כוח ההתכווצות של כל יחידת אורך על פני הנוזל נקרא מתח פני השטח, והיחידה היא N.·m-1.
התכונה של הפחתת מתח הפנים של הממס נקראת פעילות פני השטח, וחומר בעל תכונה זו נקרא חומר פעיל פני השטח.
החומר פעיל פני השטח שיכול לקשור מולקולות בתמיסה מימית וליצור מיצלות ואסוציאציות אחרות, ובעל פעילות פני השטח גבוהה, תוך שהוא בעל השפעה של הרטבה, מתחלב, הקצפה, שטיפה וכו' נקרא פעיל שטח.
חומר פעיל שטח הוא תרכובות אורגניות בעלות מבנה ומאפיינים מיוחדים, שיכולים לשנות באופן משמעותי את מתח הממשק בין שני שלבים או את מתח הפנים של נוזלים (בדרך כלל מים), עם תכונות הרטבה, הקצפה, מתחלבות, שטיפה ועוד.
מבחינת מבנה, לחומרי שטח יש תכונה משותפת בכך שהם מכילים שתי קבוצות בעלות אופי שונה במולקולות שלהם. בקצה אחד יש שרשרת ארוכה של קבוצה לא קוטבית, מסיס בשמן ולא מסיס במים, הידוע גם כקבוצה הידרופוביה או קבוצה דוחה מים. קבוצה דוחה מים כזו היא בדרך כלל שרשראות ארוכות של פחמימנים, לפעמים גם עבור פלואור אורגני, סיליקון, פוספט אורגנו, שרשרת אורגנוטין וכו'. בקצה השני נמצאת קבוצה מסיסת מים, קבוצה הידרופלית או קבוצה דוחה שמן. הקבוצה ההידרופלית חייבת להיות הידרופלית מספיק כדי להבטיח שחומרי השטח שלמים מסיסים במים ובעלי המסיסות הדרושה. מכיוון שחומרי שטח מכילים קבוצות הידרופיליות והידרופוביות, הם יכולים להיות מסיסים לפחות באחד מהשלבים הנוזליים. תכונה הידרופלית וליפופילית זו של חומר פעיל שטח נקראת אמפיפיליות.
חומר פעיל שטח הוא סוג של מולקולות אמפיפיליות עם קבוצות הידרופוביות והידרופיליות כאחד. קבוצות הידרופוביות של חומרים פעילי שטח מורכבות בדרך כלל מפחמימנים ארוכי שרשרת, כגון אלקיל ישר C8~C20, אלקיל מסועף C8~C20, אלקילפניל (מספר טום פחמן אלקיל הוא 8~16) וכדומה. ההבדל שהוא קטן בין קבוצות הידרופוביות הוא בעיקר בשינויים המבניים של שרשראות פחמימנים. וסוגי הקבוצות ההידרופיליות הם יותר, ולכן התכונות של פעילי שטח קשורות בעיקר לקבוצות הידרופיליות בנוסף לגודל ולצורה של קבוצות הידרופוביות. השינויים המבניים של קבוצות הידרופיליות גדולים יותר מאלה של קבוצות הידרופוביות, ולכן הסיווג של חומרים פעילי שטח מבוסס בדרך כלל על המבנה של קבוצות הידרופיליות. סיווג זה מבוסס על האם הקבוצה ההידרופלית היא יונית או לא, והיא מחולקת לחומרי שטח אניוניים, קטיוניים, לא-יוניים, צוויטריונים ועוד סוגים מיוחדים של חומרים פעילי שטח.
① ספיחה של חומרים פעילי שטח בממשק
מולקולות פעילי שטח הן מולקולות אמפיפיליות בעלות קבוצות ליפופיליות והידרופיליות כאחד. כאשר חומר השטח פעיל במים, הקבוצה ההידרופלית שלו נמשכת למים ומתמוססת במים, בעוד שהקבוצה הליפופילית שלו נדחתת על ידי מים ומשאירה מים, וכתוצאה מכך ספיחה של מולקולות פעילי שטח (או יונים) על הממשק של שני השלבים , מה שמפחית את מתח הממשק בין שני השלבים. ככל שיותר מולקולות פעילי שטח (או יונים) נספגות בממשק, כך גדלה ההפחתה במתח הממשק.
② כמה מאפיינים של קרום ספיחה
לחץ פני השטח של קרום ספיחה: ספיחת חומרי שטח בממשק גז-נוזל ליצירת קרום ספיחה, כגון הנחת יריעה צפה ניתנת להסרה ללא חיכוך על הממשק, היריעה הצפה דוחפת את קרום הספיחה לאורך משטח התמיסה, והממברנה יוצרת לחץ על הסדין הצף, אשר נקרא לחץ פני השטח.
צמיגות פני השטח: כמו לחץ פני השטח, צמיגות פני השטח היא תכונה המוצגת על ידי קרום מולקולרי בלתי מסיס. תלויה על ידי טבעת פלטינה מתכת עדינה, כך שהמישור שלה יוצר קשר עם פני המים של המיכל, סובב את טבעת הפלטינה, טבעת הפלטינה על ידי צמיגות מכשול המים, המשרעת יורדת בהדרגה, לפיה צמיגות פני השטח יכולה להיות נמדד. השיטה היא: ראשית, הניסוי מתבצע על פני המים הטהורים כדי למדוד את דעיכת המשרעת, ולאחר מכן נמדדת ההתפרקות לאחר היווצרות קרום פני השטח, וצמיגות הממברנה של פני השטח נגזרת מההבדל בין השניים. .
צמיגות פני השטח קשורה קשר הדוק למוצקות קרום פני השטח, ומכיוון שלממברנת הספיחה יש לחץ וצמיגות פני השטח, היא חייבת להיות בעלת גמישות. ככל שלחץ פני השטח גבוה יותר וככל שהצמיגות של הממברנה הנספג גבוהה יותר, כך מודול האלסטי שלו גבוה יותר. מודול האלסטי של ממברנת הספיגה של פני השטח חשוב בתהליך ייצוב הבועות.
③ היווצרות מיצלות
תמיסות מדוללות של פעילי שטח מצייתות לחוקים ואחריהן פתרונות אידיאליים. כמות חומר השטח הנספג על פני התמיסה עולה עם ריכוז התמיסה, וכאשר הריכוז מגיע או עולה על ערך מסוים, כמות הספיחה אינה עולה עוד, ועודפי מולקולות פעילי שטח נמצאות בתמיסה באופן אקראי. בדרך או בדרך רגילה. הן הפרקטיקה והן התיאוריה מראים שהם יוצרים אסוציאציות בתמיסה, והאסוציאציות הללו נקראות מיצלות.
ריכוז מיצל קריטי (CMC): הריכוז המינימלי שבו פעילי שטח יוצרים מיצלות בתמיסה נקרא ריכוז המיצל הקריטי.
④ ערכי CMC של פעילי שטח נפוצים.
HLB הוא הקיצור של hydrophile lipophile balance, המציין את האיזון ההידרופילי והליפופילי של הקבוצות ההידרופיליות והליפופיליות של חומר השטח, כלומר, ערך HLB של חומר השטח. ערך HLB גדול מצביע על מולקולה בעלת הידרופיליות חזקה וליפופיליות חלשה; לעומת זאת, ליפופיליות חזקה והידרופיליות חלשה.
① הפרשות של ערך HLB
ערך HLB הוא ערך יחסי, כך שכאשר מפתחים את ערך HLB, כסטנדרט, ערך ה-HLB של שעוות פרפין, שאין לה תכונות הידרופיליות, מוגדר כ-0, בעוד שערך ה-HLB של סודיום דודציל סולפט, שהוא מסיס יותר במים, הוא 40. לכן, ערך ה-HLB של חומרים פעילי שטח הוא בדרך כלל בטווח שבין 1 ל-40. באופן כללי, מתחלבים בעלי ערכי HLB הנמוכים מ-10 הם ליפופיליים, בעוד שגדלים מ-10 הינם הידרופיליים. לפיכך, נקודת המפנה מליפופילי להידרופילי היא בערך 10.
בהתבסס על ערכי HLB של פעילי שטח, ניתן לקבל מושג כללי על השימושים האפשריים שלהם, כפי שמוצג בטבלה 1-3.
שני נוזלים בלתי מסיסים זה לזה, האחד מפוזר בשני כחלקיקים (טיפות או גבישים נוזליים) יוצרים מערכת הנקראת אמולסיה. מערכת זו אינה יציבה מבחינה תרמודינמית עקב הגידול בשטח הגבול של שני הנוזלים בעת יצירת האמולסיה. על מנת להפוך את האמולסיה ליציבה, יש צורך להוסיף מרכיב שלישי - מתחלב להפחתת אנרגיית הממשק של המערכת. מתחלב שייך לפעיל שטח, תפקידו העיקרי הוא לשחק את התפקיד של אמולסיה. הפאזה של האמולסיה הקיימת כטיפות נקראת הפאזה המפוזרת (או הפאזה הפנימית, הפאזה הלא רציפה), והשלב השני המקושר יחדיו נקרא מצע הפיזור (או הפאזה החיצונית, שלב רציף).
① מתחלבים ואמולסיות
תחליבים נפוצים, שלב אחד הוא מים או תמיסה מימית, השלב השני הוא חומרים אורגניים שאינם מתערבבים עם מים, כמו גריז, שעווה וכו'. ניתן לחלק את האמולסיה שנוצרת על ידי מים ושמן לשני סוגים לפי מצב הפיזור שלהם: שמן. מפוזרים במים ליצירת אמולסיה מסוג שמן במים, מבוטאת כ-O/W (שמן/מים): מים מפוזרים בשמן ליצירת אמולסיה מסוג שמן-במים, מבוטאת כ-W/O (מים/שמן). כמו כן עשויות להיווצר תחליבים מורכבים מסוג מים-ב-שמן-במים מסוג W/O/W ושמן-ב-מים-בשמן.
מתחלבים משמשים לייצוב אמולסיות על ידי הפחתת מתח הממשק ויצירת קרום פנים מולקולה אחת.
באמולסיפיקציה של דרישות התחליב:
א: המתחלב חייב להיות מסוגל לספוח או להעשיר את הממשק בין שני השלבים, כך שהמתח המשטחי יופחת;
ב: המתחלב חייב לתת את החלקיקים למטען, כך שדחייה אלקטרוסטטית בין החלקיקים, או יוצר קרום מגן יציב וצמיג מאוד סביב החלקיקים.
לכן, החומר המשמש כמתחלב חייב להיות בעל קבוצות אמפיפיליות על מנת להתחלב, וחומרי פעילי שטח יכולים לעמוד בדרישה זו.
② שיטות הכנה של אמולסיות וגורמים המשפיעים על יציבות האמולסיות
ישנן שתי דרכים להכנת תחליבים: האחת היא להשתמש בשיטה המכנית לפיזור הנוזל בחלקיקים זעירים בנוזל אחר, המשמש בעיקר בתעשייה להכנת תחליבים; השני הוא להמיס את הנוזל במצב מולקולרי בנוזל אחר, ולאחר מכן לגרום לו להתאסף כראוי ליצירת אמולסיה.
היציבות של אמולסיה היא היכולת לצבור אנטי-חלקיקים שמובילה להפרדת פאזות. אמולסיות הן מערכות לא יציבות מבחינה תרמודינמית עם אנרגיה חופשית גדולה. לכן, מה שנקרא יציבות של אמולסיה היא למעשה הזמן הנדרש למערכת להגיע לשיווי משקל, כלומר, הזמן הנדרש להפרדה של אחד הנוזלים במערכת.
כאשר קרום הממשק עם אלכוהולי שומן, חומצות שומן ואמינים שומניים ומולקולות אורגניות קוטביות אחרות, חוזק הממברנה גבוה משמעותית. הסיבה לכך היא, בשכבת הספיגה הממשקית של מולקולות מתחלב ואלכוהול, חומצות ואמינים ומולקולות קוטביות אחרות ליצור "קומפלקס", כך שכוח הממברנה הממשק גדל.
מתחלבים המורכבים מיותר משני חומרים פעילי שטח נקראים מתחלבים מעורבים. מתחלב מעורב נספג בממשק המים/שמן; פעולה בין-מולקולרית יכולה ליצור קומפלקסים. בשל הפעולה הבין-מולקולרית החזקה, מתח המשטח מופחת באופן משמעותי, כמות המתחלב הנספג בממשק גדלה משמעותית, היווצרות צפיפות הממברנה המשטחית עולה, החוזק עולה.
למטען החרוזים הנוזליים יש השפעה משמעותית על יציבות האמולסיה. תחליבים יציבים, שהחרוזים הנוזליים שלהם טעונים בדרך כלל. כאשר נעשה שימוש במתחלב יוני, ליון מתחלב הנספג בממשק הקבוצה הליפופילית שלו מוכנסת לשלב השמן והקבוצה ההידרופלית נמצאת בשלב המים, וכך הופכים את החרוזים הנוזליים לטעונים. כמו חרוזי אמולסיה עם אותו מטען, הם דוחים זה את זה, לא קל לצבור, כך שהיציבות מוגברת. ניתן לראות שככל שיותר יוני מתחלב נספגים על החרוזים, כך המטען גדול יותר, כך גדלה היכולת למנוע את הצטברות החרוזים, כך מערכת האמולסיה יציבה יותר.
לצמיגות של מדיום פיזור האמולסיה יש השפעה מסוימת על יציבות האמולסיה. ככלל, ככל שהצמיגות של מדיום הפיזור גבוהה יותר, כך היציבות של האמולסיה גבוהה יותר. הסיבה לכך היא שהצמיגות של מדיום הפיזור היא גדולה, מה שמשפיע חזק על התנועה הבראונית של חרוזי הנוזל ומאט את ההתנגשות בין החרוזים הנוזליים, כך שהמערכת נשארת יציבה. בדרך כלל, החומרים הפולימריים הניתנים להמסה באמולסיות יכולים להגביר את צמיגות המערכת ולגרום ליציבות של אמולסיה גבוהה יותר. בנוסף, פולימרים יכולים גם ליצור קרום ממשק חזק, מה שהופך את מערכת האמולסיה ליציבה יותר.
במקרים מסוימים, תוספת של אבקה מוצקה יכולה גם לגרום לאמולסיה להתייצב. אבקה מוצקה נמצאת במים, בשמן או בממשק, תלוי בשמן, מים על כושר ההרטבה של האבקה המוצקה, אם האבקה המוצקה לא רטובה לגמרי במים, אלא גם רטובה בשמן, יישארו על המים והשמן מִמְשָׁק.
האבקה המוצקה אינה הופכת את האמולסיה ליציבה מכיוון שהאבקה שנאספת בממשק משפרת את קרום הממשק, הדומה לספיחת הממשק של מולקולות מתחלב, כך שככל שחומר האבקה המוצק מסודר בצורה קרובה יותר בממשק, כך האבקה המוצקה יותר יציבה יותר. אמולסיה היא.
לחומרים פעילים יש יכולת להגביר משמעותית את המסיסות של חומרים אורגניים בלתי מסיסים או מעט מסיסים במים לאחר יצירת מיצלות בתמיסה מימית, והתמיסה שקופה בשלב זה. השפעה זו של המיצל נקראת ממיסות. החומר הפעיל השטח שיכול לייצר מסיס נקרא ממיס, והחומר האורגני שממוסס נקרא חומר ממוסס.
קצף ממלא תפקיד חשוב בתהליך הכביסה. קצף היא מערכת פיזור שבה גז מתפזר בנוזל או במוצק, כאשר הגז הוא הפאזה המפוזרת והנוזל או המוצק כתווך הפיזור, הראשון נקרא קצף נוזלי, ואילו האחרון נקרא קצף מוצק, כגון כמו פלסטיק מוקצף, זכוכית מוקצפת, מלט מוקצף וכו '.
(1) היווצרות קצף
בקצף אנו מתכוונים כאן למצרף של בועות אוויר המופרדות על ידי קרום נוזלי. סוג זה של בועות תמיד עולה במהירות אל פני הנוזל בשל ההבדל הגדול בצפיפות בין הפאזה המפוזרת (גז) לתווך הפיזור (נוזל), בשילוב עם הצמיגות הנמוכה של הנוזל.
תהליך יצירת בועה הוא הכנסת כמות גדולה של גז לתוך הנוזל, והבועות בנוזל חוזרות במהירות לפני השטח, ויוצרות אגרגט של בועות המופרדות על ידי כמות קטנה של גז נוזלי.
לקצף שני מאפיינים משמעותיים במונחים של מורפולוגיה: האחד הוא שהבועות כפאזה מפוזרת הן לרוב בצורת פוליהדרלית, הסיבה לכך היא שבצומת הבועות, יש נטייה לסרט הנוזל להידלדל כך שהבועות הופכות. polyhedral, כאשר הסרט הנוזל מתדלדל במידה מסוימת, זה מוביל לקרע בועה; השני הוא שנוזלים טהורים אינם יכולים ליצור קצף יציב, הנוזל שיכול ליצור קצף הוא לפחות שני רכיבים או יותר. תמיסות מימיות של חומרים פעילי שטח אופייניות למערכות המועדות ליצירת קצף, ויכולתן ליצור קצף קשורה גם לתכונות אחרות.
חומרים פעילי שטח בעלי כוח הקצף טוב נקראים סוכני קצף. אמנם לחומר הקצף יש יכולת קצף טובה, אך ייתכן שהקצף שנוצר לא יצליח לשמור על זמן רב, כלומר היציבות שלו לא בהכרח טובה. על מנת לשמור על יציבות הקצף, לרוב בחומר המקציף כדי להוסיף חומרים שיכולים להגביר את יציבות הקצף, החומר נקרא מייצב קצף, מייצב נפוץ הוא lauryl diethanolamine ו-dodecyl dimethylamine oxide.
(2) יציבות הקצף
קצף הוא מערכת לא יציבה תרמודינמית והמגמה הסופית היא ששטח הפנים הכולל של הנוזל בתוך המערכת יורד לאחר שבירת הבועה והאנרגיה החופשית פוחתת. תהליך הסרת הקצף הוא התהליך שבו קרום הנוזל המפריד בין הגז הופך סמיך ודליל יותר עד שהוא נשבר. לכן, מידת היציבות של הקצף נקבעת בעיקר על ידי מהירות פריקת הנוזל וחוזק הסרט הנוזל. גם הגורמים הבאים משפיעים על כך.
(3) הרס קצף
העיקרון הבסיסי של השמדת קצף הוא שינוי התנאים המייצרים את הקצף או ביטול הגורמים המייצבים של הקצף, ולכן ישנן שיטות פיזיות וכימיות להסרת קצף.
הסרת קצף פיזית פירושה שינוי תנאי ייצור הקצף תוך שמירה על ההרכב הכימי של תמיסת הקצף, כגון הפרעות חיצוניות, שינויים בטמפרטורה או לחץ וטיפול אולטראסוני הן כולן שיטות פיזיקליות יעילות להעלמת הקצף.
שיטת הסרת הקצף הכימית היא הוספת חומרים מסוימים לאינטראקציה עם חומר ההקצפה כדי להפחית את חוזק הסרט הנוזלי בקצף ובכך להפחית את יציבות הקצף להשגת מטרת ההקצפה, חומרים כאלה נקראים מסירי קצף. רוב חומרי הקצף הם חומרים פעילי שטח. לכן, על פי מנגנון ההקצפה, למסיר קצף צריכה להיות יכולת חזקה להפחית את מתח פני השטח, קלה לספיגה על פני השטח, והאינטראקציה בין מולקולות הספיחת פני השטח חלשה, מולקולות ספיחה מסודרות במבנה רופף יותר.
ישנם סוגים שונים של מסירי קצף, אבל בעצם, כולם פעילי שטח לא יוניים. לחומרי שטח לא-יוניים יש תכונות נוגדות קצף ליד או מעל לנקודת העננים שלהם, והם משמשים לעתים קרובות כמסירי קצף. אלכוהולים, בעיקר אלכוהולים בעלי מבנה מסועף, חומצות שומן ואסטרים של חומצות שומן, פוליאמידים, אסטרים פוספטים, שמני סיליקון וכו' משמשים גם הם כמסירי קצף מצוינים.
(4) קצף וכביסה
אין קשר ישיר בין קצף ליעילות הכביסה וכמות הקצף אינה מעידה על יעילות הכביסה. לדוגמה, לחומרי שטח לא-יוניים יש הרבה פחות תכונות קצף מאשר לסבונים, אך הטיהור שלהם טוב בהרבה מסבונים.
במקרים מסוימים, קצף יכול להועיל בהסרת לכלוך ולכלוך. לדוגמה, בעת שטיפת כלים בבית, הקצף של חומר הניקוי קולט את טיפות השמן ובעת קרצוף שטיחים, הקצף עוזר לאסוף אבק, אבקה ולכלוך מוצק אחר. בנוסף, לעיתים ניתן להשתמש בקצף כאינדיקציה ליעילותו של חומר ניקוי. מכיוון שלשמנים שומניים יש השפעה מעכבת על הקצף של חומר הניקוי, כאשר יש יותר מדי שמן ומעט מדי דטרגנט, לא ייווצר קצף או הקצף המקורי ייעלם. לעיתים ניתן להשתמש בקצף גם כאינדיקטור לניקיון השטיפה, שכן כמות הקצף בתמיסת השטיפה נוטה לרדת עם הפחתת חומר הניקוי, ולכן ניתן להשתמש בכמות הקצף להערכת מידת השטיפה.
במובן הרחב, כביסה היא תהליך של הוצאת רכיבים לא רצויים מהחפץ לכביסה והשגת מטרה כלשהי. כביסה במובן הרגיל מתייחס לתהליך של הסרת הלכלוך מפני השטח של המנשא. בכביסה האינטראקציה בין הלכלוך למנשא נחלשת או מתבטלת על ידי פעולתם של כמה חומרים כימיים (למשל חומר ניקוי וכו'), כך שהשילוב של הלכלוך והמנשא משתנה לשילוב של לכלוך וחומר ניקוי, וכן לבסוף הלכלוך מופרד מהמנשא. מכיוון שהחפצים שיש לשטוף והלכלוך שיש להסיר הם מגוונים, הכביסה היא תהליך מורכב מאוד ותהליך הכביסה הבסיסי יכול לבוא לידי ביטוי ביחסים הפשוטים הבאים.
Carrie··Dirt + Detergent= Carrier + Dirt·Dergent
בדרך כלל ניתן לחלק את תהליך הכביסה לשני שלבים: ראשית, בפעולת חומר הניקוי, הלכלוך מופרד מהנשא שלו; שנית, הלכלוך המנותק מתפזר ותלוי במדיום. תהליך הכביסה הוא תהליך הפיך והלכלוך המפוזר ותלוי בתווך עשוי גם להיות מושקע מחדש מהתווך אל החפץ הנשטף. לכן, חומר ניקוי טוב צריך להיות בעל יכולת פיזור והשהיית לכלוך ולמנוע שיבוץ מחדש של לכלוך, בנוסף ליכולת להסיר לכלוך מהמנשא.
(1) סוגי לכלוך
גם עבור אותו פריט, סוג, הרכב וכמות הלכלוך יכולים להשתנות בהתאם לסביבה שבה הוא משמש. לכלוך גוף השמן הוא בעיקר שמנים מהחי וצומח ושמנים מינרליים (כגון נפט גולמי, מזוט, זפת פחם וכו'), לכלוך מוצק הוא בעיקר פיח, אפר, חלודה, פחמן שחור וכו' מבחינת לכלוך של בגדים, יש לכלוך מגוף האדם, כגון זיעה, סבום, דם וכו'; לכלוך ממזון, כגון כתמי פירות, כתמי שמן בישול, כתמי תבלינים, עמילן וכו'; לכלוך של מוצרי קוסמטיקה, כגון שפתון, לק וכו'; לכלוך מהאטמוספרה, כגון פיח, אבק, בוץ וכו'; אחרים, כגון דיו, תה, ציפוי וכו'. זה מגיע בסוגים שונים.
לרוב ניתן לחלק את סוגי הלכלוך השונים לשלוש קטגוריות עיקריות: לכלוך מוצק, לכלוך נוזלי ולכלוך מיוחד.
① לכלוך מוצק
לכלוך מוצק נפוץ כולל חלקיקי אפר, בוץ, אדמה, חלודה ופחמן שחור. לרוב החלקיקים הללו יש מטען חשמלי על פני השטח שלהם, רובם טעונים שלילי וניתן להיספג בקלות על פריטי סיבים. לכלוך מוצק בדרך כלל קשה להמיס במים, אך ניתן לפזר ולהשהות על ידי תמיסות דטרגנט. קשה יותר להסיר לכלוך מוצק עם נקודת מסה קטנה יותר.
② לכלוך נוזלי
לכלוך נוזלי מסיס בעיקר בשמן, כולל שמנים מהצומח והחי, חומצות שומן, אלכוהול שומני, שמנים מינרליים ותחמוצות שלהם. ביניהם, שמנים צמחיים ובעלי חיים, חומצות שומן וסיבון אלקלי יכולים להתרחש, בעוד שאלכוהול שומני, שמנים מינרליים אינם מסובנים על ידי אלקלי, אלא יכולים להיות מסיסים באלכוהול, אתרים וממיסים אורגניים פחמימניים, ותחליב ופיזור של תמיסת מי ניקוי. לכלוך נוזלי מסיס שמן יש בדרך כלל כוח חזק עם פריטי סיבים, והוא נספג בחוזקה יותר על סיבים.
③ לכלוך מיוחד
לכלוך מיוחד כולל חלבונים, עמילן, דם, הפרשות אנושיות כגון זיעה, חלב, שתן ומיץ פירות ומיץ תה. רוב הלכלוך מסוג זה יכול להיספג בצורה כימית וחזקת על פריטי סיבים. לכן, קשה לשטוף.
סוגי הלכלוך השונים מוצאים לעתים רחוקות לבדם, אך לרוב הם מעורבבים יחד ונספגים על האובייקט. הלכלוך יכול לפעמים להתחמצן, להתפרק או להתפרק בהשפעות חיצוניות, וכך ליצור לכלוך חדש.
（2） הדבקה של לכלוך
בגדים, ידיים וכו' יכולים להיות מוכתמים כי יש איזושהי אינטראקציה בין החפץ ללכלוך. לכלוך נצמד לחפצים במגוון דרכים, אך אין יותר מהידבקויות פיזיות וכימיות.
①הדבקה של פיח, אבק, בוץ, חול ופחם לבגדים היא הדבקה פיזית. באופן כללי, באמצעות הדבקה זו של הלכלוך, והתפקיד בין החפץ המוכתם חלש יחסית, גם הסרת הלכלוך קלה יחסית. על פי הכוחות השונים, ניתן לחלק את ההידבקות הפיזית של הלכלוך להדבקה מכנית והדבקה אלקטרוסטטית.
ת: הידבקות מכנית
סוג זה של הידבקות מתייחס בעיקר להידבקות של לכלוך מוצק (למשל, אבק, בוץ וחול). הדבקה מכנית היא אחת מצורות ההידבקות החלשות יותר של לכלוך וניתנת להסרה כמעט באמצעים מכניים בלבד, אך כאשר הלכלוך קטן (<0.1um), קשה יותר להסירו.
ב: הידבקות אלקטרוסטטית
הידבקות אלקטרוסטטית מתבטאת בעיקר בפעולה של חלקיקי לכלוך טעונים על עצמים בעלי מטען הפוך. רוב העצמים הסיביים טעונים שלילי במים וניתן בקלות להיצמד אליהם על ידי לכלוך מסוים בעל מטען חיובי, כגון סוגי סיד. לכלוך מסוים, למרות טעון שלילי, כגון חלקיקי פחמן שחור בתמיסות מימיות, יכול להיצמד לסיבים דרך גשרים יוניים (יונים בין מספר עצמים בעלי מטען הפוך, הפועלים יחד איתם באופן דמוי גשר) הנוצרים על ידי יונים חיוביים במים (למשל , Ca2+， Mg2+ וכו').
פעולה אלקטרוסטטית חזקה יותר מפעולה מכנית פשוטה, מה שהופך את הסרת הלכלוך לקשה יחסית.
② הידבקות כימית
הידבקות כימית מתייחסת לתופעה של לכלוך הפועל על חפץ באמצעות קשרי מימן או כימיים. לדוגמה, לכלוך מוצק קוטבי, חלבון, חלודה והדבקה אחרת על פריטי סיבים, סיבים מכילים קרבוקסיל, הידרוקסיל, אמיד וקבוצות אחרות, קבוצות אלו וחומצות שומן לכלוך שמנוני, אלכוהול שומני קל ליצור קשרי מימן. הכוחות הכימיים הם בדרך כלל חזקים ולכן הלכלוך נקשר חזק יותר לאובייקט. הלכלוך מסוג זה קשה להסרה בשיטות המקובלות ודורש שיטות מיוחדות להתמודדות.
מידת ההידבקות של הלכלוך קשורה לאופי הלכלוך עצמו ולאופי החפץ אליו הוא נדבק. בדרך כלל, חלקיקים נצמדים בקלות לפריטים סיביים. ככל שהמרקם של הלכלוך המוצק קטן יותר, כך ההדבקה חזקה יותר. לכלוך קוטבי על חפצים הידרופיליים כמו כותנה וזכוכית נדבק חזק יותר מלכלוך לא קוטבי. לכלוך לא קוטבי נצמד חזק יותר מלכלוך קוטבי, כמו שומנים קוטביים, אבק וחמר, ופחות קל להסרה ולניקוי.
(3) מנגנון להסרת לכלוך
מטרת הכביסה היא להסיר לכלוך. במדיום בטמפרטורה מסוימת (בעיקר מים). שימוש בהשפעות הפיזיקליות והכימיות השונות של חומר הניקוי כדי להחליש או להעלים את ההשפעה של הלכלוך והחפצים שטופים, תחת פעולת כוחות מכניים מסוימים (כגון שפשוף ידיים, ערבול מכונת כביסה, פגיעת מים), כך שהלכלוך והחפצים השטופים ממטרת הטיהור.
① מנגנון של הסרת לכלוך נוזלי
ת: הרטבה
לכלוך נוזלי הוא בעיקר על בסיס שמן. כתמי שמן מרטיבים את רוב הפריטים הסיביים ומתפשטים פחות או יותר כסרט שמן על פני החומר הסיבי. השלב הראשון בפעולת הכביסה הוא הרטבת המשטח על ידי נוזל הכביסה. לצורך המחשה, ניתן לחשוב על פני השטח של סיב כמשטח מוצק חלק.
ב: ניתוק שמן - מנגנון סלסול
השלב השני בפעולת הכביסה הוא הסרת שמן ושומן, סילוק הלכלוך הנוזלי מושג על ידי מעין סלילים. הלכלוך הנוזלי התקיים במקור על פני השטח בצורה של סרט שמן מפוזר, ותחת אפקט ההרטבה המועדף של נוזל הכביסה על פני השטח המוצקים (כלומר, משטח הסיבים), הוא התכרבל לחרוזי שמן צעד אחר צעד, אשר הוחלפו בנוזל הכביסה ובסופו של דבר השאירו את פני השטח תחת כוחות חיצוניים מסוימים.
② מנגנון של הסרת לכלוך מוצק
סילוק הלכלוך הנוזלי הוא בעיקר באמצעות הרטבה מועדפת של מנשא הלכלוך על ידי תמיסת הכביסה, בעוד מנגנון הסרת הלכלוך המוצק שונה, כאשר תהליך הכביסה עוסק בעיקר בהרטבה של מסת הלכלוך ומשטח הנשא שלו על ידי הכביסה. פִּתָרוֹן. עקב ספיחת חומרים פעילי שטח על הלכלוך המוצק והמשטח הנשא שלו, האינטראקציה בין הלכלוך למשטח מצטמצמת וחוזק ההידבקות של מסת הלכלוך על פני השטח מופחת, כך מסת הלכלוך מוסרת בקלות מפני השטח של המוביל.
בנוסף, לספיחת חומרי שטח, במיוחד פעילי שטח יוניים, על פני הלכלוך המוצק והנשא שלו יש פוטנציאל להגדיל את פוטנציאל פני השטח על פני הלכלוך המוצק והנשא שלו, דבר המסייע יותר להסרת עָפָר. משטחים מוצקים או סיביים בדרך כלל טעונים שלילי במדיה מימית ולכן יכולים ליצור שכבות אלקטרוניות כפולות מפוזרות על המוני לכלוך או משטחים מוצקים. עקב דחיית מטענים הומוגניים, הידבקות חלקיקי הלכלוך במים למשטח המוצק נחלשת. כאשר מוסיפים חומר פעיל שטח אניוני, מכיוון שהוא יכול להגדיל בו זמנית את פוטנציאל פני השטח השלילי של חלקיק הלכלוך והמשטח המוצק, הדחייה ביניהם מוגברת יותר, חוזק ההידבקות של החלקיק מופחת יותר, והלכלוך קל יותר להסרה .
חומרים פעילי שטח לא-יוניים נספגים על משטחים מוצקים טעונים בדרך כלל ולמרות שהם אינם משנים באופן משמעותי את פוטנציאל הממשק, פעילי השטח הלא-יוניים הנספגים נוטים ליצור עובי מסוים של שכבה נספגת על פני השטח אשר מסייעת במניעת שקיעה מחדש של לכלוך.
במקרה של פעילי שטח קטיוניים, ספיחתם מפחיתה או מבטלת את פוטנציאל פני השטח השלילי של מסת הלכלוך ומשטח הנשא שלה, מה שמפחית את הדחייה בין הלכלוך למשטח ולכן אינו תורם להסרת הלכלוך; יתר על כן, לאחר ספיחה על פני השטח המוצקים, פעילי שטח קטיוניים נוטים להפוך את המשטח המוצק להידרופובי ולכן אינם תורמים להרטבת פני השטח ולפיכך לשטיפה.
③ הסרת קרקעות מיוחדות
קשה להסיר חלבון, עמילן, הפרשות אנושיות, מיץ פירות, מיץ תה ולכלוך כזה עם חומרים פעילי שטח רגילים ודורשים טיפול מיוחד.
כתמי חלבון כמו שמנת, ביצים, דם, חלב והפרשות עור נוטים להצטבר על הסיבים ולהתנוון ולקבל הידבקות חזקה יותר. ניתן להסיר לכלוך חלבון באמצעות פרוטאזות. האנזים פרוטאז מפרק את החלבונים שבלכלוך לחומצות אמינו או אוליגופפטידים מסיסות במים.
כתמי עמילן מגיעים בעיקר ממזונות, אחרים כמו רוטב, דבק וכו'. לעמילאז יש השפעה קטלטית על הידרוליזה של כתמי עמילן, הגורמת לעמילן להתפרק לסוכרים.
ליפאז מזרז את פירוק הטריגליצרידים, שקשה להסירם בשיטות רגילות, כמו חלב ושמני מאכל, ומפרק אותם לגליצרול מסיס וחומצות שומן.
כתמים צבעוניים מסוימים ממיצי פירות, מיצי תה, דיו, שפתון וכו' קשים לעתים קרובות לניקוי יסודי גם לאחר כביסה חוזרת. כתמים אלו ניתנים להסרה על ידי תגובת חיזור עם חומר מחמצן או מפחית כמו אקונומיקה, אשר הורס את מבנה הקבוצות יוצרות הצבע או העזר הצבעוני ומפרק אותן לרכיבים קטנים יותר מסיסים במים.
（4）מנגנון הסרת כתמים של ניקוי יבש
האמור לעיל הוא למעשה למים כאמצעי הכביסה. למעשה, בשל סוגי הביגוד והמבנה השונים, חלק מהבגדים באמצעות שטיפת מים אינם נוחים או לא קלים לשטיפה נקיים, חלק מהבגדים לאחר הכביסה ואף עיוותים, דהייה וכדומה, למשל: רוב הסיבים הטבעיים סופגים מים ו קל להתנפח, ויבש וקל לכווץ, אז לאחר הכביסה יהיה מעוות; על ידי שטיפת מוצרי צמר גם מופיעים לעתים קרובות תופעת הצטמקות, כמה מוצרי צמר עם שטיפת מים היא גם קלה לפילינג, שינוי צבע; תחושת ידיים מסוימות משי מחמירה לאחר הכביסה ומאבדת את הברק. עבור בגדים אלה לעתים קרובות להשתמש בשיטת ניקוי יבש כדי לטהר. מה שנקרא ניקוי יבש מתייחס בדרך כלל לשיטת הכביסה בממיסים אורגניים, במיוחד בממסים לא קוטביים.
ניקוי יבש הוא צורה עדינה יותר של כביסה מאשר שטיפת מים. מכיוון שניקוי יבש אינו מצריך פעולה מכנית רבה, הוא אינו גורם לנזק, קמטים ועיוותים לבגד, בעוד שחומרי ניקוי יבש, בניגוד למים, מייצרים רק לעתים רחוקות התרחבות והתכווצות. כל עוד הטכנולוגיה מטופלת נכון, ניתן לנקות את הבגדים יבשים ללא עיוותים, דהיית צבע והארכת חיי השירות.
מבחינת ניקוי יבש, ישנם שלושה סוגים רחבים של לכלוך.
①לכלוך מסיס בשמן לכלוך מסיס בשמן כולל כל מיני שמן ושומן, שהם נוזליים או שומניים וניתנים להמסה בממיסים לניקוי יבש.
②לכלוך מסיס במים לכלוך מסיס במים מסיס בתמיסות מימיות, אך לא בחומרי ניקוי יבש, נספג על בגדים במצב מימי, מים מתאדים לאחר משקעים של מוצקים גרגירים, כגון מלחים אנאורגניים, עמילן, חלבון וכו'.
③לכלוך בלתי מסיס בשמן ובמים לכלוך שאינו מסיס בשמן ובמים אינו מסיס במים ואינו מסיס בממיסים לניקוי יבש, כגון פחמן שחור, סיליקטים של מתכות ותחמוצות שונות וכו'.
בשל האופי השונה של סוגי הלכלוך השונים, ישנן דרכים שונות להסרת לכלוך בתהליך הניקוי היבש. קרקעות מסיסות בשמן, כגון שמנים מן החי והצומח, שמנים מינרליים ושמנים, מסיסות בקלות בממיסים אורגניים וניתן להסירן ביתר קלות בניקוי יבש. המסיסות המצוינת של ממיסים לניקוי יבש לשמנים ושמנים נובעת בעיקרה מכוחות ואן דר וולס בין מולקולות.
להסרת לכלוך מסיס במים כמו מלחים אנאורגניים, סוכרים, חלבונים וזיעה יש להוסיף לחומר הניקוי היבש גם את כמות המים הנכונה, אחרת קשה להסיר לכלוך מסיס במים מהבגדים. עם זאת, קשה להמיס מים בחומר הניקוי היבש, ולכן כדי להגדיל את כמות המים, צריך להוסיף גם חומרים פעילי שטח. הנוכחות של מים בחומר הניקוי היבש יכולה להפוך את פני הלכלוך והבגדים ללחות, כך שקל ליצור אינטראקציה עם הקבוצות הקוטביות של פעילי שטח, דבר המסייע לספיחת פעילי שטח על פני השטח. בנוסף, כאשר חומרים פעילי שטח יוצרים מיצלות, לכלוך ומים מסיסים במים יכולים להתמוסס לתוך המיצלות. בנוסף להגדלת תכולת המים של ממס הניקוי היבש, פעילי שטח יכולים גם למלא תפקיד במניעת שקיעה מחדש של לכלוך כדי להגביר את אפקט הטיהור.
נוכחות של כמות קטנה של מים הכרחית להסרת לכלוך מסיס במים, אך יותר מדי מים עלולים לגרום לעיוותים ולהתקמטות בחלק מהבגדים, ולכן כמות המים בחומר הניקוי היבש חייבת להיות מתונה.
לכלוך שאינו מסיס במים או מסיס בשמן, חלקיקים מוצקים כמו אפר, בוץ, אדמה ופחמן שחור, מחובר בדרך כלל לבגד על ידי כוחות אלקטרוסטטיים או בשילוב עם שמן. בניקוי יבש, זרימת הממס, ההשפעה יכולה לגרום לספיגת הכוח האלקטרוסטטי של הלכלוך, וחומר ניקוי יבש יכול להמיס את השמן, כך שהשילוב של שמן ולכלוך ומחובר לבגדים של חלקיקים מוצקים בשטח היבש. -חומר ניקוי, חומר ניקוי יבש בכמות קטנה של מים וחומרי שטח, כך שאלו מחוץ לחלקיקי הלכלוך המוצקים יכולים להיות השעיה יציבה, פיזור, כדי למנוע השקעתו מחדש לבגדים.
（5） גורמים המשפיעים על פעולת הכביסה
ספיחה כיוונית של חומרים פעילי שטח בממשק והפחתת מתח פני השטח (הממשקיים) הם הגורמים העיקריים להסרת לכלוך נוזלי או מוצק. עם זאת, תהליך הכביסה מורכב ואפקט הכביסה, אפילו עם אותו סוג חומר ניקוי, מושפע מגורמים רבים אחרים. גורמים אלו כוללים את ריכוז חומר הניקוי, הטמפרטורה, אופי הלכלוך, סוג הסיבים ומבנה הבד.
① ריכוז חומרים פעילי שטח
המיצלות של חומרים פעילי שטח בתמיסה ממלאות תפקיד חשוב בתהליך הכביסה. כאשר הריכוז מגיע לריכוז המיצל הקריטי (CMC), אפקט הכביסה עולה בחדות. לכן, ריכוז חומר הניקוי בממס צריך להיות גבוה מערך CMC כדי לקבל אפקט כביסה טוב. עם זאת, כאשר ריכוז חומרי השטח גבוהים מערך ה-CMC, העלייה המצטברת בהשפעת הכביסה אינה ברורה ואין צורך להגדיל יותר מדי את ריכוז החומר הפעיל.
בעת הסרת שמן על ידי ממיסות, אפקט המסיס גדל עם הגדלת ריכוז פעילי השטח, גם כאשר הריכוז הוא מעל CMC. בשלב זה, רצוי להשתמש בדטרגנט באופן מרוכז מקומי. לדוגמה, אם יש הרבה לכלוך על האזיקים והצווארון של בגד, ניתן למרוח שכבת חומר ניקוי במהלך הכביסה כדי להגביר את ההשפעה המסיסת של חומר השטח על השמן.
②לטמפרטורה יש השפעה חשובה מאוד על פעולת הטיהור. באופן כללי, הגדלת הטמפרטורה מקלה על הסרת הלכלוך, אך לעיתים טמפרטורה גבוהה מדי עלולה לגרום גם לחסרונות.
העלייה בטמפרטורה מקלה על פיזור הלכלוך, שומן מוצק מתחלב בקלות בטמפרטורות מעל נקודת ההיתוך שלו והסיבים עולים בהתנפחות עקב עליית הטמפרטורה, כל אלו מקלים על הסרת הלכלוך. עם זאת, עבור בדים קומפקטיים, המיקרו-פערים בין הסיבים מצטמצמים ככל שהסיבים מתרחבים, דבר שמזיק להסרת הלכלוך.
שינויי טמפרטורה משפיעים גם על המסיסות, ערך CMC וגודל המיצל של חומרים פעילי שטח, ובכך משפיעים על אפקט הכביסה. המסיסות של חומרים פעילי שטח בעלי שרשראות פחמן ארוכות נמוכה בטמפרטורות נמוכות ולעיתים המסיסות אף נמוכה מערך CMC, ולכן יש להעלות את טמפרטורת הכביסה כראוי. השפעת הטמפרטורה על ערך CMC וגודל המיצל שונה עבור פעילי שטח יוניים ולא יוניים. עבור פעילי שטח יוניים, עלייה בטמפרטורה מעלה בדרך כלל את ערך ה-CMC ומקטינה את גודל המיצל, מה שאומר שיש להגדיל את ריכוז החומר הפעיל בתמיסת הכביסה. עבור חומרים פעילי שטח לא-יוניים, עלייה בטמפרטורה מובילה לירידה בערך ה-CMC ולעלייה משמעותית בנפח המיצל, כך שברור שעלייה מתאימה בטמפרטורה תסייע לחומרי השטח הלא-יוניים להפעיל את השפעתו הפעילה על פני השטח. . עם זאת, הטמפרטורה לא תעלה על נקודת העננים שלה.
בקיצור, טמפרטורת הכביסה האופטימלית תלויה בניסוח חומר הניקוי ובחפץ הנשטף. לחלק מהדטרגנטים יש אפקט דטרגנט טוב בטמפרטורת החדר, בעוד שלאחרים יש חומר ניקוי שונה בהרבה בין כביסה קרה לחמה.
③ קצף
נהוג לבלבל בין כוח הקצף לבין אפקט הכביסה, מתוך אמונה שלדטרגנטים בעלי כוח הקצפה גבוה יש אפקט כביסה טוב. מחקרים הראו שאין קשר ישיר בין אפקט הכביסה לכמות הקצף. לדוגמה, כביסה עם חומרי ניקוי עם קצף נמוך יעילה לא פחות מכביסה עם חומרי ניקוי עם קצף גבוה.
למרות שקצף אינו קשור ישירות לכביסה, ישנם מקרים שבהם הוא עוזר להסיר לכלוך, למשל, בעת שטיפת כלים ביד. בעת קרצוף שטיחים, הקצף יכול להסיר גם אבק וחלקיקי לכלוך מוצקים אחרים, לכלוך השטיח מהווה חלק גדול מהאבק, ולכן חומרי ניקוי שטיחים צריכים להיות בעלי יכולת הקצפה מסוימת.
כוח ההקצפה חשוב גם לשמפו, כאשר הקצף העדין שמייצר הנוזל במהלך השמפו או הרחצה מותיר את השיער משומן ונוח.
④ זנים של סיבים ותכונות פיזיקליות של טקסטיל
בנוסף למבנה הכימי של הסיבים, המשפיע על הידבקות והסרת הלכלוך, למראה הסיבים ולארגון החוט והבד יש השפעה על קלות הסרת הלכלוך.
קשקשי סיבי הצמר והסרטים השטוחים המעוקלים של סיבי כותנה נוטים יותר לצבור לכלוך מאשר סיבים חלקים. לדוגמה, פחמן שחור מוכתם על סרטי תאית (סרטי ויסקוזה) קל להסרה, בעוד שפחמן שחור מוכתם על בדי כותנה קשה לשטיפה. דוגמה נוספת היא שבדים קצרי סיבים עשויים פוליאסטר נוטים יותר לצבור כתמי שמן מאשר בדים ארוכים, וגם כתמי שמן על בדים קצרי סיבים קשים יותר להסרה מאשר כתמי שמן על בדים ארוכים.
חוטים מעוותים היטב ובדים הדוקים, בשל המרווח הקטן בין הסיבים, יכולים לעמוד בפני פלישת הלכלוך, אך אותו הדבר יכול גם למנוע מנוזלי הכביסה להוציא את הלכלוך הפנימי, כך שבדים הדוקים מתחילים לעמוד בפני הלכלוך היטב, אך לאחר מוכתמים הכביסה גם קשה יותר.
⑤ קשיות המים
לריכוז של Ca2+, Mg2+ ושאר יוני מתכת במים יש השפעה רבה על אפקט הכביסה, במיוחד כאשר חומרי השטח האניונים נתקלים ביוני Ca2+ ו-Mg2+ היוצרים מלחי סידן ומגנזיום שהם פחות מסיסים ויפחיתו את כושר הניקוי שלו. במים קשים, גם אם ריכוז חומרי השטח גבוה, כושר הניקוי עדיין גרוע בהרבה מאשר בזיקוק. כדי שהחומר הפעיל שטח יקבל את אפקט הכביסה הטוב ביותר, יש להפחית את ריכוז יוני Ca2+ במים ל-1 x 10-6 מול/ליטר (CaCO3 עד 0.1 מ"ג/ליטר) או פחות. הדבר מצריך הוספת מרככים שונים לחומר הניקוי.
זמן פרסום: 25-2-2022