1. Tensioni sipërfaqësor
Forca e tkurrjes për njësi gjatësie në sipërfaqen e një lëngu quhet tension sipërfaqësor, i matur në N • m-1.
2. Aktiviteti sipërfaqësor dhe surfaktanti
Vetia që mund të zvogëlojë tensionin sipërfaqësor të tretësve quhet aktivitet sipërfaqësor, dhe substancat me aktivitet sipërfaqësor quhen substanca sipërfaqësore aktive.
Surfaktantët i referohen substancave sipërfaqësore aktive që mund të formojnë micel dhe agregate të tjera në tretësira ujore, kanë aktivitet të lartë sipërfaqësor dhe gjithashtu kanë funksione lagie, emulsifikuese, shkumëzuese, larëse dhe funksione të tjera.
3. Karakteristikat molekulare strukturore të surfaktantit
Surfaktantët janë komponime organike me struktura dhe veti të veçanta që mund të ndryshojnë ndjeshëm tensionin ndërfaqësor midis dy fazave ose tensionin sipërfaqësor të lëngjeve (zakonisht ujit), dhe kanë veti të tilla si lagia, shkumëzimi, emulsifikimi dhe larja.
Nga ana strukturore, surfaktantët ndajnë një karakteristikë të përbashkët të përmbajtjes së dy grupeve të ndryshme funksionale në molekulat e tyre. Njëri skaj është një grup jo polar me zinxhir të gjatë që është i tretshëm në vaj, por i patretshëm në ujë, i njohur si një grup hidrofobik ose grup hidrofobik. Këto grupe hidrofobike janë përgjithësisht hidrokarbure me zinxhir të gjatë, ndonjëherë edhe fluor organik, organosilicon, organofosfor, zinxhirë organotini, etj. Skaji tjetër është një grup funksional i tretshëm në ujë, përkatësisht një grup hidrofilik ose grup hidrofilik. Grupi hidrofilik duhet të ketë hidrofilitet të mjaftueshëm për të siguruar që i gjithë surfaktanti të jetë i tretshëm në ujë dhe të ketë tretshmërinë e nevojshme. Për shkak të pranisë së grupeve hidrofile dhe hidrofobike në surfaktantë, ato mund të treten në të paktën një fazë të fazës së lëngshme. Vetitë hidrofile dhe oleofile të surfaktantëve quhen amfifilitet.
4. Llojet e surfaktantëve
Surfaktantët janë molekula amfifilike që kanë grupe hidrofobike dhe hidrofile. Grupet hidrofobike të surfaktantëve në përgjithësi përbëhen nga hidrokarbure me zinxhir të gjatë, siç janë alkili me zinxhir të drejtë C8-C20, alkili me zinxhir të degëzuar C8-C20, alkilfenili (me 8-16 atome karboni alkil), etj. Dallimi në grupet hidrofobike qëndron kryesisht në ndryshimet strukturore të zinxhirëve të hidrogjenit të karbonit, me ndryshime relativisht të vogla, ndërsa ka më shumë lloje të grupeve hidrofile. Prandaj, vetitë e surfaktantëve lidhen kryesisht me grupet hidrofile përveç madhësisë dhe formës së grupeve hidrofobike. Ndryshimet strukturore të grupeve hidrofile janë më të mëdha se ato të grupeve hidrofobike, kështu që klasifikimi i surfaktantëve bazohet në përgjithësi në strukturën e grupeve hidrofile. Ky klasifikim bazohet kryesisht në faktin nëse grupet hidrofile janë jonike, duke i ndarë ato në anionike, kationike, jojonike, zviterionike dhe lloje të tjera të veçanta të surfaktantëve.
5. Karakteristikat e tretësirës ujore të surfaktantit
① Adsorbimi i surfaktantëve në ndërfaqe
Molekulat surfaktante kanë grupe lipofile dhe hidrofile, duke i bërë ato molekula amfifile. Uji është një lëng fort polar. Kur surfaktantët treten në ujë, sipas parimit të ngjashmërisë së polaritetit dhe shtytjes së ndryshimit të polaritetit, grupet e tyre hidrofile tërhiqen nga faza e ujit dhe treten në ujë, ndërsa grupet e tyre lipofile shtyjnë ujin dhe largohen nga uji. Si rezultat, molekulat (ose jonet) surfaktante adsorbohen në ndërfaqen midis dy fazave, duke zvogëluar tensionin ndërfaqësor midis dy fazave. Sa më shumë molekula (ose jone) surfaktante të adsorbohen në ndërfaqe, aq më e madhe është ulja e tensionit ndërfaqësor.
② Disa veti të membranës së adsorbimit
Presioni sipërfaqësor i membranës së adsorbimit: Surfaktantët adsorbohen në ndërfaqen gaz-lëng për të formuar një membranë adsorbimi. Nëse një pllakë lundruese e lëvizshme pa fërkim vendoset në ndërfaqe dhe pllaka lundruese e shtyn membranën e adsorbimit përgjatë sipërfaqes së tretësirës, membrana ushtron një presion mbi pllakën lundruese, i cili quhet presion sipërfaqësor.
Viskoziteti sipërfaqësor: Ashtu si presioni sipërfaqësor, viskoziteti sipërfaqësor është një veti e shfaqur nga filmat molekularë të patretshëm. Varni një unazë platini me një tel të hollë metalik, bëjeni planin e saj të kontaktojë sipërfaqen e ujit të lavamanit, rrotulloni unazën e platinit, unaza e platinit pengohet nga viskoziteti i ujit dhe amplituda zvogëlohet gradualisht, sipas së cilës mund të matet viskoziteti sipërfaqësor. Metoda është: së pari kryeni eksperimente në sipërfaqen e ujit të pastër, matni dobësimin e amplitudës, pastaj matni dobësimin pas formimit të maskës sipërfaqësore të fytyrës dhe llogaritni viskozitetin e maskës sipërfaqësore të fytyrës nga diferenca midis të dyjave.
Viskoziteti sipërfaqësor është i lidhur ngushtë me fortësinë e maskës sipërfaqësore të fytyrës. Meqenëse filmi i adsorbimit ka presion sipërfaqësor dhe viskozitet, ai duhet të jetë elastik. Sa më i lartë të jetë presioni sipërfaqësor dhe viskoziteti i membranës së adsorbimit, aq më i madh është moduli i saj elastik. Moduli elastik i filmit të adsorbimit sipërfaqësor ka një rëndësi të madhe në procesin e stabilizimit të shkumës.
③ Formimi i miceleve
Tretësira e holluar e surfaktantëve ndjek ligjet e tretësirave ideale. Sasia e adsorbimit të surfaktantëve në sipërfaqen e një tretësire rritet me përqendrimin e tretësirës. Kur përqendrimi arrin ose tejkalon një vlerë të caktuar, sasia e adsorbimit nuk rritet më. Këto molekula të tepërta të surfaktantëve në tretësirë janë të çrregullta ose ekzistojnë në një mënyrë të rregullt. Si praktika ashtu edhe teoria kanë treguar se ato formojnë agregate në tretësirë, të cilat quhen micel.
Përqendrimi kritik i miceleve: Përqendrimi minimal në të cilin surfaktantët formojnë micela në një tretësirë quhet përqendrimi kritik i miceleve.
④ Vlera CMC e surfaktantit të zakonshëm.
6. Vlera e ekuilibrit hidrofilik dhe oleofilik
HLB qëndron për ekuilibrin hidrofilik lipofilik, i cili përfaqëson vlerat e ekuilibrit hidrofilik dhe lipofilik të grupeve hidrofile dhe lipofile të një surfaktanti, d.m.th. vlerën HLB të surfaktantit. Një vlerë e lartë HLB tregon hidrofilitet të fortë dhe lipofilitet të dobët të molekulës; Përkundrazi, ajo ka lipofilitet të fortë dhe hidrofilitet të dobët.
① Rregullore mbi Vlerën HLB
Vlera HLB është një vlerë relative, kështu që kur formulohet vlera HLB, si standard, vlera HLB e parafinës pa veti hidrofile vendoset në 0, ndërsa vlera HLB e sulfatit dodecil të natriumit me tretshmëri të fortë në ujë vendoset në 40. Prandaj, vlera HLB e surfaktantëve është përgjithësisht brenda intervalit 1-40. Në përgjithësi, emulsifikuesit me vlera HLB më të vogla se 10 janë lipofilë, ndërsa emulsifikuesit me vlera HLB më të mëdha se 10 janë hidrofilë. Prandaj, pika e kthesës nga lipofiliteti në hidrofilitet është afërsisht 10.
7. Efektet e emulsifikimit dhe tretjes
Dy lëngje të papërzieshme, njëri i formuar nga shpërndarja e grimcave (pikave ose kristaleve të lëngshme) në tjetrin, quhen emulsione. Kur formohet një emulsion, sipërfaqja ndërfaqësore midis dy lëngjeve rritet, duke e bërë sistemin termodinamikisht të paqëndrueshëm. Për të stabilizuar emulsionin, duhet të shtohet një përbërës i tretë - emulsifikues - për të zvogëluar energjinë ndërfaqësore të sistemit. Emulsifikuesit i përkasin surfaktantëve dhe funksioni i tyre kryesor është të veprojnë si emulsifikues. Faza në të cilën ekzistojnë pikat në një emulsion quhet faza e shpërndarë (ose faza e brendshme, faza jo e vazhdueshme), dhe faza tjetër e lidhur së bashku quhet mjedisi i shpërndarë (ose faza e jashtme, faza e vazhdueshme).
① Emulsifikues dhe emulsione
Emulsionet e zakonshme përbëhen nga një fazë uji ose tretësire ujore, dhe faza tjetër nga përbërje organike që nuk përzihen me ujin, siç janë vajrat, dyllët, etj. Emulsioni i formuar nga uji dhe vaji mund të ndahet në dy lloje bazuar në shpërndarjen e tyre: vaji i shpërndarë në ujë formon një emulsion ujë në vaj, i përfaqësuar nga O/W (vaj/ujë); uji i shpërndarë në vaj formon një emulsion ujë në vaj, i përfaqësuar nga W/O (ujë/vaj). Përveç kësaj, mund të formohen edhe emulsione komplekse ujë në vaj në ujë W/O/W dhe vaj në ujë në vaj O/W/O.
Emulsifikuesi stabilizon emulsionin duke zvogëluar tensionin ndërfaqësor dhe duke formuar një maskë fytyre me një shtresë.
Kërkesat për emulsifikuesit në emulsifikim: a: emulsifikuesit duhet të jenë në gjendje të adsorbojnë ose pasurojnë në ndërfaqen midis dy fazave, duke zvogëluar tensionin ndërfaqësor; b: Emulsifikuesit duhet t'u japin grimcave një ngarkesë elektrike, duke shkaktuar shtytje elektrostatike midis grimcave ose duke formuar një film mbrojtës të qëndrueshëm dhe shumë viskoz rreth grimcave. Pra, substancat e përdorura si emulsifikues duhet të kenë grupe amfifilike për të pasur efekte emulsifikuese, dhe surfaktantët mund ta plotësojnë këtë kërkesë.
② Metodat e përgatitjes së emulsioneve dhe faktorët që ndikojnë në stabilitetin e emulsionit
Ekzistojnë dy metoda për përgatitjen e emulsioneve: njëra është përdorimi i metodave mekanike për të shpërndarë lëngun në grimca të vogla në një lëng tjetër, i cili përdoret zakonisht në industri për të përgatitur emulsione; një metodë tjetër është tretja e një lëngu në gjendje molekulare në një lëng tjetër dhe më pas leja që ai të grumbullohet në mënyrë të përshtatshme për të formuar një emulsion.
Stabiliteti i emulsioneve i referohet aftësisë së tyre për t'i rezistuar grumbullimit të grimcave dhe për të shkaktuar ndarjen e fazave. Emulsionet janë sisteme termodinamikisht të paqëndrueshme me energji të lirë të konsiderueshme. Prandaj, stabiliteti i një emulsioni në fakt i referohet kohës së nevojshme që sistemi të arrijë ekuilibrin, domethënë kohës së nevojshme që një lëng në sistem të ndahet.
Kur në maskën e fytyrës ka molekula organike polare si alkool yndyror, acid yndyror dhe aminë yndyrore, forca e membranës rritet ndjeshëm. Kjo ndodh sepse molekulat emulsifikuese në shtresën ndërfaqësore të adsorbimit bashkëveprojnë me molekula polare si alkooli, acidi dhe amina për të formuar një "kompleks", i cili rrit forcën e maskës ndërfaqësore të fytyrës.
Emulgatorët e përbërë nga dy ose më shumë surfaktantë quhen emulgatorë të përzier. Emulgatorët e përzier adsorbohen në ndërfaqen ujë/vaj, dhe bashkëveprimet ndërmolekulare mund të formojnë komplekse. Për shkak të bashkëveprimit të fortë ndërmolekular, tensioni ndërfaqësor zvogëlohet ndjeshëm, sasia e emulgatorit të adsorbuar në ndërfaqe rritet ndjeshëm, dhe dendësia dhe forca e maskës së formuar ndërfaqësore të fytyrës rriten.
Ngarkesa e pikave ka një ndikim të rëndësishëm në stabilitetin e emulsioneve. Emulsionet e qëndrueshme zakonisht kanë pika me ngarkesa elektrike. Kur përdoren emulsifikues jonikë, jonet emulsifikues të adsorbuar në ndërfaqe futin grupet e tyre lipofile në fazën e vajit, ndërsa grupet hidrofile janë në fazën e ujit, duke i bërë kështu pikat të ngarkuara. Për shkak të faktit se pikat e emulsionit mbajnë të njëjtën ngarkesë, ato shtyjnë njëra-tjetrën dhe nuk agglomerohen lehtë, duke rezultuar në rritje të stabilitetit. Mund të shihet se sa më shumë jone emulsifikues të adsorbohen në pika, aq më e madhe është ngarkesa e tyre dhe aq më e madhe është aftësia e tyre për të parandaluar bashkimin e pikave, duke e bërë sistemin e emulsionit më të qëndrueshëm.
Viskoziteti i mjedisit shpërndarës të emulsionit ka një ndikim të caktuar në stabilitetin e emulsionit. Në përgjithësi, sa më i lartë të jetë viskoziteti i mjedisit shpërndarës, aq më i lartë është stabiliteti i emulsionit. Kjo ndodh sepse viskoziteti i mjedisit shpërndarës është i lartë, gjë që pengon fuqishëm lëvizjen Brownian të pikave të lëngshme, ngadalëson përplasjen midis pikave dhe e mban sistemin të qëndrueshëm. Substancat polimerike që zakonisht janë të tretshme në emulsione mund të rrisin viskozitetin e sistemit dhe të rrisin stabilitetin e emulsionit. Përveç kësaj, polimeri gjithashtu mund të formojë një maskë të ngurtë ndërfaqeje të fytyrës, duke e bërë sistemin e emulsionit më të qëndrueshëm.
Në disa raste, shtimi i pluhurit të ngurtë mund të stabilizojë gjithashtu emulsionin. Pluhuri i ngurtë nuk është në ujë, vaj ose në ndërfaqe, varësisht nga aftësia lagështuese e vajit dhe ujit në pluhurin e ngurtë. Nëse pluhuri i ngurtë nuk është lagur plotësisht nga uji dhe mund të laget nga vaji, ai do të mbetet në ndërfaqen ujë-vaj.
Arsyeja pse pluhuri i ngurtë nuk e stabilizon emulsionin është se pluhuri i mbledhur në ndërfaqe nuk e forcon maskën e fytyrës së ndërfaqes, e cila është e ngjashme me molekulat e emulsifikuesit të adsorbimit të ndërfaqes. Prandaj, sa më afër të jenë të vendosura grimcat e pluhurit të ngurtë në ndërfaqe, aq më i qëndrueshëm do të jetë emulsioni.
Surfaktantët kanë aftësinë të rrisin ndjeshëm tretshmërinë e përbërjeve organike që janë të patretshme ose pak të tretshme në ujë pas formimit të miceleve në tretësirë ujore, dhe tretësira është transparente në këtë kohë. Ky efekt i miceleve quhet tretshmëri. Surfaktantët që mund të prodhojnë efekte tretshmërie quhen tretës, dhe përbërjet organike që janë të tretshme quhen përbërje të tretshme.
8. Shkumë
Shkuma luan një rol të rëndësishëm në procesin e larjes. Shkuma i referohet sistemit të shpërndarjes në të cilin gazi shpërndahet në gjendje të lëngshme ose të ngurtë. Gazi është faza e shpërndarjes, dhe lëngu ose i ngurtë është mjedisi i shpërndarjes. E para quhet shkumë e lëngshme, ndërsa e dyta quhet shkumë e ngurtë, siç është plastika e shkumës, qelqi i shkumës, çimentoja e shkumës, etj.
(1) Formimi i shkumës
Shkuma këtu i referohet grumbullimit të flluskave të ndara nga një film i lëngshëm. Për shkak të ndryshimit të madh në dendësi midis fazës së shpërndarë (gazit) dhe mjedisit të shpërndarë (lëngut), si dhe viskozitetit të ulët të lëngut, shkuma gjithmonë mund të ngrihet shpejt në nivelin e lëngut.
Procesi i formimit të shkumës është të sjellë një sasi të madhe gazi në lëng, dhe flluskat në lëng kthehen shpejt në sipërfaqen e lëngut, duke formuar një agregat flluskash të ndara nga një sasi e vogël lëngu dhe gazi.
Shkuma ka dy karakteristika të jashtëzakonshme në morfologji: e para është se flluskat si fazë e shpërndarë janë shpesh poliedrale, sepse në kryqëzimin e flluskave, ekziston një tendencë që filmi i lëngshëm të bëhet më i hollë, duke i bërë flluskat poliedrale. Kur filmi i lëngshëm bëhet më i hollë deri në një farë mase, flluskat do të thyhen; e dyta, lëngu i pastër nuk mund të formojë shkumë të qëndrueshme, por lëngu që mund të formojë shkumë ka të paktën dy ose më shumë përbërës. Tretësira ujore e surfaktantit është një sistem tipik i lehtë për të gjeneruar shkumë, dhe aftësia e tij për të gjeneruar shkumë lidhet edhe me veti të tjera.
Surfaktantët me aftësi të mirë shkumëzimi quhen agjentë shkumëzimi. Edhe pse agjenti shkumëzimi ka aftësi të mirë shkumëzimi, shkuma e formuar mund të mos jetë në gjendje të ruajë për një kohë të gjatë, domethënë, stabiliteti i saj mund të mos jetë i mirë. Për të ruajtur stabilitetin e shkumës, një substancë që mund të rrisë stabilitetin e shkumës shpesh i shtohet agjentit shkumëzimi, i cili quhet stabilizues shkume. Stabilizuesit e shkumës që përdoren zakonisht janë lauroil dietanolamina dhe oksidi dodecil dimetil amine.
(2) Stabiliteti i shkumës
Shkuma është një sistem termodinamikisht i paqëndrueshëm dhe tendenca përfundimtare është që sipërfaqja totale e lëngut në sistem zvogëlohet dhe energjia e lirë zvogëlohet pas shpërthimit të flluskave. Procesi i ç'shkumës është procesi në të cilin filmi i lëngshëm që ndan gazin ndryshon trashësinë derisa të shpërthejë. Prandaj, qëndrueshmëria e shkumës përcaktohet kryesisht nga shpejtësia e shkarkimit të lëngut dhe forca e filmit të lëngshëm. Ekzistojnë disa faktorë të tjerë ndikues.
① Tensioni sipërfaqësor
Nga pikëpamja e energjisë, tensioni i ulët sipërfaqësor është më i favorshëm për formimin e shkumës, por nuk mund të garantojë stabilitetin e shkumës. Tensioni i ulët sipërfaqësor, ndryshimi i ulët i presionit, shpejtësia e ngadaltë e shkarkimit të lëngut dhe hollimi i ngadaltë i filmit të lëngshëm janë të favorshme për stabilitetin e shkumës.
② Viskoziteti sipërfaqësor
Faktori kyç që përcakton qëndrueshmërinë e shkumës është fortësia e filmit të lëngshëm, e cila përcaktohet kryesisht nga fortësia e filmit të adsorbimit sipërfaqësor, e matur nga viskoziteti sipërfaqësor. Eksperimentet tregojnë se shkuma e prodhuar nga tretësira me viskozitet sipërfaqësor më të lartë ka një jetëgjatësi më të madhe. Kjo ndodh sepse bashkëveprimi midis molekulave të adsorbuara në sipërfaqe çon në rritjen e fortësisë së membranës, duke përmirësuar kështu jetëgjatësinë e shkumës.
③ Viskoziteti i tretësirës
Kur viskoziteti i vetë lëngut rritet, lëngu në filmin e lëngshëm nuk është i lehtë për t'u shkarkuar dhe shpejtësia e hollimit të trashësisë së filmit të lëngshëm është e ngadaltë, gjë që vonon kohën e këputjes së filmit të lëngshëm dhe rrit qëndrueshmërinë e shkumës.
④ Efekti 'riparues' i tensionit sipërfaqësor
Surfaktantët e adsorbuar në sipërfaqen e filmit të lëngshëm kanë aftësinë t'i rezistojnë zgjerimit ose tkurrjes së sipërfaqes së filmit të lëngshëm, të cilën ne e quajmë efekt riparimi. Kjo ndodh sepse ekziston një film i lëngshëm me surfaktantë të adsorbuar në sipërfaqe, dhe zgjerimi i sipërfaqes së tij do të zvogëlojë përqendrimin e molekulave të adsorbuara në sipërfaqe dhe do të rrisë tensionin sipërfaqësor. Zgjerimi i mëtejshëm i sipërfaqes do të kërkojë përpjekje më të madhe. Anasjelltas, tkurrja e sipërfaqes do të rrisë përqendrimin e molekulave të adsorbuara në sipërfaqe, duke zvogëluar tensionin sipërfaqësor dhe duke penguar tkurrjen e mëtejshme.
⑤ Përhapja e gazit përmes një filmi të lëngshëm
Për shkak të ekzistencës së presionit kapilar, presioni i flluskave të vogla në shkumë është më i lartë se ai i flluskave të mëdha, gjë që do të shkaktojë që gazi në flluska të vogla të shpërndahet në flluska të mëdha me presion të ulët përmes filmit të lëngshëm, duke rezultuar në fenomenin që flluskat e vogla bëhen më të vogla, flluskat e mëdha bëhen më të mëdha dhe në fund shkuma thyhet. Nëse shtohet surfaktant, shkuma do të jetë uniforme dhe e dendur gjatë shkumëzimit, dhe nuk është e lehtë të hiqet shkuma. Meqenëse surfaktanti është i vendosur ngushtë në filmin e lëngshëm, është e vështirë të ventilohet, gjë që e bën shkumën më të qëndrueshme.
⑥ Ndikimi i ngarkesës sipërfaqësore
Nëse filmi i lëngshëm i shkumës është i ngarkuar me të njëjtin simbol, të dy sipërfaqet e filmit të lëngshëm do të shtyjnë njëra-tjetrën, duke parandaluar hollimin ose edhe shkatërrimin e filmit të lëngshëm. Surfaktantët jonikë mund të ofrojnë këtë efekt stabilizues.
Si përfundim, fortësia e filmit të lëngshëm është faktori kyç për të përcaktuar qëndrueshmërinë e shkumës. Si surfaktant për agjentët shkumësues dhe stabilizuesit e shkumës, ngushtësia dhe fortësia e molekulave të adsorbuara në sipërfaqe janë faktorët më të rëndësishëm. Kur bashkëveprimi midis molekulave të adsorbuara në sipërfaqe është i fortë, molekulat e adsorbuara janë të vendosura afër, gjë që jo vetëm që e bën vetë maskën sipërfaqësore të fytyrës të ketë fortësi të lartë, por gjithashtu e bën tretësirën ngjitur me maskën sipërfaqësore të fytyrës të vështirë për t'u rrjedhur për shkak të viskozitetit të lartë sipërfaqësor, kështu që është relativisht e vështirë që filmi i lëngshëm të kullojë, dhe trashësia e filmit të lëngshëm është e lehtë për t'u mirëmbajtur. Përveç kësaj, molekulat sipërfaqësore të vendosura afër mund të zvogëlojnë gjithashtu përshkueshmërinë e molekulave të gazit dhe kështu të rrisin qëndrueshmërinë e shkumës.
(3) Shkatërrimi i shkumës
Parimi bazë i shkatërrimit të shkumës është ndryshimi i kushteve për prodhimin e shkumës ose eliminimi i faktorëve të stabilitetit të shkumës, kështu që ekzistojnë dy metoda kundër shkumës, fizike dhe kimike.
Zbutja fizike e shkumës ka të bëjë me ndryshimin e kushteve në të cilat gjenerohet shkuma, duke ruajtur të pandryshuar përbërjen kimike të tretësirës së shkumës. Për shembull, shqetësimi nga forca e jashtme, ndryshimi i temperaturës ose presionit dhe trajtimi me ultratinguj janë të gjitha metoda fizike efektive për të eliminuar shkumën.
Metoda kimike e heqjes së shkumës është shtimi i disa substancave për të bashkëvepruar me agjentin shkumëzues, për të zvogëluar forcën e filmit të lëngshëm në shkumë dhe më pas për të zvogëluar qëndrueshmërinë e shkumës për të arritur qëllimin e heqjes së shkumës. Substanca të tilla quhen heqës shkume. Shumica e heqësve të shkumës janë surfaktantë. Prandaj, sipas mekanizmit të heqjes së shkumës, heqëset e shkumës duhet të kenë një aftësi të fortë për të ulur tensionin sipërfaqësor, të adsorbohen lehtësisht në sipërfaqe dhe të kenë ndërveprime të dobëta midis molekulave të adsorbuara në sipërfaqe, duke rezultuar në një strukturë relativisht të lirshme të rregullimit të molekulave të adsorbuara.
Ekzistojnë lloje të ndryshme të anti-shkumëzuesve, por ato janë kryesisht surfaktantë jo-jonikë. Surfaktantët jo-jonikë kanë veti kundër shkumëzimit afër ose mbi pikën e tyre të reverimit dhe përdoren zakonisht si anti-shkumëzues. Alkoolet, veçanërisht ato me struktura degëzuese, acidet yndyrore dhe esteret, poliamidet, fosfatet, vajrat e silikonit, etj., përdoren gjithashtu zakonisht si anti-shkumëzues të shkëlqyer.
(4) Shkumë dhe larje
Nuk ka një lidhje të drejtpërdrejtë midis shkumës dhe efektit të larjes, dhe sasia e shkumës nuk do të thotë që efekti i larjes është i mirë apo i keq. Për shembull, performanca e shkumëzimit të surfaktantëve jojonikë është shumë më inferiore se sa sapuni, por fuqia e tyre pastruese është shumë më e mirë se sa sapuni.
Në disa raste, shkuma është e dobishme në heqjen e papastërtisë. Për shembull, kur lani enët e tavolinës në shtëpi, shkuma e detergjentit mund të largojë pikat e vajit të larë; Kur fërkoni qilima, shkuma ndihmon në largimin e papastërtive të ngurta si pluhuri dhe pluhuri. Përveç kësaj, shkuma ndonjëherë mund të përdoret si shenjë nëse detergjenti është efektiv, sepse njollat e vajit yndyror mund të pengojnë shkumën e detergjentit. Kur ka shumë njolla vaji dhe shumë pak detergjent, nuk do të ketë shkumë ose shkuma origjinale do të zhduket. Ndonjëherë, shkuma mund të përdoret gjithashtu si tregues nëse shpëlarja është e pastër. Meqenëse sasia e shkumës në tretësirën e shpëlarjes tenton të ulet me uljen e përmbajtjes së detergjentit, shkalla e shpëlarjes mund të vlerësohet nga sasia e shkumës.
9. Procesi i larjes
Në një kuptim të gjerë, larja është procesi i heqjes së komponentëve të padëshiruar nga objekti që lahet dhe arritjes së një qëllimi të caktuar. Larja në kuptimin e zakonshëm i referohet procesit të heqjes së papastërtisë nga sipërfaqja e një bartësi. Gjatë larjes, bashkëveprimi midis papastërtisë dhe bartësit dobësohet ose eliminohet përmes veprimit të disa substancave kimike (siç janë detergjentët), duke transformuar kombinimin e papastërtisë dhe bartësit në kombinimin e papastërtisë dhe detergjentit, duke shkaktuar në fund shkëputjen e papastërtisë dhe bartësit. Meqenëse objektet që duhen larë dhe papastërtia që duhet hequr janë të ndryshme, larja është një proces shumë kompleks dhe procesi bazë i larjes mund të përfaqësohet nga marrëdhënia e mëposhtme e thjeshtë:
Mbajtës • Papastërti+Detergjent=Mbartës+Papastërti • Detergjent
Procesi i larjes zakonisht mund të ndahet në dy faza: njëra është ndarja e papastërtisë dhe bartësit të saj nën veprimin e detergjentit; e dyta është se papastërtia e shkëputur shpërndahet dhe pezullohet në mjedis. Procesi i larjes është një proces i kthyeshëm, dhe papastërtia që shpërndahet ose pezullohet në mjedis mund të riprecipitojë nga mjedisi në rroba. Prandaj, një detergjent i shkëlqyer jo vetëm që duhet të ketë aftësinë për të shkëputur papastërtinë nga bartësi, por edhe të ketë aftësi të mirë për të shpërndarë dhe pezulluar papastërtinë, si dhe për të parandaluar depozitimin e përsëritur të papastërtisë.
(1) Llojet e papastërtive
Edhe për të njëjtin artikull, lloji, përbërja dhe sasia e papastërtisë do të ndryshojnë në varësi të mjedisit të përdorimit. Papastërtia e trupit me vaj përfshin kryesisht vajra shtazorë dhe bimorë, si dhe vajra minerale (si nafta bruto, nafta e karburantit, katrani i qymyrit, etj.), ndërsa papastërtia e ngurtë përfshin kryesisht tymin, pluhurin, ndryshkun, të zezën e karbonit, etj. Sa i përket papastërtisë së rrobave, ka papastërti nga trupi i njeriut, si djersa, sebumi, gjaku, etj.; papastërti nga ushqimi, si njollat e frutave, njollat e vajit të ngrënshëm, njollat e erëzave, niseshteja, etj.; papastërtitë e sjella nga kozmetika, si buzëkuqi dhe manikyri; papastërtitë nga atmosfera, si tymi, pluhuri, dheu, etj.; materiale të tjera si boja, çaji, boja, etj. Mund të thuhet se ka lloje të ndryshme dhe të larmishme.
Llojet e ndryshme të papastërtive zakonisht mund të ndahen në tre kategori: papastërti e ngurtë, papastërti e lëngshme dhe papastërti e veçantë.
① Papastërtia e ngurtë e zakonshme përfshin grimca të tilla si hiri, balta, dheu, ndryshku dhe karboni i zi. Shumica e këtyre grimcave kanë një ngarkesë sipërfaqësore, kryesisht negative, dhe adsorbohen lehtësisht në objektet fibroze. Në përgjithësi, papastërtia e ngurtë është e vështirë të tretet në ujë, por mund të shpërndahet dhe të pezullohet nga tretësirat e detergjentëve. Papastërtia e ngurtë me grimca të vogla është e vështirë të hiqet.
② Papastërtia e lëngshme është kryesisht e tretshme në vajra, duke përfshirë vajrat shtazorë dhe bimorë, acidet yndyrore, alkoolet yndyrore, vajrat minerale dhe oksidet e tyre. Midis tyre, vajrat shtazorë dhe bimorë dhe acidet yndyrore mund t'i nënshtrohen saponifikimit me alkali, ndërsa alkoolet yndyrore dhe vajrat minerale nuk saponifikohen nga alkali, por mund të treten në alkoole, etere dhe tretës organikë hidrokarbure, dhe të emulsifikohen dhe shpërndahen nga tretësira ujore të detergjentëve. Papastërtia e lëngshme e tretshme në vajra në përgjithësi ka një forcë të fortë bashkëveprimi me objektet fibroze dhe adsorbohet fort në fibra.
③ Papastërtitë e veçanta përfshijnë proteinat, niseshtenë, gjakun, sekrecionet njerëzore si djersa, sebumi, urina, si dhe lëngu i frutave, lëngu i çajit etj. Shumica e këtyre llojeve të papastërtive mund të absorbohen fuqishëm në objektet fibroze përmes reaksioneve kimike. Prandaj, larja e tyre është mjaft e vështirë.
Lloje të ndryshme papastërtish rrallë ekzistojnë të vetme, shpesh të përziera së bashku dhe të adsorbuara së bashku në objekte. Papastërtia ndonjëherë mund të oksidohet, të dekompozohet ose të kalbet nën ndikimet e jashtme, duke rezultuar në formimin e papastërtisë së re.
(2) Efekti i ngjitjes së papastërtisë
Arsyeja pse rrobat, duart etj. mund të ndoten është sepse ekziston një lloj bashkëveprimi midis objekteve dhe papastërtisë. Ekzistojnë efekte të ndryshme ngjitëse të papastërtisë në objekte, por ato janë kryesisht ngjitëse fizike dhe ngjitëse kimike.
① Ngjitja fizike e hirit të cigareve, pluhurit, sedimentit, karbonit të zi dhe substancave të tjera në veshje. Në përgjithësi, bashkëveprimi midis papastërtisë së ngjitur dhe objektit të kontaminuar është relativisht i dobët, dhe heqja e papastërtisë është gjithashtu relativisht e lehtë. Sipas forcave të ndryshme, ngjitja fizike e papastërtisë mund të ndahet në ngjitje mekanike dhe ngjitje elektrostatike.
A: Ngjitja mekanike i referohet kryesisht ngjitjes së papastërtive të ngurta si pluhuri dhe sedimentet. Ngjitja mekanike është një metodë e dobët ngjitjeje për papastërtinë, e cila mund të hiqet pothuajse me metoda të thjeshta mekanike. Megjithatë, kur madhësia e grimcave të papastërtisë është e vogël (<0.1um), është më e vështirë të hiqet.
B: Ngjitja elektrostatike manifestohet kryesisht nga veprimi i grimcave të ngarkuara të pluhurit mbi objekte me ngarkesa të kundërta. Shumica e objekteve fibroze mbajnë një ngarkesë negative në ujë dhe ngjiten lehtësisht nga pluhuri i ngarkuar pozitivisht, siç është gëlqerja. Disa pluhura, megjithëse të ngarkuara negativisht, siç janë grimcat e zeza të karbonit në tretësira ujore, mund të ngjiten në fibra përmes urave jonike të formuara nga jonet pozitive (si Ca2+, Mg2+, etj.) në ujë (jonet veprojnë së bashku midis ngarkesave të shumëfishta të kundërta, duke vepruar si ura).
Elektriciteti statik është më i fortë se veprimi i thjeshtë mekanik, duke e bërë relativisht të vështirë heqjen e papastërtisë.
③ Heqja e papastërtive të veçanta
Proteinat, niseshteja, sekrecionet njerëzore, lëngu i frutave, lëngu i çajit dhe lloje të tjera të papastërtive janë të vështira për t'u hequr me surfaktantë të përgjithshëm dhe kërkojnë metoda të veçanta trajtimi.
Njollat e proteinave si kremi, vezët, gjaku, qumështi dhe jashtëqitjet e lëkurës janë të prirura ndaj koagulimit dhe denatyrimit në fibra, dhe ngjiten më fort. Për ndotjen e proteinave, proteaza mund të përdoret për ta hequr atë. Proteaza mund të zbërthejë proteinat në pluhur në aminoacide të tretshme në ujë ose oligopeptide.
Njollat e amidonit vijnë kryesisht nga ushqimi, ndërsa të tjera si lëngjet e mishit, pasta etj. Enzimat e amidonit kanë një efekt katalitik në hidrolizën e njollave të amidonit, duke e zbërthyer amidonin në sheqerna.
Lipaza mund të katalizojë zbërthimin e disa triglicerideve që janë të vështira për t'u hequr me metoda konvencionale, siç është sebumi i sekretuar nga trupi i njeriut, vajrat e ngrënshëm etj., për të zbërthyer trigliceridet në glicerinë të tretshme dhe acide yndyrore.
Disa njolla me ngjyrë nga lëngu i frutave, lëngu i çajit, boja, buzëkuqi etj., shpesh janë të vështira për t'u pastruar plotësisht edhe pas larjes së përsëritur. Ky lloj njolle mund të hiqet me anë të reaksioneve të oksido-reduktimit duke përdorur oksidantë ose agjentë reduktues si zbardhuesi, të cilët zbërthejnë strukturën e kromoforit ose grupeve të kromoforit dhe i degradojnë ato në përbërës më të vegjël të tretshëm në ujë.
Nga perspektiva e pastrimit kimik, ekzistojnë afërsisht tre lloje papastërtish.
① Papastërtia e tretshme në vaj përfshin vajra dhe yndyrna të ndryshme, të cilat janë të lëngshme ose yndyrore dhe të tretshme në tretësit e pastrimit kimik.
② Papastërtia e tretshme në ujë është e tretshme në tretësirë ujore, por e patretshme në agjentë pastrimi kimik. Ajo adsorbohet në rroba në formën e një tretësire ujore, dhe pasi uji avullohet, precipitojnë lëndë të ngurta granulare si kripëra inorganike, niseshte, proteina etj.
③ Papastërtia e patretshme në vaj dhe ujë është e patretshme as në ujë dhe as në tretësit e pastrimit kimik, siç është karboni i zi, silikate të ndryshme metalike dhe okside.
Për shkak të vetive të ndryshme të llojeve të ndryshme të papastërtive, ekzistojnë mënyra të ndryshme për heqjen e papastërtisë gjatë procesit të pastrimit kimik. Papastërtitë e tretshme në vajra, të tilla si vajrat shtazorë dhe bimorë, vajrat minerale dhe yndyrat, treten lehtësisht në tretës organikë dhe mund të hiqen lehtësisht gjatë pastrimit kimik. Tretshmëria e shkëlqyer e tretësve të pastrimit kimik për vajin dhe yndyrën është në thelb për shkak të forcave van der Waals midis molekulave.
Për heqjen e papastërtive të tretshme në ujë, siç janë kripërat inorganike, sheqernat, proteinat, djersa etj., është gjithashtu e nevojshme të shtoni një sasi të përshtatshme uji në agjentin e pastrimit kimik, përndryshe papastërtia e tretshme në ujë është e vështirë të hiqet nga rrobat. Por uji është i vështirë për t'u tretur në agjentët e pastrimit kimik, kështu që për të rritur sasinë e ujit, duhet të shtohen surfaktantë. Uji i pranishëm në agjentët e pastrimit kimik mund të hidratojë papastërtinë dhe sipërfaqen e veshjeve, duke e bërë të lehtë bashkëveprimin me grupet polare të surfaktantëve, gjë që është e dobishme për adsorbimin e surfaktantëve në sipërfaqe. Përveç kësaj, kur surfaktantët formojnë micel, papastërtia e tretshme në ujë dhe uji mund të treten në micel. Surfaktantët jo vetëm që mund të rrisin përmbajtjen e ujit në tretësit e pastrimit kimik, por gjithashtu mund të parandalojnë ri-depozitimin e papastërtisë për të rritur efektin e pastrimit.
Prania e një sasie të vogël uji është e nevojshme për heqjen e papastërtisë së tretshme në ujë, por uji i tepërt mund të shkaktojë deformim, rrudhje të disa rrobave etj., kështu që përmbajtja e ujit në detergjentin e thatë duhet të jetë e moderuar.
Grimcat e ngurta si hiri, balta, dheu dhe e zeza e karbonit, të cilat nuk janë as të tretshme në ujë dhe as të tretshme në vaj, në përgjithësi ngjiten në rroba me anë të adsorbimit elektrostatik ose duke u kombinuar me njollat e vajit. Në pastrimin kimik, rrjedha dhe ndikimi i tretësve mund të shkaktojë rënien e papastërtisë së adsorbuar nga forcat elektrostatike, ndërsa agjentët e pastrimit kimik mund të tretin njollat e vajit, duke bërë që grimcat e ngurta që kombinohen me njollat e vajit dhe ngjiten në rroba të bien nga agjenti i pastrimit kimik. Sasia e vogël e ujit dhe surfaktantëve në agjentin e pastrimit kimik mund të pezullojë dhe shpërndajë në mënyrë të qëndrueshme grimcat e papastërtisë së ngurtë që bien, duke i penguar ato të depozitohen përsëri në rroba.
(5) Faktorët që ndikojnë në efektin e larjes
Adsorbimi i drejtuar i surfaktantëve në ndërfaqe dhe zvogëlimi i tensionit sipërfaqësor (ndërfaqësor) janë faktorët kryesorë për heqjen e ndotjes së lëngshme ose të ngurtë. Por procesi i larjes është relativisht kompleks, dhe madje edhe efekti i larjes së të njëjtit lloj detergjenti ndikohet nga shumë faktorë të tjerë. Këta faktorë përfshijnë përqendrimin e detergjentit, temperaturën, natyrën e papastërtisë, llojin e fibrave dhe strukturën e pëlhurës.
① Përqendrimi i surfaktantëve
Micelet e surfaktantëve në tretësirë luajnë një rol të rëndësishëm në procesin e larjes. Kur përqendrimi arrin përqendrimin kritik të miceleve (cmc), efekti i larjes rritet ndjeshëm. Prandaj, përqendrimi i detergjentit në tretës duhet të jetë më i lartë se vlera CMC në mënyrë që të arrihet një efekt i mirë larjeje. Megjithatë, kur përqendrimi i surfaktantëve tejkalon vlerën CMC, rritja e efektit të larjes bëhet më pak e rëndësishme dhe rritja e tepërt e përqendrimit të surfaktantëve është e panevojshme.
Kur përdoret tretësira për të hequr njollat e vajit, edhe nëse përqendrimi është mbi vlerën CMC, efekti i tretësirës rritet akoma me rritjen e përqendrimit të surfaktantit. Në këtë kohë, këshillohet të përdoret detergjent lokalisht, si p.sh. në prangat dhe jakat e rrobave ku ka shumë papastërti. Gjatë larjes, një shtresë detergjenti mund të aplikohet së pari për të përmirësuar efektin e tretësirës së surfaktantëve në njollat e vajit.
② Temperatura ka një ndikim të rëndësishëm në efektin e pastrimit. Në përgjithësi, rritja e temperaturës është e dobishme për heqjen e papastërtisë, por ndonjëherë temperatura e tepërt mund të shkaktojë edhe faktorë të pafavorshëm.
Një rritje e temperaturës është e dobishme për përhapjen e papastërtisë. Njollat e ngurta të vajit emulsifikohen lehtësisht kur temperatura është mbi pikën e tyre të shkrirjes, dhe fibrat gjithashtu rrisin shkallën e zgjerimit të tyre për shkak të rritjes së temperaturës. Këta faktorë janë të gjithë të dobishëm për heqjen e papastërtisë. Megjithatë, për pëlhurat e ngushta, mikro-boshllëqet midis fibrave zvogëlohen pas zgjerimit të fibrave, gjë që nuk është e favorshme për heqjen e papastërtisë.
Ndryshimet e temperaturës ndikojnë gjithashtu në tretshmërinë, vlerën CMC dhe madhësinë e micelave të surfaktantëve, duke ndikuar kështu në efektin e larjes. Surfaktantët me zinxhir të gjatë karboni kanë tretshmëri më të ulët në temperatura të ulëta, dhe ndonjëherë edhe më të ulët se vlera e CMC. Në këtë rast, temperatura e larjes duhet të rritet në mënyrë të përshtatshme. Efekti i temperaturës në vlerën CMC dhe madhësinë e micelave është i ndryshëm për surfaktantët jonikë dhe jo-jonikë. Për surfaktantët jonikë, një rritje e temperaturës në përgjithësi çon në një rritje të vlerës CMC dhe një ulje të madhësisë së micelave. Kjo do të thotë që përqendrimi i surfaktantëve duhet të rritet në tretësirën e larjes. Për surfaktantët jo-jonikë, rritja e temperaturës çon në një ulje të vlerës së tyre CMC dhe një rritje të konsiderueshme të madhësisë së micelave të tyre. Mund të shihet se rritja e përshtatshme e temperaturës mund të ndihmojë surfaktantët jo-jonikë të ushtrojnë aktivitetin e tyre sipërfaqësor. Por temperatura nuk duhet të kalojë pikën e saj të re.
Shkurt, temperatura më e përshtatshme e larjes lidhet me formulën e detergjentit dhe objektin që lahet. Disa detergjentë kanë efekte të mira pastrimi në temperaturë ambienti, ndërsa disa detergjentë kanë efekte pastrimi dukshëm të ndryshme për larjen në ujë të ftohtë dhe të nxehtë.
③ Shkumë
Njerëzit shpesh e ngatërrojnë aftësinë e shkumëzimit me efektin e larjes, duke besuar se detergjentët me aftësi të fortë shkumëzimi kanë efekte më të mira larjeje. Rezultatet tregojnë se efekti i larjes nuk lidhet drejtpërdrejt me sasinë e shkumës. Për shembull, përdorimi i detergjentit me shkumë të ulët për larje nuk ka një efekt më të keq larjeje sesa detergjenti me shkumë të lartë.
Edhe pse shkuma nuk lidhet drejtpërdrejt me larjen, shkuma është ende e dobishme për të hequr papastërtinë në disa situata. Për shembull, shkuma e lëngut larës mund të largojë pikat e vajit kur lani enët me dorë. Kur fërkoni qilimin, shkuma gjithashtu mund të largojë grimcat e ngurta të papastërtisë siç është pluhuri. Pluhuri përbën një pjesë të madhe të papastërtisë së qilimit, kështu që pastruesi i qilimave duhet të ketë një aftësi të caktuar shkumëzimi.
Fuqia e shkumëzimit është gjithashtu e rëndësishme për shampon. Shkuma e hollë e prodhuar nga lëngu gjatë larjes së flokëve ose banjës i bën njerëzit të ndihen rehat.
④ Llojet e fibrave dhe vetitë fizike të tekstileve
Përveç strukturës kimike të fibrave që ndikon në ngjitjen dhe heqjen e papastërtisë, pamja e fibrave dhe struktura organizative e fijeve dhe pëlhurave gjithashtu kanë ndikim në vështirësinë e heqjes së papastërtisë.
Luspat e fibrave të leshit dhe struktura e sheshtë si shirit e fibrave të pambukut janë më të prirura për të grumbulluar papastërti sesa fibrat e lëmuara. Për shembull, karboni i zi i ngjitur në filmin celuloz (film ngjitës) është i lehtë për t'u hequr, ndërsa karboni i zi i ngjitur në pëlhurën e pambukut është i vështirë për t'u larë. Për shembull, pëlhurat prej poliesteri me fibra të shkurtra janë më të prirura për të grumbulluar njolla vaji sesa pëlhurat me fibra të gjata, dhe njollat e vajit në pëlhurat me fibra të shkurtra janë gjithashtu më të vështira për t'u hequr sesa ato në pëlhurat me fibra të gjata.
Fijet e përdredhura fort dhe pëlhurat e ngushta, për shkak të mikro-boshllëqeve të vogla midis fibrave, mund t'i rezistojnë pushtimit të papastërtisë, por gjithashtu parandalojnë që tretësira pastruese të largojë papastërtinë e brendshme. Prandaj, pëlhurat e ngushta kanë rezistencë të mirë ndaj papastërtisë në fillim, por është gjithashtu e vështirë të pastrohen pasi të jenë kontaminuar.
⑤ Fortësia e ujit
Përqendrimi i joneve metalike si Ca2+ dhe Mg2+ në ujë ka një ndikim të rëndësishëm në efektin e larjes, veçanërisht kur surfaktantët anionikë takohen me jonet Ca2+ dhe Mg2+ për të formuar kripëra kalciumi dhe magnezi me tretshmëri të dobët, të cilat mund të zvogëlojnë aftësinë e tyre të pastrimit. Edhe nëse përqendrimi i surfaktantëve është i lartë në ujë të fortë, efekti i tyre i pastrimit është akoma shumë më i keq sesa në distilim. Për të arritur efektin më të mirë të larjes së surfaktantëve, përqendrimi i joneve Ca2+ në ujë duhet të reduktohet nën 1 × 10-6mol/L (CaCO3 duhet të reduktohet në 0.1mg/L). Kjo kërkon shtimin e zbutësve të ndryshëm në detergjent.
Koha e postimit: 16 gusht 2024