi di adesione su oggetti in fibra, le fibre contengono gruppi carbossilici, idrossilici, ammidici e altri gruppi; questi gruppi e lo sporco oleoso, gli acidi grassi e gli alcoli grassi sono facili da formare legami idrogeno. La forza chimica è generalmente più forte e quindi lo sporco è più saldamente legato all'oggetto. Questo tipo di sporco è difficile da rimuovere con i metodi normali e sono necessari metodi speciali per trattarlo. Il grado di adesione dello sporco è legato alla natura dello sporco stesso e alla natura dell'oggetto a cui aderisce. In generale, le particelle aderiscono facilmente agli oggetti fibrosi. Più piccolo è lo sporco solido, più forte è l'adesione. Gli oggetti idrofili come il cotone, il vetro e altri tipi di sporco polari sulla superficie aderiscono più saldamente dello sporco non polare. La forza di adesione dello sporco non polare è maggiore di quella dello sporco polare come il grasso polare, la polvere, l'argilla, ecc. che non è facile da rimuovere e pulire.
In secondo luogo, il meccanismo di rimozione dello sporco. Lo scopo del lavaggio è quello di rimuovere lo sporco. In un ambiente a una certa temperatura (principalmente l'acqua), l'uso di detergenti prodotti da una varietà di effetti fisici e chimici, indebolisce o elimina il ruolo dello sporco e degli oggetti lavati, sotto l'azione di alcune forze meccaniche (come lo sfregamento a mano, l'agitazione della lavatrice, l'impatto dell'acqua), in modo che lo sporco e gli oggetti lavati siano decontaminati.
1. Il meccanismo di rimozione dello sporco liquido. La maggior parte dello sporco liquido è di natura oleosa; l'olio può bagnare la maggior parte degli elementi in fibra, formando più o meno uno strato di pellicola oleosa sulla superficie del materiale in fibra. La prima fase dell'azione di lavaggio è la bagnatura della superficie da parte della soluzione di lavaggio, che può essere vista come una superficie solida e liscia della fibra. La rimozione dello sporco liquido avviene tramite una sorta di convoluzione. Lo sporco liquido è originariamente presente sulla superficie sotto forma di pellicola d'olio spalmata e, sotto l'azione di bagnatura preferenziale del liquido di lavaggio sulla superficie solida, cioè la superficie della fibra (azione dell'agente bagnante), si accartoccia in perle d'olio passo dopo passo, sostituite dal liquido di lavaggio, e infine lascia la superficie sotto l'azione di una certa forza esterna.
2. Il meccanismo di rimozione dello sporco solido. Si tratta principalmente della bagnatura della massa di sporco e della sua superficie portante da parte del liquido di lavaggio. A causa dell'adsorbimento del tensioattivo sulla superficie dello sporco solido e del suo supporto, l'interazione tra lo sporco e la superficie si riduce e la forza di adesione della massa di sporco sulla superficie si riduce, per cui la massa di sporco viene facilmente rimossa dalla superficie del supporto. Inoltre, l'adsorbimento di tensioattivi, in particolare di tensioattivi ionici, sulla superficie dello sporco solido e del suo supporto può aumentare il potenziale superficiale dello sporco solido e della superficie del supporto, favorendo la rimozione dello sporco. Le superfici dei materiali solidi o delle fibre in generale sono solitamente cariche negativamente nei mezzi acquosi e, pertanto, sulla massa di sporco o sulla superficie solida si può formare un doppio strato elettrico diffuso. Poiché le cariche dello stesso tipo si respingono, la forza di adesione dei plasmi di sporco sulle superfici solide in acqua è indebolita. Quando si aggiunge un tensioattivo anionico, poiché quest'ultimo può aumentare simultaneamente il potenziale superficiale negativo dei plasmi di sporco e delle superfici solide, la forza repulsiva tra di essi viene potenziata; di conseguenza, la forza di adesione dei plasmi si riduce ulteriormente e lo sporco può essere rimosso più facilmente.
I tensioattivi non ionici possono produrre un adsorbimento sulla superficie solida carica in generale e, sebbene non possano modificare in modo significativo il potenziale interfacciale, i tensioattivi non ionici adsorbiti tendono a formare uno strato di adsorbimento di un certo spessore sulla superficie, che aiuta a prevenire la rideposizione dello sporco. Per quanto riguarda i tensioattivi cationici, il loro adsorbimento riduce o elimina il potenziale superficiale negativo della massa di sporco e della sua superficie portante, rendendo la repulsione tra lo sporco e la superficie più bassa e quindi non favorendo la rimozione dello sporco; inoltre, dopo l'adsorbimento dei tensioattivi cationici sulla superficie solida, quest'ultima diventa spesso idrofobica e quindi non favorisce la bagnatura della superficie e non favorisce il lavaggio.
3. Rimozione di sporco speciale. Proteine, amido, secrezioni umane, succhi di frutta, succhi di tè e altri tipi di sporco sono difficili da rimuovere con i tensioattivi generici e sono necessari metodi di trattamento speciali.
In terzo luogo, il meccanismo di decontaminazione del lavaggio a secco. L'introduzione precedente riguarda l'effetto di lavaggio dell'acqua come mezzo, mentre il cosiddetto lavaggio a secco si riferisce generalmente al metodo di lavaggio in solventi organici, in particolare in solventi non polari. Rispetto al lavaggio ad acqua, il lavaggio a secco è un metodo di lavaggio più delicato. Poiché il lavaggio a secco non richiede una grande azione meccanica, gli indumenti non causano danni - grinze e deformazioni, mentre l'agente di lavaggio a secco non è come l'acqua e raramente produce effetti di espansione e contrazione. Finché la tecnologia è gestita correttamente, è possibile lavare a secco i vestiti per ottenere risultati eccellenti, senza deformazioni e senza sbiadire.
A causa della diversa natura dei vari tipi di sporco, esistono diverse modalità di azione per la rimozione dello sporco nel processo di lavaggio a secco. Lo sporco solubile in olio, come gli oli animali e vegetali, gli oli minerali e il grasso, ecc. sono facilmente solubili nei solventi organici e sono più facili da rimuovere nel lavaggio a secco. L'eccellente solubilità dei solventi per la pulizia a secco per l'olio e il grasso deriva essenzialmente dalle forze di van der Waals tra le molecole. Per lo sporco idrosolubile, come i sali inorganici, gli zuccheri, le proteine, il sudore e altri tipi di rimozione, è necessario aggiungere all'agente di lavaggio a secco la giusta quantità di acqua, altrimenti lo sporco idrosolubile è difficile da rimuovere dagli indumenti. Ma l'acqua è più difficile da sciogliere nel detergente per lavaggi a secco, quindi per aumentare la quantità di acqua è necessario aggiungere anche dei tensioattivi. La presenza di acqua nel detergente a secco può rendere idratata la superficie dello sporco e degli indumenti, in modo da facilitare l'interazione con i gruppi polari dei tensioattivi, favorendo l'adsorbimento dei tensioattivi sulla superficie. Inoltre, quando i tensioattivi formano micelle, lo sporco idrosolubile e l'acqua possono essere solubilizzati nelle micelle. Oltre ad aumentare il contenuto di acqua nel solvente per il lavaggio a secco, i tensioattivi possono anche svolgere un ruolo nel prevenire la rideposizione dello sporco per migliorare l'effetto di decontaminazione. La presenza di una piccola quantità d'acqua è necessaria per rimuovere lo sporco idrosolubile, ma un'eccessiva quantità d'acqua provoca la deformazione degli indumenti, la formazione di pieghe, ecc.
Lo sporco che non è né idrosolubile né oleosolubile, come cenere, fango, terra, nerofumo e altre particelle solide, viene generalmente adsorbito dall'elettricità statica o combinato con olio e sporco attaccato agli indumenti. Nella pulizia a secco, l'impatto del flusso di solvente può far sì che la forza elettrostatica adsorba lo sporco, mentre il detergente a secco può dissolvere l'olio, in modo che la combinazione di olio e sporco e le particelle solide attaccate agli indumenti vengano rimosse nel detergente a secco, quest'ultimo in una piccola quantità di acqua e tensioattivi, in modo che le particelle solide di sporco rimosse possano essere sospese in modo stabile, per evitare che si depositino nuovamente sugli indumenti.
Quarto, i fattori che influenzano il ruolo del lavaggio.
1. La concentrazione del tensioattivo. Le micelle dei tensioattivi presenti nella soluzione svolgono un ruolo importante nel processo di lavaggio. Quando la concentrazione raggiunge la concentrazione micellare critica (cmc), l'effetto lavante aumenta notevolmente. Pertanto, la concentrazione di detergente nel solvente deve essere superiore al valore cmc per ottenere un buon effetto lavante. Tuttavia, quando la concentrazione di tensioattivo è superiore al valore cmc, l'aumento dell'effetto lavante non è evidente ed è inutile aumentare troppo la concentrazione di tensioattivo. Quando si rimuovono le macchie di olio mediante solubilizzazione, l'effetto di solubilizzazione aumenta con la concentrazione di tensioattivo anche se la concentrazione è superiore al valore cmc. Ad esempio, se i polsini e i colletti dei vestiti sono più sporchi, è possibile applicare uno strato di detergente durante il lavaggio per migliorare l'effetto di solubilizzazione del tensioattivo sull'olio.
2. La temperatura ha un'influenza molto importante sull'effetto di decontaminazione. In generale, l'aumento della temperatura favorisce la rimozione dello sporco, ma a volte una temperatura troppo elevata può anche causare fattori sfavorevoli. L'aumento della temperatura favorisce la diffusione dello sporco, le scaglie di olio solido vengono facilmente emulsionate quando la temperatura è superiore al loro punto di fusione e la fibra aumenta anche il grado di espansione a causa dell'aumento della temperatura, tutti fattori che favoriscono la rimozione dello sporco. Tuttavia, per i tessuti compatti, il microspazio tra le fibre diminuisce dopo l'espansione della fibra, il che è sfavorevole alla rimozione dello sporco.
La variazione di temperatura influisce anche sulla solubilità dei tensioattivi, sul valore cmc, sulla dimensione delle micelle, ecc. e quindi sull'effetto di lavaggio. La solubilità dei tensioattivi con lunghe catene carboniose è minore quando la temperatura è bassa, e a volte la solubilità è persino inferiore al valore cmc, quindi la temperatura di lavaggio deve essere aumentata in modo appropriato. L'effetto della temperatura sul valore cmc e sulla dimensione delle micelle è diverso per i tensioattivi ionici e non ionici. Per i tensioattivi ionici, un aumento della temperatura generalmente aumenta il valore cmc e diminuisce la dimensione delle micelle, il che significa che la concentrazione di tensioattivo nella soluzione di lavaggio deve essere aumentata. Per i tensioattivi non ionici, l'aumento della temperatura porta a una diminuzione del loro valore cmc e a un aumento significativo del volume delle micelle, il che dimostra che un aumento appropriato della temperatura può aiutare i tensioattivi non ionici a esercitare il loro effetto tensioattivo. Tuttavia, la temperatura non deve superare il suo punto di intorbidimento. La temperatura di lavaggio più adatta dipende dalla formulazione del detergente e dall'oggetto da lavare. Alcuni detergenti hanno un buon effetto lavante a temperatura ambiente, mentre altri hanno un effetto decontaminante molto diverso tra lavaggio a freddo e a caldo.
3, schiuma. Spesso si fa riferimento alla capacità di schiuma e all'effetto di lavaggio, ritenendo che il potere schiumogeno del detersivo abbia un buon effetto di lavaggio. In realtà , l'effetto di lavaggio e la quantità di schiuma non sono direttamente correlati: con un detersivo a bassa schiuma per il lavaggio, l'effetto di lavaggio non è peggiore di un detersivo ad alta schiuma.
Anche se la schiuma non è direttamente correlata al lavaggio, in alcune occasioni la schiuma può aiutare a rimuovere lo sporco, ad esempio quando si lavano i piatti a mano, la schiuma del detergente può portare via le gocce d'olio. Quando si strofinano i tappeti, la schiuma può anche portare via la polvere e altre particelle di sporco solido; lo sporco dei tappeti rappresenta una grande percentuale di polvere, quindi i detergenti per tappeti devono avere una certa capacità schiumogena. Il potere schiumogeno è importante anche per lo shampoo, quando il liquido produce una schiuma fine per far sentire le persone lubrificate e a proprio agio.
4, la varietà di fibre e le proprietà fisiche dei tessuti. Oltre alla struttura chimica della fibra che influisce sull'adesione e sulla rimozione dello sporco, l'aspetto della forma della fibra e l'organizzazione del filato e del tessuto hanno un impatto sulla facilità di rimozione dello sporco.
5, la durezza dell'acqua. La concentrazione di Ca2+, Mg2+ e altri ioni metallici nell'acqua ha una grande influenza sull'effetto di lavaggio, soprattutto quando il tensioattivo anionico incontra ioni Ca2+ e Mg2+ formando sali di calcio e magnesio, che sono meno solubili e riducono la sua capacità di decontaminazione. In acque dure, anche se la concentrazione di tensioattivo è maggiore, l'effetto di decontaminazione è comunque molto peggiore rispetto alla distillazione. Per far sì che il tensioattivo svolga il miglior effetto di lavaggio, la concentrazione dello ione Ca2+ nell'acqua deve essere ridotta a 1×10-6mol/L (il CaCO3 deve essere ridotto a 0,1mg/L) o meno. Ciò richiede l'aggiunta di vari addolcitori d'acqua al detergente.
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