1. Tensione superficiale
La forza di contrazione per unità di lunghezza sulla superficie di un liquido è chiamata tensione superficiale e si misura in N • m-1.
2. Attività superficiale e tensioattivo
La proprietà che può ridurre la tensione superficiale dei solventi è chiamata attività superficiale e le sostanze dotate di attività superficiale sono chiamate sostanze tensioattive.
I tensioattivi sono sostanze tensioattive che possono formare micelle e altri aggregati in soluzioni acquose, hanno un'elevata attività superficiale e hanno anche funzioni bagnanti, emulsionanti, schiumogene, lavanti e altre ancora.
3. Caratteristiche strutturali molecolari del tensioattivo
I tensioattivi sono composti organici con strutture e proprietà speciali che possono alterare significativamente la tensione interfacciale tra due fasi o la tensione superficiale dei liquidi (solitamente acqua) e hanno proprietà quali bagnatura, formazione di schiuma, emulsione e lavaggio.
Strutturalmente parlando, i tensioattivi condividono una caratteristica comune: contengono due diversi gruppi funzionali nelle loro molecole. Un'estremità è un gruppo apolare a catena lunga, solubile in olio ma insolubile in acqua, noto come gruppo idrofobico. Questi gruppi idrofobi sono generalmente idrocarburi a catena lunga, a volte anche fluoro organico, organosilicio, organofosforo, catene organostagno, ecc. L'altra estremità è un gruppo funzionale solubile in acqua, ovvero un gruppo idrofilo. Il gruppo idrofilo deve avere sufficiente idrofilicità per garantire che l'intero tensioattivo sia solubile in acqua e abbia la necessaria solubilità. Grazie alla presenza di gruppi idrofili e idrofobi nei tensioattivi, questi possono dissolversi in almeno una fase della fase liquida. Le proprietà idrofile e oleofile dei tensioattivi sono chiamate anfifilicità.
4. Tipi di tensioattivi
I tensioattivi sono molecole anfifiliche che presentano sia gruppi idrofobici che idrofili. I gruppi idrofobici dei tensioattivi sono generalmente composti da idrocarburi a catena lunga, come alchili a catena lineare C8-C20, alchili a catena ramificata C8-C20, alchilfenili (con 8-16 atomi di carbonio alchilici), ecc. La differenza tra i gruppi idrofobici risiede principalmente nei cambiamenti strutturali delle catene carbonio-idrogeno, con differenze relativamente piccole, mentre esistono più tipi di gruppi idrofili. Pertanto, le proprietà dei tensioattivi sono principalmente legate ai gruppi idrofili, oltre che alle dimensioni e alla forma dei gruppi idrofobici. I cambiamenti strutturali dei gruppi idrofili sono maggiori rispetto a quelli dei gruppi idrofobici, quindi la classificazione dei tensioattivi si basa generalmente sulla struttura dei gruppi idrofili. Questa classificazione si basa principalmente sulla natura ionica dei gruppi idrofili, suddividendoli in tensioattivi anionici, cationici, non ionici, zwitterionici e altri tipi speciali.
5. Caratteristiche della soluzione acquosa di tensioattivo
① Adsorbimento dei tensioattivi alle interfacce
Le molecole di tensioattivo presentano gruppi lipofili e idrofili, il che le rende molecole anfifiliche. L'acqua è un liquido fortemente polare. Quando i tensioattivi si dissolvono in acqua, secondo il principio di similarità di polarità e repulsione per differenza di polarità, i loro gruppi idrofili sono attratti dalla fase acquosa e si dissolvono in acqua, mentre i loro gruppi lipofili la respingono e la abbandonano. Di conseguenza, le molecole di tensioattivo (o ioni) si adsorbono all'interfaccia tra le due fasi, riducendo la tensione interfacciale tra le due fasi. Maggiore è il numero di molecole di tensioattivo (o ioni) adsorbite all'interfaccia, maggiore è la diminuzione della tensione interfacciale.
② Alcune proprietà della membrana di adsorbimento
Pressione superficiale della membrana di adsorbimento: i tensioattivi vengono adsorbiti all'interfaccia gas-liquido per formare una membrana di adsorbimento. Se una piastra mobile galleggiante senza attrito viene posizionata sull'interfaccia e la piastra galleggiante spinge la membrana di adsorbimento lungo la superficie della soluzione, la membrana esercita una pressione sulla piastra galleggiante, chiamata pressione superficiale.
Viscosità superficiale: come la pressione superficiale, la viscosità superficiale è una proprietà esibita da film molecolari insolubili. Sospendere un anello di platino con un sottile filo metallico, far sì che il suo piano entri in contatto con la superficie dell'acqua del lavandino, ruotare l'anello di platino: l'anello di platino viene ostacolato dalla viscosità dell'acqua e l'ampiezza si attenua gradualmente, in base alla quale è possibile misurare la viscosità superficiale. Il metodo è il seguente: prima condurre esperimenti sulla superficie dell'acqua pura, misurare l'attenuazione dell'ampiezza, quindi misurare l'attenuazione dopo la formazione della maschera facciale superficiale e calcolare la viscosità della maschera facciale superficiale dalla differenza tra i due.
La viscosità superficiale è strettamente correlata alla compattezza della superficie della maschera facciale. Poiché il film di adsorbimento presenta pressione superficiale e viscosità, deve essere elastico. Maggiore è la pressione superficiale e la viscosità della membrana di adsorbimento, maggiore è il suo modulo elastico. Il modulo elastico del film di adsorbimento superficiale è di grande importanza nel processo di stabilizzazione della schiuma.
③ Formazione di micelle
La soluzione diluita di tensioattivi segue le leggi delle soluzioni ideali. La quantità di tensioattivi adsorbiti sulla superficie di una soluzione aumenta con la concentrazione della soluzione. Quando la concentrazione raggiunge o supera un certo valore, la quantità di tensioattivi adsorbiti non aumenta più. Queste molecole di tensioattivo in eccesso nella soluzione sono disordinate o presenti in modo regolare. Sia la pratica che la teoria hanno dimostrato che formano aggregati in soluzione, chiamati micelle.
Concentrazione micellare critica: la concentrazione minima alla quale i tensioattivi formano micelle in una soluzione è chiamata concentrazione micellare critica.
④ Il valore CMC del tensioattivo comune.
6. Valore di equilibrio idrofilo e oleofilo
HLB sta per bilancio idrofilo-lipofilo, e rappresenta i valori di equilibrio idrofilo e lipofilo dei gruppi idrofili e lipofili di un tensioattivo, ovvero il valore HLB del tensioattivo. Un valore HLB elevato indica una forte idrofilia e una debole lipofilia della molecola; al contrario, una forte lipofilia e una debole idrofilia.
① Norme sul valore HLB
Il valore HLB è un valore relativo, quindi quando si formula il valore HLB, come standard, il valore HLB della paraffina senza proprietà idrofile è impostato su 0, mentre il valore HLB del sodio dodecil solfato con elevata solubilità in acqua è impostato su 40. Pertanto, il valore HLB dei tensioattivi è generalmente compreso tra 1 e 40. In generale, gli emulsionanti con valori HLB inferiori a 10 sono lipofili, mentre gli emulsionanti con valori HLB superiori a 10 sono idrofili. Pertanto, il punto di svolta da lipofilia a idrofilia è di circa 10.
7. Effetti di emulsionamento e solubilizzazione
Due liquidi immiscibili, uno formato dalla dispersione di particelle (goccioline o cristalli liquidi) nell'altro, sono chiamati emulsioni. Quando si forma un'emulsione, l'area interfacciale tra i due liquidi aumenta, rendendo il sistema termodinamicamente instabile. Per stabilizzare l'emulsione, è necessario aggiungere un terzo componente, l'emulsionante, per ridurre l'energia interfacciale del sistema. Gli emulsionanti appartengono ai tensioattivi e la loro funzione principale è quella di agire come emulsionanti. La fase in cui le goccioline sono presenti in un'emulsione è chiamata fase dispersa (o fase interna, fase discontinua), mentre l'altra fase, connessa tra loro, è chiamata mezzo disperso (o fase esterna, fase continua).
① Emulsionanti ed emulsioni
Le emulsioni comuni sono costituite da una fase di acqua o soluzione acquosa e dall'altra di composti organici immiscibili con l'acqua, come oli, cere, ecc. L'emulsione formata da acqua e olio può essere suddivisa in due tipi in base alla loro dispersione: l'olio disperso in acqua forma un'emulsione acqua in olio, rappresentata da O/A (olio/acqua); l'acqua dispersa in olio forma un'emulsione acqua in olio, rappresentata da A/O (acqua/olio). Inoltre, possono formarsi anche emulsioni complesse acqua in olio in acqua A/O/A e olio in acqua in olio O/A/O.
L'emulsionante stabilizza l'emulsione riducendo la tensione interfacciale e formando una maschera facciale monostrato.
Requisiti per gli emulsionanti nell'emulsione: a: gli emulsionanti devono essere in grado di adsorbire o arricchire all'interfaccia tra le due fasi, riducendo la tensione interfacciale; b: gli emulsionanti devono conferire alle particelle una carica elettrica, causando repulsione elettrostatica tra le particelle o formando un film protettivo stabile e altamente viscoso attorno alle particelle. Pertanto, le sostanze utilizzate come emulsionanti devono presentare gruppi anfifilici per avere effetti emulsionanti e i tensioattivi possono soddisfare questo requisito.
② Metodi di preparazione delle emulsioni e fattori che influenzano la stabilità dell'emulsione
Esistono due metodi per preparare le emulsioni: uno consiste nell'utilizzare metodi meccanici per disperdere il liquido in piccole particelle in un altro liquido, metodo comunemente utilizzato nell'industria per preparare le emulsioni; un altro metodo consiste nello sciogliere un liquido allo stato molecolare in un altro liquido e poi lasciarlo aggregare adeguatamente per formare un'emulsione.
La stabilità delle emulsioni si riferisce alla loro capacità di resistere all'aggregazione delle particelle e di causare la separazione di fase. Le emulsioni sono sistemi termodinamicamente instabili con un'energia libera significativa. Pertanto, la stabilità di un'emulsione si riferisce in realtà al tempo necessario al sistema per raggiungere l'equilibrio, ovvero il tempo necessario affinché un liquido nel sistema si separi.
Quando nella maschera facciale sono presenti molecole organiche polari come alcol grasso, acido grasso e ammina grassa, la resistenza della membrana aumenta significativamente. Questo perché le molecole emulsionanti nello strato di adsorbimento dell'interfaccia interagiscono con molecole polari come alcol, acido e ammina per formare un "complesso", che aumenta la resistenza della maschera facciale.
Gli emulsionanti composti da due o più tensioattivi sono chiamati emulsionanti misti. Gli emulsionanti misti si adsorbono all'interfaccia acqua/olio e le interazioni intermolecolari possono formare complessi. Grazie alla forte interazione intermolecolare, la tensione interfacciale si riduce significativamente, la quantità di emulsionante adsorbito all'interfaccia aumenta significativamente e la densità e la resistenza della maschera interfacciale formata aumentano.
La carica delle goccioline ha un impatto significativo sulla stabilità delle emulsioni. Le emulsioni stabili presentano tipicamente goccioline dotate di carica elettrica. Quando si utilizzano emulsionanti ionici, gli ioni emulsionanti adsorbiti all'interfaccia inseriscono i loro gruppi lipofili nella fase oleosa, mentre i gruppi idrofili si trovano nella fase acquosa, rendendo così le goccioline cariche. Poiché le goccioline dell'emulsione hanno la stessa carica, si respingono e non si agglomeratono facilmente, con conseguente maggiore stabilità. Si può osservare che maggiore è il numero di ioni emulsionanti adsorbiti sulle goccioline, maggiore è la loro carica e maggiore è la loro capacità di impedire la coalescenza delle goccioline, rendendo il sistema di emulsione più stabile.
La viscosità del mezzo di dispersione dell'emulsione ha un certo impatto sulla stabilità dell'emulsione stessa. In genere, maggiore è la viscosità del mezzo disperdente, maggiore è la stabilità dell'emulsione. Questo perché l'elevata viscosità del mezzo disperdente ostacola fortemente il moto browniano delle goccioline di liquido, rallenta la collisione tra le goccioline e mantiene stabile il sistema. Le sostanze polimeriche solitamente solubili in emulsione possono aumentare la viscosità del sistema e migliorarne la stabilità. Inoltre, il polimero può anche formare una maschera facciale solida, rendendo il sistema di emulsione più stabile.
In alcuni casi, l'aggiunta di polvere solida può anche stabilizzare l'emulsione. La polvere solida non si trova in acqua, olio o all'interfaccia, a seconda della capacità bagnante dell'olio e dell'acqua sulla polvere solida. Se la polvere solida non è completamente bagnata dall'acqua e può essere bagnata dall'olio, rimarrà all'interfaccia acqua-olio.
Il motivo per cui la polvere solida non stabilizza l'emulsione è che la polvere accumulata all'interfaccia non rafforza la maschera facciale all'interfaccia, che è simile alle molecole emulsionanti ad adsorbimento all'interfaccia. Pertanto, più le particelle di polvere solida sono disposte vicine all'interfaccia, più stabile sarà l'emulsione.
I tensioattivi hanno la capacità di aumentare significativamente la solubilità dei composti organici insolubili o leggermente solubili in acqua dopo aver formato micelle in soluzione acquosa, e la soluzione in questo momento è trasparente. Questo effetto delle micelle è chiamato solubilizzazione. I tensioattivi che possono produrre effetti solubilizzanti sono chiamati solubilizzanti, mentre i composti organici che vengono solubilizzati sono chiamati composti solubilizzati.
8. Schiuma
La schiuma svolge un ruolo importante nel processo di lavaggio. La schiuma si riferisce al sistema di dispersione in cui il gas viene disperso in un liquido o in un solido. Il gas è la fase di dispersione, mentre il liquido o il solido è il mezzo di dispersione. La prima è chiamata schiuma liquida, mentre la seconda è chiamata schiuma solida, come la plastica espansa, la vetroresina, il cemento espanso, ecc.
(1) Formazione di schiuma
In questo caso, la schiuma si riferisce all'aggregazione di bolle separate da una pellicola liquida. A causa della notevole differenza di densità tra la fase dispersa (gas) e il mezzo disperso (liquido), e della bassa viscosità del liquido, la schiuma può sempre raggiungere rapidamente il livello del liquido.
Il processo di formazione della schiuma consiste nel portare una grande quantità di gas nel liquido e le bolle nel liquido ritornano rapidamente sulla superficie del liquido, formando un aggregato di bolle separato da una piccola quantità di liquido e gas
La schiuma presenta due caratteristiche morfologiche notevoli: la prima è che le bolle, in fase dispersa, sono spesso poliedriche, poiché all'intersezione delle bolle il film liquido tende ad assottigliarsi, rendendo le bolle poliedriche. Quando il film liquido si assottiglia fino a un certo punto, le bolle si rompono; la seconda è che il liquido puro non può formare una schiuma stabile, ma il liquido che può formare schiuma è costituito da almeno due o più componenti. La soluzione acquosa di tensioattivo è un tipico sistema in cui è facile generare schiuma, e la sua capacità di generare schiuma è correlata anche ad altre proprietà.
I tensioattivi con una buona capacità schiumogena sono chiamati agenti schiumogeni. Sebbene l'agente schiumogeno abbia una buona capacità schiumogena, la schiuma formata potrebbe non essere in grado di mantenersi a lungo, ovvero la sua stabilità potrebbe non essere buona. Per mantenere la stabilità della schiuma, spesso viene aggiunta all'agente schiumogeno una sostanza che può aumentarne la stabilità, chiamata stabilizzatore di schiuma. Gli stabilizzatori di schiuma comunemente utilizzati sono lauroil dietanolammina e l'ossido di dodecil dimetil ammina.
(2) Stabilità della schiuma
La schiuma è un sistema termodinamicamente instabile e la tendenza finale è che la superficie totale del liquido nel sistema diminuisce e l'energia libera diminuisce dopo la rottura delle bolle. Il processo di defoaming è il processo in cui il film liquido che separa il gas cambia spessore fino a rompersi. Pertanto, la stabilità della schiuma è determinata principalmente dalla velocità di scarico del liquido e dalla resistenza del film liquido. Ci sono diversi altri fattori che influenzano la stabilità della schiuma.
① Tensione superficiale
Dal punto di vista energetico, una bassa tensione superficiale è più favorevole alla formazione di schiuma, ma non può garantirne la stabilità. Bassa tensione superficiale, bassa differenza di pressione, bassa velocità di scarico del liquido e lento assottigliamento del film liquido favoriscono la stabilità della schiuma.
② Viscosità superficiale
Il fattore chiave che determina la stabilità della schiuma è la resistenza del film liquido, che è determinata principalmente dalla compattezza del film di adsorbimento superficiale, misurata dalla viscosità superficiale. Gli esperimenti dimostrano che la schiuma prodotta dalla soluzione con maggiore viscosità superficiale ha una durata maggiore. Questo perché l'interazione tra le molecole adsorbite sulla superficie porta ad un aumento della resistenza della membrana, migliorando così la durata della schiuma.
③ Viscosità della soluzione
Quando la viscosità del liquido stesso aumenta, il liquido nel film liquido non è facile da scaricare e la velocità di assottigliamento dello spessore del film liquido è lenta, il che ritarda il tempo di rottura del film liquido e aumenta la stabilità della schiuma.
④ L'effetto 'riparatore' della tensione superficiale
I tensioattivi adsorbiti sulla superficie del film liquido hanno la capacità di resistere all'espansione o alla contrazione della superficie del film liquido, fenomeno che chiamiamo effetto riparativo. Questo perché sulla superficie è presente un film liquido di tensioattivi adsorbito, e l'espansione della sua area superficiale riduce la concentrazione di molecole adsorbite in superficie e aumenta la tensione superficiale. Un'ulteriore espansione della superficie richiederà uno sforzo maggiore. Al contrario, la contrazione dell'area superficiale aumenterà la concentrazione di molecole adsorbite in superficie, riducendo la tensione superficiale e ostacolando un'ulteriore contrazione.
⑤ La diffusione del gas attraverso un film liquido
A causa della presenza di pressione capillare, la pressione delle bolle piccole nella schiuma è maggiore di quella delle bolle grandi, il che fa sì che il gas presente nelle bolle piccole si diffonda nelle bolle grandi a bassa pressione attraverso il film liquido, dando origine al fenomeno per cui le bolle piccole diventano più piccole, quelle grandi diventano più grandi e infine la schiuma si rompe. Se si aggiunge un tensioattivo, la schiuma sarà uniforme e densa durante la formazione, e non sarà facile da eliminare. Poiché il tensioattivo è disposto strettamente sul film liquido, è difficile da ventilare, il che rende la schiuma più stabile.
⑥ L'influenza della carica superficiale
Se il film liquido schiumogeno è caricato con lo stesso simbolo, le due superfici del film liquido si respingono, impedendo al film liquido di assottigliarsi o addirittura di distruggersi. I tensioattivi ionici possono fornire questo effetto stabilizzante.
In conclusione, la resistenza del film liquido è il fattore chiave per determinare la stabilità della schiuma. Come tensioattivo per agenti schiumogeni e stabilizzanti della schiuma, la compattezza e la fermezza delle molecole adsorbite in superficie sono i fattori più importanti. Quando l'interazione tra le molecole adsorbite in superficie è forte, le molecole adsorbite sono disposte in modo ravvicinato, il che non solo conferisce alla maschera facciale in superficie un'elevata resistenza, ma rende anche difficile il flusso della soluzione adiacente alla maschera facciale a causa dell'elevata viscosità superficiale, rendendo relativamente difficile il drenaggio del film liquido e facilitando il mantenimento dello spessore del film liquido. Inoltre, la disposizione ravvicinata delle molecole superficiali può anche ridurre la permeabilità delle molecole di gas e quindi aumentare la stabilità della schiuma.
(3) Distruzione della schiuma
Il principio di base per distruggere la schiuma è quello di modificare le condizioni di produzione della schiuma o di eliminare i fattori di stabilità della schiuma; esistono quindi due metodi di deschiuma: fisico e chimico.
L'antischiuma fisico consiste nel modificare le condizioni in cui viene generata la schiuma mantenendo invariata la composizione chimica della soluzione schiumogena. Ad esempio, l'azione di forze esterne, variazioni di temperatura o pressione e il trattamento a ultrasuoni sono tutti metodi fisici efficaci per eliminare la schiuma.
Il metodo di deschiuma chimico consiste nell'aggiungere alcune sostanze che interagiscono con l'agente schiumogeno, riducendo la resistenza del film liquido nella schiuma e quindi la stabilità della schiuma per raggiungere lo scopo di deschiuma. Tali sostanze sono chiamate antischiuma. La maggior parte degli antischiuma sono tensioattivi. Pertanto, secondo il meccanismo di deschiuma, gli antischiuma dovrebbero avere una forte capacità di ridurre la tensione superficiale, essere facilmente adsorbiti in superficie e avere deboli interazioni tra le molecole adsorbite in superficie, con conseguente struttura di disposizione relativamente libera delle molecole adsorbite.
Esistono vari tipi di antischiuma, ma sono per lo più tensioattivi non ionici. I tensioattivi non ionici hanno proprietà antischiuma prossime o superiori al loro punto di intorbidamento e sono comunemente usati come antischiuma. Anche gli alcoli, in particolare quelli con strutture ramificate, gli acidi grassi e gli esteri, le poliammidi, i fosfati, gli oli siliconici, ecc., sono comunemente usati come ottimi antischiuma.
(4) Schiuma e lavaggio
Non esiste una relazione diretta tra schiuma ed effetto lavante, e la quantità di schiuma non implica che l'effetto lavante sia buono o cattivo. Ad esempio, la capacità schiumogena dei tensioattivi non ionici è di gran lunga inferiore a quella del sapone, ma il loro potere pulente è molto migliore.
In alcuni casi, la schiuma è utile per rimuovere lo sporco. Ad esempio, quando si lavano le stoviglie in casa, la schiuma del detersivo può rimuovere le gocce d'olio; quando si strofinano i tappeti, la schiuma aiuta a rimuovere lo sporco solido come polvere e polvere. Inoltre, la schiuma può talvolta essere utilizzata come indicatore dell'efficacia del detersivo, poiché le macchie di olio grasso possono inibire la schiuma del detersivo. Quando ci sono troppe macchie d'olio e troppo poco detersivo, la schiuma non si formerà o quella originale scomparirà. A volte, la schiuma può anche essere utilizzata come indicatore dell'efficacia del risciacquo. Poiché la quantità di schiuma nella soluzione di risciacquo tende a diminuire con la diminuzione del contenuto di detersivo, il grado di risciacquo può essere valutato in base alla quantità di schiuma.
9. Processo di lavaggio
In senso lato, il lavaggio è il processo di rimozione di componenti indesiderati dall'oggetto lavato e di raggiungimento di un determinato scopo. Il lavaggio, in senso lato, si riferisce al processo di rimozione dello sporco dalla superficie di un supporto. Durante il lavaggio, l'interazione tra sporco e supporto viene indebolita o eliminata attraverso l'azione di alcune sostanze chimiche (come i detergenti), trasformando la combinazione di sporco e supporto nella combinazione di sporco e detergente, causando infine il distacco di sporco e supporto. Poiché gli oggetti da lavare e lo sporco da rimuovere sono diversi, il lavaggio è un processo molto complesso e il processo di base del lavaggio può essere rappresentato dalla seguente semplice relazione.
Trasportatore • Sporcizia+Detersivo=Trasportatore+Sporco • Detersivo
Il processo di lavaggio può essere solitamente suddiviso in due fasi: la prima è la separazione dello sporco dal suo vettore sotto l'azione del detersivo; la seconda è la dispersione e la sospensione dello sporco staccato nel mezzo. Il processo di lavaggio è un processo reversibile e lo sporco disperso o sospeso nel mezzo può anche precipitare nuovamente dal mezzo sul bucato. Pertanto, un detersivo eccellente non dovrebbe solo avere la capacità di staccare lo sporco dal suo vettore, ma anche avere una buona capacità di disperderlo e sospenderlo, impedendone il successivo deposito.
(1) Tipi di sporco
Anche per lo stesso articolo, il tipo, la composizione e la quantità di sporco variano a seconda dell'ambiente di utilizzo. Lo sporco oleoso corporeo include principalmente oli animali e vegetali, nonché oli minerali (come petrolio greggio, olio combustibile, catrame di carbone, ecc.), mentre lo sporco solido include principalmente fumo, polvere, ruggine, nerofumo, ecc. Per quanto riguarda lo sporco degli indumenti, ci sono lo sporco del corpo umano, come sudore, sebo, sangue, ecc.; lo sporco del cibo, come macchie di frutta, macchie di olio commestibile, macchie di condimenti, amido, ecc.; lo sporco portato dai cosmetici, come rossetto e smalto per unghie; lo sporco atmosferico, come fumo, polvere, terra, ecc.; altri materiali come inchiostro, tè, vernice, ecc. Si può dire che ne esistono di vari e diversi tipi.
I vari tipi di sporco possono essere solitamente suddivisi in tre categorie: sporco solido, sporco liquido e sporco speciale.
1. Lo sporco solido comune include particelle come cenere, fango, terra, ruggine e nerofumo. La maggior parte di queste particelle ha una carica superficiale, per lo più negativa, e viene facilmente assorbita dagli oggetti fibrosi. Generalmente, lo sporco solido è difficile da sciogliere in acqua, ma può essere disperso e sospeso in soluzioni detergenti. Lo sporco solido con particelle di piccole dimensioni è difficile da rimuovere.
2. Lo sporco liquido è per lo più solubile in olio, inclusi oli animali e vegetali, acidi grassi, alcoli grassi, oli minerali e i loro ossidi. Tra questi, gli oli animali e vegetali e gli acidi grassi possono essere saponificati con alcali, mentre gli alcoli grassi e gli oli minerali non vengono saponificati dagli alcali, ma possono dissolversi in alcoli, eteri e solventi organici idrocarburici, ed essere emulsionati e dispersi da soluzioni acquose detergenti. Lo sporco liquido solubile in olio ha generalmente una forte forza di interazione con oggetti fibrosi e si adsorbe saldamente sulle fibre.
3. Lo sporco speciale include proteine, amido, sangue, secrezioni umane come sudore, sebo, urina, nonché succhi di frutta, succo di tè, ecc. La maggior parte di questi tipi di sporco può essere fortemente adsorbita su oggetti fibrosi attraverso reazioni chimiche. Pertanto, lavarli è piuttosto difficile.
Diversi tipi di sporco raramente esistono singolarmente, spesso mescolati tra loro e adsorbiti insieme sugli oggetti. A volte lo sporco può ossidarsi, decomporsi o deteriorarsi sotto l'azione di agenti esterni, dando luogo alla formazione di nuovo sporco.
(2) L'effetto di adesione dello sporco
Il motivo per cui vestiti, mani, ecc. possono sporcarsi è dovuto a una sorta di interazione tra oggetti e sporco. Esistono vari effetti di adesione dello sporco sugli oggetti, ma si tratta principalmente di adesione fisica e chimica.
① L'adesione fisica di cenere di sigaretta, polvere, sedimenti, nerofumo e altre sostanze agli indumenti. In generale, l'interazione tra lo sporco aderente e l'oggetto contaminato è relativamente debole e anche la rimozione dello sporco è relativamente facile. A seconda delle diverse forze, l'adesione fisica dello sporco può essere suddivisa in adesione meccanica ed adesione elettrostatica.
R: L'adesione meccanica si riferisce principalmente all'adesione di sporco solido come polvere e sedimenti. L'adesione meccanica è un metodo di adesione debole per lo sporco, che può essere rimosso quasi completamente con semplici metodi meccanici. Tuttavia, quando la granulometria dello sporco è piccola (<0,1 µm), la rimozione è più difficile.
B: L'adesione elettrostatica si manifesta principalmente attraverso l'azione di particelle di sporco cariche su oggetti con cariche opposte. La maggior parte degli oggetti fibrosi ha una carica negativa in acqua e aderisce facilmente a sporco con carica positiva, come il calcare. Alcuni tipi di sporco, sebbene caricati negativamente, come le particelle di nerofumo in soluzioni acquose, possono aderire alle fibre attraverso ponti ionici formati da ioni positivi (come Ca2+, Mg2+, ecc.) in acqua (gli ioni agiscono insieme tra più cariche opposte, comportandosi come ponti).
L'elettricità statica è più forte della semplice azione meccanica, rendendo relativamente difficile la rimozione dello sporco.
③ Rimozione di sporco speciale
Proteine, amidi, secrezioni umane, succhi di frutta, succhi di tè e altri tipi di sporco sono difficili da rimuovere con i tensioattivi comuni e richiedono metodi di trattamento speciali.
Le macchie proteiche come panna, uova, sangue, latte ed escrementi cutanei tendono a coagularsi e denaturarsi sulle fibre, aderendo più saldamente. Per rimuovere le macchie proteiche, è possibile utilizzare la proteasi. La proteasi è in grado di scomporre le proteine presenti nello sporco in amminoacidi o oligopeptidi idrosolubili.
Le macchie di amido provengono principalmente dal cibo, mentre altre provengono da succhi di carne, pasta, ecc. Gli enzimi dell'amido hanno un effetto catalitico sull'idrolisi delle macchie di amido, scomponendo l'amido in zuccheri.
La lipasi può catalizzare la decomposizione di alcuni trigliceridi difficili da rimuovere con i metodi convenzionali, come il sebo secreto dal corpo umano, gli oli commestibili, ecc., per scomporre i trigliceridi in glicerolo solubile e acidi grassi.
Alcune macchie colorate di succo di frutta, succo di tè, inchiostro, rossetto, ecc. sono spesso difficili da pulire a fondo anche dopo ripetuti lavaggi. Questo tipo di macchia può essere rimosso mediante reazioni di ossidoriduzione utilizzando ossidanti o agenti riducenti come la candeggina, che scompongono la struttura del cromoforo o dei gruppi cromofori e li degradano in componenti più piccoli e idrosolubili.
Dal punto di vista della pulizia a secco, esistono approssimativamente tre tipi di sporco.
① Lo sporco oleosolubile comprende vari oli e grassi, che sono liquidi o unti e solubili nei solventi per il lavaggio a secco.
② Lo sporco idrosolubile è solubile in soluzione acquosa, ma insolubile nei detergenti per il lavaggio a secco. Si assorbe sugli indumenti sotto forma di soluzione acquosa e, dopo l'evaporazione dell'acqua, precipitano solidi granulari come sali inorganici, amido, proteine, ecc.
3 Lo sporco insolubile in acqua e olio è insolubile sia nell'acqua che nei solventi per lavaggio a secco, come il nero di carbonio, vari silicati metallici e ossidi.
A causa delle diverse proprietà dei vari tipi di sporco, esistono diversi metodi per rimuoverlo durante il processo di lavaggio a secco. Lo sporco oleosolubile, come oli animali e vegetali, oli minerali e grassi, è facilmente solubile in solventi organici e può essere rimosso facilmente durante il lavaggio a secco. L'eccellente solubilità dei solventi per il lavaggio a secco per oli e grassi è dovuta essenzialmente alle forze di van der Waals tra le molecole.
Per rimuovere lo sporco idrosolubile come sali inorganici, zuccheri, proteine, sudore, ecc., è necessario aggiungere una quantità adeguata di acqua al detergente per il lavaggio a secco, altrimenti lo sporco idrosolubile è difficile da rimuovere dagli indumenti. Tuttavia, l'acqua è difficile da sciogliere nei detergenti per il lavaggio a secco, quindi per aumentare la quantità di acqua è necessario aggiungere tensioattivi. L'acqua presente nei detergenti per il lavaggio a secco può idratare lo sporco e la superficie degli indumenti, facilitando l'interazione con i gruppi polari dei tensioattivi, il che è vantaggioso per l'assorbimento dei tensioattivi sulla superficie. Inoltre, quando i tensioattivi formano micelle, lo sporco idrosolubile e l'acqua possono essere solubilizzati nelle micelle. I tensioattivi possono non solo aumentare il contenuto di acqua nei solventi per il lavaggio a secco, ma anche impedire la rideposizione dello sporco, migliorando l'effetto pulente.
Per rimuovere lo sporco idrosolubile è necessaria una piccola quantità di acqua, ma un eccesso di acqua può deformare, stropicciare, ecc. alcuni capi, quindi il contenuto di acqua nel detersivo secco deve essere moderato.
Particelle solide come cenere, fango, terra e nerofumo, che non sono né idrosolubili né oleosolubili, generalmente aderiscono agli indumenti per assorbimento elettrostatico o combinandosi con macchie d'olio. Nel lavaggio a secco, il flusso e l'impatto dei solventi possono far sì che lo sporco adsorbito dalle forze elettrostatiche si stacchi, mentre i detergenti a secco possono sciogliere le macchie d'olio, facendo sì che le particelle solide che si combinano con le macchie d'olio e aderiscono agli indumenti si stacchino dal detergente. La piccola quantità di acqua e tensioattivi presente nel detergente a secco può sospendere e disperdere stabilmente le particelle solide di sporco che si staccano, impedendo loro di depositarsi nuovamente sugli indumenti.
(5) Fattori che influenzano l'effetto del lavaggio
L'adsorbimento direzionale dei tensioattivi all'interfaccia e la riduzione della tensione superficiale (interfacciale) sono i fattori principali per la rimozione di incrostazioni liquide o solide. Tuttavia, il processo di lavaggio è relativamente complesso e persino l'effetto di lavaggio dello stesso tipo di detergente è influenzato da molti altri fattori. Questi fattori includono la concentrazione del detergente, la temperatura, la natura dello sporco, il tipo di fibra e la struttura del tessuto.
① Concentrazione dei tensioattivi
Le micelle di tensioattivi nella soluzione svolgono un ruolo importante nel processo di lavaggio. Quando la concentrazione raggiunge la concentrazione micellare critica (CMC), l'effetto di lavaggio aumenta notevolmente. Pertanto, la concentrazione di detergente nel solvente dovrebbe essere superiore al valore CMC per ottenere un buon effetto di lavaggio. Tuttavia, quando la concentrazione di tensioattivi supera il valore CMC, l'aumento dell'effetto di lavaggio diventa meno significativo e un aumento eccessivo della concentrazione di tensioattivi non è necessario.
Quando si utilizza la solubilizzazione per rimuovere le macchie d'olio, anche se la concentrazione è superiore al valore CMC, l'effetto solubilizzante aumenta con l'aumentare della concentrazione del tensioattivo. In questo caso, è consigliabile utilizzare il detersivo localmente, ad esempio su polsini e colletti di indumenti molto sporchi. Durante il lavaggio, è possibile applicare prima uno strato di detersivo per migliorare l'effetto solubilizzante dei tensioattivi sulle macchie d'olio.
2. La temperatura ha un impatto significativo sull'effetto pulente. In generale, aumentare la temperatura è utile per rimuovere lo sporco, ma a volte una temperatura eccessiva può anche causare effetti negativi.
Un aumento della temperatura è vantaggioso per la diffusione dello sporco. Le macchie di olio solido si emulsionano facilmente quando la temperatura è superiore al loro punto di fusione e anche le fibre aumentano il loro grado di espansione a causa dell'aumento di temperatura. Tutti questi fattori sono utili per la rimozione dello sporco. Tuttavia, nei tessuti compatti, i microinterstizi tra le fibre si riducono dopo l'espansione, il che non favorisce la rimozione dello sporco.
Le variazioni di temperatura influenzano anche la solubilità, il valore di CMC e la dimensione delle micelle dei tensioattivi, influenzando così l'effetto di lavaggio. I tensioattivi a catena lunga hanno una solubilità inferiore a basse temperature e talvolta persino inferiore al valore di CMC. In questo caso, la temperatura di lavaggio deve essere opportunamente aumentata. L'effetto della temperatura sul valore di CMC e sulla dimensione delle micelle è diverso per i tensioattivi ionici e non ionici. Per i tensioattivi ionici, un aumento della temperatura porta generalmente a un aumento del valore di CMC e a una diminuzione della dimensione delle micelle. Ciò significa che la concentrazione di tensioattivi nella soluzione di lavaggio deve essere aumentata. Per i tensioattivi non ionici, l'aumento della temperatura porta a una diminuzione del loro valore di CMC e a un aumento significativo della dimensione delle micelle. Si può osservare che un aumento appropriato della temperatura può aiutare i tensioattivi non ionici a esercitare la loro attività superficiale. Tuttavia, la temperatura non deve superare il punto di intorbidamento.
In breve, la temperatura di lavaggio più adatta è correlata alla formula del detersivo e all'oggetto da lavare. Alcuni detersivi hanno buoni effetti pulenti a temperatura ambiente, mentre altri hanno effetti pulenti significativamente diversi a seconda che si lavino a freddo o a caldo.
③ Schiuma
Spesso si confonde la capacità schiumogena con l'effetto lavante, credendo che i detersivi con un forte potere schiumogeno abbiano un effetto lavante migliore. I risultati mostrano che l'effetto lavante non è direttamente correlato alla quantità di schiuma. Ad esempio, l'utilizzo di un detersivo poco schiumogeno per il lavaggio non ha un effetto lavante inferiore rispetto a un detersivo molto schiumogeno.
Sebbene la schiuma non sia direttamente correlata al lavaggio, può comunque essere utile per rimuovere lo sporco in alcune situazioni. Ad esempio, la schiuma del detersivo può rimuovere le gocce d'olio quando si lavano i piatti a mano. Quando si strofina il tappeto, la schiuma può anche rimuovere particelle di sporco solido come la polvere. La polvere è responsabile di una percentuale elevata di sporco sui tappeti, quindi il detergente per tappeti dovrebbe avere una certa capacità schiumogena.
Anche il potere schiumogeno è importante per lo shampoo. La schiuma fine prodotta dal liquido durante il lavaggio dei capelli o il bagno dona una sensazione di comfort.
④ Tipi di fibre e proprietà fisiche dei tessuti
Oltre alla struttura chimica delle fibre che influenza l'adesione e la rimozione dello sporco, anche l'aspetto delle fibre e la struttura organizzativa dei filati e dei tessuti hanno un impatto sulla difficoltà di rimozione dello sporco.
Le scaglie delle fibre di lana e la struttura a strisce piatte delle fibre di cotone sono più inclini ad accumulare sporco rispetto alle fibre lisce. Ad esempio, il nerofumo aderente alla pellicola di cellulosa (pellicola adesiva) è facile da rimuovere, mentre il nerofumo aderente al tessuto di cotone è difficile da lavare. Ad esempio, i tessuti in poliestere a fibre corte sono più inclini ad accumulare macchie d'olio rispetto ai tessuti a fibre lunghe, e le macchie d'olio sui tessuti a fibre corte sono anche più difficili da rimuovere rispetto a quelle sui tessuti a fibre lunghe.
I filati e i tessuti strettamente ritorti, grazie ai piccoli microinterstizi tra le fibre, possono resistere all'invasione dello sporco, ma impediscono anche alla soluzione detergente di rimuovere lo sporco interno. Pertanto, i tessuti strettamente ritorti hanno una buona resistenza allo sporco all'inizio, ma sono anche difficili da pulire una volta contaminati.
⑤ La durezza dell'acqua
La concentrazione di ioni metallici come Ca2+ e Mg2+ nell'acqua ha un impatto significativo sull'effetto di lavaggio, soprattutto quando i tensioattivi anionici incontrano ioni Ca2+ e Mg2+ per formare sali di calcio e magnesio scarsamente solubili, che possono ridurne la capacità detergente. Anche se la concentrazione di tensioattivi è elevata in acqua dura, il loro effetto detergente è comunque molto peggiore rispetto alla distillazione. Per ottenere il miglior effetto di lavaggio dei tensioattivi, la concentrazione di ioni Ca2+ nell'acqua deve essere ridotta a meno di 1 × 10-6 mol/L (CaCO3 deve essere ridotta a 0,1 mg/L). Ciò richiede l'aggiunta di vari ammorbidenti al detersivo.
Data di pubblicazione: 16-08-2024