Herhangi bir birim uzunluktaki sıvının yüzeyindeki büzülme kuvvetine yüzey gerilimi denir ve birimi N.·m-1'dir.
Çözücünün yüzey gerilimini azaltma özelliğine yüzey aktivitesi denir ve bu özelliğe sahip olan maddeye yüzey aktif madde denir.
Sulu çözeltide molekülleri bağlayabilen, miseller ve diğer birleşimler oluşturabilen, yüksek yüzey aktivitesine sahip olan ve aynı zamanda ıslatma, emülsifiye etme, köpürtme, yıkama vb. etkilere sahip olan yüzey aktif maddeye yüzey aktif madde denir.
Yüzey aktif madde, ıslatma, köpürtme, emülsifiye etme, yıkama ve diğer özelliklere sahip, iki faz arasındaki arayüzey gerilimini veya sıvıların (genellikle su) yüzey gerilimini önemli ölçüde değiştirebilen, özel yapı ve özelliğe sahip organik bileşiklerdir.
Yapısal olarak yüzey aktif maddeler, moleküllerinde farklı nitelikte iki grup içermesi bakımından ortak bir özelliğe sahiptir. Bir ucunda, hidrofobik grup veya su itici grup olarak da bilinen, yağda çözünen ve suda çözünmeyen uzun bir polar olmayan grup zinciri bulunur. Bu tür su itici grup genellikle uzun hidrokarbon zincirleridir, bazen de organik flor, silikon, organofosfat, organotin zinciri vb. için de geçerlidir. Diğer uçta suda çözünür grup, bir hidrofilik grup veya yağ itici grup bulunur. Hidrofilik grubun, yüzey aktif maddelerin tamamının suda çözünür olmasını ve gerekli çözünürlüğe sahip olmasını sağlamak için yeterince hidrofilik olması gerekir. Yüzey aktif maddeler hidrofilik ve hidrofobik gruplar içerdikleri için sıvı fazlardan en az birinde çözünebilirler. Yüzey aktif maddenin bu hidrofilik ve lipofilik özelliğine amfifiliklik denir.
Yüzey aktif madde, hem hidrofobik hem de hidrofilik gruplara sahip bir tür amfifilik moleküldür. Yüzey aktif maddelerin hidrofobik grupları genellikle düz zincirli alkil C8-C20, dallı zincirli alkil C8-C20, alkilfenil (alkil karbon atom numarası 8-16'dır) ve benzerleri gibi uzun zincirli hidrokarbonlardan oluşur. Hidrofobik gruplar arasındaki küçük fark esas olarak hidrokarbon zincirlerinin yapısal değişikliklerinden kaynaklanmaktadır. Hidrofilik grupların türleri daha fazladır, bu nedenle yüzey aktif maddelerin özellikleri, hidrofobik grupların boyutu ve şekline ek olarak esas olarak hidrofilik gruplarla ilgilidir. Hidrofilik grupların yapısal değişiklikleri hidrofobik gruplardan daha büyüktür, dolayısıyla yüzey aktif maddelerin sınıflandırılması genellikle hidrofilik grupların yapısına dayanmaktadır. Bu sınıflandırma hidrofilik grubun iyonik olup olmamasına göre yapılır ve anyonik, katyonik, noniyonik, zwitteriyonik ve diğer özel yüzey aktif madde türlerine ayrılır.
① Yüzey aktif maddelerin arayüzeyde adsorpsiyonu
Yüzey aktif madde molekülleri hem lipofilik hem de hidrofilik gruplara sahip amfifilik moleküllerdir. Yüzey aktif madde suda çözündüğünde, hidrofilik grubu suya çekilir ve suda çözünür, lipofilik grubu ise su tarafından itilir ve sudan ayrılır, bu da yüzey aktif madde moleküllerinin (veya iyonlarının) iki fazın arayüzünde adsorpsiyonu ile sonuçlanır. Bu, iki faz arasındaki arayüzey gerilimini azaltır. Ara yüzeyde ne kadar çok yüzey aktif madde molekülü (veya iyonu) adsorbe edilirse, ara yüzey gerilimindeki azalma da o kadar büyük olur.
② Adsorpsiyon membranının bazı özellikleri
Adsorpsiyon membranının yüzey basıncı: Ara yüzey üzerine sürtünmesiz çıkarılabilir bir yüzen tabaka yerleştirmek gibi bir adsorpsiyon membranı oluşturmak için gaz-sıvı arayüzünde yüzey aktif madde adsorpsiyonu, yüzen tabaka adsorban membranı çözelti yüzeyi boyunca iter ve membran bir basınç oluşturur. yüzen tabaka üzerinde buna yüzey basıncı denir.
Yüzey viskozitesi: Yüzey basıncı gibi yüzey viskozitesi de çözünmeyen moleküler membranın sergilediği bir özelliktir. İnce bir metal tel platin halka ile asılır, böylece düzlemi tankın su yüzeyine temas eder, platin halkayı döndürün, platin halkayı su engelinin viskozitesine göre, genlik yavaş yavaş azalır, buna göre yüzey viskozitesi olabilir ölçüldü. Yöntem şu şekildedir: ilk önce genlik azalmasını ölçmek için saf su yüzeyinde deney yapılır ve daha sonra yüzey zarının oluşumundan sonraki çürüme ölçülür ve yüzey zarının viskozitesi ikisi arasındaki farktan türetilir. .
Yüzey viskozitesi yüzey membranının sağlamlığı ile yakından ilişkilidir ve adsorpsiyon membranının yüzey basıncı ve viskozitesi olduğundan esnekliğe sahip olması gerekir. Adsorplanan membranın yüzey basıncı ve viskozitesi ne kadar yüksek olursa elastik modülü de o kadar yüksek olur. Yüzey adsorpsiyon membranının elastik modülü, kabarcık stabilizasyonu sürecinde önemlidir.
③ Misel oluşumu
Yüzey aktif maddelerin seyreltik çözeltileri ideal çözeltilerin izlediği yasalara uyar. Çözeltinin yüzeyine adsorbe edilen yüzey aktif madde miktarı, çözeltinin konsantrasyonuyla birlikte artar ve konsantrasyon belirli bir değere ulaştığında veya onu aştığında adsorpsiyon miktarı artık artmaz ve bu fazla yüzey aktif madde molekülleri, gelişigüzel bir şekilde çözelti içinde bulunur. bir şekilde veya normal bir şekilde. Hem pratik hem de teori, bunların çözelti içinde birlikler oluşturduğunu ve bu birliklere misel adı verildiğini göstermektedir.
Kritik Misel Konsantrasyonu (CMC): Yüzey aktif maddelerin çözelti içinde misel oluşturduğu minimum konsantrasyona kritik misel konsantrasyonu denir.
④ Yaygın yüzey aktif maddelerin CMC değerleri.
HLB, hidrofil lipofil dengesinin kısaltmasıdır ve yüzey aktif maddenin hidrofilik ve lipofilik gruplarının hidrofilik ve lipofilik dengesini yani yüzey aktif maddenin HLB değerini gösterir. Büyük bir HLB değeri, güçlü hidrofilikliğe ve zayıf lipofilikliğe sahip bir molekülü belirtir; tersine, güçlü lipofillik ve zayıf hidrofiliklik.
① HLB değeri hükümleri
HLB değeri göreceli bir değer olduğundan HLB değeri geliştirilirken standart olarak hidrofilik özelliği olmayan parafin mumunun HLB değeri 0 olarak belirtilirken, sodyum dodesil sülfatın HLB değeri ise 0 olarak belirtilir. suda daha fazla çözünür, 40'tır. Bu nedenle yüzey aktif maddelerin HLB değeri genellikle 1 ila 40 aralığındadır. Genel olarak HLB değeri 10'un altında olan emülgatörler lipofilik, 10'un üzerinde olanlar ise hidrofiliktir. Dolayısıyla lipofilikten hidrofiliğe geçiş noktası yaklaşık 10'dur.
Yüzey aktif maddelerin HLB değerlerine dayanarak, Tablo 1-3'te gösterildiği gibi olası kullanımlarına ilişkin genel bir fikir elde edilebilir.
Biri diğerinde parçacıklar (damlacıklar veya sıvı kristaller) halinde dağılmış, karşılıklı olarak çözünmeyen iki sıvı, emülsiyon adı verilen bir sistem oluşturur. Bu sistem, emülsiyon oluştuğunda iki sıvının sınır alanının artması nedeniyle termodinamik olarak kararsızdır. Emülsiyonu stabil hale getirmek için, sistemin arayüzey enerjisini azaltmak amacıyla üçüncü bir bileşen olan emülgatörün eklenmesi gerekir. Emülgatör yüzey aktif maddeye aittir, ana işlevi emülsiyon rolünü oynamaktır. Emülsiyonun damlacıklar halinde bulunan fazına dağılmış faz (veya iç faz, süreksiz faz) adı verilir, birbirine bağlı diğer faza ise dispersiyon ortamı (veya dış faz, sürekli faz) denir.
① Emülgatörler ve emülsiyonlar
Yaygın emülsiyonlar, bir fazı su veya sulu çözelti, diğer fazı gres, balmumu vb. gibi suyla karışmayan organik maddelerdir. Su ve yağın oluşturduğu emülsiyon, dağılım durumlarına göre iki türe ayrılabilir: yağ O/W (yağ/su) olarak ifade edilen, su içinde yağ tipi emülsiyon oluşturmak üzere suda dağılmış olan su: W/O (su/yağ) olarak ifade edilen, su içinde yağ tipi emülsiyon oluşturmak üzere yağ içinde dağılan su. Kompleks su-yağ-içinde-su W/O/W tipi ve yağ-içinde-su-yağ O/W/O tipi çoklu emülsiyonlar da oluşturulabilir.
Emülgatörler, ara yüzey gerilimini azaltarak ve tek moleküllü ara yüzey membranı oluşturarak emülsiyonları stabilize etmek için kullanılır.
Emülgatör gereksinimlerinin emülsifikasyonunda:
a: Ara yüzey geriliminin azaltılması için emülgatörün iki faz arasındaki arayüzü adsorbe edebilmesi veya zenginleştirebilmesi gerekir;
b: Emülgatör, parçacıklar arasında elektrostatik itme sağlayacak şekilde parçacıklara yük vermelidir veya parçacıkların etrafında stabil, yüksek viskoziteye sahip koruyucu bir membran oluşturmalıdır.
Bu nedenle emülgatör olarak kullanılan maddenin emülsifiye olabilmesi için amfifilik gruplara sahip olması gerekir ve yüzey aktif maddeler bu gereksinimi karşılayabilir.
② Emülsiyonların hazırlanma yöntemleri ve emülsiyonların stabilitesini etkileyen faktörler
Emülsiyon hazırlamanın iki yolu vardır: Biri, sıvıyı küçük parçacıklar halinde başka bir sıvı içinde dağıtmak için mekanik yöntemi kullanmaktır; bu, çoğunlukla endüstride emülsiyon hazırlamak için kullanılır; diğeri ise moleküler haldeki sıvıyı başka bir sıvı içinde eritip daha sonra düzgün bir şekilde toplanarak emülsiyon oluşturmasını sağlamaktır.
Bir emülsiyonun kararlılığı, faz ayrımına yol açan parçacık toplanmasını önleme yeteneğidir. Emülsiyonlar, büyük serbest enerjiye sahip, termodinamik olarak kararsız sistemlerdir. Dolayısıyla bir emülsiyonun stabilitesi olarak adlandırılan süre aslında sistemin dengeye ulaşması için gereken süredir, yani sistemdeki sıvılardan birinin ayrılmasının gerçekleşmesi için gereken süredir.
Ara yüzey membranı yağ alkolleri, yağ asitleri ve yağ aminleri ve diğer polar organik moleküller ile olduğunda, membran mukavemeti önemli ölçüde daha yüksektir. Bunun nedeni, emülsifiye edici moleküllerin ve alkollerin, asitlerin ve aminlerin ve diğer polar moleküllerin arayüzey adsorpsiyon katmanında bir "kompleks" oluşturması ve böylece arayüzey membran mukavemetinin artmasıdır.
İkiden fazla yüzey aktif maddeden oluşan emülgatörlere karışık emülgatörler denir. Su/yağ arayüzünde adsorbe edilmiş karışık emülgatör; moleküller arası etki kompleksler oluşturabilir. Güçlü moleküller arası etki nedeniyle, arayüzey gerilimi önemli ölçüde azalır, arayüzde adsorbe edilen emülgatör miktarı önemli ölçüde artar, arayüzey membran yoğunluğunun oluşumu artar, mukavemet artar.
Sıvı boncukların yükünün emülsiyonun stabilitesi üzerinde önemli bir etkisi vardır. Sıvı tanecikleri genellikle yüklü olan kararlı emülsiyonlar. İyonik bir emülgatör kullanıldığında, arayüzde adsorbe edilen emülgatör iyonunun lipofilik grubu yağ fazına eklenir ve hidrofilik grup su fazındadır, böylece sıvı boncukların yüklenmesini sağlar. Emülsiyon boncukları aynı yüke sahip olduğundan birbirlerini iterler, topaklanmaları kolay değildir, böylece stabilite artar. Boncuklar üzerinde ne kadar çok emülsifiye edici iyon adsorbe edilirse, yük o kadar büyük olur, boncukların topaklanmasını önleme yeteneği o kadar artar ve emülsiyon sistemi o kadar stabil olur.
Emülsiyon dispersiyon ortamının viskozitesi, emülsiyonun stabilitesi üzerinde belirli bir etkiye sahiptir. Genel olarak dispersiyon ortamının viskozitesi ne kadar yüksek olursa, emülsiyonun stabilitesi de o kadar yüksek olur. Bunun nedeni, dispersiyon ortamının viskozitesinin büyük olmasıdır; bu, sıvı boncukların Brown hareketi üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir ve sıvı boncuklar arasındaki çarpışmayı yavaşlatır, böylece sistem kararlı kalır. Genellikle emülsiyonlarda çözünebilen polimer maddeler sistemin viskozitesini arttırarak emülsiyonların stabilitesini daha yüksek hale getirebilir. Ayrıca polimerler güçlü bir ara yüzey membranı oluşturarak emülsiyon sistemini daha stabil hale getirebilir.
Bazı durumlarda katı tozun eklenmesi emülsiyonun stabilize olma eğilimi göstermesine de neden olabilir. Katı toz su, yağ veya arayüzdedir, yağa bağlı olarak, katı tozun ıslatma kapasitesine bağlı olarak su, eğer katı toz suyla tamamen ıslanmazsa, aynı zamanda yağla da ıslanırsa, su ve yağ üzerinde kalacaktır. arayüz.
Katı toz, emülsiyonu stabil hale getirmez çünkü arayüzde toplanan toz, emülgatör moleküllerinin arayüzey adsorpsiyonuna benzer şekilde arayüzey membranını güçlendirir, dolayısıyla katı toz malzemesi arayüzde ne kadar yakın düzenlenirse, o kadar stabil olur. emülsiyondur.
Yüzey aktif maddeler, sulu çözeltide misel oluşturduktan sonra çözünmeyen veya suda az çözünen organik maddelerin çözünürlüğünü önemli ölçüde artırma yeteneğine sahiptir ve çözelti bu sırada şeffaftır. Miselin bu etkisine çözünme denir. Çözündürmeyi sağlayabilen yüzey aktif maddeye çözündürücü, çözünebilen organik maddeye ise çözünmüş madde denir.
Köpük yıkama işleminde önemli bir rol oynar. Köpük, bir gazın bir sıvı veya katı içinde dağıldığı, dağılmış faz olarak gazın ve dağıtıcı ortam olarak sıvı veya katının bulunduğu bir dispersiyon sistemidir; ilkine sıvı köpük, ikincisine ise katı köpük adı verilir. köpüklü plastik, köpüklü cam, köpüklü çimento vb.
(1) Köpük oluşumu
Köpük derken, burada sıvı bir zarla ayrılmış hava kabarcıklarından oluşan bir kümeyi kastediyoruz. Bu tür kabarcıklar, dağılmış faz (gaz) ile dağılım ortamı (sıvı) arasındaki büyük yoğunluk farkı ve sıvının düşük viskozitesi nedeniyle her zaman hızlı bir şekilde sıvı yüzeyine yükselir.
Kabarcık oluşturma işlemi, sıvıya büyük miktarda gaz getirmek ve sıvıdaki kabarcıklar hızla yüzeye dönerek az miktarda sıvı gazla ayrılan kabarcıklardan oluşan bir küme oluşturmaktır.
Köpüğün morfoloji açısından iki önemli özelliği vardır: Birincisi, dağılmış bir faz olarak kabarcıkların şekli genellikle çokyüzlüdür; bunun nedeni, kabarcıkların kesiştiği noktada, sıvı filmin incelme eğiliminin olması ve böylece kabarcıkların oluşmasıdır. çokyüzlü, sıvı film belli bir dereceye kadar inceldiğinde kabarcık kopmasına yol açar; ikincisi ise saf sıvıların stabil köpük oluşturamaması, köpük oluşturabilen sıvının en az iki veya daha fazla bileşenden oluşmasıdır. Yüzey aktif maddelerin sulu çözeltileri, köpük oluşumuna yatkın sistemler için tipiktir ve bunların köpük üretme yetenekleri aynı zamanda diğer özelliklerle de ilişkilidir.
İyi köpürme gücüne sahip yüzey aktif maddelere köpük yapıcı maddeler denir. Köpürtme maddesinin köpük kabiliyeti iyi olmasına rağmen, oluşan köpük uzun süre muhafaza edilemeyebilir, yani stabilitesi mutlaka iyi olmayabilir. Köpüğün stabilitesini korumak için, genellikle köpüğün stabilitesini artırabilecek maddeler eklemek için köpük oluşturma maddesine köpük stabilizatörü denir, yaygın olarak kullanılan stabilizatör lauril dietanolamin ve dodesil dimetilamin oksittir.
(2) Köpüğün stabilitesi
Köpük termodinamik olarak kararsız bir sistemdir ve son eğilim, kabarcık kırıldıktan sonra sistem içindeki sıvının toplam yüzey alanının azalması ve serbest enerjinin azalması yönündedir. Köpük giderme işlemi, gazı ayıran sıvı membranın kırılıncaya kadar kalınlaşıp inceltildiği süreçtir. Bu nedenle köpüğün stabilite derecesi esas olarak sıvı tahliye hızına ve sıvı filmin mukavemetine göre belirlenir. Aşağıdaki faktörler de bunu etkiler.
(3) Köpük imhası
Köpük imhasının temel prensibi köpüğü üreten koşulları değiştirmek veya köpüğü stabilize eden faktörleri ortadan kaldırmaktır, dolayısıyla köpük gidermenin hem fiziksel hem de kimyasal yöntemleri vardır.
Fiziksel köpük giderme, köpük çözeltisinin kimyasal bileşimini korurken köpük üretim koşullarının değiştirilmesi anlamına gelir; örneğin dış etkenler, sıcaklık veya basınçtaki değişiklikler ve ultrasonik işlemin tümü köpüğü ortadan kaldırmak için etkili fiziksel yöntemlerdir.
Kimyasal köpük giderme yöntemi, köpük içindeki sıvı filmin mukavemetini azaltmak ve böylece köpük giderme amacına ulaşmak için köpüğün stabilitesini azaltmak için köpük oluşturucu madde ile etkileşime girecek belirli maddelerin eklenmesidir; bu tür maddelere köpük gidericiler denir. Köpük kesicilerin çoğu yüzey aktif maddelerdir. Bu nedenle, köpük giderici mekanizmaya göre, köpük kesicinin yüzey gerilimini azaltma konusunda güçlü bir yeteneğe sahip olması, yüzeyde kolay adsorbe edilmesi ve yüzey adsorpsiyon molekülleri arasındaki etkileşimin zayıf olması, adsorpsiyon moleküllerinin daha gevşek bir yapıda düzenlenmesi gerekir.
Çeşitli köpük kesici türleri vardır, ancak temel olarak hepsi iyonik olmayan yüzey aktif maddelerdir. İyonik olmayan yüzey aktif maddeler, bulutlanma noktalarının yakınında veya üzerinde köpük önleyici özelliklere sahiptir ve sıklıkla köpük giderici olarak kullanılır. Alkoller, özellikle dallanmış yapıya sahip alkoller, yağ asitleri ve yağ asidi esterleri, poliamidler, fosfat esterleri, silikon yağları vb. de mükemmel köpük gidericiler olarak yaygın şekilde kullanılır.
(4) Köpük ve yıkama
Köpük ile yıkama etkinliği arasında doğrudan bir bağlantı yoktur ve köpük miktarı yıkamanın etkinliğini göstermez. Örneğin, iyonik olmayan yüzey aktif maddeler sabunlara göre çok daha az köpürme özelliğine sahiptir, ancak bunların dekontaminasyonu sabunlardan çok daha iyidir.
Bazı durumlarda köpük, kiri ve kiri temizlemede yardımcı olabilir. Örneğin evde bulaşık yıkarken deterjanın köpüğü yağ damlacıklarını toplarken, halıları fırçalarken toz, toz ve diğer katı kirlerin toplanmasına yardımcı olur. Ayrıca köpük bazen deterjanın etkinliğinin bir göstergesi olarak da kullanılabilir. Yağlı yağlar deterjanın köpüğünü engelleyici etkiye sahip olduğundan, yağ fazla, deterjan az olduğunda köpük oluşmayacak veya orijinal köpük kaybolacaktır. Köpük bazen durulamanın temizliğinin bir göstergesi olarak da kullanılabilir, çünkü durulama solüsyonundaki köpük miktarı deterjanın azalmasıyla azalma eğiliminde olduğundan köpük miktarı durulama derecesini değerlendirmek için kullanılabilir.
Geniş anlamda yıkama, yıkanacak nesnedeki istenmeyen bileşenlerin uzaklaştırılması ve bir amaca ulaşılması işlemidir. Bilinen anlamıyla yıkama, taşıyıcının yüzeyindeki kirin uzaklaştırılması işlemini ifade eder. Yıkamada, bazı kimyasal maddelerin (örneğin deterjan vb.) etkisiyle kir ile taşıyıcı arasındaki etkileşim zayıflatılır veya ortadan kaldırılır, böylece kir ve taşıyıcı kombinasyonu, kir ve deterjan kombinasyonuna dönüşür ve son olarak kir taşıyıcıdan ayrılır. Yıkanacak nesneler ve çıkarılacak kirler çeşitli olduğundan yıkama oldukça karmaşık bir işlemdir ve yıkamanın temel işlemi aşağıdaki basit ilişkilerle ifade edilebilir.
Taşıyıcı··Kir + Deterjan= Taşıyıcı + Kir·Deterjan
Yıkama işlemi genellikle iki aşamaya ayrılabilir: ilk olarak, deterjanın etkisi altında kir, taşıyıcısından ayrılır; ikinci olarak, ayrılan kir ortamda dağılır ve süspanse edilir. Yıkama işlemi tersine çevrilebilir bir işlemdir ve ortamda dağılan ve süspanse edilen kir, ortamdan yıkanan nesneye yeniden çökeltilebilir. Bu nedenle, iyi bir deterjanın, kiri taşıyıcıdan çıkarma yeteneğinin yanı sıra, kiri dağıtma, askıya alma ve kirin yeniden birikmesini önleme yeteneğine de sahip olması gerekir.
(1) Kir türleri
Aynı eşya için dahi kullanıldığı ortama göre kirin türü, bileşimi ve miktarı farklılık gösterebilmektedir. Yağ gövdesi kiri esas olarak bazı hayvansal ve bitkisel yağlar ve mineral yağlardır (ham petrol, akaryakıt, kömür katranı vb. gibi), katı kir ise esas olarak is, kül, pas, karbon siyahı vb.'dir. Giysi kiri açısından, insan vücudunda ter, sebum, kan vb. gibi kirler var; meyve lekeleri, yemeklik yağ lekeleri, çeşni lekeleri, nişasta vb. gibi yiyeceklerden kaynaklanan kirler; ruj, oje vb. kozmetiklerden kaynaklanan kirler; atmosferdeki kurum, toz, çamur vb. kirler; mürekkep, çay, kaplama vb. gibi diğerleri. Çeşitli türlerde gelir.
Çeşitli kir türleri genellikle üç ana kategoriye ayrılabilir: katı kir, sıvı kir ve özel kir.
① Katı kir
Yaygın katı kir, kül, çamur, toprak, pas ve karbon siyahı parçacıklarını içerir. Bu parçacıkların çoğunun yüzeyinde bir elektrik yükü vardır, çoğu negatif yüklüdür ve lifli ürünler üzerinde kolaylıkla adsorbe edilebilir. Katı kirin suda çözülmesi genellikle zordur ancak deterjan çözeltileri ile dağıtılabilir ve süspanse edilebilir. Kütle noktası daha küçük olan katı kirlerin temizlenmesi daha zordur.
② Sıvı kir
Bitkisel ve hayvansal yağlar, yağ asitleri, yağ alkolleri, mineral yağlar ve bunların oksitleri dahil olmak üzere sıvı kir çoğunlukla yağda çözünür. Bunlar arasında bitkisel ve hayvansal yağlar, yağ asitleri ve alkali sabunlaşması meydana gelebilirken, yağlı alkoller, mineral yağlar alkali ile sabunlaşmaz, alkoller, eterler ve hidrokarbon organik çözücüler ve deterjan su çözeltisi emülsifikasyonu ve dispersiyonunda çözünebilir. Yağda çözünen sıvı kir genellikle lifli maddelere karşı güçlü bir kuvvete sahiptir ve lifler üzerinde daha sıkı bir şekilde emilir.
③ Özel kir
Özel kirler arasında proteinler, nişasta, kan, ter, sebum, idrar gibi insan salgıları, meyve suyu ve çay suyu bulunur. Bu tür kirlerin çoğu, kimyasal olarak ve güçlü bir şekilde lifli eşyalara adsorbe edilebilir. Bu nedenle yıkanması zordur.
Çeşitli kir türleri nadiren tek başına bulunur, ancak sıklıkla birbirine karışır ve nesneye adsorbe edilir. Kir bazen dış etkiler altında oksitlenebilir, ayrışabilir veya çürüyebilir, böylece yeni kirler oluşabilir.
（2）Kirin yapışması
Nesne ile kir arasında bir tür etkileşim olduğu için giysiler, eller vb. lekelenebilir. Kir, nesnelere çeşitli şekillerde yapışır, ancak fiziksel ve kimyasal yapışmadan fazlası yoktur.
①Kurum, toz, çamur, kum ve kömürün giysiye yapışması fiziksel bir yapışmadır. Genel olarak konuşursak, kirin bu yapışması sayesinde lekeli nesne arasındaki rol nispeten zayıftır, kirin çıkarılması da nispeten kolaydır. Farklı kuvvetlere göre, kirin fiziksel yapışması mekanik yapışma ve elektrostatik yapışmaya bölünebilir.
A: Mekanik yapışma
Bu tür yapışma esas olarak bazı katı kirlerin (örn. toz, çamur ve kum) yapışmasını ifade eder. Mekanik yapışma, kirin daha zayıf yapışma biçimlerinden biridir ve neredeyse tamamen mekanik yollarla giderilebilir, ancak kir küçük olduğunda (<0,1um) çıkarılması daha zordur.
B: Elektrostatik yapışma
Elektrostatik yapışma, esas olarak yüklü kir parçacıklarının zıt yüklü nesneler üzerindeki etkisi ile kendini gösterir. Lifli nesnelerin çoğu suda negatif yüklüdür ve kireç türleri gibi pozitif yüklü bazı kirler tarafından kolaylıkla yapışabilir. Sulu çözeltilerdeki karbon karası parçacıkları gibi negatif yüklü olmasına rağmen bazı kirler, sudaki pozitif iyonların (örn. , Ca2+, Mg2+ vb.).
Elektrostatik etki, basit mekanik etkiden daha güçlüdür ve kirin çıkarılmasını nispeten zorlaştırır.
② Kimyasal yapışma
Kimyasal yapışma, kirin kimyasal veya hidrojen bağları yoluyla bir nesneye etki etmesi olgusunu ifade eder. Örneğin, polar katı kir, protein, pas ve diğer lifli maddelere yapışma, lifler karboksil, hidroksil, amid ve diğer grupları içerir, bu gruplar ve yağlı kir yağ asitleri, yağ alkolleri kolayca hidrojen bağları oluşturur. Kimyasal kuvvetler genellikle güçlüdür ve bu nedenle kir nesneye daha sıkı bağlanır. Bu tür kirlerin alışılagelmiş yöntemlerle temizlenmesi zordur ve bununla baş etmek için özel yöntemler gerekir.
Kirin yapışma derecesi, kirin doğası ve yapıştığı nesnenin doğası ile ilgilidir. Genel olarak parçacıklar lifli parçalara kolaylıkla yapışır. Katı kirin dokusu ne kadar küçük olursa yapışma o kadar güçlü olur. Pamuk ve cam gibi hidrofilik nesneler üzerindeki polar kir, polar olmayan kirlere göre daha güçlü yapışır. Polar olmayan kir, polar yağlar, toz ve kil gibi polar kirlere göre daha güçlü yapışır ve çıkarılması ve temizlenmesi daha az kolaydır.
(3) Kir giderme mekanizması
Yıkamanın amacı kiri uzaklaştırmaktır. Belirli bir sıcaklıktaki bir ortamda (esas olarak su). Kir ve yıkanmış nesnelerin etkisini azaltmak veya ortadan kaldırmak için deterjanın çeşitli fiziksel ve kimyasal etkilerini kullanarak, belirli mekanik kuvvetlerin (el sürtünmesi, çamaşır makinesinin çalkalanması, su etkisi gibi) etkisi altında, böylece kir ve yıkanmış nesneler Dekontaminasyon amacından.
① Sıvı kir giderme mekanizması
C: Islatma
Sıvı kirlenme çoğunlukla yağ bazlıdır. Yağ lekeleri çoğu lifli ürünü ıslatır ve lifli malzemenin yüzeyinde az çok bir yağ filmi halinde yayılır. Yıkama işleminin ilk adımı yüzeyin yıkama sıvısı ile ıslatılmasıdır. Örnek vermek gerekirse, bir fiberin yüzeyi pürüzsüz, katı bir yüzey olarak düşünülebilir.
B: Yağ ayırma - kıvırma mekanizması
Yıkama işleminin ikinci adımı yağ ve gresin uzaklaştırılmasıdır, sıvı kirlerin uzaklaştırılması bir çeşit sarma işlemi ile sağlanır. Sıvı kir başlangıçta yüzeyde yayılmış bir yağ filmi şeklinde mevcuttu ve yıkama sıvısının katı yüzey (yani elyaf yüzeyi) üzerindeki tercihli ıslatma etkisi altında, adım adım yağ boncukları halinde kıvrıldı; yıkama sıvısı ile değiştirildi ve sonunda yüzeyi belirli dış kuvvetlerin etkisi altında bıraktı.
② Katı kir giderme mekanizması
Sıvı kirin uzaklaştırılması esas olarak kir taşıyıcının yıkama solüsyonu tarafından tercihli olarak ıslatılması yoluyla gerçekleşirken katı kir için uzaklaştırma mekanizması farklıdır, burada yıkama prosesi esas olarak kir kütlesinin ve taşıyıcı yüzeyinin yıkama solüsyonu tarafından ıslatılmasıyla ilgilidir. çözüm. Yüzey aktif maddelerin katı kir ve taşıyıcı yüzeyine adsorpsiyonu nedeniyle kir ve yüzey arasındaki etkileşim azalır ve kir kütlesinin yüzeye yapışma mukavemeti azalır, böylece kir kütlesi yüzeyden kolaylıkla uzaklaştırılır. taşıyıcı.
Ek olarak, yüzey aktif maddelerin, özellikle iyonik yüzey aktif maddelerin, katı kirin ve taşıyıcısının yüzeyi üzerinde adsorpsiyonu, katı kirin ve taşıyıcısının yüzeyindeki yüzey potansiyelini arttırma potansiyeline sahiptir; bu, kirin uzaklaştırılmasına daha elverişlidir. kir. Katı veya genel olarak lifli yüzeyler sulu ortamda genellikle negatif yüklüdür ve bu nedenle kir kütleleri veya katı yüzeyler üzerinde dağınık çift elektronik katmanlar oluşturabilir. Homojen yüklerin itilmesi nedeniyle sudaki kir parçacıklarının katı yüzeye yapışması zayıflar. Anyonik bir yüzey aktif madde eklendiğinde, kir parçacığının ve katı yüzeyin negatif yüzey potansiyelini aynı anda artırabildiğinden, aralarındaki itme daha da artar, parçacığın yapışma mukavemeti daha fazla azalır ve kirin çıkarılması daha kolay olur. .
İyonik olmayan yüzey aktif maddeler genel olarak yüklü katı yüzeyler üzerinde adsorbe edilir ve ara yüzey potansiyelini önemli ölçüde değiştirmese de, adsorbe edilmiş iyonik olmayan yüzey aktif maddeler yüzey üzerinde kirin yeniden birikmesini önlemeye yardımcı olan belirli bir kalınlıkta adsorbe edilmiş katman oluşturma eğilimindedir.
Katyonik yüzey aktif maddeler söz konusu olduğunda, bunların adsorpsiyonu, kir kütlesinin ve onun taşıyıcı yüzeyinin negatif yüzey potansiyelini azaltır veya ortadan kaldırır, bu da kir ve yüzey arasındaki itmeyi azaltır ve dolayısıyla kirin çıkarılmasına yardımcı olmaz; ayrıca katyonik yüzey aktif maddeler katı yüzeye adsorbe edildikten sonra katı yüzeyi hidrofobik hale getirme eğilimindedir ve bu nedenle yüzeyin ıslanmasına ve dolayısıyla yıkanmasına yardımcı olmazlar.
③ Özel kirlerin çıkarılması
Protein, nişasta, insan salgıları, meyve suyu, çay suyu ve benzeri diğer kirlerin normal yüzey aktif maddelerle temizlenmesi zordur ve özel işlem gerektirir.
Krema, yumurta, kan, süt ve deri dışkısı gibi protein lekeleri, lifler üzerinde pıhtılaşarak dejenerasyona uğrar ve daha güçlü yapışma eğilimi gösterir. Protein kirliliği proteazlar kullanılarak giderilebilir. Proteaz enzimi, kirdeki proteinleri suda çözünebilen amino asitlere veya oligopeptitlere parçalar.
Nişasta lekeleri çoğunlukla gıda maddelerinden, sos, yapıştırıcı vb. gibi ürünlerden kaynaklanır. Amilaz, nişasta lekelerinin hidrolizi üzerinde katalitik bir etkiye sahiptir ve nişastanın şekerlere parçalanmasına neden olur.
Lipaz, sebum ve yenilebilir yağlar gibi normal yöntemlerle uzaklaştırılması zor olan trigliseritlerin ayrışmasını katalize eder ve bunları çözünür gliserol ve yağ asitlerine ayırır.
Meyve suları, çay suları, mürekkepler, rujlar vb.den kaynaklanan bazı renkli lekelerin tekrar tekrar yıkandıktan sonra bile tamamen temizlenmesi genellikle zordur. Bu lekeler, ağartıcı gibi bir oksitleyici veya indirgeyici madde ile, renk oluşturucu veya renk yardımcı grupların yapısını tahrip eden ve bunları daha küçük suda çözünür bileşenlere indirgeyen bir redoks reaksiyonuyla çıkarılabilir.
（4）Kuru temizlemenin leke çıkarma mekanizması
Yukarıdakiler aslında yıkama ortamı olarak su içindir. Aslında, farklı giysi türleri ve yapıları nedeniyle, suyla yıkama kullanan bazı giysilerin yıkanması uygun değildir veya yıkanması kolay değildir, bazı giysiler yıkandıktan sonra deformasyona uğrar, solar, vb., örneğin: çoğu doğal lif suyu emer ve şişmesi kolay, kuruması ve büzülmesi kolaydır, bu nedenle yıkamadan sonra deforme olur; Yünlü ürünlerin yıkanması da sıklıkla çekme olgusu ortaya çıkar; bazı yünlü ürünlerin suyla yıkanması da kolay tüylenme, renk değişimine neden olur; Bazı ipeklerin tuşe hissi yıkandıktan sonra daha da kötüleşir ve parlaklığını kaybeder. Bu giysiler için genellikle dekontaminasyon amacıyla kuru temizleme yöntemini kullanın. Kuru temizleme olarak adlandırılan işlem genel olarak organik solventlerde, özellikle de polar olmayan solventlerde yıkama yöntemini ifade eder.
Kuru temizleme, suyla yıkamaya göre daha yumuşak bir yıkama şeklidir. Kuru temizleme çok fazla mekanik işlem gerektirmediği için giysilerde hasara, kırışmaya ve deformasyona neden olmaz, kuru temizleme maddeleri ise sudan farklı olarak nadiren genleşme ve büzülmeye neden olur. Teknoloji doğru kullanıldığı sürece giysilerde bozulma, renk solması olmadan kuru temizleme yapılabilir ve kullanım ömrü uzar.
Kuru temizleme açısından üç geniş kir türü vardır.
①Yağda çözünen kir Yağda çözünen kir, sıvı veya yağlı olan ve kuru temizleme solventlerinde çözülebilen her türlü yağ ve gresi içerir.
②Suda çözünen kir Suda çözünen kir, sulu çözeltilerde çözünür, ancak kuru temizleme maddelerinde çözünmez, sulu halde giysilere adsorbe edilir, inorganik tuzlar, nişasta, protein vb. gibi granüler katıların çökelmesinden sonra su buharlaşır.
③Yağ ve suda çözünmeyen kir Yağ ve suda çözünmeyen kir, ne suda çözünür ne de karbon siyahı, çeşitli metallerin ve oksitlerin silikatları gibi kuru temizleme solventlerinde çözünür.
Çeşitli kir türlerinin farklı doğasından dolayı, kuru temizleme işleminde kiri temizlemenin farklı yolları vardır. Hayvansal ve bitkisel yağlar, mineral yağlar ve gresler gibi yağda çözünen kirler, organik solventlerde kolayca çözünür ve kuru temizlemede daha kolay çıkarılabilir. Kuru temizleme solventlerinin yağlar ve gresler için mükemmel çözünürlüğü esasen moleküller arasındaki Van der Walls kuvvetlerinden gelir.
İnorganik tuzlar, şekerler, proteinler ve ter gibi suda çözünebilen kirlerin uzaklaştırılması için kuru temizleme maddesine doğru miktarda su da eklenmelidir, aksi takdirde suda çözünebilen kirlerin kıyafetten çıkarılması zordur. Ancak kuru temizleme maddesinde suyun çözülmesi zordur, bu nedenle su miktarını artırmak için yüzey aktif maddeler de eklemeniz gerekir. Kuru temizleme maddesindeki suyun varlığı, kirin ve giysinin yüzeyini sulu hale getirebilir, böylece yüzey aktif maddelerin yüzeyde adsorpsiyonuna yardımcı olan yüzey aktif maddelerin polar grupları ile etkileşime girmek kolaydır. Ek olarak, yüzey aktif maddeler miseller oluşturduğunda, suda çözünebilen kir ve su, misellerin içinde çözünebilir. Yüzey aktif maddeler, kuru temizleme solventinin su içeriğini arttırmanın yanı sıra, dekontaminasyon etkisini arttırmak için kirin yeniden birikmesini önlemede de rol oynayabilir.
Suda çözünen kirlerin uzaklaştırılması için az miktarda suyun varlığı gereklidir ancak çok fazla su, bazı giysilerde deformasyona ve kırışmaya neden olabilir, bu nedenle kuru temizleme maddesindeki su miktarının orta düzeyde olması gerekir.
Suda veya yağda çözünmeyen kir, kül, çamur, toprak ve karbon karası gibi katı parçacıklar genellikle elektrostatik kuvvetlerle veya yağla kombinasyon halinde giysiye yapışır. Kuru temizlemede, solvent akışı, darbe, kirin elektrostatik kuvvet adsorpsiyonunu ortadan kaldırabilir ve kuru temizleme maddesi yağı çözebilir, böylece yağ ve kir kombinasyonu ve katı parçacıkların kuru ortamda giysiye yapışması sağlanır. -temizlik maddesi, kuru temizleme maddesi ve az miktarda su ve yüzey aktif maddeler, böylece katı kir parçacıklarının stabil olabilmesi için süspansiyon, dispersiyon, giysiye yeniden birikmesini önler.
（5）Yıkama işlemini etkileyen faktörler
Yüzey aktif maddelerin ara yüzeyde yönlü adsorpsiyonu ve yüzey (ara yüzey) geriliminin azaltılması, sıvı veya katı kirlerin giderilmesinde ana faktörlerdir. Ancak yıkama işlemi karmaşıktır ve aynı deterjan türüyle bile yıkama etkisi birçok başka faktörden etkilenir. Bu faktörler arasında deterjanın konsantrasyonu, sıcaklık, kirlenmenin niteliği, lif türü ve kumaşın yapısı yer alır.
① Yüzey aktif madde konsantrasyonu
Çözeltideki yüzey aktif maddelerin miselleri yıkama işleminde önemli bir rol oynar. Konsantrasyon kritik misel konsantrasyonuna (CMC) ulaştığında yıkama etkisi keskin bir şekilde artar. Bu nedenle iyi bir yıkama etkisi sağlamak için solventteki deterjan konsantrasyonunun CMC değerinden yüksek olması gerekir. Ancak yüzey aktif madde konsantrasyonu CMC değerinden yüksek olduğunda yıkama etkisindeki artan artış belirgin değildir ve yüzey aktif madde konsantrasyonunun çok fazla arttırılmasına gerek yoktur.
Çözündürme yoluyla yağ çıkarıldığında, konsantrasyon CMC'nin üzerinde olsa bile, yüzey aktif madde konsantrasyonunun artmasıyla çözündürme etkisi artar. Şu anda deterjanın yerel olarak merkezi bir şekilde kullanılması tavsiye edilir. Örneğin, bir giysinin manşetleri ve yakasında çok fazla kir varsa, yüzey aktif maddenin yağ üzerindeki çözücü etkisini arttırmak için yıkama sırasında bir deterjan tabakası uygulanabilir.
②Sıcaklığın dekontaminasyon eylemi üzerinde çok önemli bir etkisi vardır. Genel olarak sıcaklığın arttırılması kirlerin uzaklaştırılmasını kolaylaştırır ancak bazen çok yüksek bir sıcaklık dezavantajlara da neden olabilir.
Sıcaklığın artması kirin yayılmasını kolaylaştırır, katı gres erime noktasının üzerindeki sıcaklıklarda kolayca emülsifiye olur ve sıcaklığın artması nedeniyle liflerin şişmesi artar, tüm bunlar kirin uzaklaştırılmasını kolaylaştırır. Bununla birlikte, kompakt kumaşlar için, elyaflar genişledikçe elyaflar arasındaki mikro boşluklar azalır ve bu da kirin çıkarılmasına zarar verir.
Sıcaklık değişiklikleri ayrıca yüzey aktif maddelerin çözünürlüğünü, CMC değerini ve misel boyutunu da etkileyerek yıkama etkisini etkiler. Uzun karbon zincirli yüzey aktif maddelerin düşük sıcaklıklarda çözünürlüğü düşüktür ve bazen çözünürlük CMC değerinden bile daha düşük olabilir, bu nedenle yıkama sıcaklığının uygun şekilde yükseltilmesi gerekir. Sıcaklığın CMC değeri ve misel boyutu üzerindeki etkisi iyonik ve iyonik olmayan yüzey aktif maddeler için farklıdır. İyonik yüzey aktif maddeler için sıcaklıktaki bir artış genellikle CMC değerini arttırır ve misel boyutunu azaltır, bu da yıkama çözeltisindeki yüzey aktif madde konsantrasyonunun arttırılması gerektiği anlamına gelir. İyonik olmayan yüzey aktif maddeler için sıcaklıktaki bir artış, CMC değerinde bir azalmaya ve misel hacminde önemli bir artışa yol açar; dolayısıyla sıcaklıktaki uygun bir artışın, iyonik olmayan yüzey aktif maddenin yüzey aktif etkisini göstermesine yardımcı olacağı açıktır. . Ancak sıcaklık bulutlanma noktasını aşmamalıdır.
Kısacası optimum yıkama sıcaklığı, deterjan formülasyonuna ve yıkanan nesneye bağlıdır. Bazı deterjanlar oda sıcaklığında iyi bir deterjan etkisine sahipken bazıları soğuk ve sıcak yıkama arasında çok daha farklı bir deterjan etkisine sahiptir.
③ Köpük
Köpürme gücü yüksek olan deterjanların iyi bir yıkama etkisine sahip olduğuna inanıldığından, köpürme gücünü yıkama etkisi ile karıştırmak gelenekseldir. Araştırmalar yıkama etkisi ile köpük miktarı arasında doğrudan bir ilişki olmadığını göstermiştir. Örneğin az köpüren deterjanlarla yıkamak, çok köpüren deterjanlarla yıkamaktan daha az etkili değildir.
Köpüğün doğrudan yıkamayla ilgisi olmasa da, örneğin elde bulaşık yıkarken kiri çıkarmaya yardımcı olduğu durumlar da vardır. Halıları fırçalarken köpük aynı zamanda tozu ve diğer katı kir parçacıklarını da uzaklaştırabilir, halı kiri tozun büyük bir kısmını oluşturur, bu nedenle halı temizleme maddelerinin belirli bir köpüklenme kabiliyetine sahip olması gerekir.
Şampuanlama veya banyo sırasında sıvının ürettiği ince köpüğün saçta yağlı ve rahat bir his bıraktığı şampuanlar için köpürme gücü de önemlidir.
④ Lif çeşitleri ve tekstillerin fiziksel özellikleri
Kirin yapışmasını ve çıkarılmasını etkileyen liflerin kimyasal yapısının yanı sıra, liflerin görünümü ve iplik ve kumaşın organizasyonu da kir çıkarma kolaylığı üzerinde etkilidir.
Yün liflerinin pulları ve pamuk liflerinin kavisli düz şeritlerinin kir biriktirme olasılığı düz liflere göre daha fazladır. Örneğin, selüloz filmlerde (viskon filmler) lekelenen karbon siyahının çıkarılması kolayken, pamuklu kumaşlarda lekelenen karbon siyahının yıkanması zordur. Bir başka örnek ise, polyesterden yapılmış kısa elyaflı kumaşların, uzun elyaflı kumaşlara göre yağ lekesi biriktirmeye daha yatkın olması ve kısa elyaflı kumaşlardaki yağ lekelerinin çıkarılmasının, uzun elyaflı kumaşlardaki yağ lekelerine göre daha zor olmasıdır.
Sıkıca bükülmüş iplikler ve sıkı kumaşlar, lifler arasındaki küçük boşluk nedeniyle kir girişine karşı direnç gösterebilir, ancak aynı zamanda yıkama sıvısının iç kiri dışarıda bırakmasını da önleyebilir, böylece sıkı kumaşlar kire karşı iyi bir direnç göstermeye başlar, ancak bir kez lekelendiğinde yıkamak da daha zordur.
⑤ Suyun sertliği
Sudaki Ca2+, Mg2+ ve diğer metal iyonlarının konsantrasyonu, özellikle anyonik yüzey aktif maddeler, daha az çözünür olan ve deterjanlığını azaltacak olan kalsiyum ve magnezyum tuzlarını oluşturan Ca2+ ve Mg2+ iyonlarıyla karşılaştığında yıkama etkisi üzerinde büyük etkiye sahiptir. Sert suda, yüzey aktif maddenin konsantrasyonu yüksek olsa bile, deterjanlığı damıtmadakinden çok daha kötüdür. Yüzey aktif maddenin en iyi yıkama etkisine sahip olması için sudaki Ca2+ iyonlarının konsantrasyonu 1 x 10-6 mol/L'ye (CaCO3 ila 0,1 mg/L) veya daha azına düşürülmelidir. Bu, deterjana çeşitli yumuşatıcıların eklenmesini gerektirir.
Gönderim zamanı: Şubat-25-2022