Naše hlavní produkty: Aminový silikon, blokový silikon, hydrofilní silikon, všechny jejich silikonové emulze, zlepšovač tření, vodoodpudivý přípravek (bez fluoru, uhlík 6, uhlík 8), chemikálie na praní dezinfekčních prostředků (ABS, enzymy, ochrana proti spandexu, odstraňovač manganu), pro více informací kontaktujte: Mandy +86 19856618619 (Whatsapp).
9 hlavních vztahů mezi povrchově aktivními látkami a barvírnami
01 Povrchové napětí
Síla, která působí na povrch kapaliny a smršťuje ho na jednotku délky, se nazývá povrchové napětí a měří se v N·m⁻¹.
02 Povrchová aktivita a povrchově aktivní látky
Vlastnost, která snižuje povrchové napětí rozpouštědla, se nazývá povrchová aktivita a látky, které tuto vlastnost mají, se označují jako povrchově aktivní látky. Povrchově aktivní látky jsou povrchově aktivní látky, které mohou ve vodných roztocích tvořit agregáty, jako jsou micely, a vykazují vysokou povrchovou aktivitu spolu s funkcemi, jako je smáčení, emulgace, pěnění a praní.
03 Molekulární strukturní charakteristiky povrchově aktivních látek
Povrchově aktivní látky jsou organické sloučeniny se speciální strukturou a vlastnostmi; mohou významně měnit mezifázové napětí mezi dvěma fázemi nebo povrchové napětí kapalin (obvykle vody) a vykazují vlastnosti, jako je smáčení, pěnění, emulgace a praní. Strukturálně mají povrchově aktivní látky společnou vlastnost, že obsahují dva různé typy skupin ve svých molekulách: jeden konec má nepolární skupinu s dlouhým řetězcem, která je rozpustná v oleji, ale nerozpustná ve vodě, známou jako hydrofobní skupina. Tato hydrofobní skupina je typicky uhlovodík s dlouhým řetězcem, i když někdy může sestávat z organických fluoridů, organických křemíků, organických fosfinů nebo organocínových řetězců. Druhý konec má ve vodě rozpustnou skupinu, známou jako hydrofilní skupina. Hydrofilní skupina musí mít dostatečnou hydrofilnost, aby se celá povrchově aktivní látka mohla rozpustit ve vodě a mít potřebnou rozpustnost. Protože povrchově aktivní látky obsahují hydrofilní i hydrofobní skupiny, mohou se rozpustit alespoň v jedné fázi kapalného média. Tato dvojí afinita povrchově aktivních látek se označuje jako amfifilita.
04 Druhy povrchově aktivních látek
Povrchově aktivní látky jsou amfifilní molekuly s hydrofobními i hydrofilními skupinami. Hydrofobní skupina se obvykle skládá z uhlovodíků s dlouhým řetězcem, jako jsou alkany s přímým řetězcem (C8–C20), rozvětvené alkany (C8–C20) nebo alkylbenzeny (číslo alkylového atomu uhlíku 8–16). Rozdíly v hydrofobních skupinách vyplývají především ze strukturních variací v uhlíkových řetězcích. Rozmanitost hydrofilních skupin je však mnohem větší, proto jsou vlastnosti povrchově aktivních látek spojeny nejen s velikostí a tvarem hydrofobní skupiny, ale také do značné míry s hydrofilní skupinou. Povrchově aktivní látky lze klasifikovat na základě struktury hydrofilní skupiny, především podle toho, zda je iontová, a dělí se na aniontové, kationtové, neiontové, zwitteriontové a další speciální typy povrchově aktivních látek.
05 Vlastnosti roztoků povrchově aktivních látek
①Adsorpce na rozhraní
Molekuly povrchově aktivních látek obsahují hydrofilní i hydrofobní skupiny. Voda, která je silnou polární kapalinou, se při rozpouštění povrchově aktivních látek řídí principem „podobná polarita se přitahuje; různá polarita se odpuzuje“. Její hydrofilní skupina interaguje s vodou, čímž ji činí rozpustnou, zatímco její hydrofobní skupina se od vody odpuzuje a opouští vodní fázi, což vede k adsorpci molekul (nebo iontů) povrchově aktivních látek na mezifázové vrstvě, čímž se snižuje mezifázové napětí mezi oběma fázemi. Čím více molekul (nebo iontů) povrchově aktivních látek se adsorbuje na rozhraní, tím větší je snížení mezifázového napětí.
② Vlastnosti adsorbovaných filmů
Povrchový tlak adsorbovaného filmu: Povrchově aktivní látky tvoří adsorbované filmy na rozhraní plyn-kapalina. Například umístění beztřecího kluzného plováku na rozhraní kapaliny vytvoří tlak proti plováku, když je film tlačen po hladině kapaliny. Tento tlak se nazývá povrchový tlak.
Povrchová viskozita: Stejně jako povrchový tlak je povrchová viskozita vlastností nerozpustných molekulárních filmů. Zavěšením platinového kroužku na jemný kovový drát tak, aby se dotýkal hladiny vody v nádrži, otáčením platinového kroužku se projeví odpor v důsledku viskozity vody. Pozorovaný pokles amplitudy může měřit povrchovou viskozitu; rozdíl v rychlostech poklesu mezi čistou vodou a vodou obsahující povrchový film udává viskozitu povrchového filmu. Povrchová viskozita úzce souvisí s pevností filmu; protože adsorbované filmy mají povrchový tlak a viskozitu, nutně obsahují i elasticitu. Čím větší je povrchový tlak a viskozita adsorbovaného filmu, tím větší je jeho modul pružnosti.
③ Tvorba micel
Chování povrchově aktivních látek ve zředěných roztocích se řídí normami ideálního roztoku. Množství povrchově aktivní látky adsorbované na povrchu roztoku se zvyšuje s rostoucí koncentrací roztoku, dokud není dosaženo určité koncentrace, po které se adsorpce dále nezvyšuje. Přebytečné molekuly povrchově aktivní látky jsou v tomto bodě náhodně rozptýleny nebo existují ve vzorovaném uspořádání. Praktické i teoretické důkazy naznačují, že v roztoku tvoří agregáty, nazývané micely. Minimální koncentrace, při které povrchově aktivní látky začínají tvořit micely, se nazývá kritická micelární koncentrace (CMC).
06 Hodnota hydrofilně-lipofilní rovnováhy (HLB)
HLB, zkratka pro Hydrophile-Lipophile Balance (hydrofilně-lipofilní rovnováha), udává rovnováhu mezi hydrofilními a lipofilními skupinami v povrchově aktivních látkách. Vyšší hodnota HLB naznačuje silnou hydrofilnost a slabou lipofilnost, zatímco opak platí pro nízké hodnoty HLB.
① Specifikace hodnot HLB**:Hodnota HLB je relativní; proto je pro stanovení hodnot HLB standardem pro nehydrofilní látky, jako je parafín, HLB = 0, zatímco dodecylsulfát sodný se silnou rozpustností ve vodě je přiřazen HLB = 40. Hodnoty HLB pro povrchově aktivní látky se tedy obecně pohybují mezi 1 a 40. Povrchově aktivní látky s hodnotou HLB menší než 10 jsou lipofilní a ty s hodnotou vyšší než 10 jsou hydrofilní. Inflexní bod mezi lipofilitou a hydrofilitou je tedy kolem 10. Potenciální využití povrchově aktivních látek lze zhruba odvodit z jejich hodnot HLB.
| HLB | Aplikace | HLB | Aplikace |
| 1,5~3 | Odpěňovací činidla typu W/O | 8~18 | Emulgátory typu O/W |
| 3,5~6 | Emulgátory typu W/O | 13~15 | Čisticí prostředky |
| 7~9 | Smáčecí prostředky | 15~18 | Solubilizátory |
Podle tabulky mají povrchově aktivní látky vhodné pro použití jako emulgátory typu olej ve vodě hodnotu HLB 3,5 až 6, zatímco pro emulgátory typu voda v oleji se tato hodnota pohybuje mezi 8 a 18.
② Stanovení hodnot HLB (vynecháno).
07 Emulgace a solubilizace
Emulze je systém, který vzniká disperzí jedné nemísitelné kapaliny v jiné ve formě jemných částic (kapiček nebo tekutých krystalů). Emulgátor, což je typ povrchově aktivní látky, je nezbytný pro stabilizaci tohoto termodynamicky nestabilního systému snížením mezifázové energie. Fáze existující v emulzi ve formě kapek se nazývá dispergovaná fáze (nebo vnitřní fáze), zatímco fáze tvořící souvislou vrstvu se nazývá disperzní médium (nebo vnější fáze).
① Emulgátory a emulze
Běžné emulze se často skládají z jedné fáze, kterou je voda nebo vodný roztok, a druhé fáze z organické látky, jako jsou oleje nebo vosky. V závislosti na jejich disperzi lze emulze klasifikovat jako voda v oleji (W/O), kde je olej dispergován ve vodě, nebo olej ve vodě (O/W), kde je voda dispergována v oleji. Kromě toho mohou existovat komplexní emulze, jako je W/O/W nebo O/W/O. Emulgátory stabilizují emulze snížením povrchového napětí a tvorbou monomolekulárních membrán. Emulgátor se musí adsorbovat nebo akumulovat na rozhraní, aby snížil povrchové napětí a předal kapičkám náboje, čímž generuje elektrostatické odpuzování, nebo aby vytvořil ochranný film s vysokou viskozitou kolem částic. Látky používané jako emulgátory proto musí mít amfifilní skupiny, které mohou povrchově aktivní látky poskytovat.
② Metody přípravy emulze a faktory ovlivňující stabilitu
Existují dvě hlavní metody pro přípravu emulzí: mechanické metody dispergují kapaliny na drobné částice v jiné kapalině, zatímco druhá metoda zahrnuje rozpuštění kapalin v molekulární formě v jiné kapalině a jejich vhodnou agregaci. Stabilita emulze se vztahuje k její schopnosti odolávat agregaci částic, která vede k fázovému oddělení. Emulze jsou termodynamicky nestabilní systémy s vyšší volnou energií, takže jejich stabilita odráží čas potřebný k dosažení rovnováhy, tj. čas, který je potřeba k oddělení kapaliny od emulze. Pokud jsou v mezifázovém filmu přítomny mastné alkoholy, mastné kyseliny a mastné aminy, pevnost membrány se výrazně zvyšuje, protože polární organické molekuly tvoří komplexy v adsorbované vrstvě, čímž posilují mezifázovou membránu.
Emulgátory složené ze dvou nebo více povrchově aktivních látek se nazývají směsné emulgátory. Smíšené emulgátory se adsorbují na rozhraní voda-olej a molekulární interakce mohou tvořit komplexy, které významně snižují povrchové napětí, zvyšují množství adsorbátu a vytvářejí hustší a pevnější mezifázové membrány.
Elektricky nabité kapičky významně ovlivňují stabilitu emulzí. Ve stabilních emulzích kapičky obvykle nesou elektrický náboj. Při použití iontových emulgátorů je hydrofobní konec iontových povrchově aktivních látek začleněn do olejové fáze, zatímco hydrofilní konec zůstává ve vodní fázi, čímž kapičkám dodává náboj. Stejné náboje mezi kapičkami způsobují odpuzování a zabraňují koalescenci, což zvyšuje stabilitu. Čím vyšší je tedy koncentrace emulgačních iontů adsorbovaných na kapičkách, tím větší je jejich náboj a tím vyšší je stabilita emulze.
Viskozita disperzního média také ovlivňuje stabilitu emulze. Média s vyšší viskozitou obecně zlepšují stabilitu, protože silněji brání Brownovu pohybu kapiček, čímž zpomalují pravděpodobnost srážek. Látky s vysokou molekulovou hmotností, které se rozpouštějí v emulzi, mohou zvýšit viskozitu a stabilitu média. Látky s vysokou molekulovou hmotností mohou navíc tvořit robustní mezifázové membrány, které emulzi dále stabilizují. V některých případech může přidání pevných prášků podobně stabilizovat emulze. Pokud jsou pevné částice plně smáčeny vodou a mohou být smáčeny olejem, budou zadrženy na rozhraní voda-olej. Pevné prášky stabilizují emulzi tím, že zlepšují film, protože se shlukují na rozhraní, podobně jako adsorbované povrchově aktivní látky.
Povrchově aktivní látky mohou významně zvýšit rozpustnost organických sloučenin, které jsou nerozpustné nebo málo rozpustné ve vodě poté, co se v roztoku vytvoří micely. V tomto okamžiku se roztok jeví jako čirý a tato schopnost se nazývá solubilizace. Povrchově aktivní látky, které mohou podporovat solubilizaci, se nazývají solubilizátory, zatímco organické sloučeniny, které jsou solubilizovány, se označují jako solubiláty.
08 Pěna
Pěna hraje klíčovou roli v procesech praní. Pěna označuje disperzní systém plynu rozptýleného v kapalině nebo pevné látce, kde plyn je dispergovanou fází a kapalina nebo pevná látka je disperzním médiem, známý jako kapalná pěna nebo pevná pěna, jako jsou pěnové plasty, pěnové sklo a pěnobeton.
(1) Tvorba pěny
Termín pěna označuje soubor vzduchových bublin oddělených kapalnými filmy. Vzhledem k značnému rozdílu v hustotě mezi plynem (disperzní fází) a kapalinou (disperzním médiem) a nízké viskozitě kapaliny plynové bubliny rychle stoupají k povrchu. Tvorba pěny zahrnuje začlenění velkého množství plynu do kapaliny; bubliny se poté rychle vracejí k povrchu a vytvářejí agregát vzduchových bublin oddělených minimálním kapalným filmem. Pěna má dvě charakteristické morfologické vlastnosti: za prvé, plynové bubliny často nabývají mnohostěnného tvaru, protože tenký kapalný film v místě průsečíku bublin má tendenci se ztenčovat, což nakonec vede k prasknutí bubliny. Za druhé, čisté kapaliny nemohou tvořit stabilní pěnu; k vytvoření pěny musí být přítomny alespoň dvě složky. Roztok povrchově aktivní látky je typický systém tvořící pěnu, jehož pěnivá schopnost je spojena s jeho dalšími vlastnostmi. Povrchově aktivní látky s dobrou pěnivou schopností se nazývají pěnidla. Ačkoli pěnidla vykazují dobrou pěnivou schopnost, pěna, kterou vytvářejí, nemusí vydržet dlouho, což znamená, že jejich stabilita není zaručena. Pro zlepšení stability pěny lze přidat látky, které stabilitu zvyšují; Tyto se nazývají stabilizátory, přičemž mezi běžné stabilizátory patří lauryldiethanolamin a oxidy dodecyldimethylaminu.
(2) Stabilita pěny
Pěna je termodynamicky nestabilní systém; její přirozený postup vede k prasknutí, čímž se zmenšuje celkový povrch kapaliny a snižuje se volná energie. Proces odpěňování zahrnuje postupné ztenčování kapalného filmu oddělujícího plyn, dokud nedojde k prasknutí. Stupeň stability pěny je primárně ovlivněn rychlostí odtoku kapaliny a pevností kapalného filmu. Mezi ovlivňující faktory patří:
① Povrchové napětí: Z energetického hlediska nižší povrchové napětí podporuje tvorbu pěny, ale nezaručuje její stabilitu. Nízké povrchové napětí naznačuje menší tlakový rozdíl, což vede k pomalejšímu odtoku kapaliny a ztluštění kapalného filmu, což obojí podporuje stabilitu.
② Povrchová viskozita: Klíčovým faktorem stability pěny je pevnost kapalného filmu, primárně určená robustností povrchového adsorpčního filmu, měřenou povrchovou viskozitou. Experimentální výsledky naznačují, že roztoky s vysokou povrchovou viskozitou produkují déle trvající pěnu díky zesíleným molekulárním interakcím v adsorbovaném filmu, které významně zvyšují pevnost membrány.
③ Viskozita roztoku: Vyšší viskozita samotné kapaliny zpomaluje její odtok z membrány, čímž se prodlužuje životnost kapalného filmu před prasknutím a zvyšuje se stabilita pěny.
④ „Opravný“ účinek povrchového napětí: Povrchově aktivní látky adsorbované na membránu mohou působit proti rozpínání nebo smršťování povrchu filmu; toto se nazývá opravný účinek. Když se povrchově aktivní látky adsorbují na kapalný film a zvětšují jeho povrchovou plochu, snižuje se tím koncentrace povrchově aktivní látky na povrchu a zvyšuje se povrchové napětí; naopak, smršťování vede ke zvýšení koncentrace povrchově aktivní látky na povrchu a následně ke snížení povrchového napětí.
⑤ Difúze plynu kapalným filmem: V důsledku kapilárního tlaku mívají menší bubliny vyšší vnitřní tlak ve srovnání s většími bublinami, což vede k difúzi plynu z malých bublin do větších, což způsobuje jejich smršťování a růst větších bublin, což nakonec vede ke kolapsu pěny. Důsledná aplikace povrchově aktivních látek vytváří rovnoměrné, jemně rozptýlené bubliny a brání odpěňování. Díky povrchově aktivním látkám těsně usazeným v kapalném filmu je difúze plynu bráněna, což zvyšuje stabilitu pěny.
⑥ Vliv povrchového náboje: Pokud má tekutý film pěny stejný náboj, oba povrchy se budou vzájemně odpuzovat, čímž se zabrání ztenčení nebo roztržení filmu. Tento stabilizační účinek mohou zajistit iontové povrchově aktivní látky. Stručně řečeno, pevnost tekutého filmu je klíčovým faktorem určujícím stabilitu pěny. Povrchově aktivní látky působící jako pěnidla a stabilizátory musí vytvářet těsně uspořádané molekuly absorbované na povrchu, protože to významně ovlivňuje mezifázovou molekulární interakci, zvyšuje pevnost samotného povrchového filmu a tím zabraňuje odtoku kapaliny ze sousedního filmu, čímž se stabilita pěny snáze dosáhne.
(3) Zničení pěny
Základní princip destrukce pěny spočívá ve změně podmínek, které pěnu produkují, nebo ve odstranění stabilizačních faktorů pěny, což vede k fyzikálním a chemickým metodám odpěňování. Fyzikální odpěňování udržuje chemické složení pěnového roztoku a zároveň mění podmínky, jako jsou vnější rušení, změny teploty nebo tlaku, stejně jako ultrazvukové ošetření, což jsou všechny účinné metody pro odstranění pěny. Chemické odpěňování se týká přidání určitých látek, které interagují s pěnidly, čímž snižují pevnost kapalného filmu uvnitř pěny, snižují stabilitu pěny a dosahují odpěňování. Takové látky se nazývají odpěňovače, z nichž většina jsou povrchově aktivní látky. Odpěňovače obvykle mají pozoruhodnou schopnost snižovat povrchové napětí a mohou se snadno adsorbovat na povrchy se slabší interakcí mezi molekulami, které je tvoří, čímž vytvářejí volně uspořádanou molekulární strukturu. Typy odpěňovačů jsou různé, ale obecně se jedná o neiontové povrchově aktivní látky, přičemž se jako vynikající odpěňovače běžně používají rozvětvené alkoholy, mastné kyseliny, estery mastných kyselin, polyamidy, fosfáty a silikonové oleje.
(4) Pěna a čištění
Množství pěny přímo nekoreluje s účinností čištění; více pěny neznamená lepší čištění. Například neiontové povrchově aktivní látky mohou produkovat méně pěny než mýdlo, ale mohou mít lepší čisticí schopnosti. Za určitých podmínek však může pěna pomoci odstraňovat nečistoty; například pěna z mytí nádobí pomáhá odvádět mastnotu, zatímco čištění koberců umožňuje pěně odstranit nečistoty a pevné nečistoty. Pěna může navíc signalizovat účinnost čisticího prostředku; nadměrné množství mastnoty často brání tvorbě bublin, což způsobuje buď nedostatek pěny, nebo zmenšování stávající pěny, což naznačuje nízkou účinnost čisticího prostředku. Pěna může navíc sloužit jako indikátor čistoty oplachování, protože hladina pěny v oplachovací vodě často klesá s nižší koncentrací čisticího prostředku.
09 Proces praní
Obecně řečeno, mytí je proces odstraňování nežádoucích složek z čištěného předmětu za účelem dosažení určitého účelu. Běžně se mytí vztahuje k odstraňování nečistot z povrchu nosiče. Během mytí určité chemické látky (například detergenty) oslabují nebo eliminují interakci mezi nečistotami a nosičem, čímž transformují vazbu mezi nečistotami a nosičem na vazbu mezi nečistotami a detergentem, což umožňuje jejich oddělení. Vzhledem k tomu, že čištěné předměty a nečistoty, které je třeba odstranit, se mohou značně lišit, je mytí složitý proces, který lze zjednodušeně popsat následujícím vztahem:
Nosič • Nečistoty + Prací prostředek = Nosič + Nečistoty • Prací prostředek. Proces praní lze obecně rozdělit do dvou fází:
1. Nečistoty se oddělí od nosiče působením čisticího prostředku;
2. Oddělené nečistoty se rozptýlí a suspendují v médiu. Proces praní je reverzibilní, což znamená, že rozptýlené nebo suspendované nečistoty se mohou potenciálně znovu usadit na čištěném předmětu. Účinné čisticí prostředky proto musí být nejen schopny oddělit nečistoty od nosiče, ale také je rozptýlit a suspendovat, čímž zabrání jejich opětovnému usazování.
(1) Druhy nečistot
I jeden předmět může v závislosti na kontextu použití hromadit nečistoty různého typu, složení a množství. Mastné nečistoty se skládají hlavně z různých živočišných a rostlinných olejů a minerálních olejů (jako je ropa, topný olej, černouhelný dehet atd.); pevné nečistoty zahrnují částice, jako jsou saze, prach, rez a saze. Pokud jde o nečistoty oděvů, mohou pocházet z lidských sekretů, jako je pot, kožní maz a krev; ze skvrn od jídla, jako jsou skvrny od ovoce nebo oleje a koření; ze zbytků kosmetiky, jako je rtěnka a lak na nehty; ze znečišťujících látek v ovzduší, jako je kouř, prach a hlína; a z dalších skvrn, jako je inkoust, čaj a barva. Tuto rozmanitost nečistot lze obecně rozdělit na pevné, kapalné a speciální typy.
① Pevné nečistoty: Mezi běžné příklady patří saze, bláto a prachové částice, z nichž většina má tendenci mít náboje – často záporně nabité – které snadno ulpívají na vláknitých materiálech. Pevné nečistoty jsou obecně méně rozpustné ve vodě, ale lze je dispergovat a suspendovat v detergentech. Částice menší než 0,1 μm mohou být obzvláště obtížné k odstranění.
② Tekuté nečistoty: Patří sem olejovité látky rozpustné v oleji, včetně živočišných olejů, mastných kyselin, mastných alkoholů, minerálních olejů a jejich oxidů. Zatímco živočišné a rostlinné oleje a mastné kyseliny mohou reagovat s alkáliemi za vzniku mýdel, mastné alkoholy a minerální oleje nepodléhají saponifikaci, ale mohou být rozpuštěny alkoholy, ethery a organickými uhlovodíky a mohou být emulgovány a dispergovány roztoky detergentů. Tekuté olejovité nečistoty obvykle pevně přilnou k vláknitým materiálům díky silným interakcím.
③ Speciální nečistoty: Tato kategorie zahrnuje bílkoviny, škroby, krev a lidské sekrety, jako je pot a moč, a také ovocné a čajové šťávy. Tyto materiály se často pevně vážou na vlákna chemickými interakcemi, což ztěžuje jejich vymývání. Různé druhy nečistot zřídka existují samostatně, spíše se mísí a společně ulpívají na površích. Vnějšími vlivy mohou nečistoty často oxidovat, rozkládat se nebo hnít a vytvářet nové formy nečistot.
(2) Přilnavost nečistot
Nečistoty ulpívají na materiálech, jako je oblečení a kůže, v důsledku určitých interakcí mezi předmětem a nečistotami. Adhezní síla mezi nečistotami a předmětem může být výsledkem fyzikální nebo chemické adheze.
① Fyzikální přilnavost: Přilnavost nečistot, jako jsou saze, prach a bláto, do značné míry zahrnuje slabé fyzikální interakce. Obecně lze tyto typy nečistot relativně snadno odstranit díky jejich slabší přilnavosti, která vzniká především mechanickými nebo elektrostatickými silami.
A: Mechanická adheze**: Obvykle se jedná o pevné nečistoty, jako je prach nebo písek, které ulpívají mechanickými prostředky a které se relativně snadno odstraňují, ačkoli menší částice pod 0,1 μm se poměrně obtížně odstraňují.
B: Elektrostatická adheze**: Jedná se o interakci nabitých částic nečistot s opačně nabitými materiály; vláknité materiály obvykle nesou záporný náboj, což jim umožňuje přitahovat kladně nabité přilnavé materiály, jako jsou některé soli. Některé záporně nabité částice se stále mohou hromadit na těchto vláknech prostřednictvím iontových můstků vytvořených kladnými ionty v roztoku.
② Chemická adheze: Toto se týká nečistot ulpívajících na předmětu prostřednictvím chemických vazeb. Například polární pevné nečistoty nebo materiály jako rez mají tendenci pevně přilnout díky chemickým vazbám vytvořeným s funkčními skupinami, jako jsou karboxylové, hydroxylové nebo aminoskupiny přítomné ve vláknitých materiálech. Tyto vazby vytvářejí silnější interakce, což ztěžuje odstranění těchto nečistot; pro účinné čištění může být nutné speciální ošetření. Stupeň adheze nečistot závisí jak na vlastnostech samotných nečistot, tak na vlastnostech povrchu, ke kterému přilnou.
(3) Mechanismy odstraňování nečistot
Cílem praní je odstranění nečistot. To zahrnuje využití různých fyzikálních a chemických účinků detergentů k oslabení nebo odstranění přilnavosti mezi nečistotami a mytým nádobím, a to za pomoci mechanických sil (jako je ruční drhnutí, míchání v pračce nebo rázy vody), což nakonec vede k oddělení nečistot.
① Mechanismus odstraňování tekutých nečistot
A: Vlhkost: Většina tekutých nečistot je mastná a má tendenci smáčet různé vláknité předměty, čímž na jejich povrchu vytváří olejový film. Prvním krokem při praní je působení pracího prostředku, které způsobí smáčení povrchu.
B: Mechanismus rolování pro odstraňování oleje: Druhý krok odstraňování kapalných nečistot probíhá procesem rolování. Kapalné nečistoty, které se na povrchu rozprostírají jako film, se postupně rolují do kapiček v důsledku preferenčního smáčení vláknitého povrchu mycí kapalinou a nakonec jsou nahrazeny mycí kapalinou.
② Mechanismus odstraňování pevných nečistot
Na rozdíl od tekutých nečistot závisí odstraňování pevných nečistot na schopnosti mycí kapaliny smáčet jak částice nečistot, tak povrch nosného materiálu. Adsorpce povrchově aktivních látek na povrchu pevných nečistot a nosiče snižuje jejich interakční síly, čímž snižuje adhezní sílu částic nečistot, což usnadňuje jejich odstranění. Povrchově aktivní látky, zejména iontové povrchově aktivní látky, mohou navíc zvýšit elektrický potenciál pevných nečistot a povrchového materiálu, což usnadňuje další odstraňování.
Neiontové povrchově aktivní látky mají tendenci adsorbovat se na obecně nabitých pevných površích a mohou tvořit významnou adsorbovanou vrstvu, což vede ke sníženému opětovnému usazování nečistot. Kationtové povrchově aktivní látky však mohou snižovat elektrický potenciál nečistot a nosného povrchu, což vede ke snížení odpuzování a brání odstraňování nečistot.
③ Odstranění speciálních nečistot
Běžné prací prostředky mohou mít problém s odolnými skvrnami od bílkovin, škrobů, krve a tělesných sekretů. Enzymy, jako je proteáza, dokáží účinně odstraňovat skvrny od bílkovin jejich rozkladem na rozpustné aminokyseliny nebo peptidy. Podobně lze škroby rozložit na cukry pomocí amylázy. Lipázy mohou pomoci rozložit nečistoty triacylglycerolu, které je často obtížné odstranit běžnými prostředky. Skvrny od ovocných šťáv, čaje nebo inkoustu někdy vyžadují oxidační nebo redukční činidla, která reagují se skupinami vytvářejícími barvu a rozkládají je na ve vodě rozpustnější fragmenty.
(4) Mechanismus chemického čištění
Výše uvedené body se týkají především praní ve vodě. Vzhledem k rozmanitosti tkanin však některé materiály nemusí dobře reagovat na praní ve vodě, což vede k deformaci, blednutí barev atd. Mnoho přírodních vláken se za mokra roztahuje a snadno smršťuje, což vede k nežádoucím strukturálním změnám. Proto se pro tyto textilie často preferuje chemické čištění, obvykle s použitím organických rozpouštědel.
Chemické čištění je šetrnější než mokré praní, protože minimalizuje mechanické působení, které by mohlo poškodit oblečení. Pro efektivní odstranění nečistot v chemickém čištění se nečistoty dělí do tří hlavních typů:
① Nečistoty rozpustné v oleji: Patří sem oleje a tuky, které se snadno rozpouštějí v rozpouštědlech pro chemické čištění.
② Nečistoty rozpustné ve vodě: Tento typ se rozpouští ve vodě, ale ne v rozpouštědlech pro chemické čištění. Obsahuje anorganické soli, škroby a bílkoviny, které mohou po odpaření vody krystalizovat.
③ Nečistoty, které nejsou rozpustné ani v oleji, ani ve vodě: Patří sem látky jako saze a kovové silikáty, které se nerozpouštějí v žádném z těchto médií.
Každý typ nečistot vyžaduje pro efektivní odstranění během chemického čištění jiné strategie. Nečistoty rozpustné v oleji se metodicky odstraňují pomocí organických rozpouštědel díky jejich vynikající rozpustnosti v nepolárních rozpouštědlech. U skvrn rozpustných ve vodě musí být v čisticím prostředku přítomno dostatečné množství vody, protože voda je pro účinné odstranění nečistot zásadní. Vzhledem k tomu, že voda má v čisticích prostředcích minimální rozpustnost, bohužel se často přidávají povrchově aktivní látky, které pomáhají s integrací vody.
Povrchově aktivní látky zvyšují schopnost čisticího prostředku vázat vodu a pomáhají zajistit solubilizaci nečistot rozpustných ve vodě v micelách. Povrchově aktivní látky mohou navíc po vyprání bránit tvorbě nových usazenin nečistot, čímž zvyšují účinnost čištění. Mírné přidání vody je nezbytné pro odstranění těchto nečistot, ale nadměrné množství může vést k deformaci tkaniny, a proto je nutné dodržovat vyvážený obsah vody v roztocích pro chemické čištění.
(5) Faktory ovlivňující prací proces
Adsorpce povrchově aktivních látek na rozhraních a výsledné snížení mezifázového napětí je klíčové pro odstraňování kapalných i pevných nečistot. Praní je však ze své podstaty složité a ovlivňuje ho řada faktorů, a to i u podobných typů pracích prostředků. Mezi tyto faktory patří koncentrace pracího prostředku, teplota, vlastnosti nečistot, typy vláken a struktura tkaniny.
① Koncentrace povrchově aktivních látek: Micely tvořené povrchově aktivními látkami hrají klíčovou roli v praní. Účinnost praní se dramaticky zvyšuje, jakmile koncentrace překročí kritickou koncentraci micel (CMC), proto by se pro účinné praní měly používat detergenty v koncentracích vyšších než CMC. Koncentrace detergentů nad CMC však vedou k klesajícím výsledkům, takže nadměrná koncentrace není nutná.
② Vliv teploty: Teplota má zásadní vliv na účinnost čištění. Obecně platí, že vyšší teploty usnadňují odstraňování nečistot; nadměrné teplo však může mít nepříznivé účinky. Zvýšení teploty má tendenci napomáhat rozptýlení nečistot a může také způsobit snadnější emulgaci mastných nečistot. U hustě tkaných tkanin však může zvýšená teplota způsobující bobtnání vláken neúmyslně snížit účinnost odstraňování.
Kolísání teploty také ovlivňuje rozpustnost povrchově aktivních látek, CMC a počet micel, a tím ovlivňuje účinnost čištění. U mnoha povrchově aktivních látek s dlouhým řetězcem nižší teploty snižují rozpustnost, někdy i pod jejich vlastní CMC; pro optimální funkci proto může být nutné vhodné zahřátí. Vliv teploty na CMC a micely se u iontových a neiontových povrchově aktivních látek liší: zvýšení teploty obvykle zvyšuje CMC iontových povrchově aktivních látek, což vyžaduje úpravu koncentrace.
③ Pěna: Existuje běžná mylná představa spojující schopnost pěnění s účinností praní – více pěny neznamená lepší praní. Empirické důkazy naznačují, že čisticí prostředky s nízkou pěnivostí mohou být stejně účinné. Pěna však může v určitých aplikacích, například při mytí nádobí, kde pěna pomáhá odstraňovat mastnotu, nebo při čištění koberců, kde nečistoty zvedá, napomáhat odstraňování nečistot. Přítomnost pěny navíc může naznačovat, zda čisticí prostředky fungují; přebytečný tuk může bránit tvorbě pěny, zatímco klesající pěna znamená sníženou koncentraci čisticího prostředku.
④ Typ vlákna a textilní vlastnosti: Kromě chemické struktury ovlivňuje přilnavost a obtížnost odstraňování nečistot vzhled a uspořádání vláken. Vlákna s drsnou nebo plochou strukturou, jako je vlna nebo bavlna, mají tendenci zachycovat nečistoty snadněji než hladká vlákna. Hustě tkané tkaniny mohou zpočátku odolávat hromadění nečistot, ale mohou bránit účinnému praní kvůli omezenému přístupu k zachyceným nečistotám.
⑤ Tvrdost vody: Koncentrace Ca²⁺, Mg²⁺ a dalších kovových iontů významně ovlivňují výsledky praní, zejména u aniontových povrchově aktivních látek, které mohou tvořit nerozpustné soli snižující účinnost čištění. V tvrdé vodě, i při dostatečné koncentraci povrchově aktivních látek, je čisticí účinnost ve srovnání s destilovanou vodou nedostatečná. Pro optimální účinnost povrchově aktivních látek musí být koncentrace Ca²⁺ minimalizována pod 1×10⁻⁶ mol/l (CaCO₃ pod 0,1 mg/l), což často vyžaduje přidání změkčovačů vody do detergentů.
Čas zveřejnění: 5. září 2024
