1. מתח פני השטח
כוח ההתכווצות לכל אורך יחידה על פני נוזל נקרא מתח פני השטח, נמדד ב- N • M-1.
2. פעילות פני השטח ופעילי שטח
המאפיין שיכול להפחית את מתח השטח של ממסים נקרא פעילות פני השטח, וחומרים עם פעילות פני השטח נקראים חומרים פעילים פני השטח.
חומר פעילי שטח מתייחס לחומרים פעילים פני השטח שיכולים ליצור מיקרונים ואגרגטים אחרים בתמיסות מימיות, יש לפעילות גבוהה של פני השטח, ויש להם גם הרטבה, תחליב, קצף, שטיפה ופונקציות אחרות.
3. מאפיינים מבניים מולקולריים של פעילי שטח
חומר פעילי שטח הם תרכובות אורגניות עם מבנים ותכונות מיוחדות שיכולות לשנות באופן משמעותי את המתח הממשקתי בין שני שלבים או מתח פני השטח של נוזלים (בדרך כלל מים), ויש להם תכונות כמו הרטבה, קצף, תחליב וכביסה.
מבחינה מבנית, פעילי שטח חולקים מאפיין נפוץ של מכיל שתי קבוצות פונקציונליות שונות במולקולות שלהם. קצה אחד הוא קבוצה לא קוטבית ארוכת-שרשרת המסיסה בשמן אך בלתי מסיס במים, המכונה קבוצה הידרופובית או קבוצה הידרופובית. קבוצות הידרופוביות אלה הן בדרך כלל פחמימנים עם שרשרת ארוכה, לעיתים גם פלואור אורגני, אורגוסיליקון, אורגנו-פוספורוס, שרשראות אורגנוטין וכו '. הקצה השני הוא קבוצה פונקציונלית מסיסה במים, כלומר קבוצה הידרופילית או קבוצה הידרופילית. על הקבוצה ההידרופילית להיות בעלת הידרופיליות מספקת בכדי להבטיח כי כל פעילי השטח מסיסים במים ויש לה את המסיסות הדרושה. בשל נוכחותן של קבוצות הידרופיליות והידרופוביות בחומרים פעילי שטח, הם יכולים להתמוסס לפחות בשלב אחד של השלב הנוזל. התכונות ההידרופיליות והאולופיליות של פעילי שטח נקראים אמפיפיליות.
4. סוגים של פעילי שטח
פעילי שטח הם מולקולות אמפיפיליות שיש להן קבוצות הידרופוביות והידרופיליות כאחד. הקבוצות ההידרופוביות של חומרים פעילי שטח מורכבים בדרך כלל מפחמימנים ארוכים עם שרשרת ארוכה, כמו שרשרת ישר אלקיל C8-C20, שרשרת מסועפת Alkyl C8-C20, אלקילפניל (עם אטומי פחמן אלקיליים 8-16), וכו '. ההבדל בין קבוצות הידרופוביות בעיקר שכולים בשינויים מבניים של חוטי הידרופיה של הידרופיות, תוך הקבוצות הידרופיות יותר. לפיכך, תכונותיהם של פעילי שטח קשורים בעיקר לקבוצות הידרופיליות בנוסף לגודל וצורתן של קבוצות הידרופוביות. השינויים המבניים של קבוצות הידרופיליות גדולות יותר מאלו של קבוצות הידרופוביות, ולכן סיווג פעילי שטח מבוסס בדרך כלל על מבנה של קבוצות הידרופיליות. סיווג זה מבוסס בעיקר על האם הקבוצות ההידרופיליות הן יוניות, ומחלקות אותן לאניוני, קטיוני, נוני, זוויטריוני וסוגים מיוחדים אחרים של פעילי שטח.
5. מאפיינים של תמיסה מימית פעילי שטח
① ספיחת פעילי שטח בממשקים
למולקולות פעילי שטח יש קבוצות ליפופיליות והידרופיליות, מה שהופך אותן למולקולות אמפיפיליות. מים הם נוזל קוטבי חזק. כאשר חומרים פעילי שטח מתמוססים במים, על פי העיקרון של דמיון קוטביות והדחיית הבדלי קוטביות, הקבוצות ההידרופיליות שלהם נמשכות לשלב המים ומתמוססים במים, בעוד הקבוצות הליפופיליות שלהם נדחות מים ועוזבים את המים. כתוצאה מכך, מולקולות פעילי שטח (או יונים) סופגות בממשק בין שני השלבים, מה שמפחית את המתח הממשקתי בין שני השלבים. ככל שהמולקולות (או יונים) סופגות יותר בממשק, כך הירידה במתח הממשק.
② כמה תכונות של קרום הספיחה
לחץ פני השטח של קרום הספיחה: פעילי שטח סופגים בממשק נוזלי הגז ליצירת קרום ספיחה. אם מונחת צלחת צפה ללא חיכוך על הממשק והצלחת הצפה דוחפת את קרום הספיחה לאורך משטח התמיסה, הממברנה מפעילה לחץ על הצלחת הצפה, הנקראת לחץ פני השטח.
צמיגות פני השטח: כמו לחץ פני השטח, צמיגות פני השטח היא תכונה המוצגת על ידי סרטים מולקולריים בלתי מסיסים. השעו טבעת פלטינה עם חוט מתכת דק, הפכו את מטוסו למגע משטח המים של הכיור, סובב את טבעת הפלטינה, טבעת הפלטינה מונעת על ידי צמיגות המים, והמשרעת מקטינה בהדרגה, לפיה ניתן למדוד את צמיגות פני השטח. השיטה היא: לערוך תחילה ניסויים על פני המים הטהורים, למדוד את הנחתת המשרעת, ואז למדוד את ההנחתה לאחר היווצרות מסיכת הפנים של פני השטח, ולחשב את צמיגות מסכת הפנים של פני השטח מההבדל בין השניים.
צמיגות פני השטח קשורה קשר הדוק למוצקות של מסיכת הפנים לפני השטח. מכיוון שלסרט הספיחה יש לחץ וצמיגות פני השטח, הוא חייב להיות אלסטי. ככל שהלחץ והצמיגות של פני השטח של קרום הספיחה גבוה יותר, כך המודולוס האלסטי שלו גדול יותר. המודולוס האלסטי של סרט ספיחת פני השטח הוא בעל משמעות רבה בתהליך ייצוב הקצף.
③ היווצרות מיקרס
הפיתרון המדולל של פעילי שטח עוקב אחר חוקי הפתרונות האידיאליים. כמות הספיחה של פעילי שטח על פני תמיסה עולה בריכוז התמיסה. כאשר הריכוז מגיע או עולה על ערך מסוים, כמות הספיחה כבר לא עולה. מולקולות פעילי שטח מוגזמות אלה בתמיסה אינן מופרעות או קיימות באופן קבוע. גם תרגול וגם תיאוריה הראו שהם יוצרים אגרגטים בתמיסה, הנקראים מיקרס.
ריכוז מיקרלי קריטי: ריכוז המינימום בו יוצרים פעילי שטח מיקרונים בתמיסה נקרא ריכוז המייקל הקריטי.
④ ערך ה- CMC של חומר פעילי שטח נפוץ.
6. ערך שיווי משקל הידרופילי ואולופילי
HLB מייצג איזון ליפופילי הידרופילי, המייצג את ערכי שיווי המשקל ההידרופיליים והליפופיליים של הקבוצות ההידרופיליות והליפופיליות של חומר פעילי שטח, כלומר ערך ה- HLB של חומר השטח. ערך HLB גבוה מעיד על הידרופיליות חזקה וליפופיליות חלשה של המולקולה; נהפוך הוא, יש לו ליפופיליות חזקה והידרופיליות חלשה.
① תקנות על ערך HLB
ערך ה- HLB הוא ערך יחסי, כך שכאשר ניסוח ערך ה- HLB, כסטנדרט, ערך HLB של פרפין ללא תכונות הידרופיליות מוגדר ל- 0, בעוד שערך ה- HLB של נתרן דודציל סולפט עם מסיסות מים חזקה מוגדר ל 40., לפיכך, ערך HLB של Surfactants הוא בדרך כלל בטווח של 1-40. באופן כללי, מתחליבים עם ערכי HLB פחות מ -10 הם ליפופיליים, ואילו תחליבים עם ערכי HLB העולים על 10 הם הידרופיליים. לפיכך, נקודת המפנה מליפופיליות להידרופיליות היא בערך 10.
7. השפעות תחליבים ומסיסות
שני נוזלים בלתי ניתנים לניתוק, האחד שנוצר על ידי פיזור חלקיקים (טיפות או גבישים נוזליים) בשני, נקראים תחליבים. בעת יצירת תחליב, האזור הממשקתי בין שני הנוזלים עולה, מה שהופך את המערכת לא יציבה תרמודינמית. כדי לייצב את התחליב, יש להוסיף רכיב שלישי - תחליב - כדי להפחית את האנרגיה הממשקית של המערכת. תחליבים שייכים לחומרים פעילי שטח, ותפקידם העיקרי הוא לפעול כתחליבים. השלב בו טיפות קיימות בתחליב נקרא השלב המפוזר (או שלב פנימי, שלב לא רציף), והשלב האחר המחובר יחד נקרא המדיום המפוזר (או שלב חיצוני, שלב רציף).
① תחליבים ותחליבים
תחליבים נפוצים מורכבים משלב אחד של מים או תמיסה מימית, והשלב האחר של תרכובות אורגניות שאינן ניתנות למים, כמו שמנים, שעווה וכו '. ניתן לחלק את התחליב שנוצר על ידי מים ושמן לשני סוגים על בסיס פיזורם: שמן המפוזר במים מהווה מים במים בשמן, מיוצג על ידי O/W (שמן/מים); מים המפוזרים בשמן יוצרים מים בתחליב שמן, המיוצגים על ידי W/O (מים/שמן). בנוסף, גם מים מורכבים בשמן במים עם O/W ושמן במים בשמן O/W/O תחליבים.
התחליב מייצב את התחליב על ידי צמצום המתח הממשק ויוצר מסיכת פנים חד -שכבתי.
דרישות לתחליבים בתחליבים: א: מתחומים חייבים להיות מסוגלים לספוג או להעשיר בממשק שבין שני השלבים, ולהפחית את המתח הממשק; B: מתחליבים חייבים לתת לחלקיקים מטען חשמלי, וגורם לדחייה אלקטרוסטטית בין חלקיקים או ליצור סרט מגן יציב וצמיג מאוד סביב החלקיקים. לכן, לחומרים המשמשים כמתחלבים חייבים להיות קבוצות אמפיפיליות כדי לקבל השפעות מתחלפות, וחומרים פעילי שטח יכולים לעמוד בדרישה זו.
② שיטות הכנה של תחליבים וגורמים המשפיעים על יציבות תחליב
ישנן שתי שיטות להכנת תחליבים: האחת היא להשתמש בשיטות מכניות כדי לפזר את הנוזל לחלקיקים קטנים בנוזל אחר, המשמש לרוב בתעשייה להכנת תחליבים; שיטה נוספת היא להמיס נוזל במצב מולקולרי בנוזל אחר ואז לאפשר לו לצבור כראוי ליצור תחליב.
יציבות התחליבים מתייחסת ליכולתם להתנגד לצבירת החלקיקים ולגרום להפרדת פאזה. תחליבים הם מערכות לא יציבות תרמודינמיות עם אנרגיה חופשית משמעותית. לפיכך, יציבות תחליב מתייחסת למעשה לזמן הנדרש למערכת להגיע לשיווי משקל, כלומר הזמן הדרוש לנוזל במערכת להפריד.
כשיש מולקולות אורגניות קוטביות כמו אלכוהול שומני, חומצת שומן ואמין שומני במסיכת הפנים, חוזק הממברנה עולה משמעותית. הסיבה לכך היא שמולקולות התחליב בשכבת ספיחת הממשק אינטראקציה עם מולקולות קוטביות כמו אלכוהול, חומצה ואמין ליצירת "קומפלקס", מה שמגדיל את חוזק מסכת הפנים של הממשק.
מתחליבים המורכבים משני פעילי שטח או יותר נקראים מתחומים מעורבים. מתחלים מעורבים סופגים על ממשק המים/שמן, ואינטראקציות בין -מולקולריות יכולות ליצור קומפלקסים. עקב אינטראקציה בין -מולקולרית חזקה, המתח הממשקתי מצטמצם משמעותית, כמות התחליב הנספגת בממשק מוגברת באופן משמעותי, והצפיפות והעוצמה של מסכת הפנים הממשקית הנוצרת מוגברת.
לחיוב טיפות יש השפעה משמעותית על יציבות התחליבים. תחליבים יציבים בדרך כלל יש טיפות עם מטענים חשמליים. בעת שימוש בתחליבי תחליבים יוניים, יוני התחליבים הנספגים בממשק מכניסים את קבוצותיהם הליפופיליות לשלב השמן, ואילו הקבוצות ההידרופיליות נמצאות בשלב המים, ובכך הופכות את הטיפות לטעון. בשל העובדה שטיפות התחליב נושאות את אותו מטען, הן דוחות זו את זו ואינן מתמודדות בקלות, וכתוצאה מכך יציבות מוגברת. ניתן לראות שככל שיוני תחליבים יותר סופגים על הטיפות, כך גדלות המטען שלהם, ויכולתם למנוע התלבשויות טיפות גדולות יותר, מה שהופך את מערכת התחליב ליציבה יותר.
לצמיגות המדיום פיזור תחליב יש השפעה מסוימת על יציבות התחליב. באופן כללי, ככל שהצמיגות של המדיום הפיזור גבוה יותר, כך יציבות התחליב גבוהה יותר. הסיבה לכך היא שהצמיגות של המדיום המפוזר גבוהה, מה שמפריע מאוד לתנועת בראוניאן של טיפות הנוזל, מאט את ההתנגשות בין הטיפות ושומר על יציבות המערכת. חומרים פולימריים המוססים בדרך כלל בתחליבים יכולים להגביר את צמיגות המערכת ולהעצים את יציבות התחליב. בנוסף, הפולימר יכול גם ליצור מסיכת פנים של ממשק מוצק, מה שהופך את מערכת התחליב ליציבה יותר.
במקרים מסוימים, הוספת אבקה מוצקה יכולה גם לייצב את התחליב. האבקה המוצקה אינה נמצאת במים, בשמן או בממשק, תלוי ביכולת ההרטבה של שמן ומים על האבקה המוצקה. אם האבקה המוצקה לא מרטיבה לחלוטין על ידי מים וניתן להרטיב אותה על ידי שמן, היא תישאר בממשק שמן המים.
הסיבה שאבקה המוצקה אינה מייצבת את התחליב היא שהאבקה שנאספה בממשק אינה מחזקת את מסכת הפנים של הממשק, הדומה למולקולות תחליב ספיחת הממשק. לפיכך, ככל שחלקיקי האבקה המוצקה קרובים יותר מסודרים בממשק, כך התחליב יהיה יציב יותר.
לחומרים פעילי שטח יש את היכולת להגדיל משמעותית את המסיסות של תרכובות אורגניות שאינן מסיסות או מסיסות מעט במים לאחר יצירת מיקרונים בתמיסה מימית, והתמיסה שקופה בשלב זה. השפעה זו של Micelles נקראת סיסום. פעילי שטח שיכולים לייצר אפקטים המסיסים נקראים ממיס, ותרכובות אורגניות המומסות נקראות תרכובות ממיסות.
8. קצף
קצף ממלא תפקיד חשוב בתהליך הכביסה. קצף מתייחס למערכת הפיזור בה מפוזר הגז בנוזל או במוצק. גז הוא שלב הפיזור, ונוזל או מוצק הוא אמצעי הפיזור. הראשון נקרא קצף נוזלי, ואילו האחרון נקרא קצף מוצק, כמו פלסטיק קצף, זכוכית קצף, מלט קצף וכו '.
(1) היווצרות קצף
הקצף כאן מתייחס לצבירת בועות המופרדות על ידי סרט נוזלי. בשל ההבדל הגדול בצפיפות בין השלב המפוזר (גז) לבין המדיום המפוזר (נוזל), והצמיגות הנמוכה של הנוזל, הקצף תמיד יכול לעלות לרמה הנוזלית במהירות.
תהליך יצירת הקצף הוא להכניס כמות גדולה של גז לנוזל, והבועות בנוזל חוזרות למשטח הנוזל במהירות, ויוצרים מצטבר בועה המופרדים על ידי כמות קטנה של נוזלים וגז
לקצף שני מאפיינים מדהימים במורפולוגיה: האחד הוא שבועות כשלב מפוזר הן לרוב פוליאדראליות, מכיוון שבצומת בועות, יש נטייה שהסרט הנוזל יהפוך לרזה יותר, מה שהופך את הבועות לפולידראליות. כאשר הסרט הנוזלי הופך להיות דק יותר במידה מסוימת, הבועות ישברו; שנית, הנוזל הטהור אינו יכול ליצור קצף יציב, אך הנוזל שיכול ליצור קצף הוא לפחות שני רכיבים או יותר. התמיסה המימית של חומר פעילי שטח היא מערכת טיפוסית הקלה לייצור קצף, ויכולתו לייצר קצף קשורה גם לתכונות אחרות.
פעילי שטח עם יכולת קצף טובה נקראים סוכני קצף. למרות שלסוכן הקצף יכולת קצף טובה, הקצף הנוצר אולי לא יוכל לשמור במשך זמן רב, כלומר, יציבותו עשויה לא להיות טובה. על מנת לשמור על יציבות הקצף, לרוב מתווסף חומר שיכול להגביר את יציבות הקצף לחומר הקצף, הנקרא מייצב קצף. מייצבי הקצף הנפוצים הם לורויל דיאתנולמין ותחמוצת דודציל דימתיל אמין.
(2) יציבות הקצף
קצף הוא מערכת תרמודינמית לא יציבה, והמגמה הסופית היא ששטח הפנים הכולל של הנוזל במערכת פוחת והאנרגיה החופשית פוחתת לאחר שבירת הבועה. תהליך DefoAming הוא התהליך בו הסרט הנוזלי המפריד בין הגז משנה עובי עד שהוא מתקרע. לפיכך, יציבות הקצף נקבעת בעיקר על ידי מהירות הפריקה הנוזלית וכוחו של הסרט הנוזלי. ישנם כמה גורמים משפיעים אחרים.
① מתח פני השטח
מנקודת המבט האנרגטית, מתח פני השטח הנמוך חיובי יותר ליצירת קצף, אך הוא אינו יכול להבטיח את יציבות הקצף. מתח פני השטח הנמוך, הבדל בלחץ נמוך, מהירות פריקה נוזלית איטית ודילול סרט נוזלי איטי תורמים ליציבות הקצף.
② צמיגות פני השטח
גורם המפתח הקובע את יציבות הקצף הוא חוזק הסרט הנוזל, שנקבע בעיקר על ידי יציבותו של סרט ספיחת השטח, הנמדד על ידי צמיגות פני השטח. ניסויים מראים כי לקצף המיוצר על ידי הפיתרון עם צמיגות פני השטח הגבוהה יותר חיים ארוכים יותר. הסיבה לכך היא שהאינטראקציה בין מולקולות סופגות על פני השטח מובילה לעליית חוזק הממברנה, ובכך משפרת את חיי הקצף.
③ צמיגות פתרונות
כאשר צמיגות הנוזל עצמו גדלה, לא קל לשחרר את הנוזל בסרט הנוזל, ומהירות דלילת עובי הסרט הנוזל היא איטית, מה שמעכב את זמן הסרט הנוזל קרע ומגדיל את יציבות הקצף.
④ השפעת 'התיקון' של מתח פני השטח
חומרים פעילי שטח הנספגים על פני הסרט הנוזל יש את היכולת להתנגד להתרחבות או להתכווצות של משטח הסרט הנוזלי, אותם אנו מכנים כאפקט תיקון. הסיבה לכך היא שיש סרט נוזלי של פעילי שטח הנספגים על פני השטח, והרחבת שטח הפנים שלו תפחית את ריכוז המולקולות הספוגות על פני השטח ותגביר את מתח השטח. הרחבה נוספת של פני השטח תדרוש מאמץ גדול יותר. לעומת זאת, הצטמקות שטח הפנים תגדיל את ריכוז המולקולות הספוגות על פני השטח, יפחית את מתח פני השטח ויפריע להתכווצות נוספת.
⑤ התפשטות הגז דרך סרט נוזלי
בשל קיומו של לחץ נימי, הלחץ של בועות קטנות בקצף גבוה מזה של בועות גדולות, מה שיגרום לגז בבועות הקטנות להתפזר לבועות הגדולות בלחץ נמוך דרך הסרט הנוזל, וכתוצאה מכך התופעה שהועיות הקטנות הופכות קטנות יותר, הבועות הגדולות הופכות לגדולות יותר, ולבסוף הקצף נשבר. אם מוסיפים חומר פעילי שטח, הקצף יהיה אחיד וצפוף בעת הקצפה, ולא קל להמציא. מכיוון שחומר השטח מסודר מקרוב על הסרט הנוזלי, קשה לאוורר, מה שהופך את הקצף ליציב יותר.
⑥ השפעת מטען השטח
אם הסרט הנוזלי הקצף טעון באותו סמל, שני המשטחים של הסרט הנוזלי ידפו זה את זה, וימנעו מהסרט הנוזלי לדליל או אפילו להרס. פעילי שטח יוניים יכולים לספק אפקט מייצב זה.
לסיכום, חוזק הסרט הנוזלי הוא גורם המפתח לקביעת יציבות הקצף. כחומר פעילי שטח עבור חומרי קצף ומייצבי קצף, ההידוק והיציבות של פני השטח הספוגות הם הגורמים החשובים ביותר. כאשר האינטראקציה בין המולקולות הספוגות על פני השטח חזקות, המולקולות הספוגות מסודרות מקרוב, מה שלא רק מקשה על מסכת הפנים של פני השטח עצמה, אלא גם הופך את הפיתרון הסמוך למסכת הפנים של פני השטח בגלל צמיגות פני השטח הגבוהה, כך שהוא קשה יחסית לניקוז נוזל, והעובי של הסרט. בנוסף, מולקולות שטח מסודרות מקרוב יכולות גם להפחית את החדירות של מולקולות גז ובכך להגדיל את יציבות הקצף.
(3) הרס קצף
העיקרון הבסיסי של השמדת קצף הוא לשנות את התנאים לייצור קצף או לחסל את גורמי היציבות של הקצף, כך שיש שתי שיטות דה -דבורה, פיזיקליות וכימיות.
דחיית פיזית היא לשנות את התנאים שבהם נוצר קצף תוך שמירה על ההרכב הכימי של תמיסת הקצף ללא שינוי. לדוגמה, הפרעה בכוח חיצוני, טמפרטורה או שינוי לחץ וטיפול קולי הם כולם שיטות פיזיות יעילות לביטול קצף.
שיטת ההדחה הכימית היא להוסיף כמה חומרים כדי לקיים אינטראקציה עם חומר הקצף, להפחית את חוזק הסרט הנוזל בקצף ואז להפחית את יציבות הקצף להשגת מטרת ההמראה. חומרים כאלה נקראים Defoamers. מרבית הדוכנים הם פעילי שטח. לפיכך, על פי המנגנון של DefoAming, על Defoamers להיות בעלי יכולת חזקה להפחית את מתח פני השטח, להיות סופג בקלות על פני השטח, ולהיות אינטראקציות חלשות בין מולקולות סופרות על פני השטח, וכתוצאה מכך מבנה סידור רופף יחסית של מולקולות סופגות.
ישנם סוגים שונים של Defoamers, אך הם לרוב פעילי שטח שאינם יוניים. חומרים פעילי שטח שאינם יוניים הם בעלי תכונות אנטי מקצפות בסמוך או מעל נקודת הענן שלהם ומשמשות בדרך כלל כ- Defoamers. אלכוהולים, במיוחד אלה עם מבני הסתעפות, חומצות שומן ואסטרים, פוליאמיד, פוספטים, שמני סיליקון וכו ', משמשים לרוב גם כ- Defoamers מעולים.
(4) קצף ושטיפה
אין קשר ישיר בין קצף לאפקט הכביסה, וכמות הקצף אינה אומרת שאפקט הכביסה טוב או רע. לדוגמה, הביצועים הקצפים של פעילי שטח שאינם יוניים נחותים הרבה יותר מסבון, אך כוח הניקוי שלהם טוב בהרבה מסבון.
במקרים מסוימים, קצף מועיל בהסרת לכלוך. לדוגמה, בעת שטיפת כלי שולחן בבית, קצף חומר הניקוי יכול לקחת את טיפות השמן שטופות; בעת קרצוף השטיח, קצף עוזר לקחת עפר מוצק כמו אבק ואבקה. בנוסף, לעיתים ניתן להשתמש בקצף כסימן אם חומר הניקוי יעיל, מכיוון שכתמי שמן שומניים יכולים לעכב את הקצף של חומר הניקוי. כשיש יותר מדי כתמי שמן ומעט מדי חומר ניקוי, לא יהיה קצף או שהקצף המקורי ייעלם. לפעמים, קצף יכול לשמש גם כאינדיקטור אם השטיפה נקייה. מכיוון שכמות הקצף בתמיסת השטיפה נוטה לירידה בירידה בתכולת דטרגנט, ניתן להעריך את מידת השטיפה בכמות הקצף.
9. תהליך שטיפה
במובן הרחב, שטיפה היא תהליך הסרת רכיבים לא רצויים מהאובייקט שנשטף והשגת מטרה מסוימת. שטיפה במובן הרגיל מתייחסת לתהליך של הסרת לכלוך מעל פני המנשא. במהלך הכביסה, האינטראקציה בין לכלוך למנשא נחלשת או מחוסלת באמצעות פעולתם של כמה חומרים כימיים (כמו חומרי ניקוי), מה שהופך את השילוב של לכלוך ומנשא לשילוב של לכלוך וחומר ניקוי, ובסופו של דבר גורם ללכלוך ולנושא לנתק. ככל שהחפצים שיש לשטוף אותם והלכלוך שיש להסירו מגוון, שטיפה היא תהליך מורכב מאוד, ותהליך הבסיסי של הכביסה יכול להיות מיוצג על ידי הקשר הפשוט הבא
מנשא • עפר+דטרגנט = מנשא+לכלוך • חומר ניקוי
בדרך כלל ניתן לחלק את תהליך הכביסה לשני שלבים: האחד הוא הפרדת העפר והנשא שלו תחת פעולת חומר ניקוי; השנייה היא שהלכלוך המנותק מתפזר ומושעה במדיום. תהליך הכביסה הוא תהליך הפיך, ולכלוך שמתפזר או מושעה במדיום עשוי גם לזרז את המדיום אל הכביסה. לפיכך, חומר ניקוי מצוין צריך לא רק להיות יכולת לנתק את העפר מהספק, אלא גם להיות יכולת טובה לפזר ולהשעות לכלוך, ולמנוע את הפקדת העפר שוב.
(1) סוגי עפר
אפילו לאותו פריט, סוג, ההרכב וכמות העפר ישתנו בהתאם לסביבת השימוש. לכלוך גוף השמן כולל בעיקר שמנים של בעלי חיים וירקות, כמו גם שמנים מינרליים (כמו נפט גולמי, שמן דלק, זפת פחם וכו '), ואילו לכלוך מוצק כולל בעיקר עשן, אבק, חלודה, שחור פחמן וכו' מבחינת לכלוך לבוש, יש לכלוך מגוף האדם, כמו גם זיעה, סבום, דם וכו '; לכלוך ממזון, כמו כתמי פירות, כתמי שמן אכילים, כתמי תיבול, עמילן וכו '; עפר שהובא על ידי קוסמטיקה, כמו שפתון וליס לק; לכלוך מהאווירה, כמו עשן, אבק, אדמה וכו '; חומרים אחרים כמו דיו, תה, צבע וכו 'ניתן לומר שישנם סוגים שונים ומגוונים.
בדרך כלל ניתן לחלק סוגים שונים של לכלוך לשלוש קטגוריות: לכלוך מוצק, לכלוך נוזלי ולכלוך מיוחד.
① לכלוך מוצק נפוץ כולל חלקיקים כמו אפר, בוץ, אדמה, חלודה ושחור פחמן. לרוב החלקיקים הללו יש מטען פני השטח, לרוב שלילי, והם סופגים בקלות על חפצים סיביים. באופן כללי, עפר מוצק קשה להתמוסס במים, אך ניתן לפזר ולהשביע על ידי פתרונות חומר ניקוי. עפר מוצק עם חלקיקים קטנים קשה להסרה.
② לכלוך נוזלי הוא בעיקר מסיס בשמן, כולל שמנים של בעלי חיים וירקות, חומצות שומן, אלכוהולים שומניים, שמנים מינרליים ותחמוצותיהם. ביניהם, שמנים של בעלי חיים וירקות וחומצות שומן יכולים לעבור סאפונציה עם אלקלי, ואילו אלכוהולים שומניים ושמנים מינרליים אינם מושפעים על ידי אלקלי, אלא יכולים להתמוסס באלכוהולים, אתרים, וממסים אורגניים פחמניים, ולהיכנס לתחום ולפיזור על ידי פתרונות חומר אטרקנטיות. לכלוך נוזלי מסיס בשמן יש בדרך כלל כוח אינטראקציה חזק עם חפצים סיביים וסופגים היטב על סיבים.
③ לכלוך מיוחד כולל חלבון, עמילן, דם, הפרשות אנושיות כמו זיעה, חלב, שתן, כמו גם מיץ פירות, מיץ תה וכו '. מרבית סוגים אלה של לכלוך יכולים לספוג בתוקף על חפצים סיביים באמצעות תגובות כימיות. לכן שטיפה זה די קשה.
לעיתים רחוקות קיימים לעיתים רחוקות סוגים שונים, מעורבבים זה לזה ונסופגים יחד על חפצים. לכלוך יכול לפעמים להתחמצן, להתפרק או להתפרק תחת השפעות חיצוניות, וכתוצאה מכך היווצרות לכלוך חדש.
(2) השפעת ההדבקה של לכלוך
הסיבה שבגדים, ידיים וכו 'יכולים להתלכלך היא מכיוון שיש איזשהו אינטראקציה בין חפצים ללכלוך. ישנן השפעות הדבקה שונות של לכלוך על חפצים, אך הם בעיקר הדבקה פיזית והדבקה כימית.
① ההדבקה הגופנית של אפר סיגריות, אבק, משקעים, שחור פחמן וחומרים אחרים לבגדים. באופן כללי, האינטראקציה בין הלכלוך הדבק לאובייקט המזוהם חלשה יחסית, והסרת הלכלוך היא גם קלה יחסית. על פי כוחות שונים, ניתן לחלק את ההדבקה הגופנית של לכלוך להדבקה מכנית והדבקה אלקטרוסטטית.
ת: הדבקה מכנית מתייחסת בעיקר להדבקה של לכלוך מוצק כמו אבק ומשקעים. הדבקה מכנית היא שיטת הדבקה חלשה ללכלוך, שכמעט ניתנת להסרה בשיטות מכניות פשוטות. עם זאת, כאשר גודל החלקיקים של העפר קטן (<0.1UM), קשה יותר להסיר.
ב: הדבקה אלקטרוסטטית באה לידי ביטוי בעיקר בפעולה של חלקיקי עפר טעונים על חפצים עם מטענים הפוכים. מרבית החפצים הסיביים נושאים מטען שלילי במים ומדבקים בקלות על ידי לכלוך טעון חיובי כמו סיד. יש לכלוך, אף שהוא טעון שלילי, כמו חלקיקים שחורים בפחמן בתמיסות מימיות, יכול לדבוק בסיבים דרך גשרי יונים הנוצרים על ידי יונים חיוביים (כמו Ca2+, Mg2+וכו ') במים (יונים פועלים יחד בין מטענים הפוכים מרובים, פועלים כמו גשרים).
חשמל סטטי חזק יותר מפעולה מכנית פשוטה, מה שמקשה יחסית על הסרת לכלוך.
③ הסרת עפר מיוחד
קשה להסיר חלבון, עמילן, הפרשות אנושיות, מיץ פירות, מיץ תה וסוגים אחרים של לכלוך עם פעילי שטח כלליים ודורשים שיטות טיפול מיוחדות.
כתמי חלבון כמו שמנת, ביצים, דם, חלב והפרשת עור מועדים לקרישה ולדנאטציה על סיבים, ומקפידים בצורה נחרצת יותר. לצורך עיכוב חלבון, ניתן להשתמש בפרוטאז כדי להסיר אותו. הפרוטאז יכול לפרק חלבונים בעפר לחומצות אמינו מסיסות מים או אוליגופפטידים.
כתמי עמילן מגיעים בעיקר מאוכל, בעוד שאחרים כמו מיצי בשר, משחה וכו '. אנזימים עמילנים משפיעים קטליטיים על ההידרוליזה של כתמי עמילן, ומפרקים עמילן לסוכרים.
ליפאז יכול לזרז את הפירוק של כמה טריגליצרידים שקשה להסרה בשיטות קונבנציונאליות, כמו סבום המופרש על ידי גוף האדם, שמנים אכילים וכו ', כדי לפרק טריגליצרידים לגליצרול מסיס וחומצות שומן.
כמה כתמים צבעוניים ממיץ פירות, מיץ תה, דיו, שפתון וכו ', לרוב קשה לנקות ביסודיות גם לאחר שטיפה חוזרת ונשנית. ניתן להסיר סוג זה של כתם על ידי תגובות להפחתת חמצון באמצעות חומרי חמצון או חומרי צמצום כמו אקונומיקה, המפרקים את מבנה הכרומופור או קבוצות הכרומופור ומשפילים אותם לרכיבים קטנים יותר מסיסים במים.
מנקודת המבט של ניקוי יבש, ישנם בערך שלושה סוגים של לכלוך.
① לכלוך מסיס בשמן כולל שמנים ושומנים שונים, שהם נוזלים או שמנוניים ומסיסים בממסים לניקוי יבש.
② לכלוך מסיס במים מסיס בתמיסה מימית, אך אינו מסיס בסוכני ניקוי יבש. זה סופג על בגדים בצורה של תמיסה מימית, ואחרי שהמים מתאדים, משקעים מוצקים גרגירים כמו מלחים אורגניים, עמילן, חלבונים וכו '.
③ עפר בלתי מסיס במי שמן אינו מסיס הן במים והן בממיסים לניקוי יבש, כמו שחור פחמן, סיליקטים מתכתיים שונים ותחמוצות.
בשל התכונות השונות של סוגים שונים של לכלוך, ישנן דרכים שונות להסרת לכלוך במהלך תהליך הניקוי היבש. לכלוך מסיס בשמן, כמו שמנים של בעלי חיים וירקות, שמנים מינרליים ושומנים, מסיסים בקלות בממסים אורגניים וניתן להסיר אותם בקלות במהלך ניקוי יבש. המסיסות המצוינת של ממיסים לניקוי יבש לשמן ושומן נובעת בעיקר מכוחות ואן דר וואלס בין מולקולות.
להסרת לכלוך מסיס במים כמו מלחים אורגניים, סוכרים, חלבונים, זיעה וכו ', יש צורך להוסיף גם כמות מתאימה של מים לחומר הניקוי היבש, אחרת עפר מסיס במים קשה להסיר מהבגדים. אולם קשה להתמוסס למים בסוכני ניקוי יבש, כך כדי להגדיל את כמות המים, יש להוסיף חומרים פעילי שטח. המים הקיימים בחומרים לניקוי יבש יכולים לחות לכלוך ומשטח הבגדים, מה שמקל על אינטראקציה עם קבוצות קוטב של פעילי שטח, מה שמועיל לספיחת פעילי שטח על פני השטח. בנוסף, כאשר חומרים פעילי שטח יוצרים מיקרונים, ניתן למוסת את העפר והמים המסיסים במים למייקל. חומרים פעילי שטח יכולים לא רק להגדיל את תכולת המים בממיסים לניקוי יבש, אלא גם למנוע את התמצית ה- RE של לכלוך כדי לשפר את אפקט הניקוי.
נוכחות של כמות קטנה של מים נחוצה להסרת לכלוך מסיס במים, אך מים מוגזמים יכולים לגרום לעיוות של בגדים מסוימים, לקמט וכו ', כך שתכולת המים בחומר הניקוי היבש חייבת להיות בינונית.
חלקיקים מוצקים כמו אפר, בוץ, אדמה ושחור פחמן, שאינם מסיסים במים ואינם מסיסים בשמן, בדרך כלל דבקים בבגדים על ידי ספיחה אלקטרוסטטית או על ידי שילוב עם כתמי שמן. בניקוי יבש, הזרימה וההשפעה של ממיסים עלולים לגרום לכלוך לספוג על ידי כוחות אלקטרוסטטיים ליפול, בעוד חומרי ניקוי יבשים יכולים להמיס כתמי שמן, ולגרום לחלקיקים מוצקים המשתלבים עם כתמי השמן ולהקפיד על הבגדים ליפול מהסוכן הניקוי היבש. הכמות הקטנה של מים ופעלי שטח בחומר הניקוי היבש יכולה להשעות ביציבות ולפיזור חלקיקי העפר המוצקים הנופלים, ולמנוע מהם להפקיד שוב את הבגדים.
(5) גורמים המשפיעים על אפקט הכביסה
הספיחה הכיוונית של חומרים פעילי שטח בממשק והפחתת המתח השטח (הממשק) הם הגורמים העיקריים להסרת זיהום נוזלי או מוצק. אולם תהליך הכביסה מורכב יחסית, ואפילו השפעת הכביסה של אותו סוג של חומר ניקוי מושפעת מגורמים רבים אחרים. גורמים אלה כוללים ריכוז של חומר ניקוי, טמפרטורה, אופי לכלוך, סוג הסיבים ומבנה הבד.
① ריכוז פעילי שטח
המייקל של פעילי שטח בתמיסה ממלאים תפקיד חשוב בתהליך הכביסה. כאשר הריכוז מגיע לריכוז המייקל הקריטי (CMC), אפקט הכביסה עולה בחדות. לפיכך, ריכוז חומר הניקוי בממס צריך להיות גבוה מערך ה- CMC על מנת להשיג אפקט כביסה טוב. עם זאת, כאשר ריכוז פעילי השטח עולה על ערך ה- CMC, אפקט הכביסה ההולך וגובר הופך להיות פחות משמעותי, והעלייה המופרזת בריכוז פעילי השטח אינה נחוצה.
בעת שימוש במסיסה כדי להסיר כתמי נפט, גם אם הריכוז הוא מעל לערך ה- CMC, אפקט המסיס עדיין עולה עם עליית ריכוז פעילי השטח. בשלב זה, רצוי להשתמש בחומר ניקוי מקומי, כמו למשל על אזיקים וצווארוני בגדים שבהם יש הרבה לכלוך. בעת שטיפה, ניתן ליישם תחילה שכבה של חומר ניקוי כדי לשפר את השפעת המסיסות של פעילי שטח על כתמי נפט.
② לטמפרטורה יש השפעה משמעותית על אפקט הניקוי. בסך הכל, העלאת הטמפרטורה מועילה להסרת לכלוך, אך לעיתים טמפרטורה מוגזמת יכולה גם לגרום לגורמים שליליים.
עלייה בטמפרטורה מועילה להתפשטות לכלוך. כתמי שמן מוצקים נחשפים בקלות כאשר הטמפרטורה היא מעל נקודת ההיתוך שלהם, וסיבים גם מגדילים את מידת ההתרחבות שלהם בגלל עליית הטמפרטורה. גורמים אלה מועילים כולם להסרת לכלוך. עם זאת, עבור בדים צמודים, פערי המיקרו בין סיבים מופחתים לאחר התפשטות הסיבים, שאינה תורמת להסרת לכלוך.
שינויי טמפרטורה משפיעים גם על המסיסות, ערך CMC וגודל המייקל של פעילי שטח, ובכך משפיעים על אפקט הכביסה. פעילי שטח של שרשרת פחמן ארוכה הם בעלי מסיסות נמוכה יותר בטמפרטורות נמוכות, ולעתים אפילו מסיסות נמוכה יותר מערך ה- CMC. במקרה זה, יש להגדיל את טמפרטורת הכביסה כראוי. השפעת הטמפרטורה על ערך ה- CMC וגודל Micelle שונה עבור פעילי שטח יוניים ולא יוניים. עבור פעילי שטח יוניים, עלייה בטמפרטורה מובילה בדרך כלל לעלייה בערך CMC ולירידה בגודל המייקל. המשמעות היא שיש להגדיל את ריכוז פעילי השטח בתמיסת הכביסה. עבור פעילי שטח שאינם יוניים, עליית הטמפרטורה מביאה לירידה בערך ה- CMC שלהם ולעלייה משמעותית בגודל המייקל שלהם. ניתן לראות כי העלאת טמפרטורה הגדלה כראוי יכולה לעזור לחומרים פעילי שטח שאינם יוניים להפעיל את פעילות השטח שלהם. אך הטמפרטורה לא צריכה לעלות על נקודת הענן שלה.
בקיצור, טמפרטורת הכביסה המתאימה ביותר קשורה לנוסחה של חומר הניקוי ולאובייקט נשטף. בחלק מהדקוי החומרי יש השפעות ניקוי טובות בטמפרטורת החדר, בעוד שחלק מהדומנים יש השפעות ניקוי שונות באופן משמעותי על שטיפה קרה וחמה.
③ קצף
אנשים לעתים קרובות מבלבלים בין יכולת הקצפה עם אפקט שטיפה, מתוך אמונה שלדקוי חומר ניקוי עם יכולת קצף חזקה יש השפעות כביסה טובות יותר. התוצאות מראות כי אפקט הכביסה אינו קשור ישירות לכמות הקצף. לדוגמה, שימוש בחומר ניקוי קצף נמוך לכביסה אין השפעה גרועה יותר בכביסה מאשר חומר ניקוי מקציף גבוה.
למרות שהקצף אינו קשור ישירות לכביסה, קצף עדיין מועיל להסיר לכלוך במצבים מסוימים. לדוגמה, הקצף של נוזל הכביסה יכול להוביל את טיפות השמן בעת שטיפת כלים ביד. בעת קרצוף השטיח, קצף יכול גם לקחת חלקיקי עפר מוצקים כמו אבק. אבק מהווה חלק גדול מלכלוך השטיח, ולכן ניקוי שטיחים צריך להיות בעל יכולת קצף מסוימת.
כוח קצף חשוב גם לשמפו. הקצף העדין המיוצר על ידי הנוזל בעת שטיפת שיער או רחצה גורם לאנשים להרגיש בנוח.
④ סוגים של סיבים ותכונות פיזיות של טקסטיל
בנוסף למבנה הכימי של סיבים המשפיעים על הידבקות והסרת לכלוך, למראה הסיבים והמבנה הארגוני של חוטים ובדים משפיעים גם הם על הקושי בהסרת הלכלוך.
מאזני סיבי הצמר והרצועה השטוחה כמו מבנה של סיבי כותנה נוטים יותר לצבור לכלוך מאשר סיבים חלקים. לדוגמה, קל להסרה, שחור פחמן דבק בסרט תאית (סרט דבק), ואילו שחור פחמן דבק בבד כותנה קשה לשטוף. לדוגמה, בדים של סיבים קצרים פוליאסטר נוטים יותר לצבירת כתמי שמן מאשר בדי סיבים ארוכים, וכתמי השמן על בדי סיבים קצרים קשים יותר להסרה מאלה שבבדי סיבים ארוכים.
חוטים מעוותים היטב ובדים הדוקים, בגלל פערי המיקרו הקטנים בין סיבים, יכולים לעמוד בפני פלישת לכלוך, אך גם למנוע מתמיסת הניקוי הסרת לכלוך פנימי. לכן, לבדים צמודים יש התנגדות טובה ללכלוך בהתחלה, אך קשה גם לנקות לאחר מזוהם.
⑤ קשיות המים
לריכוז יוני המתכת כמו Ca2+ו- Mg2+במים יש השפעה משמעותית על אפקט הכביסה, במיוחד כאשר חומרים פעילי שטח אניוניים נתקלים ב- Ca2+ו- Mg2+ליצירת מלחי סידן ומגנזיום עם מסיסות לקויה, שיכולים להפחית את יכולת הניקוי שלהם. גם אם ריכוז פעילי השטח עשירים במים קשים, השפעת הניקוי שלהם עדיין גרועה בהרבה מאשר בזיקוק. כדי להשיג את אפקט הכביסה הטוב ביותר של פעילי שטח, יש להפחית את ריכוז יוני Ca2+במים מתחת ל- 1 × 10-6mol/L (יש להפחית את CACO3 ל 0.1 mg/l). זה דורש הוספת מרככים שונים לחומר ניקוי.
זמן הודעה: אוגוסט 16-2024