МОЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ

Свойства моющих средств

МОЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ

Потребительными свойствами моющих средств являются моющая, пенообразующая и антиресорбционная способность, рН среды моющего вещества.

КЛАССИФИКАЦИЯ МОЮЩИХ СРЕДСТВ

  • Моющие средства разделяют по назначению, консистенции, видам моющего вещества, содержанию моющего вещества и другим признакам.
  • По назначению моющие средства делят на хозяйственные, туалетные, специальные (медицинские, технические и др.).
  • По консистенции различают моющие средства твердые (кусковые, гранулированные, порошковые), мазеобразные (пасты) и жидкие.

Наиболее широкое применение нашли порошковые средства. Удобны моющие средства в виде гранул и паст.

Жидкие средства легко растворяются, хорошо дозируются. Они эффективны для стирки текстильных изделий и мытья посуды, автомашин, стекла и т. д. Выпуск жидких средств будет увеличиваться.

Их изготовление проще и дешевле (отпадает процесс сушки), они не пылят, подобно порошкам, легче дозируются.

В зависимости от вида моющего вещества моющие средства разделяют на мыла и синтетические моющие средства. моющего вещества в средстве колеблется от 5 до 85 /о. Большинство моющих средств хозяйственного назначения содержат 10—75% моющего вещества.

Моющая способность — комплексный показатель оценки потребительных свойств моющих средств. Ее определяют по степени восстановления белизны загрязненной ткани после одной или нескольких стирок в моющем растворе определённой консистенции.

Моющая способность может быть выражена отношением белизны (коэффициента отражения) выстиранной ткани к белизне (коэффициенту отражения) белой незагрязненной ткани (в процентах).

Моющая способность зависит от поверхностной активности моющего вещества, его способности эмульгировать жировые и масляные загрязнения, жесткости воды, температуры, рН среды и др.

В мягкой (не содержащей солей Са, Mg, Fe) воде наиболее высокую моющую способность проявляет жировое мыло. Хорошую моющую способность имеют первичные алкилсульфаты и алкиларилсульфонаты.

Более низкой моющей способностью (по убывающей) обладают вторичные алкилсульфаты, алкилсульфонаты, катионоактивные, неионогенные синтетические моющие вещества.

С увеличением жесткости воды моющая способность мыла может быть утрачена полностью, в то время как у синтетических моющих веществ она уменьшается лишь наполовину, а в присутствии электролитов почти не изменяется.

Пенообразовательную способность моющих растворов характеризуют объемом или высотой столба пены, а также пеноустойчивостью, т. е. отношением объема или высоты столба пены через определенный промежуток времени после ее образования к первоначальному объему или высоте столба пены. В мягкой воде мыло образует более обильную и устойчивую пену, чем синтетические моющие вещества.

Кальциевые и магниевые соли, обусловливающие жесткость воды, заметно понижают пенообразовательную способность. Антиресорбционная способность характеризует стабилизирующее действие моющих веществ. Моющие вещества должны не только удалять загрязнения с поверхности, но и удерживать их в растворе, препятствовать повторному осаждению, т. е. проявлять стабилизирующий эффект.

Мыла обладают высоким стабилизирующим действием. Синтетические моющие вещества проявляют сравнительно слабую способность удерживать в моющем растворе загрязнения. Мелкие частицы загрязнения повторно осаждаются на очищаемой поверхности, и ткани после многократных стирок приобретают серый оттенок.

Для повышения антиресорбционной способности моющих веществ вводят различные добавки (КМЦ).

В зависимости от вида и количества нейтральных и щелочных солей моющий раствор имеет различную среду (рН) -кислую, нейтральную, слабои сильнощелочную.

Кислая и нейтральная среды благоприятны для стирки изделий из волокон животного происхождения, щелочная -для стирки изделий из волокон растительного происхождения; умеренно щелочная среда (при добавлении триполифосфата) -для стирки тканей из искусственных и синтетических волокон.

В зависимости от рН среды изменяется также моющая способность моющих веществ. Например, анионо-активные моющие вещества (мыло, алкилсульфаты и сульфонаты) проявляют моющий эффект лишь в щелочной и нейтральной среде, в кислой среде они сами закрепляются на ткани.

Катионоактивные моющие вещества проявляют моющее действие в нейтральной и слабокислой средах. Такое различие свойств зависит от характера заряда растворенных в воде активных частей молекулы моющего вещества. Поэтому характер заряда моющих веществ следует учитывать при выборе моющего средства для определенных условий стирки.

Моющие средства представляют собой композиции, основной частью которых являются моющие вещества. Моющий эффект средства зависит от способности моющего вещества смачивать, диспергировать (измельчать) и эмульгировать загрязнение.

Мыла хозяйственные обладают сравнительно высоким моющим эффектом. Они содержат преимущественно только моющие вещества.

В связи с тем что синтетические моющие вещества в чистом виде не обладают высокой моющей способностью, их применяют в смеси с полезными добавками: нейтральными и щелочными солями, отбеливателями, стабилизаторами пены и др.

Щелочные соли (сода кальцинированная, триполифосфат, тринатрийфосфат, гексаметафосфат, силикат натрия) улучшают эмульгирующую способность и коллоидную структуру моющих растворов, способствуют получению более прочных пленок моющего вещества вокруг частиц загрязнения, смягчают воду и создают благоприятную (слабо-, умеренноили сильнощелочную) среду для стирки изделий из различных волокон.

Например, для стирки хлопковых и льняных тканей эффективно вводить в средства сильнощелочные добавки — соду, тринатрийфосфат. Гексаметафосфат образует в моющем растворе слабокислую среду, благоприятную для стирки шерстяных тканей.

Нейтральные соли (сульфат натрия) являются наполнителями и улучшают структуру коллоидных растворов моющих средств. При введении отбеливателей в состав синтетических моющих средств не требуется подсинивания белья.

Для устранения повторного осаждения загрязнений (ресорбции) в состав синтетических моющих средств вводят карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ).

Сущность моющего процесса

Моющее действие обусловлено способностью моющих веществ адсорбироваться на поверхностях воды и твердых тел, повышать их смачиваемость, образовывать пену и устойчивые взвеси частиц в воде.

Чтобы отделить (оторвать) загрязнение, моющая жидкость должна обладать хорошей смачиваемой способностью (содержать мыло или другое поверхностно-активное моющее средство). Моющая жидкость легко проникает в поры тканей и других материалов, в трещинки грязевых частиц, а также между загрязнениями и отстирываемой поверхностью.

Частицы грязи набухают, дробятся, обволакиваются пленкой мыла, при этом уменьшается сцепление частиц грязи между собой и очищаемой поверхностью (рис. 4).

При небольшом механическом воздействии (перетирании руками или в стиральной машине) частицы загрязнений легко отделяются и переходят в раствор, где находятся во взвешенном состоянии.

В процессе отрыва загрязнений от очищаемой поверхности происходит одновременно их измельчение, эмульгирование (перевод жировой части загрязнения в раствор) и суспензирование (распределение твердых частиц загрязнений в моющем растворе).

Выше было сказано, что моющие средства находятся в растворе в виде молекул и агрегатов. Агрегаты образуют более прочные пленки вокруг переведенных в моющий раствор частиц грязи, что предотвращает слипание частиц грязи и повторное осаждение их на материале.

В процессе стирки в моющий раствор попадает большое количество пузырьков воздуха. При этом они обволакиваются пленкой мыла. Пузырьки воздуха, заключенные в мыльную пленку, как имеющие малый удельный вес, стремятся всплыть на поверхность.

При всплывании на поверхность мыльного раствора прочность пленок вокруг пузырьков воздуха увеличивается, так как они покрываются вторым слоем молекул мыла, расположенным на границе раздела воды и воздуха. Сталкиваясь, они образуют пену.

Концентрация мыла в пленке вследствие накопления молекул мыла выше, чем в моющем растворе. Пена способствует механическому уносу загрязнений. Моющий раствор хорошо смачивает загрязнение, облегчая их набухание, измельчение и перевод во взвешенное состояние в раствор.

Механическое воздействие, повышенная температура и пена облегчают осуществление моющего процесса.

Основной компонент современных моющих средств — поверхностно-активные вещества (ПАВ)

Первое поверхностно-активное вещество открыл немецкий химик Фритц Гюнтер в 1916 году.

Поверхностно-активные вещества получают путём химических соединений, в основном, из продуктов нефтепереработки. В состав некоторых ПАВ входят растительные компоненты: рапсовое масло, сахарный тростник, мыльный орех. ПАВ входит в состав средств для стирки, мытья посуды, ковров, эмалированных поверхностей, стёкол. Дезинфицируют поверхности.

Жир не растворяется в воде. Благодаря ПАВ жир отходит от поверхности, переходит в моющий раствор в виде смеси жира и воды.

Улучшают смачивающие свойства воды. Вода без моющего средства собирается в капельки на поверхности. А вместе с моющим средством быстрее растекается. Благодаря этому моющее средство легче и быстрее распределятся по поверхности, лучше проникает в волокна ткани.

Щелочные добавки, фосфаты, силикаты

Щелочные добавки замедляют коррозию в стиральных машинах, уменьшают способность порошковых средств впитывать влагу из воздуха. Входят в состав средств для стирки хлопка, льна.

Волокна шерстяных тканей состоят из вещества кератин. Щёлочи разрушают кератин, изделия теряют блеск, «садятся». Для стирки шерсти применяют средства без щелочных добавок.

Примеры щелочных добавок: силикат натрия, карбонат натрия (кальцинированная сода)

Фосфаты и силикаты смягчают воду, на действие моющих средств не влияет жёсткость воды.

Соли кальция, магния в жёсткой воде при взаимодействии с хозяйственным мылом образуют нерастворимые соединения. Из-за этого при стирке происходит большой расход мыла. Если стираете мылом, добавляйте кальцинированную соду, чтобы смягчить воду и уменьшить расход мыла.

Как определить, жёсткая ли вода : натрите мыло, добавьте в горячую воду. Вода остыла, раствор прозрачный — вода мягкая. Вода остыла, плёнка на поверхности — вода жёсткая. В жёсткой воде плохо образуется пена

Кальцинированная сода входит в состав таблеток для посудомоечных машин, порошков

Энзимы

Пятна крови, пота, остатки пищи плохо отходят. Для удаления белковых пятен в средства для стирки добавляют энзимы — аналоги биологических ферментов. Похожие содержатся в желудке человека. Действуют в воде не выше 40 градусов. В горячей воде происходит свёртывание белка. Не откладывайте стирку надолго — происходит соединение молекул белка и волокон ткани, не стирайте в горячей воде.

Энзимы разрушают волокна шерсти и шёлка — тканей белкового происхождения. Используйте средства с энзимами только для стирки хлопка и льна.

Энзимы добавляют в средства для мытья посуды, например, в таблетки «Finish» для посудомоечных машин

Карбоксиметилцеллюлоза

Препятствует повторному повторному отложению грязи на помытую поверхность.

Отбеливатели

Химические отбеливатели действуют при температуре выше 60 градусов. Применяют для стирки хлопка, льна. Разрушают ткани при частом применении.

Самый распространенный химический отбеливатель — перборат натрия

Для стирки шерсти, деликатных тканей. Оптические отбеливатели содержат органические соединения, которые отражают свет в большей степени, чем поглощают. Возникает оптический эффект голубизны, ткань выглядит ярче, чище.

Пеногасители, стабилизаторы пены

В средства для ручной стирки, мытья посуды вводят стабилизаторы, которые увеличивают пену. Пена забирает часть грязи, легче стирать вручную.

В машинах барабанного типа (слева) пена мешает стирке, вылезает из-под крышки, заполняет шланги. Используют средства «автомат» с пеногасителями. В машинах активаторного типа (справа) используют средства с ненормированным количеством пены

Пропиленгликоль, этиленгликоль

Не замерзают при температуре до –60 градусов — входят в состав антифризов.

Моющее средства с пропиленгликолем или этиленгликолем более эластичные, текучие, их удобнее распределять по поверхности, чем воду с мылом. Входят в состав жидких моющих средств мытья посуды, стёкол, эмалированных поверхностей.

Пропиленгликоль — менее вредный для организма, используют в качестве в косметике, пищевой добавки E-1520, которая удерживает влагу в выпечке, мясных продуктах — предотвращает высыхание.

Парфюмерные отдушки

Смеси синтетических и ароматных природных веществ (бальзамов, смол, эфирных масел). Применяют для устранения неприятного запаха сырья.

Поверхностно-активные вещества, фосфаты повышают эффективность моющих средств, но наносят вред здоровью человека при неправильном использовании. Фосфаты через сточные воды попадают в водоёмы, усиливают рост водорослей.

Выпускают экологичные моющие средства без фосфатов, например, порошок «Garden». На основе натурального мыла, содержит энзимы (аналоги биологических ферментов), для смягчения воды — соль лимонной кислоты, сода

Правила пользования синтетическими моющими средствами

Одежда накапливает поверхностно-активные вещества — они вызывают аллергию, дерматит, зуд, покраснения. Щелочные добавки вредят коже рук.

Читайте состав. Самые вредные — анионные поверхностно-активные вещества (А-ПАВ).

1. Стирайте вещи, мойте посуду ребёнка первого года жизни хозяйственным мылом или экологичными порошками. Храните синтетические моющие средства в недоступном для детей месте.

2. Дозируйте порошок согласно инструкции. Если бельё пахнет порошком после стирки — вы использовали слишком много порошка. Прополоскайте ещё раз.

3. Старайтесь не трогать синтетические моющие средства руками. Пользуйтесь перчатками, когда моете посуду.

4. Хорошо промывайте посуду в проточной воде.

5. Если моющее средство попало в глаза, промывайте водой комнатной температуры 10–20 минут, закапайте антибактериальные капли (Альбуцид, Левомецитил, Сульфацил-натрия), можно нанести антибактериальную мазь на веко (Флоксал, Видисик).

Моющие средства

МОЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ
статьи

  • Моющие средства для стирки и домашнего хозяйства.
  • Действие детергентов.

Моющие средства (детергенты) – вещества, усиливающие моющее действие воды. Первыми детергентами были мыла, полученные из встречающихся в природе веществ.

Но сейчас под детергентами обычно понимают синтетические вещества, по моющему действию сходные с мылом.

Синтетические моющие средства используются в быту, в промышленности их применяют для отбеливания текстиля, при крашении и аппретировании тканей, на стадиях очистки и травления металлов, для стерилизации оборудования в пищевой промышленности, а также в производстве косметики.

Наиболее распространенные синтетические моющие средства – сульфонаты натрия. Существуют их многочисленные разновидности, несколько различающиеся по свойствам. Для специальных целей используются и другие соединения.

Использование мыла всегда осложняется, если вода жесткая. При стирке в ней приходится расходовать много мыла, чтобы достичь ощущения «мылкости». Это объясняется присутствием в воде солей типа гидрокарбоната кальция, которые реагируют с мылом, образуя нерастворимые соединения.

Лишь после того как растворенные соли удалены реакцией с мылом, прибавление дополнительных количеств мыла приводит к проявлению его моющих свойств. Если после стирки мылом прополоскать ткань в жесткой воде, на ней осаждается нерастворимое и трудно удалимое «кальциевое мыло», которое портит ее вид.

Поэтому в районах с жесткой водой в прачечных приходится устанавливать оборудование для умягчения воды.

Громадное преимущество почти всех синтетических моющих средств перед мылом состоит в том, что в жесткой воде они действуют не хуже, чем в мягкой.

Производство синтетических моющих средств, предназначенных для текстильной промышленности, начиналось в основном в Германии, а синтетических детергентов бытового назначения – в США вскоре после Второй мировой войны, причем их сбыт рос чрезвычайно быстро и в 1953 сравнялся по объему с продажей мыла, а затем быстро превзошел ее.

Моющие средства для стирки и домашнего хозяйства.

Имеющиеся в продаже моющие средства редко представляют собой чистые вещества. Обычно они содержат и другие компоненты, например, умягчители воды и отбеливатели, которые увеличивают их эффективность.

Кусок «мыла» для мытья лица и рук может быть действительно мылом, а может быть и синтетическим моющим средством или сочетанием того и другого.

Для мытья посуды предназначаются относительно мягкие детергенты, поскольку при этом приходится погружать руки в моющий раствор. В посудомоечной машине можно использовать более сильные средства.

Для усиления действия моющих средств применяют различные фосфаты, силикаты и бораты.

В моющих средствах для стирки белья, помимо собственно детергента, используют еще два рода веществ. Одни из них – отбеливатели – окисляют и тем самым разрушают некоторые виды загрязнителей и красящих веществ.

Классическим окислителем для этих целей служит хлор.

В современных стиральных порошках используют более избирательные отбеливатели, основанные на броме, пероксиборате (часто называемом перборатом) и монопероксисульфате.

Другие – так называемые усилители белизны или осветлители – делают выстиранное белье буквально «белее белого». Известно, что предмет является совершенно белым, если отражает весь свет, падающий на него.

Поэтому в стиральные порошки добавляют «бесцветный краситель», который обеспечивает не только полное отражение видимого света, но и частичное превращение ультрафиолетового (невидимого) света в белый или голубоватый.

В результате ткань становится «ослепительно белой».

Для удаления грязи с кухонной раковины также применяется моющий порошок. Он содержит сильные моющие средства, отбеливатели и абразивы. Для очистки непригорающих сковород, покрытых тефлоном, используют моющие порошки с низкой абразивностью. Особо эффективные смеси, содержащие сильные щелочи, предназначены для удаления пригара в печах.

Жесткая вода создает серьезные проблемы и при мытье волос. В этом случае полезными оказываются синтетические моющие средства сульфатного типа – алкилсульфаты C12H25OSO3Na, которые смывают природные жиры.

Действие детергентов.

Мыло известно уже тысячи лет, но только относительно недавно химики поняли, почему оно обладает моющими свойствами. Механизм удаления грязи в сущности один и тот же для мыла и синтетических моющих средств. Рассмотрим его на примере поваренной соли, обычного мыла и алкилбензолсульфоната натрия, одного из первых синтетических детергентов.

При растворении в воде поваренная соль диссоциирует на положительно заряженные ионы натрия и отрицательно заряженные хлорид-ионы. Мыло, т.е.

стеарат натрия (I), сходные с ним вещества, а также алкилбензолсульфонат натрия (II) ведут себя подобным же образом: они образуют положительно заряженные ионы натрия, но их отрицательные ионы, в отличие от хлорид-иона, состоят примерно из пятидесяти атомов.

Мыло (I) можно представить формулой Na+ и C17H35COO–, где 17 атомов углерода с присоединенными к ним атомами водорода вытянуты в извилистую цепочку. Алкилбензолсульфонат натрия (Na+ C12H25C6H4SO3–) имеет примерно столько же атомов углерода и водорода.

Однако расположены они не в виде извилистой цепочки, как в мыле, а в виде разветвленной структуры. Значение этого различия станет ясно позднее. Для моющего действия важно то, что углеводородная часть отрицательного иона нерастворима в воде.

Однако она растворима в жирах и маслах, а ведь именно благодаря жиру грязь прилипает к вещам; и если поверхность полностью очищена от жира, грязь не задерживается на ней.

Как показано на рисунке, отрицательные ионы (анионы) мыла и алкилбензолсульфоната склонны концентрироваться на поверхности раздела воды и жира.

Водорастворимый отрицательно заряженный конец остается в воде, тогда как углеводородная часть погружена в жир. Чтобы поверхность раздела была наибольшей, жир должен присутствовать в виде мельчайших капелек.

В результате образуется эмульсия – взвесь капелек жира (масла) в воде (III).

Если на твердой поверхности имеется пленка жира, то при контакте с водой, содержащей детергент, жир покидает поверхность и переходит в воду в виде мельчайших капель. Анионы мыла и алкилбензолсульфоната находятся одним концом в воде, а другим – в жире. Грязь, удерживаемая пленкой жира, удаляется при полоскании. Так в упрощенном виде можно представить себе действие моющих средств.

Любое вещество, склонное собираться на поверхности раздела масло – вода, называют поверхностно-активным веществом. Все поверхностно-активные вещества являются эмульгаторами, потому что способствуют образованию эмульсии масла в воде, т.е.

«смешению» масла и воды; все они обладают моющими свойствами и образуют пену – ведь пена является как бы эмульсией воздушных пузырьков в воде. Но не все эти свойства выражены у них одинаково.

Есть поверхностно-активные вещества, которые обильно образуют пену, но являются слабыми моющими средствами; есть и такие, которые почти не пенятся, но представляют собой прекрасные моющие средства.

Синтетические детергенты – это синтетические поверхностно-активные вещества с особо высокой моющей способностью. В промышленности термин «синтетическое моющее средство», как правило, означает композицию, включающую поверхностно-активный компонент, отбеливатели и другие добавки.

Мыло, алкилбензолсульфонаты и многие другие моющие средства, где именно анион растворяется в жирах, называют анионоактивными. Имеются также поверхностно-активные вещества, в которых жирорастворимым является катион. Их называют катионоактивными. Типичный катионный детергент, хлорид алкилдиметилбензиламмония (IV)

является солью четвертичного аммония, содержащей азот, связанный с четырьмя группами. Хлорид-анион всегда остается в воде, поэтому его называют гидрофильным; углеводородные группы, связанные с положительно заряженным азотом, являются липофильными.

Одна из этих групп, C14H29, похожа на длинную углеводородную цепочку в мыле и алкилбензолсульфонате, но она присоединена к положительному иону. Такие вещества называют «обратными мылами». Некоторые из катионоактивных детергентов обладают сильным антимикробным действием; их применяют в составе моющих средств, предназначенных не только для мытья, но и для дезинфекции.

Однако если они вызывают раздражение глаз, то при их использовании в аэрозольных составах это обстоятельство должно быть отражено в инструкции на этикетке.

Еще один тип моющих средств – неионные детергенты.

Жирорастворимая группа в детергенте (V) представляет собой нечто вроде жирорастворимых групп в алкилбензолсульфонатах и мылах, а остаток – это длинная цепь, содержащая множество кислородных атомов и OH-группу на конце, которые являются гидрофильными. Обычно неионные синтетические моющие средства проявляют высокую моющую способность, но слабо образуют пену.

В конце 1950-х годов обнаружено неожиданное и неприятное явление. Во многих промышленных населенных пунктах канализация стала переполняться пеной. Облака грязной пены громоздились над стоками, ветер разносил хлопья пены по окрестностям. Это создавало угрозу здоровью, поскольку пена из канализации могла быть источником инфекции.

Более того, во многих странах (в США – особенно на Лонг-Айленде) что-то случилось с подземными водами, используемыми для водоснабжения: водопроводная вода стала пениться. Было очевидно, что причина в синтетических моющих средствах: после 1953 их стали покупать больше, чем мыло.

Но остался вопрос: почему же ничего подобного не случалось раньше?

Были обнаружены почвенные бактерии, способные «переваривать» молекулы мыла, но синтетические моющие средства бактерии не могли метаболизировать.

Липофильная часть молекулы мыла (I) представляет собой неразветвленную цепочку углеродных атомов, каждый из которых связан только с двумя соседними атомами углерода. А в алкилбензолсульфонате натрия (II) липофильная часть имеет разветвленную цепь углеродных атомов.

Стирке это не мешает, но в природных жирах, из которых делают мыло, такая структура не встречается. Поэтому-то бактерии не могли с ней справиться. Проблема была решена путем замены разветвленной цепи в алкилбензолсульфонате на неразветвленную. Такой детергент (VI) поддается биодеградации, т.е.

расщепляется микроорганизмами. По своей структуре он достаточно близок к линейной цепи мыла, и бактерии могут с ним справиться. Таким образом, линейный алкилбензолсульфонат помог решить неприятную проблему.

Последние успехи в разработке моющих средств для стирки связаны с применением ферментов. Ферменты – это вещества, производимые живыми организмами, которые способны катализировать биохимические реакции, т.е. они ускоряют реакцию, но сами при этом не изменяются.

Определенные ферменты катализируют реакции, подобные тем, которые идут при переваривании пищи, поэтому они очень эффективны для удаления пятен от травы, яиц, молока, шоколада, детской пищи и соусов.

Ферменты, используемые в составе моющих средств, безвредны и применяются в очень малых количествах.

В конце 1960-х – начале 1970-х годов возникла новая проблема, отчасти связанная с широким использованием моющих средств. Речь идет об эвтрофикации, или старении, озер. Эвтрофикацию обычно относят к загрязнениям окружающей среды, хотя процесс этот естественный.

Если под загрязнением окружающей среды понимается выброс в водоемы, атмосферу или почву веществ, вредных для растительного и животного мира, то эвтрофикация, напротив, вызывает избыточное накопление необходимых для жизни веществ, например нитратов и фосфатов. Фосфаты, используемые в моющих средствах, участвуют в питании растений.

Когда богатые фосфатами сточные воды попадают в озеро, начинается ускоренный рост водорослей и других водных растений. При этом расходуется кислород, растворенный в водоеме. Озеро «задыхается», и от недостатка кислорода может погибнуть рыба. Отходы жизнедеятельности человека и животных также способствуют эвтрофикации водоемов.

Основной же вклад вносят удобрения, смываемые с сельскохозяйственных угодий.

Моющие средства не единственный источник фосфатов в озерах, а фосфаты – не единственная причина эвтрофикации, тем не менее, предпринимаются усилия по замене фосфатов в составе детергентов, в частности, нитрилтриацетатом.

Физико-химические основы моющего действия

Категория:

   Очистка автомобилей при ремонте

Физико-химические основы моющего действия

Моющее действие состоит в удалении жидких и твердых загрязнений с поверхности и перевод их в моющий раствор в виде растворов или дисперсий.

Моющее действие проявляется в сложных процессах взаимодействия загрязнений, моющих средств и поверхностей. Основными явлениями, определяющими моющее действие, являются смачивание, эмульгирование, диспергирование, ценообразование и стабилизация.

Указанные явления тесно связаны с поверхностным натяжением и поверхностной активностью моющих средств.

Поверхностное натяжение и поверхностная активность. Каждая молекула А внутри жидкости (рис. 3) окружена другими молекулами и силы взаимодействия ее с этими молекулами распределены симметрично.

Силы притяжения молекул Б поверхностного слоя молекулами нижних слоев не уравновешиваются притяжением молекул воздуха, граничащего с жидкостью. Поэтому молекулы Б стремятся втянуться внутрь жидкости силами Р, вследствие чего поверхность жидкости стремится к уменьшению.

Можно считать, что вдоль поверхности жидкости действуют силы натяжения, стремящиеся сократить поверхность. Эти силы получили название сил поверхностного натяжения.

Поверхностное натяжение измеряют работой, которую необходимо затратить для увеличения поверхности жидкости на 1 см2. Жидкости имеют различное поверхностное натяжение.

Произведение поверхностного натяжения на величину поверхности называется свободной) поверхностной энергией. Способность веществ по-) нижать свободную поверхностную энергию (поверхностное натяжение) характеризуется поверхностной активностью. Вещества, понижающие поверхностное натяжение раствора, называются поверхностно-активными (ПАВ). Обычно ПАВ — это полярные органические соединения.

Рис. 3. Схема действия молекулярных сил в поверхностном слое

Полярность ПАВ обусловлена строением молекул, состоящих из двух различных по своим свойствам частей. Одна часть молекулы (рис. 4) является гидрофобной (водоотталкивающей) и способствует растворению ПАВ в масле, другая — гидрофильная, способствует растворению ПАВ в воде. Гидрофобная часть молекулы (радикал) состоит из остатка углеводородной цепи обычно длиной из 10—18 углеродных атомов.

Рис. 4.

Схема моющего процесса:
1 — ориентированная адсорбция молекул ПАВ на границе воздух — жидкость; 2 — гидрофильная часть молекул ПАВ; 3 — гидрофобная часть молекулы ПАВ (радикал); 4 — адсорбция молекул ПАВ на границе жидкость — твердое тело; 5 —1 очищаемая поверхность; А — твердая грязевая частица, отторгнутая от поверхности; Б — жидкая грязевая частица; В — твердая грязевая частица на поверхности

Наиболыпую важность для моющих процессов имеют коллоидные (мылоподобные) ПАВ. Молекулы коллоидных ПАВ имеют развитые углеводородные радикалы и сильно гидрофильные полярные группы.

В водных растворах коллоидные ПАВ обладают высокой поверхностной активностью и способностью образовывать, начиная с определенных концентраций, коллоидные агрегаты — мицеллы.

Образование мицелл при критической концентрации мицеллообразовання (ККМ) приводит к резкому изменению объемных свойств растворов ПАВ.

При ККМ достигается максимальное моющее действие растворов ПАВ. Величина ККМ зависит от структуры ПАВ, наличия в растворе щелочных добавок (электролитов), температуры раствора и для различных ПАВ составляет 1 —10 г/л.

Для практических целей наиболее важна способность щелочных добавок значительно снижать ККМ.

Это приводит к тому, что максимальное моющее действие растворов начинает проявляться при меньшем ККМ, а следовательно, и при меньшем расходе ПАВ.

Высокая поверхностная активность и способность к мицеллообразованию обеспечивает коллоидным ПАВ комплекс свойств, определяющих их моющее действие: смачивающую, эмульгирующую, диспергирующую, со-любилизирующую и стабилизирующую способности.

Смачивание заключается в растекании капли жидкости, помещенной на поверхность твердого тела (рис. 5).

При этом угол 0, образуемый касательной к поверхности растекающейся капли с поверхностью тела, называется краевым углом.

Если краевой угол меньше 90°, то поверхность тела смачивается, если угол больше 90° — поверхность не смачивается. Поверхности, смачиваемые водой, называются гидрофильными, а не смачиваемые водой — гидрофобными.

Смачиваемость твердого тела жидкостью зависит от поверхностного натяжения жидкости, от природы и состава жидкости и твердого тела. Например, поверхности, загрязненные маслами, хорошо смачиваются углеводородными растворителями и не смачиваются чистой водой. Добавление в воду ПАВ понижает поверхностное натяжение воды и обеспечивает смачивание загрязненных маслами поверхностей.

Рис. 5. Схема растекания капли жидкости на твердой поверхности:

Как известно, загрязнения автомобильных двигателей состоят из двух фаз — жидкой (масла, смолы) и твердой (асфальтены, карбены, карбоиды). Удаление таких загрязнений с поверхности происходит двумя путями: эмульгированием жидкой фазы (образование эмульсий) и диспергированием твердой фазы (образование дисперсий).

Эмульсией называется система несмешивающихся жидкостей, одна из которых распределена в виде мелких капель в другой. Эмульсии подразделяются на два типа: эмульсии прямые — «масло в воде» и эмульсии обратные «вода в масле». Под маслом здесь понимается любая органическая жидкость, нерастворимая в воде и водных растворах.

Эмульгирование жидкой фазы загрязнений возможно в водных растворах ПАВ. Молекулы ПАВ создают на поверхности капель масла прочные адсорбционные слои. Гидрофобная часть молекулы связывается с маслом, а гидрофильная — ориентируется в сторону водного раствора.

При этом происходит гидрофилизация капель масла, что препятствует их слиянию (коалесценции). Вещества, в данном случае ПАВ, адсорбирующиеся на поверхности гидрофобных частиц, называются эмульгаторами. Диспергирование твердой фазы загрязнений происходит благодаря адсорбции поверхностно-активных веществ на частицах загрязнений.

Малое поверхностное натяжение раствора позволяет ему проникать в мельчайшие трещины частиц загрязнения и адсорбироваться ПАВам на поверхностях этих частиц. Адсорбированные молекулы ПАВ создают расклинивающее давление на частицы, разрушая и измельчая их.

На процессы эмульгирования и диспергирования большое влияние оказывает механическое воздействие раствора, способствующее разрушению загрязнений.

Водные растворы коллоидных ПАВ при концентрации выше ККМ способны поглощать значительные количества нерастворимых в воде веществ, как твердых, так и жидких (бензин, ксилол, оксикислоты, асфальтены и т. д.).

При этом образуются прозрачные, устойчивые и не расслаивающиеся со временем растворы. Этот процесс называется коллоидным растворением, или со-любилизацией.

Явление солюбилизации основано на способности мицелл ПАВ поглощать гидрофобными углеводородными радикалами молекулы веществ, нерастворимых в воде.

Важным этапом в моющем процессе является стабилизация в растворе отмытых загрязнений и предупреждение их повторного осаждения на очищенную поверхность. Стабилизация загрязнений зависит в основном от состава моющего раствора и технологических условий его применения (концентрация, температура, загрязненность).

В быту принято судить о качестве моющего раствора по количеству образующейся пены. Это не совсем верно. Пена способствует удержанию диспергированного загрязнения и предотвращению его осаждения на очищенную поверхность. Однако отождествлять пенооб-разование с моющим действием нельзя, так как пенообразование не является специфической характеристикой моющего действия.

При очистке поверхности металлов пенообразование имеет большое значение.

В одних случаях пенообразование— это положительное явление, например, при па-роводоструйной или электролитической очистке, когда слой пены предотвращает разбрызгивание моющего раствора или создает защитный слой, уменьшающий проникновение едких испапений в атмосферу.

В большинстве же случаев пенообразование является отрицательным фактором, т. е. ограничивает использование интенсивного перемешивания моющего раствора. Например, в струйных моечных машинах нельзя применять моющие средства с высоким уровнем пенообразования.

Измерение пенообразования и определение устойчивости пены растворов ПАВ и моющих средств производится в большинстве стран на приборе Росса — Майлса. Способ Росса — Майлса сводится к образованию столба пены при стекании в мерный стеклянный цилиндр 200 мл испытуемого раствора. Высоту пены, т. е.

пенообразующую способность, определяют в момент окончания истечения раствора. Устойчивость пены определяют из отношения высоты столба в данный момент к первоначальной высоте столба.

Для измерения пенообразования можно применять методы, основанные на перемешивании раствора пропеллерной мешалкой, про* дувании воздуха, струйном перемешивании и др.

Щелочность. Щелочность моющих растворов является важнейшим фактором, определяющим эффективность очистки.

Щелочность определяет способность растворов нейтрализовать кислые компоненты загрязнений, омы-лять масла, снижать контактное натяжение растворов, жесткость воды и т. д. Различают общую и активную щелочность.

Общая щелочность определяется титрованием кислотой с индикатором метилоранжем, а активная — титрованием с фенолфталеином. Моющее действие растворов зависит только от уровня активной щелочности.

Показателем щелочности, равно как и кислотности, служит водородный показатель рН. Показатель рН определяется как логарифм обратной величины концентрации ионов водорода.

Поскольку моющим действием обладает только часть щелочных соединений, диссоциировавших на свободные ионы, то водородный показатель может служить критерием активности или моющей способности растворов. Для большинства соединений рН увеличивается с ростом их концентрации (рис.

6), однако для ряда соединений рН с ростом концентрации увеличивается незначительно или даже снижается.

При очистке поверхностей различных металлов во избежание их коррозии необходимо поддерживать определенный рН раствора.

При очистке цинка и алюминия рН раствора должен составлять 9—Ю, олова—не выше 11, латуни—не выше 12,0— 12,5, а сталь допускает очистку при рН до 14. Практически легкие и цветные металлы обрабатывают при значительно больших значениях рН, например 11,5— 12,8.

Такие растворы обязательно содержат в своем составе силикаты (метасили-кат натрия, жидкое стекло), предотвращающие коррозию алюминия, цинка, меди.

Степень загрязненности поверхности также влияет на выбор рН раствора. Детали с прочными загрязнениями, например асфальто. смолистыми отложениями, необходимо очищать при рН= 11,8ч-13,6. Для непрочных загрязнений, например масляных, очистку можно вести при рН = 10 ч—=-11,5.

В процессе очистки важно, чтобы моющий раствор постоянно имел оптимальное значение рН. Для обеспечения требуемого уровня рН необходимо использовать бинарные и тройные смеси различных соединений (рис. 7). Для растворов с низким рН его повышают добавлением активных щелочей, например едкого натра или метасиликата натрия.

В результате реакций нейтрализации, омыления и реакций по умягчению жесткой воды, а также из-за уноса с очищенными деталями концентрация активных компонентов раствора, а с ними и щелочность и водородный показатель постоянно снижаются.

Так как повысить начальную концентрацию раствора в качестве определенного резерва для постоянного расхода нельзя из-за возможной коррозии очищаемого металла, применяют так называемые буферные смеси, обладающие щелочным резервом.

Способность раствора сохранять величину рН, близкую к начальной, при загрязнении раствора кислотными примесями называется буферной емкостью этого раствора. В качестве буферных смесей применяют кальцинированную соду, фосфаты и метасиликат натрия.

Рис. 6. Значения рН водных растворов щелочных соединений в зависимости от концентрации

Рис. 7. Значения рН растворов бинарных (а) и тройных (б)

Реклама:

Читать далее: Оценка эффективности моющих средств

Категория: — Очистка автомобилей при ремонте

→ Справочник → Статьи → Форум

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

×
Рекомендуем посмотреть