1. Yfirborðsspenna
Samdráttarkrafturinn á hverja lengdareiningu á yfirborði vökva kallast yfirborðsspenna, mældur í N • m-1.
2. Yfirborðsvirkni og yfirborðsefni
Eiginleikinn sem getur dregið úr yfirborðsspennu leysiefna kallast yfirborðsvirkni, en efni með yfirborðsvirkni kallast yfirborðsvirk efni.
Yfirborðsvirk efni vísa til yfirborðsvirkra efna sem geta myndað mísellur og önnur agnir í vatnslausnum, hafa mikla yfirborðsvirkni og hafa einnig vætandi, fleyti-, froðu-, þvotta- og önnur hlutverk.
3. Sameindabyggingareiginleikar yfirborðsvirks efnis
Yfirborðsefni eru lífræn efnasambönd með sérstaka uppbyggingu og eiginleika sem geta breytt marktækt milliflatarspennu tveggja fasa eða yfirborðsspennu vökva (venjulega vatns) og hafa eiginleika eins og vætingu, froðumyndun, fleytimyndun og þvott.
Byggingarlega séð eiga yfirborðsvirk efni það sameiginlegt að innihalda tvo mismunandi virka hópa í sameindum sínum. Annar endinn er langkeðju óskautaður hópur sem er leysanlegur í olíu en óleysanlegur í vatni, þekktur sem vatnsfælinn hópur eða vatnsfælinn hópur. Þessir vatnsfælnu hópar eru almennt langkeðju kolvetni, stundum einnig lífrænt flúor, lífrænt kísill, lífrænt fosfór, lífrænar tinkeðjur o.s.frv. Hinn endinn er vatnsleysanlegur virkur hópur, þ.e. vatnssækinn hópur eða vatnssækinn hópur. Vatnssækni hópurinn verður að hafa nægilega vatnssækni til að tryggja að allt yfirborðsvirka efnið sé leysanlegt í vatni og hafi nauðsynlega leysni. Vegna nærveru vatnssækinna og vatnsfælinna hópa í yfirborðsvirkum efnum geta þeir leyst upp í að minnsta kosti einum fasa vökvafasans. Vatnssækni og olíusækni yfirborðsvirkra efna eru kölluð amfisækni.
4. Tegundir yfirborðsvirkra efna
Yfirborðsefni eru amfílsk sameindir sem hafa bæði vatnsfælna og vatnssækna hópa. Vatnsfælnu hóparnir í yfirborðsefnum eru almennt samsettir úr langkeðju kolvetnum, svo sem beinkeðju alkýl C8-C20, greinóttum alkýl C8-C20, alkýlfenýl (með 8-16 alkýl kolefnisatómum) o.s.frv. Munurinn á vatnsfælnum hópum liggur aðallega í byggingarbreytingum kolefnis- og vetniskeðjanna, með tiltölulega litlum mun, en það eru fleiri gerðir af vatnssæknum hópum. Þess vegna eru eiginleikar yfirborðsefna aðallega tengdir vatnssæknum hópum auk stærðar og lögunar vatnsfælnu hópanna. Byggingarbreytingar vatnssækinna hópa eru meiri en vatnsfælinna hópa, þannig að flokkun yfirborðsefna byggist almennt á uppbyggingu vatnssækinna hópa. Þessi flokkun byggist aðallega á því hvort vatnssæknu hóparnir eru jónískir, og skiptist í anjóníska, katjóníska, ójóníska, tvíjóníska og aðrar sérstakar gerðir af yfirborðsefnum.
5. Einkenni vatnslausnar yfirborðsvirks efnis
① Aðsog yfirborðsvirkra efna við snertifleti
Yfirborðsefnissameindir hafa fituleysandi og vatnsleysandi hópa, sem gerir þær að amfíleysum sameindum. Vatn er sterklega skautuð vökvi. Þegar yfirborðsefni leysast upp í vatni, samkvæmt meginreglunni um pólunarlíkindi og pólunarmunarfráhrindingu, laðast vatnsleysandi hópar þeirra að vatnsfasanum og leysast upp í vatni, en fituleysandi hópar þeirra hrinda frá sér vatni og yfirgefa vatnið. Fyrir vikið aðsoga yfirborðsefnissameindir (eða jónir) við skilflötinn milli fasanna tveggja, sem dregur úr spennu milli fasanna tveggja. Því fleiri yfirborðsefnissameindir (eða jónir) sem eru aðsogaðar á skilflötinn, því meiri minnkar spennan.
② Sumir eiginleikar aðsogshimnu
Yfirborðsþrýstingur aðsogshimnu: Yfirborðsefni aðsoga á tengifleti gass og vökva og mynda aðsogshimnu. Ef núningslaus, hreyfanleg fljótandi plata er sett á tengifletinn og fljótandi platan ýtir aðsogshimnunni eftir yfirborði lausnarinnar, þá beitir himnan þrýstingi á fljótandi plötuna, sem kallast yfirborðsþrýstingur.
Yfirborðsseigja: Líkt og yfirborðsþrýstingur er yfirborðsseigja eiginleiki sem óleysanlegar sameindahimnur sýna. Hengið platínuhring upp með þunnum málmvír, látið flatt yfirborð hans snerta vatnsyfirborð vasksins, snúið platínuhringnum, platínuhringurinn er hindraður af seigju vatnsins og sveifluvíddin minnkar smám saman, sem gerir það að verkum að hægt er að mæla yfirborðsseigjuna. Aðferðin er: fyrst skal framkvæma tilraunir á hreinu vatnsyfirborði, mæla sveifluvíddardeyfinguna, síðan mæla deyfinguna eftir að yfirborðsgríman hefur myndast og reikna út seigju yfirborðsgrímunnar út frá mismuninum á milli þessara tveggja.
Seigjan á yfirborðinu er nátengd hörku yfirborðsgrímunnar. Þar sem aðsogsfilman hefur yfirborðsþrýsting og seigju verður hún að vera teygjanleg. Því hærri sem yfirborðsþrýstingur og seigja aðsogshimnunnar er, því meiri er teygjanleikastuðull hennar. Teygjanleikastuðull aðsogsfilmunnar á yfirborðinu er af mikilli þýðingu í ferlinu við stöðugleika froðu.
③ Myndun mísellu
Þynnt lausn yfirborðsvirkra efna fylgir lögmálum hugsjónarlausna. Magn yfirborðsvirkra efna á yfirborði lausnar eykst með styrk lausnarinnar. Þegar styrkurinn nær eða fer yfir ákveðið gildi eykst magn yfirborðsvirkra efna ekki lengur. Þessar umfram yfirborðsvirku sameindir í lausninni eru óreglulegar eða til staðar á reglulegan hátt. Bæði reynsla og kenningar hafa sýnt að þær mynda samanlögð efni í lausn, sem kallast mísellur.
Mikilvægur míselluþéttni: Lágmarksþéttnin þar sem yfirborðsvirk efni mynda mísellur í lausn kallast mikilvægur míselluþéttni.
④ CMC gildi algengs yfirborðsvirks efnis.
6. Jafnvægisgildi vatnssækins og olíusækins
HLB stendur fyrir vatnssækið fituleysanlegt jafnvægi, sem táknar vatnssækin og fituleysanleg jafnvægisgildi vatnssækinna og fituleysandi hópa yfirborðsvirks efnis, þ.e. HLB gildi yfirborðsvirka efnisins. Hátt HLB gildi gefur til kynna sterka vatnssækni en veika fituleysni sameindarinnar; þvert á móti hefur það sterka fituleysni og veika vatnssækni.
① Reglugerðir um HLB gildi
HLB-gildið er afstætt gildi, þannig að þegar HLB-gildið er reiknað út er HLB-gildi paraffíns án vatnssækni að staðli stillt á 0, en HLB-gildi natríumdódesýlsúlfats með sterka vatnsleysni er stillt á 40. Þess vegna er HLB-gildi yfirborðsvirkra efna almennt á bilinu 1-40. Almennt séð eru ýruefni með HLB-gildi undir 10 fitusækin, en ýruefni með HLB-gildi yfir 10 eru vatnssækin. Þess vegna er vendipunkturinn frá fitusækni til vatnssækni um það bil 10.
7. Áhrif á fleyti og uppleysingu
Tveir óblandanlegir vökvar, annar myndast við dreifingu agna (dropa eða fljótandi kristalla) í hinum, eru kallaðir emulsiónir. Þegar emulsión myndast eykst milliflatarmálið milli vökvanna tveggja, sem gerir kerfið varmafræðilega óstöðugt. Til að koma emulsióninni í jafnvægi þarf að bæta við þriðja efnisþættinum - ýruefni - til að draga úr milliflatarorku kerfisins. Emulsiónir tilheyra yfirborðsvirkum efnum og aðalhlutverk þeirra er að virka sem ýruefni. Fasið þar sem dropar eru í emulsióninni kallast dreifður fasi (eða innri fasi, ósamfelldur fasi), og hinn fasinn sem er tengdur saman kallast dreifður miðill (eða ytri fasi, samfelldur fasi).
① Fleytiefni og fleytiefni
Algengar ýruefnablöndur samanstanda af öðrum fasa vatns eða vatnslausnar og hinum fasanum lífrænum efnasamböndum sem blandast ekki vatni, svo sem olíum, vaxi o.s.frv. Rýruefnablönduna sem myndast úr vatni og olíu má skipta í tvo flokka eftir dreifingu þeirra: olía sem er dreift í vatni myndar vatns-í-olíu ýruefnablöndu, táknuð með O/W (olía/vatn); vatn sem er dreift í olíu myndar vatns-í-olíu ýruefnablöndu, táknuð með W/O (vatn/olía). Að auki geta einnig myndast flókin vatns-í-olíu-í-vatni W/O/W og olía-í-vatni-í-olíu O/W/O ýruefnablöndur.
Fleytiefnið stöðugar fleytið með því að draga úr spennu á milli andlits og mynda einlags andlitsmaska.
Kröfur um ýruefni í ýrugerð: a: ýruefni verða að geta aðsogað eða auðgað á millifleti fasanna tveggja, sem dregur úr millifletisspennu; b: ýruefni verða að gefa ögnum rafhleðslu, sem veldur rafstöðuvirkri fráhrindingu milli agna eða myndar stöðuga, mjög seigfljótandi verndarfilmu utan um agnirnar. Þess vegna verða efni sem notuð eru sem ýruefni að hafa amfífíla hópa til að hafa ýruáhrif, og yfirborðsvirk efni geta uppfyllt þessa kröfu.
② Aðferðir til að búa til emulsions og þættir sem hafa áhrif á stöðugleika emulsions
Tvær aðferðir eru til að búa til fleytiefni: önnur er að nota vélrænar aðferðir til að dreifa vökvanum í smáar agnir í öðrum vökva, sem er almennt notað í iðnaði til að búa til fleytiefni; Önnur aðferð er að leysa upp vökva í sameindaástandi í öðrum vökva og láta hann síðan safnast saman á viðeigandi hátt til að mynda fleytiefni.
Stöðugleiki emulsía vísar til getu þeirra til að standast agnasöfnun og valda fasaaðskilnaði. Emulsía eru varmafræðilega óstöðug kerfi með mikla fríorku. Þess vegna vísar stöðugleiki emulsía í raun til þess tíma sem það tekur kerfið að ná jafnvægi, það er að segja sá tími sem það tekur vökva í kerfinu að aðskiljast.
Þegar skautar lífrænar sameindir eins og fitualkóhól, fitusýrur og fituamín eru í andlitsgrímunni eykst styrkur himnunnar verulega. Þetta er vegna þess að fleytiefnissameindirnar í aðsogslaginu á viðmótinu hafa samskipti við skautar sameindir eins og alkóhól, sýru og amín og mynda „flókið“ sem eykur styrk viðmótsgrímunnar.
Fleytiefni sem eru samsett úr tveimur eða fleiri yfirborðsvirkum efnum eru kölluð blandað fleytiefni. Blandað fleytiefni aðsogast á vatns-/olíuviðmótið og milliverkanir milli sameinda geta myndað fléttur. Vegna sterkra milliverkana milli sameinda minnkar spenna milliviðmótsins verulega, magn fleytiefnis sem aðsogast á viðmótið eykst verulega og þéttleiki og styrkur myndaðs milliviðmótsgrímu eykst.
Hleðsla dropanna hefur veruleg áhrif á stöðugleika ýruefna. Stöðugar ýruefni hafa yfirleitt dropa með rafhleðslu. Þegar jónísk ýruefni eru notuð setja ýruefnisjónirnar sem aðsogast á yfirborðið fitusækna hópa sína inn í olíufasann, en vatnssæknu hóparnir eru í vatnsfasanum, sem gerir dropana hlaðna. Vegna þess að droparnir í ýruefninu bera sömu hleðslu, hrinda þeir hvor öðrum frá sér og safnast ekki auðveldlega saman, sem leiðir til aukinnar stöðugleika. Það má sjá að því fleiri ýruefnisjónir sem aðsogast á dropana, því meiri er hleðsla þeirra og því meiri geta þeirra til að koma í veg fyrir samruna dropanna, sem gerir ýruefniskerfið stöðugra.
Seigja dreifimiðilsins í emulsíu hefur ákveðin áhrif á stöðugleika hennar. Almennt séð, því hærri sem seigja dreifimiðilsins er, því meiri er stöðugleiki emulsíunnar. Þetta er vegna þess að seigja dreifimiðilsins er mikil, sem hindrar mjög Brown-hreyfingu vökvadropa, hægir á árekstri dropanna og heldur kerfinu stöðugu. Fjölliðuefni sem venjulega eru leysanleg í emulsíu geta aukið seigju kerfisins og bætt stöðugleika emulsíunnar. Að auki getur fjölliðan einnig myndað fast yfirborðsgrímu, sem gerir emulsíukerfið stöðugra.
Í sumum tilfellum getur bætt við föstu dufti einnig gert emulsíuna stöðugri. Fasta duftið er ekki í vatni, olíu eða á snertifletinum, allt eftir vætingargetu olíu og vatns á fasta duftinu. Ef fasta duftið er ekki alveg væt af vatni en getur vætst af olíu, mun það vera eftir á snertifletinum milli vatns og olíu.
Ástæðan fyrir því að fasta duftið stöðugar ekki fleytið er sú að duftið sem safnast saman við snertiflötinn styrkir ekki andlitsgrímuna við snertiflötinn, sem er svipað og sameindirnar í aðsogsfleytiefninu við snertiflötinn. Þess vegna, því nær sem föstu duftagnirnar eru raðaðar við snertiflötinn, því stöðugri verður fleytið.
Yfirborðsefni hafa getu til að auka verulega leysni lífrænna efnasambanda sem eru óleysanleg eða lítillega leysanleg í vatni eftir að hafa myndað mísellur í vatnslausn, og lausnin er gegnsæ á þessum tímapunkti. Þessi áhrif mísellanna eru kölluð uppleysandi. Yfirborðsefni sem geta valdið uppleysanlegum áhrifum eru kölluð uppleysandi efni, og lífræn efnasambönd sem eru uppleyst eru kölluð uppleyst efnasambönd.
8. Froða
Froða gegnir mikilvægu hlutverki í þvottaferlinu. Froða vísar til dreifikerfis þar sem gas er dreift í vökva eða föstu formi. Gas er dreififasinn og vökvi eða fast efni er dreifimiðillinn. Hið fyrra kallast fljótandi froða en hið síðara kallast fast froða, eins og froðuplast, froðugler, froðusement o.s.frv.
(1) Myndun froðu
Froðan vísar hér til samansafns loftbóla sem aðskiljast með vökvafilmu. Vegna mikils munar á eðlisþyngd dreifðs fasa (gass) og dreifðs miðils (vökva), og lágrar seigju vökvans, getur froðan alltaf náð fljótt upp að vökvastigi.
Ferlið við að mynda froðu felst í því að færa mikið magn af gasi inn í vökvann og loftbólurnar í vökvanum fara fljótt aftur upp á yfirborð vökvans og mynda loftbólusöfnun sem aðskilin er með litlu magni af vökva og gasi.
Froða hefur tvo merkilega eiginleika í formgerð: í fyrsta lagi eru loftbólur sem dreifðar fasa oft fjölhyrndar, því þar sem loftbólurnar skurða er tilhneiging til að vökvafilman þynnist, sem gerir loftbólurnar fjölhyrndar. Þegar vökvafilman þynnist að vissu marki munu loftbólurnar brotna; í öðru lagi getur hreinn vökvi ekki myndað stöðuga froðu, en vökvinn sem getur myndað froðu er að minnsta kosti tveir eða fleiri þættir. Vatnslausn af yfirborðsvirku efni er dæmigerð kerfi sem auðvelt er að mynda froðu, og hæfni hennar til að mynda froðu er einnig tengd öðrum eiginleikum.
Yfirborðsefni með góða froðumyndunargetu eru kölluð froðumyndandi efni. Þó að froðumyndunarefnið hafi góða froðumyndunargetu, getur froðan sem myndast ekki viðhaldið henni lengi, það er að segja, stöðugleiki hennar er ekki góður. Til að viðhalda stöðugleika froðunnar er oft bætt við froðumyndunarefnið efni sem getur aukið stöðugleika hennar, sem kallast froðustöðugleiki. Algengustu froðustöðugleikararnir eru lauroyl diethanolamine og dodesyl dimethyl amine oxide.
(2) Stöðugleiki froðu
Froða er varmafræðilega óstöðugt kerfi og lokaþróunin er sú að heildaryfirborðsflatarmál vökvans í kerfinu minnkar og fríorkan minnkar eftir að loftbólur brotna. Froðueyðingarferlið er ferlið þar sem vökvafilman sem aðskilur gasið breytir þykkt þar til hún springur. Þess vegna er stöðugleiki froðunnar aðallega ákvarðaður af hraða vökvaútblásturs og styrk vökvafilmunnar. Það eru nokkrir aðrir áhrifaþættir.
① Yfirborðsspenna
Frá orkusjónarmiði er lág yfirborðsspenna hagstæðari fyrir myndun froðu, en hún getur ekki tryggt stöðugleika froðunnar. Lágt yfirborðsspenna, lítill þrýstingsmunur, hægur vökvaútstreymishraði og hæg þynning vökvafilmunnar stuðla að stöðugleika froðunnar.
② Yfirborðsseigja
Lykilþátturinn sem ákvarðar stöðugleika froðu er styrkur vökvafilmunnar, sem ræðst aðallega af stífleika yfirborðs aðsogsfilmunnar, sem mæld er með yfirborðsseigju. Tilraunir sýna að froða sem myndast með lausn með hærri yfirborðsseigju endist lengur. Þetta er vegna þess að samspil aðsogaðra sameinda á yfirborðinu leiðir til aukinnar himnustyrks og þar með eykur líftíma froðunnar.
③ Seigja lausnar
Þegar seigja vökvans sjálfs eykst er erfitt að losa vökvann í vökvafilmunni og hraði þynningar vökvafilmunnar er hægur, sem seinkar tíma vökvafilmunnar sem hún rifnar og eykur stöðugleika froðunnar.
④ „Viðgerðaráhrif“ yfirborðsspennu
Yfirborðsefni sem eru aðsoguð á yfirborð vökvafilmunnar hafa getu til að standast útþenslu eða samdrátt vökvafilmunnar, sem við köllum viðgerðaráhrif. Þetta er vegna þess að það er fljótandi filma af yfirborðsefnum sem er aðsoguð á yfirborðinu og stækkun yfirborðsflatarmálsins mun draga úr styrk aðsogaðra sameinda á yfirborðinu og auka yfirborðsspennu. Frekari stækkun yfirborðsins mun krefjast meiri fyrirhafnar. Aftur á móti mun rýrnun yfirborðsflatarmálsins auka styrk aðsogaðra sameinda á yfirborðinu, sem dregur úr yfirborðsspennu og hindrar frekari rýrnun.
⑤ Dreifing gass í gegnum vökvahimnu
Vegna háræðaþrýstings er þrýstingurinn í litlum loftbólum í froðu hærri en í stórum loftbólum, sem veldur því að gasið í litlu loftbólunum dreifist í gegnum vökvafilmuna í lágþrýstingsloftbólur, sem leiðir til þess að litlu loftbólurnar minnka, stóru loftbólurnar stækka og að lokum brotnar froðan. Ef yfirborðsvirku efni er bætt við verður froðan einsleit og þétt þegar hún freyðir og það er ekki auðvelt að fjarlægja froðu. Þar sem yfirborðsvirka efnið er þétt staðsett á vökvafilmunni er erfitt að loftræsta hana, sem gerir froðuna stöðugri.
⑥ Áhrif yfirborðshleðslu
Ef froðuvökvafilman er hlaðin sama tákni, munu tvær fletir vökvafilmunnar hrinda hvor annarri frá sér, sem kemur í veg fyrir að vökvafilman þynnist eða jafnvel eyðileggist. Jónísk yfirborðsefni geta veitt þessi stöðugleikaáhrif.
Að lokum má segja að styrkur vökvafilmunnar sé lykilþátturinn til að ákvarða stöðugleika froðunnar. Sem yfirborðsvirkt efni fyrir froðumyndandi efni og froðustöðugleika eru þéttleiki og fastleiki yfirborðssameindanna mikilvægustu þættirnir. Þegar víxlverkun milli aðsogaðra sameinda á yfirborðinu er sterk eru aðsogaðar sameindirnar þétt raðaðar, sem gerir ekki aðeins yfirborðsgrímuna sjálfa mikinn styrk, heldur gerir það einnig erfitt fyrir lausnina sem liggur að yfirborðsgrímunni að flæða vegna mikillar yfirborðsseigju, þannig að það er tiltölulega erfitt fyrir vökvafilmuna að tæmast og þykkt vökvafilmunnar er auðvelt að viðhalda. Að auki geta þétt raðaðar yfirborðssameindir einnig dregið úr gegndræpi gassameinda og þannig aukið stöðugleika froðunnar.
(3) Eyðilegging froðu
Grunnreglan um að eyða froðu er að breyta skilyrðum fyrir froðuframleiðslu eða útrýma stöðugleikaþáttum froðunnar, þannig að það eru tvær aðferðir til að fjarlægja froðu, eðlisfræðilegar og efnafræðilegar.
Eðlisfræðileg froðueyðing er að breyta aðstæðum sem froða myndast við en halda efnasamsetningu froðulausnarinnar óbreyttri. Til dæmis eru truflun á ytri krafti, breyting á hitastigi eða þrýstingi og ómskoðunarmeðferð allt áhrifaríkar eðlisfræðilegar aðferðir til að fjarlægja froðu.
Efnafræðileg aðferð til að fjarlægja froðu felst í því að bæta við efnum sem hafa samskipti við froðumyndunarefnið, draga úr styrk vökvafilmunnar í froðunni og draga síðan úr stöðugleika froðunnar til að ná fram froðumyndunartilganginum. Slík efni eru kölluð froðueyðir. Flest froðueyðir eru yfirborðsvirk efni. Þess vegna, samkvæmt froðumyndunarferlinu, ættu froðueyðir að hafa sterka getu til að draga úr yfirborðsspennu, aðlagast auðveldlega yfirborðinu og hafa veika víxlverkun milli yfirborðs-aðsogaðra sameinda, sem leiðir til tiltölulega lausrar uppbyggingar aðsogaðra sameinda.
Það eru til ýmsar gerðir af froðueyðandi efnum, en þau eru að mestu leyti ójónísk yfirborðsefni. Ójónísk yfirborðsefni hafa froðueyðandi eiginleika nálægt eða yfir skýjunarpunkti þeirra og eru almennt notuð sem froðueyðandi efni. Alkóhól, sérstaklega þau sem eru með greinóttar byggingar, fitusýrur og esterar, pólýamíð, fosföt, sílikonolíur o.s.frv., eru einnig almennt notuð sem framúrskarandi froðueyðandi efni.
(4) Froða og þvottur
Það er ekkert beint samband milli froðu og þvottaáhrifa og magn froðu þýðir ekki hvort þvottaáhrifin séu góð eða slæm. Til dæmis er froðumyndunargeta ójónískra yfirborðsvirkra efna mun lakari en sápa, en hreinsigeta þeirra er mun betri en sápa.
Í sumum tilfellum er froða gagnleg til að fjarlægja óhreinindi. Til dæmis, þegar borðbúnaður er þveginn heima, getur froðan úr þvottaefninu fjarlægt olíudropa sem skolað hefur verið niður; þegar teppi eru skrúbbuð hjálpar froðan til við að fjarlægja fast óhreinindi eins og ryk og duft. Að auki getur froða stundum verið notuð sem vísbending um hvort þvottaefnið sé virkt, því feitar olíublettir geta hamlað froðumyndun þvottaefnisins. Þegar of mikið er af olíublettum og of lítið af þvottaefni, verður engin froða eða upprunalega froðan hverfur. Stundum er einnig hægt að nota froðu sem vísbendingu um hvort skolunin sé hrein. Þar sem froðumagnið í skolvatninu hefur tilhneigingu til að minnka með minnkandi þvottaefnisinnihaldi, er hægt að meta skolunargráðuna út frá froðumagninu.
9. Þvottaferli
Í víðara samhengi er þvottur ferlið við að fjarlægja óæskileg efni úr hlutnum sem verið er að þvo og ná ákveðnum tilgangi. Þvottur í venjulegum skilningi vísar til þess ferlis að fjarlægja óhreinindi af yfirborði burðarefnis. Við þvott veikist eða eykst samspil óhreininda og burðarefnis vegna áhrifa sumra efna (eins og þvottaefna), sem umbreyta samsetningu óhreininda og burðarefnis í samsetningu óhreininda og þvottaefnis, sem að lokum veldur því að óhreinindin og burðarefnið losna. Þar sem hlutirnir sem á að þvo og óhreinindin sem á að fjarlægja eru fjölbreytt, er þvottur mjög flókið ferli og grunnferlið við þvott má tákna með eftirfarandi einföldu sambandi.
Burðarefni • Óhreinindi + Þvottaefni = Burðarefni + Óhreinindi • Þvottaefni
Þvottaferlinu má venjulega skipta í tvö stig: í öðru lagi aðskilja óhreinindi og burðarefni þeirra undir áhrifum þvottaefnis; í öðru lagi dreifast óhreinindin og sviflaus í miðlinum. Þvottaferlið er afturkræft ferli og óhreinindi sem dreifast eða sviflaus í miðlinum geta einnig sest aftur út úr miðlinum á þvottinn. Þess vegna ætti framúrskarandi þvottaefni ekki aðeins að geta losað óhreinindi frá burðarefninu, heldur einnig að hafa góða getu til að dreifa og sviflausa óhreinindi og koma í veg fyrir að óhreinindi safnist fyrir aftur.
(1) Tegundir óhreininda
Jafnvel fyrir sama hlutinn er gerð, samsetning og magn óhreininda breytilegt eftir notkunarumhverfi. Óhreinindi úr olíu á líkama eru aðallega dýra- og jurtaolíur, sem og steinefnaolíur (eins og hráolía, brennsluolía, koltjöra o.s.frv.), en fast óhreinindi eru aðallega reyk, ryk, ryð, kolsvört o.s.frv. Hvað varðar óhreinindi úr fötum eru til óhreinindi frá mannslíkamanum, svo sem sviti, húðfita, blóð o.s.frv.; óhreinindi úr mat, svo sem ávaxtablettir, blettir úr matarolíu, kryddblettir, sterkja o.s.frv.; óhreinindi frá snyrtivörum, svo sem varalitur og naglalakk; óhreinindi úr andrúmsloftinu, svo sem reykur, ryk, mold o.s.frv.; önnur efni eins og blek, te, málning o.s.frv. Það má segja að til séu ýmsar og fjölbreyttar gerðir.
Ýmsar gerðir af óhreinindum má venjulega skipta í þrjá flokka: fast óhreinindi, fljótandi óhreinindi og sérstakt óhreinindi.
① Algengt fast óhreinindi eru meðal annars agnir eins og aska, leðja, jarðvegur, ryð og kolefnissvart. Flestar þessar agnir hafa yfirborðshleðslu, að mestu neikvæða, og festast auðveldlega við trefjakenndar hlutir. Almennt er erfitt að leysa upp fast óhreinindi í vatni en hægt er að dreifa þeim og svifleysa þeim með þvottaefnislausnum. Erfitt er að fjarlægja fast óhreinindi með smáum ögnum.
② Fljótandi óhreinindi eru að mestu leyti olíuleysanleg, þar á meðal dýra- og jurtaolíur, fitusýrur, fitualkóhólar, steinefnaolíur og oxíð þeirra. Meðal þeirra geta dýra- og jurtaolíur og fitusýrur verið sápaðar með basa, en fitualkóhólar og steinefnaolíur eru ekki sápaðar með basa, en geta leyst upp í alkóhólum, eterum og lífrænum leysum úr kolvetnum og verið leystar upp í vatnslausnum með þvottaefnum. Olíuleysanleg fljótandi óhreinindi hafa almennt sterka víxlverkunarkraft við trefjaríka hluti og sogast fast á trefjarnar.
③ Sérstök óhreinindi eru meðal annars prótein, sterkja, blóð, seytingar eins og sviti, húðfita, þvag, svo og ávaxtasafi, tesafi o.s.frv. Flest þessara tegunda óhreininda geta sogaðst sterklega inn í trefjahluti með efnahvörfum. Þess vegna er frekar erfitt að þvo þau.
Ýmsar tegundir óhreininda eru sjaldan til einar og sér, oft blandaðar saman og sogast saman á hluti. Óhreinindi geta stundum oxast, brotnað niður eða rotnað undir áhrifum utanaðkomandi efna, sem leiðir til myndunar nýs óhreininda.
(2) Viðloðunaráhrif óhreininda
Ástæðan fyrir því að föt, hendur o.s.frv. geta orðið óhrein er sú að einhvers konar víxlverkun á sér stað milli hluta og óhreininda. Óhreinindi hafa ýmis viðloðunaráhrif á hluti, en þau eru aðallega líkamleg viðloðun og efnafræðileg viðloðun.
① Líkamleg viðloðun sígarettuösku, ryks, setlaga, kolsvörts og annarra efna við föt. Almennt séð er víxlverkun óhreininda við mengaðan hlut tiltölulega lítil og auðvelt er að fjarlægja óhreinindi. Samkvæmt mismunandi kröftum má skipta líkamlegri viðloðun óhreininda í vélræna viðloðun og rafstöðuvirka viðloðun.
A: Vélræn viðloðun vísar aðallega til viðloðunar fastra óhreininda eins og ryks og setlaga. Vélræn viðloðun er veik viðloðunaraðferð fyrir óhreinindi sem næstum er hægt að fjarlægja með einföldum vélrænum aðferðum. Hins vegar, þegar agnastærð óhreinindanna er lítil (<0,1µm) er erfiðara að fjarlægja þau.
B: Rafstöðueiginleikar birtast aðallega með áhrifum hlaðinna óhreinindaagna á hluti með gagnstæða hleðslu. Flestir trefjahlutir bera neikvæða hleðslu í vatni og festast auðveldlega við jákvætt hlaðna óhreinindi eins og kalk. Sum óhreinindi, þótt þau séu neikvætt hlaðin, eins og kolsvört í vatnslausnum, geta fest sig við trefjar í gegnum jónabrýr sem myndast af jákvæðum jónum (eins og Ca2+, Mg2+, o.s.frv.) í vatni (jónir verka saman á milli margra gagnstæðra hleðslna og virka eins og brýr).
Stöðurafmagn er sterkara en einföld vélræn virkni, sem gerir það tiltölulega erfitt að fjarlægja óhreinindi.
③ Fjarlæging á sérstökum óhreinindum
Prótein, sterkja, seytingar úr mönnum, ávaxtasafi, tesafi og aðrar tegundir óhreininda eru erfiðar að fjarlægja með almennum yfirborðsvirkum efnum og krefjast sérstakra meðhöndlunaraðferða.
Próteinblettir eins og rjómi, egg, blóð, mjólk og húðskítur eru líklegri til að storkna og afmyndast á trefjum og festast betur. Til að fjarlægja próteinskemmdir er hægt að nota próteasi til að fjarlægja þær. Próteasinn getur brotið niður prótein í óhreinindum í vatnsleysanlegar amínósýrur eða ólígópeptíð.
Sterkjublettir koma aðallega úr mat, en aðrir eins og kjötsafi, mauk o.s.frv. Sterkjuensím hafa hvataáhrif á vatnsrof sterkjubletta og brjóta niður sterkju í sykur.
Lípasi getur hvatað niðurbrot sumra þríglýseríða sem erfitt er að fjarlægja með hefðbundnum aðferðum, svo sem húðfitu sem mannslíkaminn seytir, matarolíur o.s.frv., til að brjóta niður þríglýseríð í leysanlegt glýseról og fitusýrur.
Sumir litaðir blettir úr ávaxtasafa, tesafa, bleki, varalit o.s.frv. eru oft erfiðir að þrífa vandlega, jafnvel eftir endurtekna þvotta. Þessa tegund bletta er hægt að fjarlægja með oxunar-afoxunarviðbrögðum með því að nota oxunarefni eða afoxunarefni eins og bleikiefni, sem brjóta niður uppbyggingu litrófsins eða litrófshópanna og brjóta þá niður í smærri vatnsleysanlegar einingar.
Frá sjónarhóli fatahreinsunar eru gróflega þrjár gerðir af óhreinindum.
① Olíuleysanleg óhreinindi innihalda ýmsar olíur og fitur, sem eru fljótandi eða feitar og leysanlegar í leysum fyrir þurrhreinsun.
② Vatnsleysanlegt óhreinindi eru leysanleg í vatnslausn en óleysanleg í þurrhreinsiefnum. Þau festast við föt í formi vatnslausnar og eftir að vatnið gufar upp myndast kornótt föst efni eins og ólífræn sölt, sterkja, prótein o.s.frv.
③ Óhreinindi sem eru óleysanleg í olíu og vatni leysast ekki upp í hvorki vatni né leysum fyrir þurrhreinsun, svo sem kolsvörtu, ýmsum málmsilíkötum og oxíðum.
Vegna mismunandi eiginleika hinna ýmsu gerða óhreininda eru til mismunandi leiðir til að fjarlægja óhreinindi við þurrhreinsun. Olíuleysanleg óhreinindi, svo sem dýra- og jurtaolíur, steinefnaolíur og fita, eru auðleysanleg í lífrænum leysum og auðvelt er að fjarlægja þau við þurrhreinsun. Framúrskarandi leysni þurrhreinsunarleysefna fyrir olíu og fitu er aðallega vegna van der Waals krafta milli sameinda.
Til að fjarlægja vatnsleysanleg óhreinindi eins og ólífræn sölt, sykur, prótein, svita o.s.frv. er einnig nauðsynlegt að bæta viðeigandi magni af vatni út í þurrhreinsiefnið, annars er erfitt að fjarlægja vatnsleysanleg óhreinindi úr fötum. En vatn er erfitt að leysa upp í þurrhreinsiefnum, þannig að til að auka vatnsmagnið þarf að bæta við yfirborðsvirkum efnum. Vatnið sem er í þurrhreinsiefnum getur rakað óhreinindi og yfirborð fatnaðar, sem gerir það auðvelt að hafa samskipti við pólhópa yfirborðsvirkra efna, sem er gagnlegt fyrir aðsog yfirborðsvirkra efna á yfirborðið. Að auki, þegar yfirborðsvirk efni mynda mísellur, geta vatnsleysanleg óhreinindi og vatn leyst upp í mísellurnar. Yfirborðsvirk efni geta ekki aðeins aukið vatnsinnihald í þurrhreinsiefnum, heldur einnig komið í veg fyrir að óhreinindi setjist aftur út til að auka hreinsunaráhrifin.
Lítið magn af vatni er nauðsynlegt til að fjarlægja vatnsleysanleg óhreinindi, en of mikið vatn getur valdið því að sum föt afmyndast, krumpast o.s.frv., þannig að vatnsinnihald þurrþvottaefnisins verður að vera í meðallagi.
Fastar agnir eins og aska, leðja, jarðvegur og kolefnisrök, sem eru hvorki vatnsleysanlegar né olíuleysanlegar, festast almennt við föt með rafstöðuvirkni eða með því að sameinast olíublettum. Í þurrhreinsun getur flæði og áhrif leysiefna valdið því að óhreinindi sem hafa sogað saman við rafstöðuvirkni falla af, en þurrhreinsunarefni geta leyst upp olíubletti, sem veldur því að fastar agnir sem sameinast olíublettunum og festast við fötin falla af þurrhreinsunarefninu. Lítið magn af vatni og yfirborðsvirkum efnum í þurrhreinsunarefninu getur stöðugt dregið úr og dreift föstu óhreinindaögnunum sem falla af og komið í veg fyrir að þær setjist aftur á fötin.
(5) Þættir sem hafa áhrif á þvottaáhrifin
Stefnubundin aðsog yfirborðsvirkra efna á snertifletinum og minnkun á yfirborðsspennu (viðmótsspennu) eru helstu þættirnir í fjarlægingu fljótandi eða fastra óhreininda. En þvottaferlið er tiltölulega flókið og jafnvel þvottaáhrif sömu tegundar þvottaefnis eru undir áhrifum margra annarra þátta. Þessir þættir eru meðal annars styrkur þvottaefnisins, hitastig, eðli óhreininda, tegund trefja og uppbygging efnisins.
① Styrkur yfirborðsvirkra efna
Mísellur yfirborðsvirkra efna í lausninni gegna mikilvægu hlutverki í þvottaferlinu. Þegar styrkurinn nær mikilvægum míselluþéttni (cmc) eykst þvottaáhrifin verulega. Þess vegna ætti styrkur þvottaefnis í leysinum að vera hærri en CMC gildið til að ná góðum þvottaáhrifum. Hins vegar, þegar styrkur yfirborðsvirkra efna fer yfir CMC gildið, minnkar aukning þvottaáhrifanna og óhófleg aukning á styrk yfirborðsvirkra efna er óþörf.
Þegar olíubletti eru fjarlægðir með uppleysandi efni, jafnvel þótt styrkurinn sé yfir CMC-gildi, eykst uppleysandi áhrifin samt sem áður með aukinni styrk yfirborðsvirkra efna. Á þessum tíma er ráðlegt að nota þvottaefni á staðnum, svo sem á ermum og kraga á fötum þar sem mikið óhreinindi eru. Við þvott má fyrst bera á lag af þvottaefni til að bæta uppleysandi áhrif yfirborðsvirkra efna á olíubletti.
② Hitastig hefur mikil áhrif á hreinsunaráhrifin. Almennt séð er hækkun hitastigs gagnleg til að fjarlægja óhreinindi, en stundum getur of hátt hitastig einnig valdið skaðlegum þáttum.
Hækkun hitastigs er gagnleg fyrir dreifingu óhreininda. Olíublettir í föstum efnum myndast auðveldlega í fleyti þegar hitastigið er yfir bræðslumarki þeirra og trefjar auka einnig þenslustig sitt vegna hækkunar hitastigs. Þessir þættir eru allir gagnlegir til að fjarlægja óhreinindi. Hins vegar, í þéttum efnum, minnka örbilin milli trefjanna eftir þenslu trefjanna, sem er ekki gagnlegt fyrir fjarlægingu óhreininda.
Hitabreytingar hafa einnig áhrif á leysni, CMC-gildi og mísellustærð yfirborðsvirkra efna og þar með áhrif á þvottaáhrifin. Langar kolefniskeðjuyfirborðsefni hafa minni leysni við lágt hitastig og stundum jafnvel minni leysni en CMC-gildið. Í þessu tilfelli ætti að auka þvottahitann á viðeigandi hátt. Áhrif hitastigs á CMC-gildi og mísellustærð eru mismunandi fyrir jónísk og ójónísk yfirborðsefni. Fyrir jónísk yfirborðsefni leiðir hækkun hitastigs almennt til hækkunar á CMC-gildi og minnkunar á mísellustærð. Þetta þýðir að auka ætti styrk yfirborðsvirkra efna í þvottalausninni. Fyrir ójónísk yfirborðsefni leiðir hækkun hitastigs til lækkunar á CMC-gildi þeirra og verulegrar aukningar á mísellustærð þeirra. Það má sjá að viðeigandi hækkun hitastigs getur hjálpað ójónískum yfirborðsefnum að beita yfirborðsvirkni sinni. En hitastigið ætti ekki að fara yfir skýjunarpunkt þess.
Í stuttu máli er hentugasta þvottahitastigið háð formúlu þvottaefnisins og hlutnum sem verið er að þvo. Sum þvottaefni hafa góð þrifvirkni við stofuhita, en önnur hafa verulega mismunandi þrifvirkni við kaldan og heitan þvott.
③ Froða
Fólk ruglar oft saman froðumyndun og þvottaáhrifum og telur að þvottaefni með sterka froðumyndun hafi betri þvottaáhrif. Niðurstöðurnar sýna að þvottaáhrifin eru ekki í beinu samhengi við magn froðu. Til dæmis hefur notkun lágfreyðandi þvottaefnis ekki verri þvottaáhrif en háfreyðandi þvottaefni.
Þó að froða tengist ekki beint þvotti, þá er froða samt gagnleg til að fjarlægja óhreinindi í sumum tilfellum. Til dæmis getur froðan í þvottavökvanum borið burt olíudropa þegar diskar eru handþvegnir. Þegar teppi eru skrúbbuð getur froðan einnig fjarlægt fast óhreinindi eins og ryk. Ryk er stór hluti af óhreinindum í teppum, þannig að teppahreinsir ætti að hafa ákveðna froðumyndunargetu.
Froðumyndun er einnig mikilvæg fyrir sjampó. Fín froða sem myndast við hárþvott eða bað gerir fólki þægilegt.
④ Tegundir trefja og eðliseiginleikar textíls
Auk þess að efnafræðileg uppbygging trefja hefur áhrif á viðloðun og fjarlægingu óhreininda, hefur útlit trefja og skipulagsbygging garns og efna einnig áhrif á hversu erfitt það er að fjarlægja óhreinindi.
Óhreinindi safnast frekar í ullarþráðum og flatur, ræmukenndur uppbygging bómullarþráða en í sléttum þráðum. Til dæmis er auðvelt að fjarlægja kolsvart efni sem festist við sellulósafilmu en erfitt er að þvo það af. Til dæmis eru olíublettir á stuttum pólýesterþráðum líklegri til að safnast fyrir en á löngum trefjum og olíublettir á stuttum trefjum eru einnig erfiðari að fjarlægja en á löngum trefjum.
Þétt vönduð garn og þétt efni geta, vegna lítilla örbila milli trefjanna, staðist innrás óhreininda en einnig komið í veg fyrir að hreinsiefni fjarlægi innri óhreinindi. Þess vegna eru þétt efni góð viðnám gegn óhreinindum í upphafi en erfitt er að þrífa þau eftir að þau hafa mengast.
⑤ Harka vatnsins
Styrkur málmjóna eins og Ca2+ og Mg2+ í vatni hefur veruleg áhrif á þvottaáhrifin, sérstaklega þegar anjónísk yfirborðsefni mæta Ca2+ og Mg2+ jónum og mynda kalsíum- og magnesíumsölt með lélega leysni, sem getur dregið úr þvottaáhrifum þeirra. Jafnvel þótt styrkur yfirborðsefna sé hár í hörðu vatni, er þvottaáhrif þeirra samt mun verri en við eimingu. Til að ná sem bestum þvottaáhrifum yfirborðsefna ætti að lækka styrk Ca2+ jóna í vatni niður fyrir 1 × 10⁻⁶ mól/L (CaCO3 ætti að lækka niður í 0,1 mg/L). Þetta krefst þess að bæta við ýmsum mýkingarefnum í þvottaefnið.
Birtingartími: 16. ágúst 2024