9 glavnih odnosov med površinsko aktivnimi snovmi in tovarnami za barvanje

Sila krčenja katere koli dolžine enote na površini tekočine se imenuje površinska napetost, enota pa je N.·m-1.

Lastnost zmanjšanja površinske napetosti topila se imenuje površinska aktivnost, snov s to lastnostjo pa se imenuje površinsko aktivna snov.

Površinsko aktivna snov, ki lahko veže molekule v vodni raztopini in tvori micele in druge povezave ter ima visoko površinsko aktivnost, hkrati pa ima učinek mokrenja, emulgiranja, penjenja, pranja itd., se imenuje površinsko aktivna snov.

Površinsko aktivna snov so organske spojine s posebno strukturo in lastnostjo, ki lahko bistveno spremenijo medobrazno napetost med dvema fazama ali površinsko napetost tekočin (običajno vode), z vlaženjem, penjenjem, emulgiranjem, pranjem in drugimi lastnostmi.

Po strukturi imajo površinsko aktivne snovi skupno značilnost, saj vsebujejo dve skupini različne narave v svojih molekulah. Na enem koncu je dolga veriga nepolarne skupine, topne v olju in netopne v vodi, znana tudi kot hidrofobna skupina ali vodoodbojna skupina. Takšna vodoodbojna skupina je običajno dolge verige ogljikovodikov, včasih tudi za organski fluor, silicij, organofosfat, organotinska veriga itd. Na drugem koncu je vodotopna skupina, hidrofilna skupina ali oljoodbojna skupina. Hidrofilna skupina mora biti dovolj hidrofilna, da se zagotovi topnost celotnih površinsko aktivnih snovi v vodi in potrebna topnost. Ker površinsko aktivne snovi vsebujejo hidrofilne in hidrofobne skupine, so lahko topne v vsaj eni od tekočih faz. Ta hidrofilna in lipofilna lastnost površinsko aktivne snovi se imenuje amfifilnost.

Površinsko aktivna snov je vrsta amfifilnih molekul s hidrofobnimi in hidrofilnimi skupinami. Hidrofobne skupine površinsko aktivnih snovi so običajno sestavljene iz dolgoverižnih ogljikovodikov, kot so ravno verižni alkil C8 ~ C20, razvejanoverižni alkil C8 ~ C20, alkilfenil (alkilno ogljikovo število tom je 8 ~ 16) in podobno. Razlika, ki je majhna med hidrofobnimi skupinami, je predvsem v strukturnih spremembah ogljikovodikovih verig. In vrste hidrofilnih skupin so več, zato so lastnosti površinsko aktivnih snovi poleg velikosti in oblike hidrofobnih skupin večinoma povezane s hidrofilnimi skupinami. Strukturne spremembe hidrofilnih skupin so večje od tistih hidrofobnih skupin, zato klasifikacija površinsko aktivnih snovi na splošno temelji na strukturi hidrofilnih skupin. Ta klasifikacija temelji na tem, ali je hidrofilna skupina ionska ali ne, in je razdeljena na anionske, kationske, nelionske, zwitterionske in druge posebne vrste površinsko aktivnih snovi.

① Adsorpcija površinsko aktivnih snovi na vmesniku

Površinsko aktivne molekule so amfifilne molekule, ki imajo lipofilno in hidrofilno skupino. Ko se površinsko aktivna snov raztopi v vodi, njeno hidrofilno skupino privlači voda in se raztopi v vodi, njeno lipofilno skupino pa odbija voda in pušča vodo, kar povzroči adsorpcijo površinsko aktivnih molekul (ali ionov) na vmesniku obeh faz, kar zmanjšuje medobrazno napetost med obema fazama. Več kot so površinsko aktivne molekule (ali ioni) adsorbirane na vmesniku, večje je zmanjšanje medobrazne napetosti.

② Nekatere lastnosti adsorpcijske membrane

Površinski tlak adsorpcijske membrane: površinsko aktivna snov adsorpcija na vmesniku plin-tekočina, da tvori adsorpcijsko membrano, na primer postavite brez trenja odstranljivo plavajočo ploščo na vmesnik, plavajoča plošča potisne adsorpcijsko membrano vzdolž površine raztopine in membrana ustvari tlak na plavajočo ploščo, ki se imenuje površinski tlak.

Površinska viskoznost: Podobno kot površinski tlak je površinska viskoznost lastnost netopne molekularne membrane. Suspendirana s platinastim obročem iz fine kovinske žice, tako da se njegova ravnina dotika vodne površine rezervoarja, vrti platinasti obroč, platinasti obroč z viskoznostjo vodne ovire, amplitude postopoma razpada, glede na katero je mogoče izmeriti viskoznost površine. Metoda je: najprej se poskus izvede na površini čiste vode za merjenje amplitude razpadanja, nato pa se izmeri razpadanje po nastanku površinske membrane, viskoznost površinske membrane pa se izpelje iz razlike med obema.

Površinska viskoznost je tesno povezana s trdnostjo površinske membrane in ker ima adsorpcijska membrana površinski tlak in viskoznost, mora imeti elastičnost. Višji kot je površinski tlak in višja je viskoznost adsorbirane membrane, višji je njen elastični modul. Elastični modul površinske adsorpcijske membrane je pomemben v procesu stabilizacije mehurčkov.

① Nastajanje micele

Razredčene raztopine površinsko aktivnih snovi upoštevajo zakone, ki jim sledijo idealne rešitve. Količina površinsko aktivne snovi, adsorbirane na površini raztopine, se poveča s koncentracijo raztopine in ko koncentracija doseže ali preseže določeno vrednost, se količina adsorpcije ne poveča več in te presežne molekule površinsko aktivne snovi so v raztopini naključno ali na nek reden način. Tako praksa kot teorija kažeta, da tvorijo asociacije v rešitvi, in ta asociacija se imenujejo micele.

Kritična koncentracija micel (CMC): Najmanjša koncentracija, pri kateri površinsko aktivne snovi tvorijo micele v raztopini, se imenuje kritična koncentracija micel.

① Vrednosti CMC običajnih površinsko aktivnih snovi.

HLB je okrajšava hidrofilnega lipofilnega ravnovesja, ki označuje hidrofilno in lipofilno ravnovesje hidrofilnih in lipofilnih skupin površinsko aktivne snovi, tj. vrednost HLB površinsko aktivne snovi. Velika vrednost HLB kaže na molekulo z močno hidrofilnostjo in šibko lipofilnostjo; nasprotno, močna lipofilnost in šibka hidrofilnost.

① Določbe vrednosti HLB

Vrednost HLB je relativna vrednost, zato je, ko se vrednost HLB razvije, standardno, vrednost HLB parafinskega voska, ki nima hidrofilnih lastnosti, določena kot 0, medtem ko je vrednost HLB natrijevega dodecil sulfata, ki je bolj topen v vodi, 40. Zato je vrednost HLB površinsko aktivnih snovi na splošno v območju od 1 do 40. Na splošno so emulgatorji z vrednostmi HLB manjšimi od 10 lipofilni, medtem ko so tisti večji od 10 hidrofilni. Tako je prelomnica iz lipofilnega v hidrofilnega okoli 10.

Na podlagi vrednosti HLB površinsko aktivnih snovi je mogoče pridobiti splošno predstavo o njihovi možni uporabi, kot je prikazano v preglednici 1-3.

Dve medsebojno netopni tekočini, ena razpršena v drugi kot delci (kapljice ali tekoči kristali), tvorita sistem, imenovan emulzija. Ta sistem je termodinamično nestabilen zaradi povečanja mejnega območja obeh tekočin, ko nastane emulzija. Da bi bila emulzija stabilna, je treba dodati tretjo komponento - emulgator za zmanjšanje medobrazne energije sistema. Emulgator spada v površinsko aktivno snov, njegova glavna funkcija je igrati vlogo emulzije. Faza emulzije, ki obstaja kot kapljice, se imenuje disperzirana faza (ali notranja faza, prekinjena faza), druga faza, ki je povezana skupaj, pa se imenuje disperzijski medij (ali zunanja faza, neprekinjena faza).

① Emulgatorji in emulzije

Pogoste emulzije, ena faza je voda ali vodna raztopina, druga faza so organske snovi, ki se ne mešajo z vodo, kot so maščoba, vosek itd Emulzijo, ki jo oblikujeta voda in olje, se lahko razdeli na dve vrsti glede na njihovo disperzijsko situacijo: olje, disperzirano v vodi, da tvori emulzijo tipa olje v vodi, izraženo kot O/W (olje/voda): voda, razpršena v olju v emulzijo tipa olje v vodi, izražena kot W/O (voda/olje). Lahko se oblikujejo tudi kompleksne večemulzije voda v olju v vodi W/O/W tipa in olje v vodi v olju O/W/O tipa.

Emulgatorji se uporabljajo za stabilizacijo emulzij z zmanjšanjem medobrazne napetosti in tvorbo enomolekulske medobrazne membrane.

Pri emulgaciji zahtev po emulgatorju:

a: Emulgator mora biti sposoben adsorbirati ali obogatiti vmesnik med obema fazama, tako da se zmanjša medobrazna napetost;

b: Emulgator mora delce dati v naboj, tako da elektrostatični odboj med delci ali tvori stabilno, visoko viskozno zaščitno membrano okoli delcev.

Zato mora snov, ki se uporablja kot emulgator, imeti amfifilne skupine, da se emulgira, površinsko aktivne snovi pa lahko izpolnjujejo to zahtevo.

② Metode priprave emulzij in dejavniki, ki vplivajo na stabilnost emulzij

Obstajata dva načina za pripravo emulzij: eden je uporaba mehanske metode za razpršitev tekočine v drobnih delcih v drugi tekočini, ki se večinoma uporablja v industriji za pripravo emulzij; Druga je raztopiti tekočino v molekularnem stanju v drugi tekočini in jo nato pravilno zbrati, da tvorijo emulzije.

Stabilnost emulzije je sposobnost proti agregaciji delcev, ki vodi v fazno ločevanje. Emulzije so termodinamično nestabilni sistemi z veliko prosto energijo. Tako imenovana stabilnost emulzije je torej čas, ki ga sistem potrebuje, da doseže ravnotežje, tj. čas, potreben za ločevanje ene od tekočin v sistemu.

Ko je medobrazna membrana z maščobnimi alkoholi, maščobnimi kislinami in maščobnimi amini ter drugimi polarnimi organskimi molekulami, membranska moč bistveno višja. To je zato, ker se v medobrazni adsorpcijski plasti emulgatorjev molekul in alkoholov, kislin in aminov ter drugih polarnih molekul tvori "kompleks", tako da se je moč medobrazne membrane povečala.

Emulgatorji, sestavljeni iz več kot dveh površinsko aktivnih snovi, se imenujejo mešani emulgatorji. mešani emulgator, adsorbiran na vmesniku voda/olje; Intermolekularno delovanje lahko tvori komplekse. Zaradi močnega intermolekularnega delovanja se medobrazna napetost bistveno zmanjša, količina emulgatorja, adsorbiranega na vmesniku, se bistveno poveča, nastanek gostote medobrazne membrane se poveča, moč se poveča.

Napolnitev tekočih kroglic pomembno vpliva na stabilnost emulzije. Stabilne emulzije, katerih tekoče kroglice so običajno napolnjene. Ko se uporablja ionski emulgator, emulgator ion, adsorbiran na vmesniku, vstavi svojo lipofilno skupino v oljno fazo, hidrofilna skupina pa je v vodni fazi, zaradi česar tekoče kroglice napolnijo. Kot emulzijske kroglice z istim nabojem se med seboj odbijajo, ni enostavno aglomerirati, tako da se stabilnost poveča. Vidimo lahko, da več emulgatorskih ionov, adsorbiranih na kroglicah, večja je naboj, večja je sposobnost preprečevanja aglomeracije kroglic, bolj stabilen je emulzijski sistem.

Viskoznost emulzijskega disperzijskega medija ima določen vpliv na stabilnost emulzije. Na splošno, višja kot je viskoznost disperzijskega medija, večja je stabilnost emulzije. To je zato, ker je viskoznost disperzijskega medija velika, kar močno vpliva na rjavo gibanje tekočih kroglic in upočasni trk med tekočimi kroglicami, tako da sistem ostane stabilen. Običajno lahko polimerne snovi, ki jih je mogoče raztopiti v emulzijah, povečajo viskoznost sistema in povečajo stabilnost emulzij. Poleg tega lahko polimeri tvorijo tudi močno medobrazno membrano, zaradi česar je emulzijski sistem stabilnejši.

V nekaterih primerih lahko dodatek trdnega prahu povzroči tudi stabilizacijo emulzije. Trden prah je v vodi, olju ali vmesniku, odvisno od olja, voda na zmogljivosti vlaženja trdnega prahu, če trdni prah ni popolnoma moker z vodo, ampak tudi moker z oljem, ostane na vmesniku vode in olja.

Trdni prah ne naredi emulzije stabilna, ker prah, zbran na vmesniku, izboljša medobrazno membrano, ki je podobna medobrazni adsorpciji molekul emulgatorjev, zato bolj kot je trdni prašek razporejen na vmesniku, bolj stabilna je emulzija.

Površinsko aktivne snovi lahko znatno povečajo topnost netopnih ali rahlo vodotopnih organskih snovi po oblikovanju micel v vodni raztopini, raztopina pa je v tem času prozorna. Ta učinek micele se imenuje topnost. Površinsko aktivna snov, ki lahko proizvede topnost, se imenuje topilo, organska snov, ki je topna, pa se imenuje topna snov.

Pena igra pomembno vlogo v procesu pranja. Pena je disperzijski sistem, v katerem se plin razprši v tekočini ali trdni snovi, pri čemer se plin kot disperzijska faza in tekočina ali trdna snov kot disperzijski medij, prvi se imenuje tekoča pena, drugi pa se imenuje trdna pena, kot so penasta plastika, penasto steklo, penasti cement itd.

(1) Nastajanje pene

S peno mislimo tukaj agregat zračnih mehurčkov, ločenih s tekočo membrano. Ta vrsta mehurčkov se vedno hitro dvigne na površino tekočine zaradi velike razlike v gostoti med disperzirano fazo (plin) in disperzijskim medijem (tekočina), v kombinaciji z nizko viskoznostjo tekočine.

Postopek oblikovanja mehurčka je, da v tekočino vnesete veliko količino plina, mehurčki v tekočini pa se hitro vrnejo na površino in tvorijo agregat mehurčkov, ločenih z majhno količino tekočega plina.

Pena ima dve pomembni značilnosti v smislu morfologije: ena je, da so mehurčki kot disperzirana faza pogosto poliedralne oblike, to je zato, ker na presečišču mehurčkov obstaja težnja tekočega filma, da se tanjša, tako da mehurčki postanejo poliedralni, ko tekoči film do določene mere tanjša, vodi do razpoka mehurčkov; drugi je, da čiste tekočine ne morejo tvoriti stabilne pene, tekočina, ki lahko tvori peno, je vsaj dve ali več komponent. Vodne raztopine površinsko aktivnih snovi so značilne za sisteme, ki so nagnjeni k nastajanju pene, njihova sposobnost ustvarjanja pene pa je povezana tudi z drugimi lastnostmi.

Površinsko aktivne snovi z dobro močjo penjenja se imenujejo penjena sredstva. Čeprav ima peno dobro sposobnost pene, nastala pena morda ne bo mogla vzdrževati dolgo časa, to pomeni, da njegova stabilnost ni nujno dobra. Da bi ohranili stabilnost pene, pogosto v penjenju, da dodate snovi, ki lahko povečajo stabilnost pene, se snov imenuje stabilizator pene, pogosto uporablja stabilizator lavril dietanolamin in dodecil dimetilamin oksid.

(2) Stabilnost pene

Pena je termodinamično nestabilen sistem in končni trend je, da se skupna površina tekočine znotraj sistema zmanjša, ko se mehurček zlomi in prosta energija zmanjša. Postopek razprševanja je postopek, s katerim tekoča membrana, ki ločuje plin, postane debelejša in tanjša, dokler se ne zlomi. Zato je stopnja stabilnosti pene večinoma določena s hitrostjo izpusta tekočine in trdnostjo tekočega filma. Na to vplivajo tudi naslednji dejavniki.

(3) Uničenje pene

Osnovno načelo uničevanja pene je spremeniti pogoje, ki proizvajajo peno, ali odpraviti stabilizacijske faktorje pene, zato obstajajo fizikalne in kemične metode razprševanja.

Fizično razprševanje pomeni spremembo pogojev proizvodnje pene ob ohranjanju kemične sestave pene raztopine, kot so zunanje motnje, spremembe temperature ali tlaka in ultrazvočna obdelava so vse učinkovite fizikalne metode za odpravo pene.

Metoda kemičnega razprševanja je dodajanje določenih snovi za interakcijo s penjenjem, da se zmanjša trdnost tekočega filma v peni in s tem zmanjša stabilnost pene, da se doseže namen razprševanja, takšne snovi se imenujejo razprševalci. Večina razpršilnih sredstev je površinsko aktivna snov. Zato mora biti v skladu z mehanizmom defarmiranja defarmer močno sposobnost zmanjšanja površinske napetosti, enostavno adsorbirati na površini, medsebojno delovanje med površinskimi adsorpcijskimi molekulami pa je šibko, adsorpcijske molekule razporejene v bolj ohlapno strukturo.

Obstajajo različne vrste odpravljalnikov, vendar so v bistvu vse neionske površinsko aktivne snovi. Neionske površinsko aktivne snovi imajo proti penjenju lastnosti blizu ali nad njihovo točko oblaka in se pogosto uporabljajo kot razpršilci. Alkoholi, zlasti alkoholi s strukturo razvejanja, maščobne kisline in estri maščobnih kislin, poliamidi, fosfatni estri, silikonska olja itd., se pogosto uporabljajo tudi kot odlični razparalci.

(4) Pena in pranje

Ni neposredne povezave med peno in učinkovitostjo pranja in količina pene ne kaže na učinkovitost pranja. Neionske površinsko aktivne snovi imajo veliko manj penjenih lastnosti kot mila, vendar je njihova dekontaminacija veliko boljša od mila.

V nekaterih primerih lahko pena pomaga pri odstranjevanju umazanije in umazanije. Na primer, pri pranju posode v domu pena detergenta pobere kapljice olja, pri čiščenju preprog pa pena pomaga pobrati prah, prah in drugo trdno umazanijo. Poleg tega se lahko peno včasih uporablja kot indikator učinkovitosti detergenta. Ker imajo maščobna olja zavirajoč učinek na peno detergenta, ko je preveč olja in premalo detergenta, ne bo nastala pena ali pa bo originalna pena izginila. Pena se lahko včasih uporablja tudi kot indikator čistoče izpiranja, saj količina pene v raztopini za izpiranje nagiba k zmanjšanju detergenta, zato se količina pene lahko uporabi za oceno stopnje izpiranja.

V širšem smislu je pranje proces odstranjevanja neželenih sestavin iz predmeta, ki ga je treba oprati, in doseganja nekega namena. Pranje v običajnem smislu se nanaša na proces odstranjevanja umazanije s površine nosilca. Pri pranju se interakcija med umazanijo in nosilcem oslabi ali odstrani z delovanjem nekaterih kemičnih snovi (npr. detergenta itd.), tako da se kombinacija umazanije in nosilca spremeni v kombinacijo umazanije in detergenta, končno pa se umazanija loči od nosilca. Ker so predmeti, ki jih je treba oprati, in umazanija, ki jo je treba odstraniti, različni, je pranje zelo zapleten proces in osnovni proces pranja se lahko izrazi v naslednjih preprostih odnosih.

Carrie··umazanija + detergent = nosilec + umazanija · detergent

Postopek pranja je običajno mogoče razdeliti na dve fazi: prvič, pod delovanjem detergenta se umazanija loči od nosilca; drugič, odstranjena umazanija se razprši in suspendira v mediju. Postopek pranja je reverzibilen proces in umazanija, ki se razprši in suspendira v mediju, se lahko tudi ponovno obori iz medija do predmeta, ki se opere. Zato mora imeti dober detergent sposobnost razprševanja in suspendiranja umazanije ter preprečevanja ponovne pozicije umazanije, poleg tega pa tudi zmožnost odstranjevanja umazanije iz nosilca.

(1) Vrste umazanije

Tudi za isti izdelek se lahko vrsta, sestava in količina umazanije razlikujejo glede na okolje, v katerem se uporablja. Oljna umazanija telesa je predvsem nekatera živalska in rastlinska olja in mineralna olja (kot so surova olja, kurilno olje, premogov katran itd.), trdna umazanija je predvsem saje, pepel, rja, ogljikova črna itd. V smislu umazanije oblačil obstaja umazanija iz človeškega telesa, kot so znoj, sebum, kri itd.; umazanijo iz hrane, kot so madeži sadja, madeži kuhalnega olja, madeži začimb, škrob itd.; umazanijo iz kozmetike, kot so šminka, lak za nohte itd.; umazanijo iz atmosfere, kot so saje, prah, blato itd.; Druge, kot so črnilo, čaj, premaz itd. Na voljo je v različnih vrstah.

Različne vrste umazanije lahko običajno razdelimo na tri glavne kategorije: trdna umazanija, tekoča umazanija in posebna umazanija.

① Trdna umazanija

Navadna trdna umazanija vključuje delce pepela, blata, zemlje, rje in ogljikovo črno. Večina teh delcev ima električni naboj na svoji površini, večina jih je negativno napolnjenih in jih je mogoče zlahka adsorbirati na elemente vlaken. Trdno umazanijo je običajno težko raztopiti v vodi, vendar jo je mogoče razpršiti in suspendirati z raztopinami detergenta. Trdno umazanijo z manjšo masno točko je težje odstraniti.

② Tekoča umazanija

Tekoča umazanija je večinoma topna v olju, vključno z rastlinskimi in živalskimi olji, maščobnimi kislinami, maščobnimi alkoholi, mineralnimi olji in njihovimi oksidi. Med njimi se lahko pojavijo rastlinska in živalska olja, maščobne kisline in alkalna saponifikacija, medtem ko maščobni alkoholi, mineralna olja niso saponificirana z alkalijami, ampak so lahko topna v alkoholih, etrih in ogljikovodikovih organskih topilih ter emulgacija in disperzija raztopine detergenta vode. Oljno topna tekoča umazanija ima običajno močno silo z vlakninami in je bolj trdno adsorbirana na vlakna.

① Posebna umazanija

Posebna umazanija vključuje beljakovine, škrob, kri, človeške izločke, kot so znoj, sebum, urin in sadni sok ter čajni sok. Večina te vrste umazanije se lahko kemično in močno adsorbira na vlakna. Zato je težko oprati.

Različne vrste umazanije redko najdemo same, vendar se pogosto zmešajo in adsorbirajo na predmet. Umazanost se lahko včasih oksidira, razgradi ali razpade pod zunanjimi vplivi in tako ustvari novo umazanijo.

(2)Prilepitev umazanije

Oblačila, roke itd. se lahko obarvajo, ker obstaja nekakšna interakcija med predmetom in umazanijo. Umazana se lepi na predmete na različne načine, vendar ni nič več kot fizikalne in kemične lepljenje.

①Adhezija saj, prahu, blata, peska in oglja na oblačila je fizična adhezija. Na splošno je s tem oprijemom umazanije in vloga med obarvanim predmetom relativno šibka, odstranjevanje umazanije je tudi relativno enostavno. Glede na različne sile se fizično oprijemanje umazanije lahko razdeli na mehansko oprijemanje in elektrostatično oprijemanje.

A: Mehanski oprijem

Ta vrsta adhezije se nanaša predvsem na adhezijo nekaterih trdnih umazanij (npr. prahu, blata in peska). Mehanski oprijem je ena izmed šibkejših oblik oprijema umazanije in ga je mogoče odstraniti skoraj z mehanskimi sredstvi, vendar ko je umazanija majhna (<0,1um), jo je težje odstraniti.

B: Elektrostatična adhezija

Elektrostatična adhezija se kaže predvsem v delovanju napolnjenih delcev umazanije na nasprotno napolnjene predmete. Večina vlaknenih predmetov je negativno nabita v vodi in jih lahko zlahka prilepijo določene pozitivno nabite umazanije, kot so vrste apna. Nekatera umazanija, čeprav je negativno nabita, kot so ogljikovi črni delci v vodnih raztopinah, se lahko lepi na vlakna skozi ionske mostove (ioni med več nasprotno nabitimi objekti, ki delujejo skupaj z njimi na mostični način), ki jih tvorijo pozitivni ioni v vodi (npr. Ca2+, Mg2+ itd.).

Elektrostatično delovanje je močnejše od preprostega mehanskega delovanja, zaradi česar je odstranjevanje umazanije relativno težko.

② Kemična adhezija

Kemična adhezija se nanaša na pojav umazanije, ki deluje na predmet skozi kemične ali vodikove vezi. Na primer, polarna trdna umazanija, beljakovine, rja in druge adhezije na vlakdevet, vlakna vsebujejo karboksil, hidroksil, amid in druge skupine, te skupine in mastne umazanije maščobne kisline, maščobni alkoholi so enostavni za oblikovanje vodikovih vezi. Kemične sile so na splošno močne, zato je umazanija bolj trdno vezana na predmet. To vrsto umazanije je težko odstraniti z običajnimi metodami in zahteva posebne metode za ravnanje z njo.

Stopnja oprijema umazanije je povezana z naravo umazanije same in naravo predmeta, na katerega je pritrjena. Na splošno se delci zlahka lepijo na vlaknene predmete. Manjša kot je tekstura trdne umazanije, močnejša je oprijem. Polarna umazanija na hidrofilnih predmetih, kot sta bombaž in steklo, se močneje drži kot nepolarna umazanija. Nepolarna umazanija se močneje lepi kot polarna umazanija, kot so polarne maščobe, prah in glina, in je manj enostavna za odstranjevanje in čiščenje.

(3) Mehanizem za odstranjevanje umazanije

Namen pranja je odstraniti umazanijo. V mediju določene temperature (predvsem vode). Uporaba različnih fizikalnih in kemijskih učinkov detergenta za oslabitev ali odpravo učinka umazanije in opranih predmetov pod delovanjem določenih mehanskih sil (kot so ročno drgnjenje, mešanje pralnega stroja, vpliv na vodo), tako da umazanija in oprani predmeti iz namena dekontaminacije.

① Mehanizem odstranjevanja tekoče umazanije

A:Močenje

Tekoče umazanije so večinoma na osnovi olja. Oljni madeži mokro večino vlaknenih predmetov in se več ali manj razširi kot oljni film na površino vlaknenega materiala. Prvi korak pri pranju je močenje površine s pralno tekočino. Zaradi ilustracije lahko površino vlaken razmišljamo kot gladko trdno površino.

B: Odstranitev olja – kodralni mehanizem

Drugi korak pri pranju je odstranitev olja in maščobe, odstranitev tekoče umazanije se doseže z nekakšnim navijanjem. Tekoča umazanija je prvotno obstajala na površini v obliki razpršenega oljnega filma in pod prednostnim vlažilnim učinkom pralne tekočine na trdni površini (tj. površini vlaken) se je korak za korakom zvila v oljne kroglice, ki so jih nadomestila pralna tekočina in sčasoma pustila površino pod določenimi zunanjimi silami.

② Mehanizem odstranjevanja trdne umazanije

Odstranjevanje tekoče umazanije poteka predvsem s prednostnim vlaženjem nosilca umazanije s pralno raztopino, medtem ko je mehanizem za odstranjevanje trdne umazanije drugačen, kjer je postopek pranja predvsem vlaženje umazanije in njene nosilne površine s pralno raztopino. Zaradi adsorpcije površinsko aktivnih snovi na trdno umazanijo in njeno nosilno površino se zmanjša interakcija med umazanijo in površino in zmanjša oprijemna trdnost umazanije na površini, tako da se umazanijska masa enostavno odstrani s površine nosilca.

Poleg tega adsorpcija površinsko aktivnih snovi, zlasti ionskih površinsko aktivnih snovi, na površini trdne umazanije in njenega nosilca lahko poveča površinski potencial na površini trdne umazanije in njenega nosilca, kar je bolj ugodno za odstranjevanje umazanije. Trdne ali na splošno vlaknate površine so običajno negativno napolnjene v vodnih medijih in lahko zato tvorijo difuzne dvojne elektronske plasti na umazanijskih masih ali trdnih površinah. Zaradi odbijanja homogenih nabojev je oprijem umazanijskih delcev v vodi na trdno površino oslabljena. Ko se doda anionska površinsko aktivna snov, ker lahko hkrati poveča negativni površinski potencial delca umazanije in trdne površine, je odboj med njima bolj povečan, trdnost adhezije delca je bolj zmanjšana in umazanijo je lažje odstraniti.

Neionske površinsko aktivne snovi se adsorbirajo na običajno napolnjene trdne površine in čeprav ne spreminjajo bistveno medobraznega potenciala, adsorbirane nelionske površinsko aktivne snovi na površini tvorijo določeno debelino adsorbirane plasti, kar pomaga preprečiti ponovno pozicijo umazanije.

V primeru kationskih površinsko aktivnih snovi njihova adsorpcija zmanjšuje ali odpravlja negativni površinski potencial umazanije in njene nosilne površine, kar zmanjšuje odboj med umazanijo in površino in zato ne prispeva k odstranjevanju umazanije; Poleg tega kationske površinsko aktivne snovi po adsorpciji na trdno površino spremenijo hidrofobno in zato ne spodbujajo vlaženja površine in s tem pranja.

① Odstranjevanje posebnih tal

Beljakovine, škrob, človeške izločke, sadni sok, čajni sok in druge podobne umazanije je težko odstraniti z normalnimi površinsko aktivnimi snovmi in zahtevajo posebno obdelavo.

Beljakovinski madeži, kot so krema, jajca, kri, mleko in izločki koagulacije na vlakna in degeneracija ter dobijo močnejšo adhezijo. Beljakovinsko umazanijo je mogoče odstraniti z uporabo proteaz. Encim proteaza razgradi beljakovine v umazaniji v vodotopne aminokisline ali oligopeptide.

Madeži škroba prihajajo predvsem iz živil, drugih, kot so omaka, lepilo itd. Amilaza katalitično vpliva na hidrolizo madežev škroba in povzroči razgradnjo škroba v sladkorje.

Lipaza katalizira razgradnjo trigliceridov, ki jih je težko odstraniti z normalnimi metodami, kot so sebum in užitna olja, in jih razgradi v topen glicerol in maščobne kisline.

Nekatere barvne madeže iz sadnih sokov, čajnih sokov, črnil, šminke itd. je pogosto težko temeljito očistiti tudi po večkratnem pranju. Te madeže je mogoče odstraniti z redoksno reakcijo z oksidacijskim ali redukcijskim sredstvom, kot je belilo, ki uniči strukturo barvno-pomožnih skupin in jih razgradi v manjše vodotopne komponente.

(4) Mehanizem odstranjevanja madežev kemičnega čiščenja

Zgoraj navedeno je dejansko za vodo kot sredstvo za pranje. Dejansko zaradi različnih vrst oblačil in strukture nekatera oblačila, ki uporabljajo vodno pranje, niso priročna ali ni enostavna za pranje, nekatera oblačila po pranju in celo deobrazecacije, bledenje itd., na primer: večina naravnih vlaken absorbira vodo in enostavno oteči ter suho in enostavno skrči, tako da bo po pranju deobrazecirana; s pranjem volnenih izdelkov se pogosto pojavi pojav krčenja, nekateri volneni izdelki s pranjem z vodo so tudi enostavni za piling, sprememba barve; Nekateri svileni občutek roke se po pranju poslabša in izgubi sijaj. Za ta oblačila pogosto uporabite metodo kemičnega čiščenja za dekontaminacijo. Tako imenovano kemično čiščenje se običajno nanaša na način pranja v organskih topilih, zlasti v nepolarnih topilih.

Kemično čiščenje je nežnejša oblika pranja kot pranje z vodo. Ker kemično čiščenje ne zahteva veliko mehanskega delovanja, ne povzroča poškodb, gub in deobrazecacij oblačil, medtem ko sredstva za kemično čiščenje, za razliko od vode, redko povzročajo širitev in krčenje. Dokler je tehnologija pravilno ravnana, je oblačila mogoče suho čistiti brez popačenja, bledenja barv in podaljšane življenjske dobe.

V smislu kemičnega čiščenja obstajajo tri široke vrste umazanije.

①Oljno topna umazanija vključuje vse vrste olja in maščobe, ki so tekoče ali mastne in se lahko raztopijo v topilih za kemično čiščenje.

②Vodotopna umazanija Vodotopna umazanija je topna v vodnih raztopinah, vendar ne v sredstvih za kemično čiščenje, adsorbira se na oblačila v vodnem stanju, voda izhlape po obarjanju zrnatih trdnih snovi, kot so anorganske soli, škrob, beljakovine itd.

①Olje in voda netopna umazanija Olje in voda netopna umazanija ni niti topna v vodi niti topna v topilih za kemično čiščenje, kot so ogljikova črna, silikati različnih kovin in oksidi itd.

Zaradi različne narave različnih vrst umazanije obstajajo različni načini odstranjevanja umazanije v postopku kemičnega čiščenja. Oljno topna tla, kot so živalska in rastlinska olja, mineralna olja in maščobe, so zlahka topna v organskih topilih in jih je mogoče lažje odstraniti v kemičnem čiščenju. Odlična topnost topil za kemično čiščenje za olja in maščobe v bistvu izhaja iz sil van der Walls med molekulami.

Za odstranjevanje vodotopne umazanije, kot so anorganske soli, sladkorji, beljakovine in znoj, je treba kemičnemu sredstvu dodati pravo količino vode, sicer je z oblačil težko odstraniti vodotopno umazanijo. Vendar pa je vodo težko raztopiti v kemičnem čistilnem sredstvu, zato morate za povečanje količine vode dodati tudi površinsko aktivne snovi. Prisotnost vode v kemičnem čistilnem sredstvu lahko površino umazanije in oblačil navlaži, tako da je enostavno interakcijo s polarnimi skupinami površinsko aktivnih snovi, kar spodbuja adsorpcijo površinsko aktivnih snovi na površini. Poleg tega, ko površinsko aktivne snovi tvorijo micele, se lahko vodotopna umazanija in voda topijo v micele. Poleg povečanja vsebnosti vode v topilu za kemično čiščenje lahko površinsko aktivne snovi igrajo tudi vlogo pri preprečevanju ponovnega odlaganja umazanije, da povečajo učinek dekontaminacije.

Prisotnost majhne količine vode je potrebna za odstranitev vodotopne umazanije, vendar lahko preveč vode povzroči popačenje in gube v nekaterih oblačilih, zato mora biti količina vode v kemičnem čistilnem sredstvu zmerna.

Umazanost, ki ni niti vodotopna niti oljno topna, trdni delci, kot so pepel, blato, zemlja in ogljikova črna, je običajno pritrjena na oblačilo z elektrostatičnimi silami ali v kombinaciji z oljem. V kemičnem čiščenju pretok topila, udarec lahko povzroči adsorpcijo elektrostatične sile umazanije, sredstvo za kemično čiščenje pa lahko raztopi olje, tako da kombinacija olja in umazanije ter pritrjena na oblačila trdnih delcev v kemičnem čistilnem sredstvu, sredstvu za kemično čiščenje v majhni količini vode in površinsko aktivnih snovi, tako da so lahko tisti iz trdnih delcev umazanije stabilna suspenzija, disperzijo, da se prepreči ponovno odlaganje na oblačila.

(5)Dejavniki, ki vplivajo na delovanje pranja

Smerna adsorpcija površinsko aktivnih snovi na vmesniku in zmanjšanje površinske (medobrazne) napetosti sta glavni dejavniki pri odstranjevanju tekoče ali trdne umazanije. Vendar pa je postopek pranja zapleten in na učinek pranja, tudi pri isti vrsti detergenta, vplivajo številni drugi dejavniki. Ti dejavniki vključujejo koncentracijo detergenta, temperaturo, naravo umazanije, vrsto vlaken in strukturo tkadevet.

① Koncentracija površinsko aktivne snovi

Micele površinsko aktivnih snovi v raztopini igrajo pomembno vlogo v procesu pranja. Ko koncentracija doseže kritično koncentracijo micele (CMC), se učinek pranja močno poveča. Zato mora biti koncentracija detergenta v topilu višja od vrednosti CMC, da ima dober pralni učinek. Kadar pa je koncentracija površinsko aktivne snovi višja od vrednosti CMC, postopno povečanje pralnega učinka ni očitno in ni treba preveč povečati koncentracije površinsko aktivne snovi.

Pri odstranjevanju olja s topnostjo se topnostni učinek poveča s povečanjem koncentracije površinsko aktivne snovi, tudi če je koncentracija nad CMC. V tem času je priporočljivo uporabljati detergent na lokalni centraliziran način. Na primer, če je na manšetah in ovratnici oblačila veliko umazanije, se lahko med pranjem nanese plast detergenta, da se poveča topni učinek površinsko aktivne snovi na olje.

②Temperatura ima zelo pomemben vpliv na dejanje dekontaminacije. Na splošno povečanje temperature olajša odstranjevanje umazanije, včasih pa lahko previsoka temperatura povzroči tudi slabosti.

Zvišanje temperature olajša difuzijo umazanije, trdna maščoba se zlahka emulgira pri temperaturah nad tališčem in vlakna se povečajo otekline zaradi povečanja temperature, kar olajšuje odstranjevanje umazanije. Vendar pa se pri kompaktnih tkaninah mikroreže med vlakni zmanjšajo, ko se vlakna širijo, kar škoduje odstranjevanju umazanije.

Temperaturne spremembe vplivajo tudi na topnost, vrednost CMC in velikost micele površinsko aktivnih snovi, kar vpliva na učinek pranja. Topnost površinsko aktivnih snovi z dolgimi ogljikovimi verigami je nizka pri nizkih temperaturah in včasih je topnost celo nižja od vrednosti CMC, zato je treba temperaturo pranja ustrezno dvigniti. Učinek temperature na vrednost CMC in velikost micele se razlikuje pri ionskih in neionskih površinsko aktivnih snoveh. Pri ionskih površinsko aktivnih snoveh zvišanje temperature običajno poveča vrednost CMC in zmanjša velikost micele, kar pomeni, da je treba koncentracijo površinsko aktivne snovi v pralni raztopini povečati. Pri neionskih površinsko aktivnih snoveh povzroči zvišanje temperature zmanjšanje vrednosti CMC in znatno povečanje prostordevet micele, zato je jasno, da bo ustrezno zvišanje temperature neionski površinsko aktivni snovi pomagalo doseči površinsko aktivni učinek. Vendar temperatura ne sme presegati točke oblaka.

Skratka, optimalna temperatura pranja je odvisna od sestave detergenta in predmeta, ki se opere. Nekateri detergenti imajo dober učinek detergenta pri sobni temperaturi, medtem ko imajo drugi precej drugačen detergent med hladnim in vročim pranjem.

② Pena

Običajno je zamenjati moč penjenja z učinkom pranja, saj verjamemo, da imajo detergenti z visoko močjo penjenja dober učinek pranja. Raziskave so pokazale, da ni neposredne povezave med učinkom pranja in količino pene. Na primer, pranje z detergenti z nizko penjenjem ni nič manj učinkovito kot pranje z detergenti z visoko penjenjem.

Čeprav pena ni neposredno povezana s pranjem, obstajajo priložnosti, ko pomaga odstraniti umazanijo, na primer pri ročnem pranju posode. Pri čiščenju preprog lahko pena odstrani tudi prah in druge trdne delce umazanije, umazanija preprog predstavlja velik delež prahu, zato morajo imeti sredstva za čiščenje preprog določeno sposobnost penjenja.

Moč penjenja je pomembna tudi za šampone, kjer fina pena, ki jo tekočina proizvaja med šamponiranjem ali kopanjem, pusti lase mazane in udobne.

① Sorte vlaken in fizikalne lastnosti tekstila

Poleg kemične strukture vlaken, ki vpliva na oprijem in odstranjevanje umazanije, vplivajo videz vlaken in organizacija preje in tkadevet na enostavno odstranjevanje umazanije.

Lestvice volnenih vlaken in ukrivljeni ravni trakovi bombažnih vlaken so verjetneje, da se kopičijo umazanija kot gladka vlakna. Na primer, ogljikovo črno obarvano na celuloznih filmih (viskoznih filmih) je enostavno odstraniti, ogljikovo črno obarvano na bombažnih tkaninah pa je težko odstraniti. Drugi primer je, da so tkadevet s kratkimi vlakni iz poliestra bolj nagnjene k kopičenju oljnih madežev kot tkadevet z dolgimi vlakni, madeže olja na tkaninah s kratkimi vlakni pa je težje odstraniti kot madeže olja na tkaninah z dolgimi vlakni.

Tesno zvita preja in tesne tkadevet, zaradi majhne vrzeli med vlakni, se lahko uprejo invaziji umazanije, vendar lahko enako prepreči tudi pralno tekočino, da izključi notranjo umazanijo, tako da tesne tkadevet začnejo dobro upreti umazaniji, vendar je po madežih pranje tudi težje.

⑤ Trdota vode

Koncentracija Ca2+, Mg2+ in drugih kovinskih ionov v vodi veliko vpliva na pralni učinek, še posebej ko anionske površinsko aktivne snovi naletijo na Ca2+ in Mg2+ ione, ki tvorijo kalcijeve in magnezijeve soli, ki so manj topne in zmanjšajo njegovo detergenco. V trdi vodi, tudi če je koncentracija površinsko aktivne snovi visoka, je detergenca še vedno veliko slabša kot pri destilaciji. Da bi površinsko aktivna snov imela najboljši pralni učinek, je treba koncentracijo ionov Ca2+ v vodi zmanjšati na 1 x 10–6 mol/L (CaCO3 na 0,1 mg/L) ali manj. To zahteva dodajanje različnih mehčalcev v detergent.