1. Ketegangan permukaan
Daya penguncupan per unit panjang pada permukaan cecair dipanggil tegangan permukaan, diukur dalam N • m-1.
2. Aktiviti permukaan dan surfaktan
Sifat yang boleh mengurangkan tegangan permukaan pelarut dipanggil aktiviti permukaan, dan bahan dengan aktiviti permukaan dipanggil bahan aktif permukaan.
Surfaktan merujuk kepada bahan aktif permukaan yang boleh membentuk misel dan agregat lain dalam larutan akueus, mempunyai aktiviti permukaan yang tinggi, dan juga mempunyai fungsi membasahkan, mengemulsi, berbuih, mencuci dan lain-lain.
3. Ciri-ciri struktur molekul surfaktan
Surfaktan ialah sebatian organik dengan struktur dan sifat khas yang boleh mengubah secara ketara ketegangan antara muka antara dua fasa atau tegangan permukaan cecair (biasanya air), dan mempunyai sifat seperti membasahkan, berbuih, pengemulsi, dan pencucian.
Dari segi struktur, surfaktan berkongsi ciri umum yang mengandungi dua kumpulan berfungsi berbeza dalam molekulnya. Satu hujung ialah kumpulan bukan kutub rantai panjang yang larut dalam minyak tetapi tidak larut dalam air, dikenali sebagai kumpulan hidrofobik atau kumpulan hidrofobik. Kumpulan hidrofobik ini secara amnya adalah hidrokarbon rantai panjang, kadangkala juga fluorin organik, organosilikon, organophosphorus, rantai organotin, dan lain-lain. Hujung satu lagi ialah kumpulan berfungsi larut air, iaitu kumpulan hidrofilik atau kumpulan hidrofilik. Kumpulan hidrofilik mesti mempunyai hidrofilik yang mencukupi untuk memastikan keseluruhan surfaktan larut dalam air dan mempunyai keterlarutan yang diperlukan. Oleh kerana kehadiran kumpulan hidrofilik dan hidrofobik dalam surfaktan, mereka boleh larut dalam sekurang-kurangnya satu fasa fasa cecair. Sifat hidrofilik dan oleofilik surfaktan dipanggil amphifilisiti.
4.Jenis surfaktan
Surfaktan ialah molekul amphiphilic yang mempunyai kedua-dua kumpulan hidrofobik dan hidrofilik. Kumpulan surfaktan hidrofobik biasanya terdiri daripada hidrokarbon rantai panjang, seperti alkil rantai lurus C8-C20, alkil rantai bercabang C8-C20, alkilfenil (dengan 8-16 atom karbon alkil), dsb. Perbezaan dalam kumpulan hidrofobik terutamanya terletak pada perubahan struktur rantaian karbon yang lebih banyak hidrofilik, manakala terdapat perbezaan yang agak kecil bagi kumpulan hidrofilik. Oleh itu, sifat surfaktan terutamanya berkaitan dengan kumpulan hidrofilik sebagai tambahan kepada saiz dan bentuk kumpulan hidrofobik. Perubahan struktur kumpulan hidrofilik adalah lebih besar daripada kumpulan hidrofobik, jadi klasifikasi surfaktan secara amnya berdasarkan struktur kumpulan hidrofilik. Pengelasan ini terutamanya berdasarkan sama ada kumpulan hidrofilik adalah ionik, membahagikannya kepada jenis surfaktan anionik, kationik, bukan ionik, zwitterionik dan lain-lain.
5. Ciri-ciri larutan akueus surfaktan
① Penjerapan surfaktan pada antara muka
Molekul surfaktan mempunyai kumpulan lipofilik dan hidrofilik, menjadikannya molekul amphifilik. Air adalah cecair yang sangat kutub. Apabila surfaktan larut dalam air, mengikut prinsip persamaan kekutuban dan tolakan perbezaan kekutuban, kumpulan hidrofilik mereka tertarik kepada fasa air dan larut dalam air, manakala kumpulan lipofilik mereka menolak air dan meninggalkan air. Akibatnya, molekul surfaktan (atau ion) terserap pada antara muka antara dua fasa, mengurangkan ketegangan antara muka antara dua fasa. Lebih banyak molekul surfaktan (atau ion) terserap pada antara muka, semakin besar penurunan ketegangan antara muka.
② Beberapa sifat membran penjerapan
Tekanan permukaan membran penjerapan: Surfaktan menjerap pada antara muka gas-cecair untuk membentuk membran penjerapan. Jika plat terapung alih tanpa geseran diletakkan pada antara muka dan plat terapung menolak membran penjerapan di sepanjang permukaan larutan, membran itu mengenakan tekanan pada plat terapung, yang dipanggil tekanan permukaan.
Kelikatan permukaan: Seperti tekanan permukaan, kelikatan permukaan adalah sifat yang ditunjukkan oleh filem molekul tidak larut. Gantungkan cincin platinum dengan wayar logam nipis, buat satahnya menyentuh permukaan air singki, putar cincin platinum, cincin platinum dihalang oleh kelikatan air, dan amplitud secara beransur-ansur melemahkan, mengikut mana kelikatan permukaan boleh diukur. Kaedahnya ialah: mula-mula menjalankan eksperimen pada permukaan air tulen, ukur pengecilan amplitud, kemudian ukur pengecilan selepas pembentukan topeng muka permukaan, dan kirakan kelikatan topeng muka permukaan daripada perbezaan antara kedua-duanya.
Kelikatan permukaan berkait rapat dengan ketegasan topeng muka permukaan. Oleh kerana filem penjerapan mempunyai tekanan permukaan dan kelikatan, ia mestilah elastik. Semakin tinggi tekanan permukaan dan kelikatan membran penjerapan, semakin besar modulus keanjalannya. Modulus keanjalan filem penjerapan permukaan adalah sangat penting dalam proses penstabilan buih.
③ Pembentukan misel
Larutan cair surfaktan mengikut hukum penyelesaian ideal. Jumlah penjerapan surfaktan pada permukaan larutan meningkat dengan kepekatan larutan. Apabila kepekatan mencapai atau melebihi nilai tertentu, jumlah penjerapan tidak lagi meningkat. Molekul surfaktan yang berlebihan dalam larutan ini tidak bercelaru atau wujud secara teratur. Kedua-dua amalan dan teori telah menunjukkan bahawa ia membentuk agregat dalam larutan, yang dipanggil misel.
Kepekatan misel kritikal: Kepekatan minimum di mana surfaktan membentuk misel dalam larutan dipanggil kepekatan misel kritikal.
④ Nilai CMC surfaktan biasa.
6. Nilai keseimbangan hidrofilik dan oleofilik
HLB bermaksud keseimbangan lipofilik hidrofilik, yang mewakili nilai keseimbangan hidrofilik dan lipofilik kumpulan hidrofilik dan lipofilik surfaktan, iaitu nilai HLB surfaktan. Nilai HLB yang tinggi menunjukkan hidrofilisiti kuat dan lipofilisiti lemah molekul; Sebaliknya, ia mempunyai lipofilisiti kuat dan hidrofilisiti lemah.
① Peraturan mengenai Nilai HLB
Nilai HLB ialah nilai relatif, jadi apabila merumuskan nilai HLB, sebagai standard, nilai HLB parafin tanpa sifat hidrofilik ditetapkan kepada 0, manakala nilai HLB natrium dodesil sulfat dengan keterlarutan air yang kuat ditetapkan kepada 40. Oleh itu, nilai HLB surfaktan secara amnya berada dalam julat 1-40. Secara umumnya, pengemulsi dengan nilai HLB kurang daripada 10 adalah lipofilik, manakala pengemulsi dengan nilai HLB lebih daripada 10 adalah hidrofilik. Oleh itu, titik perubahan daripada lipofilis kepada hidrofilis adalah lebih kurang 10.
7. Kesan pengemulsi dan pelarutan
Dua cecair yang tidak bercampur, satu terbentuk dengan menyebarkan zarah (titisan atau hablur cecair) dalam satu lagi, dipanggil emulsi. Apabila membentuk emulsi, kawasan antara muka antara dua cecair meningkat, menjadikan sistem tidak stabil secara termodinamik. Untuk menstabilkan emulsi, komponen ketiga - pengemulsi - perlu ditambah untuk mengurangkan tenaga antara muka sistem. Pengemulsi tergolong dalam surfaktan, dan fungsi utamanya adalah untuk bertindak sebagai pengemulsi. Fasa di mana titisan wujud dalam emulsi dipanggil fasa tersebar (atau fasa dalaman, fasa terputus), dan fasa lain yang disambungkan bersama dipanggil medium tersebar (atau fasa luaran, fasa berterusan).
① Pengemulsi dan emulsi
Emulsi biasa terdiri daripada satu fasa air atau larutan akueus, dan fasa lain sebatian organik yang tidak boleh larut dengan air, seperti minyak, lilin, dll. Emulsi yang dibentuk oleh air dan minyak boleh dibahagikan kepada dua jenis berdasarkan penyebarannya: minyak yang tersebar dalam air membentuk air dalam emulsi minyak, diwakili oleh O/W (minyak/air); air yang tersebar dalam minyak membentuk air dalam emulsi minyak, diwakili oleh W/O (air/minyak). Selain itu, air kompleks dalam minyak dalam air W/O/W dan minyak dalam air dalam emulsi O/W/O minyak juga boleh terbentuk.
Pengemulsi menstabilkan emulsi dengan mengurangkan ketegangan antara muka dan membentuk topeng muka monolayer.
Keperluan untuk pengemulsi dalam pengemulsi: a: pengemulsi mesti boleh menjerap atau memperkaya pada antara muka antara dua fasa, mengurangkan ketegangan antara muka; b: Pengemulsi mesti memberikan zarah cas elektrik, menyebabkan tolakan elektrostatik antara zarah atau membentuk filem pelindung yang stabil dan likat di sekeliling zarah. Jadi, bahan yang digunakan sebagai pengemulsi mesti mempunyai kumpulan amphiphilic untuk mempunyai kesan pengemulsi, dan surfaktan boleh memenuhi keperluan ini.
② Kaedah penyediaan emulsi dan faktor yang mempengaruhi kestabilan emulsi
Terdapat dua kaedah untuk menyediakan emulsi: satu ialah menggunakan kaedah mekanikal untuk menyebarkan cecair kepada zarah-zarah kecil dalam cecair lain, yang biasanya digunakan dalam industri untuk menyediakan emulsi; Kaedah lain ialah melarutkan cecair dalam keadaan molekul dalam cecair lain dan kemudian biarkan ia beragregat dengan sewajarnya untuk membentuk emulsi.
Kestabilan emulsi merujuk kepada keupayaan mereka untuk menentang pengagregatan zarah dan menyebabkan pemisahan fasa. Emulsi adalah sistem termodinamik yang tidak stabil dengan tenaga bebas yang ketara. Oleh itu, kestabilan emulsi sebenarnya merujuk kepada masa yang diperlukan untuk sistem mencapai keseimbangan, iaitu, masa yang diperlukan untuk cecair dalam sistem untuk memisahkan.
Apabila terdapat molekul organik polar seperti alkohol lemak, asid lemak dan amina lemak dalam topeng muka, kekuatan membran meningkat dengan ketara. Ini kerana molekul pengemulsi dalam lapisan penjerapan antara muka berinteraksi dengan molekul polar seperti alkohol, asid dan amina untuk membentuk "kompleks", yang meningkatkan kekuatan topeng muka antara muka.
Pengemulsi yang terdiri daripada dua atau lebih surfaktan dipanggil pengemulsi campuran. Pengemulsi campuran menjerap pada antara muka air/minyak, dan interaksi antara molekul boleh membentuk kompleks. Oleh kerana interaksi antara molekul yang kuat, ketegangan antara muka berkurangan dengan ketara, jumlah pengemulsi yang terserap pada antara muka meningkat dengan ketara, dan ketumpatan dan kekuatan topeng muka antara muka yang terbentuk meningkat.
Caj titisan mempunyai kesan yang ketara ke atas kestabilan emulsi. Emulsi stabil biasanya mempunyai titisan dengan cas elektrik. Apabila menggunakan pengemulsi ionik, ion pengemulsi yang terjerap pada antara muka memasukkan kumpulan lipofilik mereka ke dalam fasa minyak, manakala kumpulan hidrofilik berada dalam fasa air, dengan itu menjadikan titisan bercas. Disebabkan fakta bahawa titisan emulsi membawa cas yang sama, mereka menolak satu sama lain dan tidak mudah terkumpul, mengakibatkan peningkatan kestabilan. Ia boleh dilihat bahawa lebih banyak ion pengemulsi terserap pada titisan, lebih besar casnya, dan lebih besar keupayaannya untuk menghalang penggabungan titisan, menjadikan sistem emulsi lebih stabil.
Kelikatan medium penyebaran emulsi mempunyai kesan tertentu ke atas kestabilan emulsi. Secara amnya, semakin tinggi kelikatan medium penyebaran, semakin tinggi kestabilan emulsi. Ini kerana kelikatan medium penyebaran adalah tinggi, yang sangat menghalang gerakan Brownian titisan cecair, memperlahankan perlanggaran antara titisan, dan memastikan sistem stabil. Bahan polimer yang biasanya larut dalam emulsi boleh meningkatkan kelikatan sistem dan meningkatkan kestabilan emulsi. Di samping itu, polimer juga boleh membentuk topeng muka antara muka pepejal, menjadikan sistem emulsi lebih stabil.
Dalam sesetengah kes, menambah serbuk pepejal juga boleh menstabilkan emulsi. Serbuk pepejal tidak berada di dalam air, minyak atau di antara muka, bergantung kepada keupayaan membasahkan minyak dan air pada serbuk pepejal. Jika serbuk pepejal tidak dibasahi sepenuhnya oleh air dan boleh dibasahi dengan minyak, ia akan kekal di antara muka minyak air.
Sebab serbuk pepejal tidak menstabilkan emulsi ialah serbuk yang terkumpul di antara muka tidak menguatkan topeng muka antara muka, yang serupa dengan molekul pengemulsi penjerapan antara muka. Oleh itu, semakin rapat zarah serbuk pepejal disusun pada antara muka, semakin stabil emulsi itu.
Surfaktan mempunyai keupayaan untuk meningkatkan dengan ketara keterlarutan sebatian organik yang tidak larut atau sedikit larut dalam air selepas membentuk misel dalam larutan akueus, dan larutannya adalah telus pada masa ini. Kesan misel ini dipanggil pelarutan. Surfaktan yang boleh menghasilkan kesan pelarut dipanggil pelarut, dan sebatian organik yang terlarut dipanggil sebatian terlarut.
8. Buih
Buih memainkan peranan penting dalam proses mencuci. Buih merujuk kepada sistem penyebaran di mana gas tersebar dalam cecair atau pepejal. Gas ialah fasa serakan, dan cecair atau pepejal adalah medium serakan. Yang pertama dipanggil buih cecair, manakala yang kedua dipanggil buih pepejal, seperti plastik buih, kaca buih, simen buih, dll.
(1) Pembentukan buih
Buih di sini merujuk kepada pengagregatan gelembung yang dipisahkan oleh filem cecair. Oleh kerana perbezaan besar dalam ketumpatan antara fasa tersebar (gas) dan medium tersebar (cecair), dan kelikatan cecair yang rendah, buih sentiasa boleh naik ke paras cecair dengan cepat.
Proses pembentukan buih adalah untuk membawa sejumlah besar gas ke dalam cecair, dan gelembung dalam cecair kembali ke permukaan cecair dengan cepat, membentuk agregat gelembung yang dipisahkan oleh sejumlah kecil cecair dan gas
Buih mempunyai dua ciri yang luar biasa dalam morfologi: satu ialah gelembung sebagai fasa tersebar selalunya polyhedral, kerana di persimpangan gelembung, terdapat kecenderungan untuk filem cecair menjadi lebih nipis, menjadikan gelembung polyhedral. Apabila filem cecair menjadi lebih nipis pada tahap tertentu, gelembung akan pecah; Kedua, cecair tulen tidak boleh membentuk buih yang stabil, tetapi cecair yang boleh membentuk buih sekurang-kurangnya dua atau lebih komponen. Larutan berair surfaktan adalah sistem biasa yang mudah menghasilkan buih, dan keupayaannya untuk menghasilkan buih juga berkaitan dengan sifat lain.
Surfaktan dengan keupayaan berbuih yang baik dipanggil agen berbuih. Walaupun agen berbuih mempunyai keupayaan buih yang baik, buih yang terbentuk mungkin tidak dapat dikekalkan untuk masa yang lama, iaitu, kestabilannya mungkin tidak baik. Untuk mengekalkan kestabilan buih, bahan yang boleh meningkatkan kestabilan buih sering ditambah kepada agen berbuih, yang dipanggil penstabil buih. Penstabil buih yang biasa digunakan ialah lauroyl dietanolamine dan dodecyl dimethyl amine oxide.
(2) Kestabilan buih
Buih ialah sistem yang tidak stabil secara termodinamik, dan trend terakhir ialah jumlah luas permukaan cecair dalam sistem berkurangan dan tenaga bebas berkurangan selepas pecah gelembung. Proses penyahbuih ialah proses di mana filem cecair yang memisahkan gas menukar ketebalan sehingga ia pecah. Oleh itu, kestabilan buih terutamanya ditentukan oleh kelajuan pelepasan cecair dan kekuatan filem cecair. Terdapat beberapa faktor lain yang mempengaruhi.
① Ketegangan permukaan
Dari sudut pandangan tenaga, tegangan permukaan yang rendah adalah lebih baik untuk pembentukan buih, tetapi ia tidak dapat menjamin kestabilan buih. Ketegangan permukaan yang rendah, perbezaan tekanan rendah, kelajuan pelepasan cecair yang perlahan, dan penipisan filem cecair yang perlahan adalah kondusif untuk kestabilan buih.
② Kelikatan permukaan
Faktor utama yang menentukan kestabilan buih ialah kekuatan filem cecair, yang terutamanya ditentukan oleh ketegasan filem penjerapan permukaan, diukur oleh kelikatan permukaan. Eksperimen menunjukkan bahawa buih yang dihasilkan oleh larutan dengan kelikatan permukaan yang lebih tinggi mempunyai hayat yang lebih lama. Ini kerana interaksi antara molekul terjerap pada permukaan membawa kepada peningkatan kekuatan membran, sekali gus meningkatkan hayat buih.
③ Kelikatan larutan
Apabila kelikatan cecair itu sendiri meningkat, cecair dalam filem cecair tidak mudah dilepaskan, dan kelajuan penipisan ketebalan filem cecair adalah perlahan, yang melambatkan masa pecah filem cecair dan meningkatkan kestabilan buih.
④ Kesan 'membaiki' tegangan permukaan
Surfaktan yang terjerap pada permukaan filem cecair mempunyai keupayaan untuk menahan pengembangan atau pengecutan permukaan filem cecair, yang kita rujuk sebagai kesan pembaikan. Ini kerana terdapat filem cecair surfaktan terserap pada permukaan, dan meluaskan kawasan permukaannya akan mengurangkan kepekatan molekul terjerap permukaan dan meningkatkan ketegangan permukaan. Mengembangkan lagi permukaan akan memerlukan usaha yang lebih besar. Sebaliknya, pengecutan luas permukaan akan meningkatkan kepekatan molekul terjerap pada permukaan, mengurangkan ketegangan permukaan dan menghalang pengecutan selanjutnya.
⑤ Resapan gas melalui filem cecair
Oleh kerana kewujudan tekanan kapilari, tekanan gelembung kecil dalam buih adalah lebih tinggi daripada gelembung besar, yang akan menyebabkan gas dalam gelembung kecil meresap ke dalam gelembung besar tekanan rendah melalui filem cecair, mengakibatkan fenomena bahawa gelembung kecil menjadi lebih kecil, gelembung besar menjadi lebih besar, dan akhirnya buih pecah. Jika surfaktan ditambah, buih akan menjadi seragam dan padat apabila berbuih, dan ia tidak mudah untuk dinyahbuih. Oleh kerana surfaktan tersusun rapat pada filem cecair, ia sukar untuk dialihkan, yang menjadikan buih lebih stabil.
⑥ Pengaruh cas permukaan
Jika filem cecair buih dicas dengan simbol yang sama, kedua-dua permukaan filem cecair akan menolak antara satu sama lain, menghalang filem cecair daripada menipis atau bahkan kemusnahan. Surfaktan ionik boleh memberikan kesan penstabilan ini.
Kesimpulannya, kekuatan filem cecair adalah faktor utama untuk menentukan kestabilan buih. Sebagai surfaktan untuk agen berbuih dan penstabil buih, keketatan dan ketegasan molekul terjerap permukaan adalah faktor yang paling penting. Apabila interaksi antara molekul terjerap di permukaan adalah kuat, molekul terjerap disusun rapat, yang bukan sahaja menjadikan topeng muka permukaan itu sendiri mempunyai kekuatan yang tinggi, tetapi juga menjadikan penyelesaian bersebelahan dengan topeng muka permukaan sukar untuk mengalir kerana kelikatan permukaan yang tinggi, jadi agak sukar untuk filem cecair mengalir, dan ketebalan filem cecair mudah dikekalkan. Selain itu, molekul permukaan yang tersusun rapat juga boleh mengurangkan kebolehtelapan molekul gas dan seterusnya meningkatkan kestabilan buih.
(3) Pemusnahan buih
Prinsip asas memusnahkan buih adalah untuk mengubah keadaan untuk menghasilkan buih atau menghapuskan faktor kestabilan buih, jadi terdapat dua kaedah penyahbuih, fizikal dan kimia.
Penyahbuih fizikal adalah untuk mengubah keadaan di mana buih dijana sambil mengekalkan komposisi kimia larutan buih tidak berubah. Sebagai contoh, gangguan daya luaran, perubahan suhu atau tekanan dan rawatan ultrasonik adalah semua kaedah fizikal yang berkesan untuk menghilangkan buih.
Kaedah penyahbuih kimia adalah untuk menambah beberapa bahan untuk berinteraksi dengan agen berbuih, mengurangkan kekuatan filem cecair dalam buih, dan kemudian mengurangkan kestabilan buih untuk mencapai tujuan penyahbuih. Bahan sedemikian dipanggil defoamers. Kebanyakan defoamer adalah surfaktan. Oleh itu, mengikut mekanisme penyahbuih, penyahbuih harus mempunyai keupayaan yang kuat untuk mengurangkan ketegangan permukaan, mudah diserap pada permukaan, dan mempunyai interaksi yang lemah antara molekul terjerap permukaan, menghasilkan struktur susunan molekul terjerap yang agak longgar.
Terdapat pelbagai jenis defoamer, tetapi kebanyakannya adalah surfaktan bukan ionik. Surfaktan bukan ionik mempunyai sifat anti berbuih berhampiran atau di atas titik awannya dan biasanya digunakan sebagai penyahbuih. Alkohol, terutamanya yang mempunyai struktur bercabang, asid lemak dan ester, poliamida, fosfat, minyak silikon, dsb., juga biasa digunakan sebagai penyahbuih yang sangat baik.
(4) Buih dan basuh
Tiada hubungan langsung antara buih dan kesan pencucian, dan jumlah buih tidak bermakna kesan pencucian itu baik atau buruk. Sebagai contoh, prestasi berbuih surfaktan bukan ionik jauh lebih rendah daripada sabun, tetapi kuasa pembersihannya jauh lebih baik daripada sabun.
Dalam sesetengah kes, buih membantu dalam mengeluarkan kotoran. Sebagai contoh, apabila mencuci pinggan mangkuk di rumah, buih detergen boleh menghilangkan titisan minyak yang tercuci; Apabila menyental permaidani, buih membantu menghilangkan kotoran pepejal seperti habuk dan serbuk. Di samping itu, buih kadang-kadang boleh digunakan sebagai tanda sama ada detergen berkesan, kerana kotoran minyak berlemak boleh menghalang buih detergen. Apabila terdapat terlalu banyak kesan minyak dan terlalu sedikit detergen, tidak akan ada buih atau buih asal akan hilang. Kadangkala, buih juga boleh digunakan sebagai penunjuk sama ada bilasan itu bersih. Oleh kerana jumlah buih dalam larutan pembilasan cenderung berkurangan dengan penurunan kandungan detergen, tahap pembilasan boleh dinilai dengan jumlah buih.
9. Proses mencuci
Dalam erti kata yang luas, mencuci ialah proses mengeluarkan komponen yang tidak diingini daripada objek yang dibasuh dan mencapai tujuan tertentu. Mencuci dalam erti kata biasa merujuk kepada proses mengeluarkan kotoran dari permukaan pembawa. Semasa mencuci, interaksi antara kotoran dan pembawa dilemahkan atau disingkirkan melalui tindakan beberapa bahan kimia (seperti detergen), mengubah gabungan kotoran dan pembawa kepada gabungan kotoran dan detergen, akhirnya menyebabkan kotoran dan pembawa tertanggal. Memandangkan objek yang hendak dicuci dan kotoran yang hendak dibuang adalah pelbagai, mencuci adalah satu proses yang sangat kompleks, dan proses asas mencuci boleh diwakili oleh hubungan mudah berikut
Pembawa • Kotoran+Detergen=Pembawa+Kotoran • Detergen
Proses mencuci biasanya boleh dibahagikan kepada dua peringkat: satu ialah pengasingan kotoran dan pembawanya di bawah tindakan detergen; Yang kedua ialah kotoran yang tertanggal tersebar dan terampai dalam medium. Proses membasuh adalah proses boleh balik, dan kotoran yang tersebar atau terampai dalam medium juga mungkin memendak dari medium ke pakaian. Oleh itu, detergen yang sangat baik bukan sahaja mempunyai keupayaan untuk menanggalkan kotoran daripada pembawa, tetapi juga mempunyai keupayaan yang baik untuk menyebarkan dan menangguhkan kotoran, dan menghalang kotoran daripada memendap semula.
(1) Jenis kotoran
Walaupun untuk item yang sama, jenis, komposisi dan kuantiti kotoran akan berbeza-beza bergantung pada persekitaran penggunaan. Kotoran badan minyak terutamanya termasuk minyak haiwan dan sayuran, serta minyak mineral (seperti minyak mentah, minyak bahan api, tar arang batu, dll.), manakala kotoran pepejal terutamanya termasuk asap, habuk, karat, karbon hitam, dll. Dari segi kotoran pakaian, terdapat kotoran dari badan manusia, seperti peluh, sebum, darah, dll; Kotoran daripada makanan, seperti kotoran buah, kotoran minyak yang boleh dimakan, kesan perasa, kanji, dll; Kotoran yang dibawa oleh kosmetik, seperti gincu dan pengilat kuku; Kotoran dari atmosfera, seperti asap, habuk, tanah, dll; Bahan-bahan lain seperti dakwat, teh, cat dan lain-lain. Boleh dikatakan ada pelbagai dan pelbagai jenis.
Pelbagai jenis kotoran biasanya boleh dibahagikan kepada tiga kategori: kotoran pepejal, kotoran cecair, dan kotoran khas.
① Kotoran pepejal biasa termasuk zarah seperti abu, lumpur, tanah, karat dan karbon hitam. Kebanyakan zarah ini mempunyai cas permukaan, kebanyakannya negatif, dan mudah diserap ke objek berserabut. Secara amnya, kotoran pepejal sukar larut dalam air, tetapi boleh tersebar dan terampai dengan larutan detergen. Kotoran pepejal dengan zarah kecil sukar ditanggalkan.
② Kotoran cecair kebanyakannya larut dalam minyak, termasuk minyak haiwan dan sayuran, asid lemak, alkohol lemak, minyak mineral dan oksidanya. Antaranya, minyak haiwan dan sayur-sayuran dan asid lemak boleh mengalami saponifikasi dengan alkali, manakala alkohol lemak dan minyak mineral tidak disaponifikasi oleh alkali, tetapi boleh larut dalam alkohol, eter, dan pelarut organik hidrokarbon, dan diemulsikan dan disebarkan oleh larutan akueus detergen. Kotoran cecair larut minyak umumnya mempunyai daya interaksi yang kuat dengan objek berserabut dan menjerap dengan kuat pada gentian.
③ Kotoran istimewa termasuk protein, kanji, darah, rembesan manusia seperti peluh, sebum, air kencing, serta jus buah, jus teh, dll. Kebanyakan jenis kotoran ini boleh menyerap dengan kuat ke objek berserabut melalui tindak balas kimia. Oleh itu, membasuhnya agak sukar.
Pelbagai jenis kotoran jarang wujud bersendirian, sering bercampur dan terserap bersama pada objek. Kotoran kadangkala boleh mengoksida, mengurai, atau mereput di bawah pengaruh luar, mengakibatkan pembentukan kotoran baru.
(2) Kesan lekatan kotoran
Sebab pakaian, tangan dan lain-lain boleh menjadi kotor adalah kerana terdapat beberapa jenis interaksi antara objek dan kotoran. Terdapat pelbagai kesan lekatan kotoran pada objek, tetapi ia terutamanya lekatan fizikal dan lekatan kimia.
① Lekatan fizikal abu rokok, habuk, sedimen, karbon hitam, dan bahan lain pada pakaian. Secara umumnya, interaksi antara kotoran yang melekat dan objek yang tercemar adalah agak lemah, dan penyingkiran kotoran juga agak mudah. Mengikut daya yang berbeza, lekatan fizikal kotoran boleh dibahagikan kepada lekatan mekanikal dan lekatan elektrostatik.
A: Lekatan mekanikal terutamanya merujuk kepada lekatan kotoran pepejal seperti habuk dan sedimen. Lekatan mekanikal adalah kaedah lekatan yang lemah untuk kotoran, yang hampir boleh dikeluarkan dengan kaedah mekanikal yang mudah. Walau bagaimanapun, apabila saiz zarah kotoran adalah kecil (<0.1um), ia lebih sukar untuk dikeluarkan.
B: Lekatan elektrostatik terutamanya ditunjukkan oleh tindakan zarah kotoran bercas pada objek dengan caj bertentangan. Kebanyakan objek berserabut membawa cas negatif di dalam air dan mudah dilekatkan oleh kotoran bercas positif seperti kapur. Sesetengah kotoran, walaupun bercas negatif, seperti zarah karbon hitam dalam larutan akueus, boleh melekat pada gentian melalui jambatan ion yang dibentuk oleh ion positif (seperti Ca2+, Mg2+, dll.) dalam air (ion bertindak bersama antara berbilang cas bertentangan, bertindak seperti jambatan).
Elektrik statik lebih kuat daripada tindakan mekanikal mudah, menjadikannya agak sukar untuk menanggalkan kotoran.
③ Menanggalkan kotoran khas
Protein, kanji, rembesan manusia, jus buah-buahan, jus teh dan jenis kotoran lain sukar dibuang dengan surfaktan am dan memerlukan kaedah rawatan khas.
Noda protein seperti krim, telur, darah, susu dan najis kulit terdedah kepada pembekuan dan denaturasi pada gentian, dan melekat dengan lebih kukuh. Untuk pengotoran protein, protease boleh digunakan untuk mengeluarkannya. Protease boleh memecahkan protein dalam kotoran kepada asid amino larut air atau oligopeptida.
Noda kanji terutamanya berasal dari makanan, manakala yang lain seperti jus daging, pes, dll. Enzim kanji mempunyai kesan pemangkin pada hidrolisis kotoran kanji, memecahkan kanji menjadi gula.
Lipase boleh memangkinkan penguraian beberapa trigliserida yang sukar disingkirkan dengan kaedah konvensional, seperti sebum yang dirembeskan oleh tubuh manusia, minyak yang boleh dimakan, dsb., untuk memecahkan trigliserida kepada gliserol dan asid lemak larut.
Sesetengah kotoran berwarna daripada jus buah, jus teh, dakwat, gincu, dsb. selalunya sukar dibersihkan dengan teliti walaupun selepas dicuci berulang kali. Noda jenis ini boleh disingkirkan melalui tindak balas pengurangan pengoksidaan menggunakan oksidan atau agen penurun seperti peluntur, yang memecahkan struktur kumpulan kromofor atau kromofor dan merendahkannya kepada komponen larut air yang lebih kecil.
Dari perspektif cucian kering, terdapat kira-kira tiga jenis kotoran.
① Kotoran larut minyak termasuk pelbagai minyak dan lemak, yang cecair atau berminyak dan larut dalam pelarut cucian kering.
② Kotoran larut air larut dalam larutan akueus, tetapi tidak larut dalam agen pencuci kering. Ia menyerap pada pakaian dalam bentuk larutan akueus, dan selepas air menyejat, pepejal berbutir seperti garam tak organik, kanji, protein, dan lain-lain dimendakan.
③ Kotoran tidak larut air minyak tidak larut dalam air dan pelarut cucian kering, seperti karbon hitam, pelbagai silikat logam dan oksida.
Disebabkan oleh sifat berbeza dari pelbagai jenis kotoran, terdapat cara yang berbeza untuk menanggalkan kotoran semasa proses cucian kering. Kotoran larut minyak, seperti minyak haiwan dan sayur-sayuran, minyak mineral, dan lemak, mudah larut dalam pelarut organik dan boleh dikeluarkan dengan mudah semasa cucian kering. Keterlarutan cemerlang pelarut cucian kering untuk minyak dan gris pada asasnya disebabkan oleh daya van der Waals antara molekul.
Untuk penyingkiran kotoran larut air seperti garam tak organik, gula, protein, peluh, dsb., ia juga perlu menambah jumlah air yang sesuai kepada agen pencuci kering, jika tidak, kotoran larut air sukar dikeluarkan dari pakaian. Tetapi air sukar larut dalam agen pencuci kering, jadi untuk meningkatkan jumlah air, surfaktan perlu ditambah. Air yang terdapat dalam agen cucian kering boleh menghidratkan kotoran dan permukaan pakaian, menjadikannya mudah untuk berinteraksi dengan kumpulan kutub surfaktan, yang bermanfaat untuk penjerapan surfaktan pada permukaan. Di samping itu, apabila surfaktan membentuk misel, kotoran larut air dan air boleh larut ke dalam misel. Surfaktan bukan sahaja boleh meningkatkan kandungan air dalam pelarut cucian kering, tetapi juga menghalang pemendapan semula kotoran untuk meningkatkan kesan pembersihan.
Kehadiran sejumlah kecil air diperlukan untuk menghilangkan kotoran larut air, tetapi air yang berlebihan boleh menyebabkan beberapa pakaian berubah bentuk, berkedut, dan lain-lain, jadi kandungan air dalam detergen kering mestilah sederhana.
Zarah pepejal seperti abu, lumpur, tanah, dan karbon hitam, yang tidak larut dalam air dan tidak larut dalam minyak, biasanya melekat pada pakaian melalui penjerapan elektrostatik atau dengan bergabung dengan kotoran minyak. Dalam cucian kering, aliran dan impak pelarut boleh menyebabkan kotoran yang diserap oleh daya elektrostatik jatuh, manakala ejen pencuci kering boleh melarutkan kesan minyak, menyebabkan zarah pepejal yang bergabung dengan kotoran minyak dan melekat pada pakaian tertanggal daripada agen cucian kering. Sebilangan kecil air dan surfaktan dalam ejen cucian kering boleh menggantung dan menyuraikan zarah kotoran pepejal yang jatuh secara stabil, menghalangnya daripada mengendap pada pakaian semula.
(5) Faktor yang mempengaruhi kesan pencucian
Penjerapan berarah surfaktan pada antara muka dan pengurangan tegangan permukaan (antara muka) adalah faktor utama untuk menghilangkan kekotoran cecair atau pepejal. Tetapi proses mencuci agak rumit, malah kesan pencucian jenis detergen yang sama dipengaruhi oleh banyak faktor lain. Faktor ini termasuk kepekatan detergen, suhu, sifat kotoran, jenis gentian, dan struktur fabrik.
① Kepekatan surfaktan
Misel surfaktan dalam larutan memainkan peranan penting dalam proses pencucian. Apabila kepekatan mencapai kepekatan misel kritikal (cmc), kesan pencucian meningkat dengan mendadak. Oleh itu, kepekatan detergen dalam pelarut harus lebih tinggi daripada nilai CMC untuk mencapai kesan pencucian yang baik. Walau bagaimanapun, apabila kepekatan surfaktan melebihi nilai CMC, peningkatan kesan pencucian menjadi kurang ketara, dan peningkatan yang berlebihan dalam kepekatan surfaktan adalah tidak diperlukan.
Apabila menggunakan pelarutan untuk menghilangkan kotoran minyak, walaupun kepekatannya melebihi nilai CMC, kesan pelarutan masih meningkat dengan peningkatan kepekatan surfaktan. Pada masa ini, adalah dinasihatkan untuk menggunakan detergen secara tempatan, seperti pada manset dan kolar pakaian yang terdapat banyak kotoran. Apabila mencuci, lapisan detergen boleh digunakan terlebih dahulu untuk meningkatkan kesan pelarutan surfaktan pada kotoran minyak.
② Suhu mempunyai kesan yang ketara pada kesan pembersihan. Secara keseluruhan, meningkatkan suhu bermanfaat untuk menghilangkan kotoran, tetapi kadangkala suhu yang berlebihan juga boleh menyebabkan faktor buruk.
Peningkatan suhu bermanfaat untuk penyebaran kotoran. Noda minyak pepejal mudah diemulsikan apabila suhu melebihi takat leburnya, dan gentian juga meningkatkan tahap pengembangannya disebabkan oleh peningkatan suhu. Faktor-faktor ini semuanya bermanfaat untuk menghilangkan kotoran. Walau bagaimanapun, untuk fabrik yang ketat, jurang mikro antara gentian dikurangkan selepas pengembangan gentian, yang tidak kondusif untuk penyingkiran kotoran.
Perubahan suhu juga mempengaruhi keterlarutan, nilai CMC, dan saiz misel surfaktan, dengan itu menjejaskan kesan pencucian. Surfaktan rantai karbon panjang mempunyai keterlarutan yang lebih rendah pada suhu rendah, dan kadangkala keterlarutan lebih rendah daripada nilai CMC. Dalam kes ini, suhu basuh perlu ditingkatkan dengan sewajarnya. Kesan suhu pada nilai CMC dan saiz misel adalah berbeza untuk surfaktan ionik dan bukan ionik. Bagi surfaktan ionik, peningkatan suhu secara amnya membawa kepada peningkatan nilai CMC dan pengurangan saiz misel. Ini bermakna kepekatan surfaktan perlu ditingkatkan dalam larutan pencuci. Bagi surfaktan bukan ionik, peningkatan suhu membawa kepada penurunan dalam nilai CMC mereka dan peningkatan ketara dalam saiz miselnya. Dapat dilihat bahawa peningkatan suhu yang sewajarnya dapat membantu surfaktan bukan ionik melakukan aktiviti permukaannya. Tetapi suhu tidak boleh melebihi titik awannya.
Secara ringkasnya, suhu basuhan yang paling sesuai adalah berkaitan dengan formula detergen dan objek yang dicuci. Sesetengah detergen mempunyai kesan pembersihan yang baik pada suhu bilik, manakala sesetengah detergen mempunyai kesan pembersihan yang ketara berbeza untuk basuhan sejuk dan panas.
③ Buih
Orang sering mengelirukan keupayaan berbuih dengan kesan pencucian, mempercayai bahawa detergen dengan keupayaan berbuih yang kuat mempunyai kesan pencucian yang lebih baik. Keputusan menunjukkan bahawa kesan pencucian tidak berkaitan secara langsung dengan jumlah buih. Sebagai contoh, menggunakan detergen berbuih rendah untuk mencuci tidak mempunyai kesan pencucian yang lebih teruk daripada detergen berbuih tinggi.
Walaupun buih tidak berkaitan secara langsung dengan pencucian, buih masih membantu untuk menanggalkan kotoran dalam beberapa situasi. Contohnya, buih cecair pencuci boleh membawa pergi titisan minyak semasa membasuh pinggan dengan tangan. Apabila menyental permaidani, buih juga boleh menghilangkan zarah kotoran pepejal seperti habuk. Habuk menyumbang sebahagian besar kotoran permaidani, jadi pembersih permaidani harus mempunyai keupayaan berbuih tertentu.
Kuasa berbuih juga penting untuk syampu. Buih halus yang dihasilkan oleh cecair semasa mencuci rambut atau mandi membuatkan orang berasa selesa.
④ Jenis gentian dan sifat fizikal tekstil
Sebagai tambahan kepada struktur kimia gentian yang mempengaruhi lekatan dan penyingkiran kotoran, penampilan gentian dan struktur organisasi benang dan fabrik juga memberi kesan kepada kesukaran penyingkiran kotoran.
Sisik gentian bulu dan jalur rata seperti struktur gentian kapas lebih cenderung untuk mengumpul kotoran daripada gentian licin. Sebagai contoh, karbon hitam yang melekat pada filem selulosa (pelekat filem) mudah ditanggalkan, manakala karbon hitam yang melekat pada kain kapas sukar dicuci. Sebagai contoh, fabrik gentian pendek poliester lebih terdedah kepada kesan minyak terkumpul daripada fabrik gentian panjang, dan kotoran minyak pada fabrik gentian pendek juga lebih sukar ditanggalkan daripada kotoran pada fabrik gentian panjang.
Benang yang dipintal dengan ketat dan fabrik yang ketat, disebabkan oleh jurang mikro kecil antara gentian, boleh menahan pencerobohan kotoran, tetapi juga menghalang penyelesaian pembersihan daripada mengeluarkan kotoran dalaman. Oleh itu, fabrik yang ketat mempunyai ketahanan yang baik terhadap kotoran pada mulanya, tetapi ia juga sukar untuk dibersihkan apabila tercemar.
⑤ Kekerasan air
Kepekatan ion logam seperti Ca2+dan Mg2+dalam air mempunyai kesan ketara ke atas kesan pencucian, terutamanya apabila surfaktan anionik menemui ion Ca2+dan Mg2+ untuk membentuk garam kalsium dan magnesium dengan keterlarutan yang lemah, yang boleh mengurangkan keupayaan pembersihannya. Walaupun kepekatan surfaktan tinggi dalam air keras, kesan pembersihannya masih jauh lebih buruk daripada penyulingan. Untuk mencapai kesan pencucian surfaktan yang terbaik, kepekatan ion Ca2+ dalam air hendaklah dikurangkan kepada di bawah 1 × 10-6mol/L (CaCO3 hendaklah dikurangkan kepada 0.1mg/L). Ini memerlukan penambahan pelbagai pelembut pada detergen.
Masa siaran: 16 Ogos 2024