Teoria básica de surfactantes (3)
A lavagem, no sentido usual, refere-se ao processo de remoção de sujeira da superfície de um veículo. Na lavagem, a interação entre a sujeira e o suporte é enfraquecida ou eliminada pela ação de algumas substâncias químicas (como substâncias surfactantes, como detergentes), de modo que a combinação de sujeira e suporte é transformada em uma combinação de sujeira e detergente e, por fim, a sujeira é separada do suporte. O processo básico de lavagem pode ser expresso por uma relação simples: veículo - sujeira + detergente = veículo + sujeira - detergente.
O processo de lavagem geralmente pode ser dividido em dois estágios: primeiro, sob a ação do detergente, a sujeira é separada de seu portador; segundo, a sujeira separada é dispersa e suspensa no meio. O processo de lavagem é um processo reversível, pois a sujeira dispersa e suspensa no meio também pode ser reprecipitada do meio para o objeto lavado. Portanto, um bom detergente, além da capacidade de remover a sujeira do meio, também deve ter uma capacidade melhor de dispersar e suspender a sujeira, para evitar a redeposição da sujeira.
A. Aderência da sujeira. Roupas, mãos etc. podem ficar sujas porque há algum tipo de interação entre o objeto e a sujeira. A sujeira no objeto da adesão tem uma variedade de funções, mas não mais do que a adesão física e a adesão química de duas. A aderência de fuligem, poeira, lama, areia, negro de fumo e outros na roupa é uma aderência física. De modo geral, por meio dessa adesão de sujeira, e o papel do objeto manchado é relativamente fraco, a remoção da sujeira também é relativamente fácil. De acordo com as diferentes forças, a aderência física da sujeira pode ser dividida em aderência mecânica e aderência por força eletrostática.
1, a adesão mecânica refere-se à adesão de alguma sujeira sólida (como poeira, areia). A adesão mecânica é uma adesão relativamente fraca da sujeira, que quase pode ser removida por métodos puramente mecânicos, mas quando a sujeira é relativamente pequena (<0,1um), é mais difícil de remover; a adesão por força eletrostática ocorre principalmente no papel de partículas de sujeira carregadas em objetos com cargas opostas. A maioria dos itens fibrosos é carregada negativamente na água e é facilmente aderida por alguma sujeira carregada positivamente, como o tipo de cal. Algumas sujeiras, embora carregadas negativamente, como partículas de negro de fumo em soluções aquosas, podem ser aderidas às fibras por pontes iônicas (íons entre várias cargas anisotrópicas, agindo em conjunto com elas de forma semelhante a uma ponte) formadas por íons positivos na água (como Ca2+ ﹑ Mg2+, etc.). O efeito eletrostático é mais forte do que a simples ação mecânica, portanto, a remoção da sujeira é relativamente difícil.
2、Adesão química. A adesão química refere-se ao fenômeno da ação da sujeira no objeto por meio de ligação química ou de hidrogênio. As fibras contêm grupos carboxila, hidroxila, amida e outros; esses grupos e os ácidos graxos e álcoois graxos da sujeira oleosa são fáceis de formar ligações de hidrogênio. A força química é geralmente mais forte e, portanto, a sujeira fica mais firmemente ligada ao objeto. Esse tipo de sujeira é difícil de ser removido por métodos normais, e são necessários métodos especiais para lidar com ela. O grau de aderência da sujeira está relacionado à natureza da própria sujeira e à natureza do objeto ao qual ela está aderida. Em geral, as partículas são fáceis de aderir a itens fibrosos. Quanto menor for a sujeira sólida, mais forte será a adesão. Objetos hidrofílicos, como algodão, vidro e outras sujeiras polares na superfície, aderem com mais firmeza do que as sujeiras não polares. A força de adesão da sujeira não polar é maior do que a da sujeira polar, como gordura polar, poeira, argila etc., que não é fácil de remover e limpar.
Segundo, o mecanismo de remoção de sujeira. O objetivo da lavagem é remover a sujeira. Em um determinado meio de temperatura (principalmente a água como meio), o uso de detergentes produzidos por uma variedade de efeitos físicos e químicos enfraquece ou elimina o papel da sujeira e dos itens lavados, sob a ação de determinadas forças mecânicas (como esfregar as mãos, agitação da máquina de lavar, impacto da água), de modo que a sujeira e os itens lavados não tenham a finalidade de descontaminação.
1、O mecanismo de remoção de sujeira líquida. A maior parte da sujeira líquida é oleosa, o óleo pode molhar a maioria dos itens de fibra, espalhando-se mais ou menos em uma camada de filme de óleo na superfície do material de fibra. A primeira etapa da ação de lavagem é o umedecimento da superfície pela solução de lavagem, que pode ser vista como uma superfície sólida e lisa da fibra. A remoção da sujeira líquida é obtida por meio de um tipo de convolução. A sujeira líquida existe originalmente na superfície na forma de uma película de óleo espalhada e, sob a ação preferencial de umedecimento do líquido de lavagem na superfície sólida, ou seja, na superfície da fibra (a ação do agente umectante), ela se enrola em grânulos de óleo passo a passo, é substituída pelo líquido de lavagem e, finalmente, deixa a superfície sob a ação de determinada força externa.
2、O mecanismo de remoção de sujeira sólida. Trata-se principalmente do umedecimento da massa de sujeira e de sua superfície de transporte pelo líquido de lavagem. Devido à adsorção do surfactante na superfície da sujeira sólida e do seu transportador, a interação entre a sujeira e a superfície é reduzida, e a força de adesão da massa de sujeira na superfície é reduzida, de modo que a massa de sujeira é facilmente removida da superfície do transportador. Além disso, a adsorção de surfactantes, especialmente surfactantes iônicos, na superfície da sujeira sólida e do seu transportador provavelmente aumentará o potencial da superfície da sujeira sólida e da superfície do transportador, o que é mais favorável à remoção da sujeira. As superfícies sólidas ou de fibras em geral são normalmente carregadas negativamente em meios aquosos e, portanto, uma camada elétrica dupla difusa pode ser formada na massa de sujeira ou na superfície sólida. Como as cargas do mesmo sexo se repelem, a força de adesão dos plasmas de sujeira em superfícies sólidas na água é enfraquecida. Quando um surfactante aniônico é adicionado, como o surfactante aniônico pode aumentar simultaneamente o potencial negativo da superfície dos plasmas de sujeira e das superfícies sólidas, a força repulsiva entre eles é aumentada, portanto, a força de adesão dos plasmas é reduzida ainda mais e a sujeira pode ser removida com mais facilidade.
Os surfactantes não iônicos podem produzir adsorção na superfície sólida carregada em geral e, embora não possam alterar significativamente o potencial interfacial, os surfactantes não iônicos adsorvidos tendem a formar uma certa espessura de camada de adsorção na superfície, o que ajuda a evitar a redeposição da sujeira. No caso dos tensoativos catiônicos, como sua adsorção reduzirá ou eliminará o potencial negativo da superfície da massa de sujeira e sua superfície de suporte, o que diminui a repulsão entre a sujeira e a superfície e, portanto, não favorece a remoção da sujeira; além disso, após a adsorção de tensoativos catiônicos na superfície sólida, a superfície sólida geralmente se torna hidrofóbica e, portanto, não favorece o umedecimento da superfície e não favorece a lavagem.
3. Remoção de sujeira especial. Proteína, amido, secreções humanas, suco, suco de chá e outras sujeiras desse tipo são difíceis de serem removidas por surfactantes em geral, e são necessários métodos de tratamento especiais.
Terceiro, o mecanismo de descontaminação da lavagem a seco. A introdução acima se refere ao efeito de lavagem da água como meio; a chamada lavagem a seco geralmente se refere ao método de lavagem em solventes orgânicos, especialmente em solventes não polares. Em comparação com a lavagem com água, a lavagem a seco é um método de lavagem mais suave. Como a lavagem a seco não exige muita ação mecânica, a roupa não causa danos, como rugas e deformações, e o agente de lavagem a seco não é como a água, raramente produzindo efeito de expansão e contração. Desde que a tecnologia seja manuseada adequadamente, é possível lavar as roupas a seco sem deformação, sem desbotamento e prolongando a vida útil dos excelentes resultados.
Devido à natureza diferente dos vários tipos de sujeira, há diferentes formas de ação para a remoção da sujeira no processo de lavagem a seco. A sujeira solúvel em óleo, como óleos animais e vegetais, óleos minerais e graxas, etc., é facilmente solúvel em solventes orgânicos e é mais fácil de remover na lavagem a seco. A excelente solubilidade dos solventes de lavagem a seco para óleo e graxa se deve essencialmente às forças de van der Waals entre as moléculas. Para a sujeira solúvel em água, como sais inorgânicos, açúcares, proteínas, suor e outras remoções, mas também deve ser adicionada ao agente de lavagem a seco na quantidade certa de água, caso contrário, a sujeira solúvel em água será difícil de remover da roupa. Mas a água é mais difícil de dissolver no agente de lavagem a seco, portanto, para aumentar a quantidade de água, também é necessário adicionar surfactantes. A presença de água no agente de lavagem a seco pode tornar a superfície da sujeira e da roupa hidratada, facilitando a interação com os grupos polares dos surfactantes, o que favorece a adsorção dos surfactantes na superfície. Além disso, quando os surfactantes formam micelas, a sujeira solúvel em água e a água podem ser solubilizadas nas micelas. Além de aumentar o teor de água no solvente de lavagem a seco, os surfactantes também podem impedir a redeposição de sujeira para aumentar o efeito de descontaminação. A presença de uma pequena quantidade de água é necessária para remover a sujeira solúvel em água, mas o excesso de água causará deformação, enrugamento etc. nas roupas, portanto, o teor de água nos agentes de lavagem a seco deve ser moderado.
A sujeira que não é solúvel em água nem em óleo, como cinzas, lama, terra, negro de fumo e outras partículas sólidas, geralmente é adsorvida pela eletricidade estática ou combinada com óleo e sujeira presos à roupa. Na limpeza a seco, o fluxo de solvente (impacto) pode fazer com que a força eletrostática adsorva a sujeira, e o agente de limpeza a seco pode dissolver o óleo, de modo que a combinação de óleo e sujeira e as partículas sólidas presas à roupa sejam removidas no agente de limpeza a seco, o agente de limpeza a seco em uma pequena quantidade de água e surfactantes, de modo que as partículas sólidas de sujeira possam ser suspensas de forma estável (dispersão), para evitar sua re-deposição na roupa.
Quarto, os fatores que afetam o papel da lavagem.
1. A concentração de surfactante. As micelas de surfactantes na solução desempenham um papel importante no processo de lavagem. Quando a concentração atinge a concentração micelar crítica (cmc), o efeito de lavagem aumenta drasticamente. Portanto, a concentração de detergente no solvente deve ser maior do que o valor de cmc para ter um bom efeito de lavagem. Entretanto, quando a concentração de surfactante é maior do que o valor de cmc, o aumento do efeito de lavagem não é óbvio, e não é necessário aumentar muito a concentração de surfactante. Ao remover manchas de óleo por solubilização, o efeito de solubilização aumenta com a concentração de surfactante, mesmo que a concentração esteja acima do valor de cmc. Por exemplo, se houver mais sujeira nos punhos e nas golas das roupas, uma camada de detergente pode ser aplicada durante a lavagem para melhorar o efeito de solubilização do surfactante no óleo.
2 、 A temperatura tem uma influência muito importante sobre o efeito da descontaminação. Em geral, aumentar a temperatura é bom para a remoção de sujeira, mas, às vezes, uma temperatura muito alta também pode causar fatores desfavoráveis. O aumento da temperatura é benéfico para a difusão da sujeira, as incrustações sólidas de óleo são facilmente emulsionadas quando a temperatura é mais alta do que seu ponto de fusão, e a fibra também aumenta o grau de expansão devido ao aumento da temperatura, todos esses fatores são benéficos para a remoção da sujeira. No entanto, para tecidos compactos, o microgap entre as fibras diminui após a expansão da fibra, o que é desfavorável à remoção da sujeira.
A mudança de temperatura também afeta a solubilidade dos surfactantes, o valor de cmc, o tamanho das micelas etc., o que afeta o efeito da lavagem. A solubilidade dos surfactantes com longas cadeias de carbono é menor quando a temperatura é baixa e, às vezes, a solubilidade é ainda menor do que o valor de cmc, portanto, a temperatura de lavagem deve ser aumentada adequadamente. O efeito da temperatura sobre o valor de cmc e o tamanho da micela é diferente para surfactantes iônicos e não iônicos. Para os surfactantes iônicos, o aumento da temperatura geralmente aumenta o valor de cmc e diminui o tamanho da micela, o que significa que a concentração de surfactante na solução de lavagem deve ser aumentada. No caso dos tensoativos não iônicos, o aumento da temperatura leva a uma diminuição do valor de cmc e a um aumento significativo do volume das micelas, o que mostra que um aumento adequado da temperatura pode ajudar os tensoativos não iônicos a exercer seu efeito tensoativo. Entretanto, a temperatura não deve exceder seu ponto de turvação. A temperatura de lavagem mais adequada está relacionada à formulação do detergente e ao objeto a ser lavado. Alguns detergentes têm bom efeito de lavagem em temperatura ambiente, enquanto outros têm efeito de descontaminação muito diferente entre lavagem a frio e a quente.
3, espuma. As pessoas costumam se acostumar com a capacidade de espuma e com o efeito de lavagem, que o poder de formação de espuma do detergente é bom. De fato, o efeito de lavagem e a quantidade de espuma não estão diretamente relacionados; com detergente com baixo teor de espuma para lavagem, o efeito de lavagem não é pior do que com detergente com alto teor de espuma.
Embora a espuma não esteja diretamente relacionada à lavagem, em algumas ocasiões, a espuma pode ajudar a remover a sujeira, por exemplo, ao lavar a louça à mão, a espuma do detergente pode levar embora as gotas de óleo. Ao esfregar os carpetes, a espuma também pode remover a poeira e outras partículas sólidas de sujeira. A sujeira do carpete representa uma grande proporção da poeira, portanto, os agentes de limpeza de carpetes devem ter uma certa capacidade de formação de espuma. O poder de formação de espuma também é importante para o xampu, xampu ou banho, quando o líquido produz uma espuma fina para que as pessoas se sintam lubrificadas e confortáveis.
4, a variedade de fibras e as propriedades físicas dos tecidos. Além de a estrutura química da fibra afetar a adesão e a remoção da sujeira, a aparência da forma da fibra e a organização do fio e do tecido têm impacto sobre a facilidade de remoção da sujeira.
5, a dureza da água. A concentração de Ca2+, Mg2+ e outros íons metálicos na água tem grande influência no efeito de lavagem, especialmente quando o surfactante aniônico encontra íons Ca2+ e Mg2+ formando sais de cálcio e magnésio, que são menos solúveis e reduzem sua capacidade de descontaminação. Na água dura, mesmo que a concentração de surfactante seja maior, o efeito de descontaminação ainda é muito pior do que na destilação. Para que o surfactante tenha o melhor efeito de lavagem, a concentração de íons Ca2+ na água deve ser reduzida para 1×10-6mol/L (CaCO3 deve ser reduzido para 0,1mg/L) ou menos. Isso requer a adição de vários amaciantes de água ao detergente.
Produtos da mesma série
| Nome do produto | Nome químico | Número CAS |
| IPP | Palmitato de isopropila | CAS 142-91-6 |
| IPL | Laurato de isopropila | CAS 10233-13-3 |
| 2-EHP | Palmitato de isooctilo | CAS 1341-38-4 |
| IPM | Miristato de isopropila | CAS 110-27-0 |