1. Tensão superficial
A força de contração por unidade de comprimento na superfície de um líquido é chamada de tensão superficial, medida em N • m-1.
2. Atividade de superfície e surfactante
A propriedade que pode reduzir a tensão superficial dos solventes é chamada de atividade superficial, e substâncias com atividade superficial são chamadas de substâncias ativas de superfície.
Surfactante refere-se a substâncias ativas de superfície que podem formar micelas e outros agregados em soluções aquosas, têm alta atividade de superfície e também têm funções de umectação, emulsificação, formação de espuma, lavagem e outras.
3. Características estruturais moleculares do surfactante
Surfactantes são compostos orgânicos com estruturas e propriedades especiais que podem alterar significativamente a tensão interfacial entre duas fases ou a tensão superficial de líquidos (geralmente água) e têm propriedades como umectação, formação de espuma, emulsificação e lavagem.
Estruturalmente falando, os surfactantes compartilham uma característica comum de conter dois grupos funcionais diferentes em suas moléculas. Uma extremidade é um grupo não polar de cadeia longa que é solúvel em óleo, mas insolúvel em água, conhecido como grupo hidrofóbico ou grupo hidrofóbico. Esses grupos hidrofóbicos são geralmente hidrocarbonetos de cadeia longa, às vezes também flúor orgânico, organossilício, organofosforado, cadeias organoestânicas, etc. A outra extremidade é um grupo funcional solúvel em água, ou seja, um grupo hidrofílico ou grupo hidrofílico. O grupo hidrofílico deve ter hidrofilicidade suficiente para garantir que todo o surfactante seja solúvel em água e tenha a solubilidade necessária. Devido à presença de grupos hidrofílicos e hidrofóbicos em surfactantes, eles podem se dissolver em pelo menos uma fase da fase líquida. As propriedades hidrofílicas e oleofílicas dos surfactantes são chamadas de anfifilicidade.
4.Tipos de surfactantes
Surfactantes são moléculas anfifílicas que possuem grupos hidrofóbicos e hidrofílicos. Os grupos hidrofóbicos dos surfactantes são geralmente compostos de hidrocarbonetos de cadeia longa, como alquila de cadeia linear C8-C20, alquila de cadeia ramificada C8-C20, alquilfenila (com 8-16 átomos de carbono alquila), etc. A diferença nos grupos hidrofóbicos reside principalmente nas mudanças estruturais das cadeias de hidrogênio de carbono, com diferenças relativamente pequenas, enquanto há mais tipos de grupos hidrofílicos. Portanto, as propriedades dos surfactantes estão relacionadas principalmente aos grupos hidrofílicos, além do tamanho e da forma dos grupos hidrofóbicos. As mudanças estruturais dos grupos hidrofílicos são maiores do que as dos grupos hidrofóbicos, portanto, a classificação dos surfactantes é geralmente baseada na estrutura dos grupos hidrofílicos. Essa classificação se baseia principalmente em se os grupos hidrofílicos são iônicos, dividindo-os em aniônicos, catiônicos, não iônicos, zwitteriônicos e outros tipos especiais de surfactantes.
5. Características da solução aquosa surfactante
① Adsorção de surfactantes em interfaces
As moléculas de surfactantes possuem grupos lipofílicos e hidrofílicos, o que as torna moléculas anfifílicas. A água é um líquido fortemente polar. Quando os surfactantes se dissolvem em água, de acordo com o princípio da similaridade de polaridade e da repulsão da diferença de polaridade, seus grupos hidrofílicos são atraídos para a fase aquosa e se dissolvem na água, enquanto seus grupos lipofílicos repelem a água e a abandonam. Como resultado, as moléculas (ou íons) de surfactante adsorvem na interface entre as duas fases, reduzindo a tensão interfacial entre elas. Quanto mais moléculas (ou íons) de surfactante são adsorvidas na interface, maior a diminuição da tensão interfacial.
② Algumas propriedades da membrana de adsorção
Pressão superficial da membrana de adsorção: Os surfactantes adsorvem na interface gás-líquido para formar uma membrana de adsorção. Se uma placa flutuante móvel sem atrito for colocada na interface e a placa flutuante empurrar a membrana de adsorção ao longo da superfície da solução, a membrana exercerá uma pressão sobre a placa flutuante, que é chamada de pressão superficial.
Viscosidade superficial: Assim como a pressão superficial, a viscosidade superficial é uma propriedade exibida por filmes moleculares insolúveis. Suspenda um anel de platina com um fio metálico fino, faça seu plano entrar em contato com a superfície da água da pia, gire o anel de platina. O anel de platina é impedido pela viscosidade da água, e a amplitude se atenua gradualmente, de acordo com a qual a viscosidade superficial pode ser medida. O método é: primeiro, realize experimentos na superfície da água pura, meça a atenuação da amplitude, depois meça a atenuação após a formação da máscara facial da superfície e calcule a viscosidade da máscara facial da superfície a partir da diferença entre os dois.
A viscosidade da superfície está intimamente relacionada à firmeza da superfície da máscara facial. Como o filme de adsorção possui pressão e viscosidade de superfície, ele deve ser elástico. Quanto maiores a pressão e a viscosidade da superfície da membrana de adsorção, maior o seu módulo de elasticidade. O módulo de elasticidade do filme de adsorção de superfície é de grande importância no processo de estabilização da espuma.
③ Formação de micelas
A solução diluída de surfactantes segue as leis das soluções ideais. A quantidade de surfactantes adsorvidos na superfície de uma solução aumenta com a concentração da solução. Quando a concentração atinge ou excede um determinado valor, a quantidade de adsorção não aumenta mais. Essas moléculas de surfactantes em excesso na solução estão desordenadas ou existem de forma regular. Tanto a prática quanto a teoria têm demonstrado que elas formam agregados em solução, chamados micelas.
Concentração micelar crítica: A concentração mínima na qual os surfactantes formam micelas em uma solução é chamada de concentração micelar crítica.
④ O valor de CMC do surfactante comum.
6. Valor de equilíbrio hidrofílico e oleofílico
HLB significa equilíbrio hidrofílico-lipofílico, que representa os valores de equilíbrio hidrofílico e lipofílico dos grupos hidrofílico e lipofílico de um surfactante, ou seja, o valor de HLB do surfactante. Um valor alto de HLB indica forte hidrofilicidade e fraca lipofilicidade da molécula; ao contrário, apresenta forte lipofilicidade e fraca hidrofilicidade.
① Regulamento sobre o valor do HLB
O valor de HLB é um valor relativo, portanto, ao formulá-lo, como padrão, o valor de HLB da parafina sem propriedades hidrofílicas é definido como 0, enquanto o valor de HLB do dodecil sulfato de sódio com forte solubilidade em água é definido como 40. Portanto, o valor de HLB dos surfactantes geralmente está na faixa de 1 a 40. De modo geral, emulsificantes com valores de HLB inferiores a 10 são lipofílicos, enquanto emulsificantes com valores de HLB superiores a 10 são hidrofílicos. Portanto, o ponto de inflexão da lipofilicidade para a hidrofilicidade é de aproximadamente 10.
7. Efeitos de emulsificação e solubilização
Dois líquidos imiscíveis, um formado pela dispersão de partículas (gotículas ou cristais líquidos) no outro, são chamados de emulsões. Ao formar uma emulsão, a área interfacial entre os dois líquidos aumenta, tornando o sistema termodinamicamente instável. Para estabilizar a emulsão, um terceiro componente – o emulsificante – precisa ser adicionado para reduzir a energia interfacial do sistema. Os emulsificantes pertencem aos surfactantes e sua principal função é atuar como emulsificantes. A fase na qual as gotículas existem em uma emulsão é chamada de fase dispersa (ou fase interna, fase descontínua), e a outra fase conectada é chamada de meio disperso (ou fase externa, fase contínua).
① Emulsificantes e emulsões
Emulsões comuns consistem em uma fase de água ou solução aquosa e a outra fase de compostos orgânicos imiscíveis em água, como óleos, ceras, etc. A emulsão formada por água e óleo pode ser dividida em dois tipos com base em sua dispersão: óleo disperso em água forma uma emulsão de água em óleo, representada por O/A (óleo/água); água dispersa em óleo forma uma emulsão de água em óleo, representada por A/O (água/óleo). Além disso, emulsões complexas de água em óleo em água A/O/A e óleo em água em óleo O/A/O também podem se formar.
O emulsificante estabiliza a emulsão reduzindo a tensão interfacial e formando uma máscara facial monocamada.
Requisitos para emulsificantes na emulsificação: a: os emulsificantes devem ser capazes de adsorver ou enriquecer na interface entre as duas fases, reduzindo a tensão interfacial; b: os emulsificantes devem conferir às partículas uma carga elétrica, causando repulsão eletrostática entre as partículas ou formando uma película protetora estável e altamente viscosa ao redor das partículas. Portanto, as substâncias utilizadas como emulsificantes devem possuir grupos anfifílicos para terem efeitos emulsificantes, e os surfactantes podem atender a esse requisito.
② Métodos de preparação de emulsões e fatores que afetam a estabilidade da emulsão
Existem dois métodos para preparar emulsões: um é usar métodos mecânicos para dispersar o líquido em pequenas partículas em outro líquido, o que é comumente usado na indústria para preparar emulsões; outro método é dissolver um líquido em estado molecular em outro líquido e então permitir que ele se agregue adequadamente para formar uma emulsão.
A estabilidade das emulsões refere-se à sua capacidade de resistir à agregação de partículas e causar separação de fases. Emulsões são sistemas termodinamicamente instáveis com energia livre significativa. Portanto, a estabilidade de uma emulsão refere-se, na verdade, ao tempo necessário para o sistema atingir o equilíbrio, ou seja, o tempo necessário para que um líquido no sistema se separe.
Quando há moléculas orgânicas polares, como álcool graxo, ácido graxo e amina graxa, na máscara facial, a resistência da membrana aumenta significativamente. Isso ocorre porque as moléculas emulsificantes na camada de adsorção da interface interagem com moléculas polares, como álcool, ácido e amina, para formar um "complexo", o que aumenta a resistência da máscara facial da interface.
Emulsificantes compostos por dois ou mais surfactantes são chamados de emulsificantes mistos. Emulsificantes mistos adsorvem na interface água/óleo, e interações intermoleculares podem formar complexos. Devido à forte interação intermolecular, a tensão interfacial é significativamente reduzida, a quantidade de emulsificante adsorvida na interface é significativamente aumentada e a densidade e a resistência da máscara facial interfacial formada são aumentadas.
A carga das gotículas tem um impacto significativo na estabilidade das emulsões. Emulsões estáveis normalmente possuem gotículas com cargas elétricas. Ao utilizar emulsificantes iônicos, os íons emulsificantes adsorvidos na interface inserem seus grupos lipofílicos na fase oleosa, enquanto os grupos hidrofílicos ficam na fase aquosa, tornando as gotículas carregadas. Como as gotículas da emulsão possuem a mesma carga, elas se repelem e não se aglomeram facilmente, resultando em maior estabilidade. Pode-se observar que quanto mais íons emulsificantes adsorvidos nas gotículas, maior sua carga e maior sua capacidade de impedir a coalescência das gotículas, tornando o sistema de emulsão mais estável.
A viscosidade do meio de dispersão da emulsão tem um certo impacto na estabilidade da emulsão. Geralmente, quanto maior a viscosidade do meio de dispersão, maior a estabilidade da emulsão. Isso ocorre porque a viscosidade do meio de dispersão é alta, o que dificulta fortemente o movimento browniano das gotículas de líquido, retarda a colisão entre as gotículas e mantém o sistema estável. Substâncias poliméricas que geralmente são solúveis em emulsões podem aumentar a viscosidade do sistema e aumentar a estabilidade da emulsão. Além disso, o polímero também pode formar uma máscara facial de interface sólida, tornando o sistema de emulsão mais estável.
Em alguns casos, a adição de pó sólido também pode estabilizar a emulsão. O pó sólido não está em água, óleo ou na interface, dependendo da capacidade de molhagem do óleo e da água sobre o pó sólido. Se o pó sólido não for completamente umedecido pela água, mas puder ser umedecido pelo óleo, ele permanecerá na interface água-óleo.
A razão pela qual o pó sólido não estabiliza a emulsão é que o pó acumulado na interface não fortalece a máscara facial da interface, que é semelhante às moléculas do emulsificante adsorvente da interface. Portanto, quanto mais próximas as partículas de pó sólido estiverem dispostas na interface, mais estável será a emulsão.
Os surfactantes têm a capacidade de aumentar significativamente a solubilidade de compostos orgânicos insolúveis ou pouco solúveis em água após a formação de micelas em solução aquosa, sendo a solução transparente nesse momento. Esse efeito das micelas é chamado de solubilização. Os surfactantes que podem produzir efeitos solubilizantes são chamados de solubilizantes, e os compostos orgânicos solubilizados são chamados de compostos solubilizados.
8. Espuma
A espuma desempenha um papel importante no processo de lavagem. Espuma refere-se ao sistema de dispersão no qual o gás é disperso em líquido ou sólido. O gás é a fase de dispersão e o líquido ou sólido é o meio de dispersão. A primeira é chamada de espuma líquida, enquanto a segunda é chamada de espuma sólida, como espuma plástica, espuma de vidro, espuma de cimento, etc.
(1) Formação de espuma
A espuma aqui se refere à agregação de bolhas separadas por uma película líquida. Devido à grande diferença de densidade entre a fase dispersa (gás) e o meio disperso (líquido), e à baixa viscosidade do líquido, a espuma sempre pode atingir o nível líquido rapidamente.
O processo de formação de espuma consiste em introduzir uma grande quantidade de gás no líquido, e as bolhas no líquido retornam rapidamente à superfície do líquido, formando um agregado de bolhas separado por uma pequena quantidade de líquido e gás.
A espuma possui duas características morfológicas notáveis: uma é que as bolhas, como fase dispersa, são frequentemente poliédricas, pois na intersecção das bolhas, há uma tendência de o filme líquido se tornar mais fino, tornando as bolhas poliédricas. Quando o filme líquido se torna mais fino até certo ponto, as bolhas se rompem; a segunda é que o líquido puro não consegue formar espuma estável, mas o líquido que pode formar espuma possui pelo menos dois ou mais componentes. A solução aquosa de surfactante é um sistema típico de fácil geração de espuma, e sua capacidade de gerar espuma também está relacionada a outras propriedades.
Surfactantes com boa capacidade de formação de espuma são chamados de agentes espumantes. Embora o agente espumante tenha boa capacidade de formação de espuma, a espuma formada pode não se manter por muito tempo, ou seja, sua estabilidade pode não ser boa. Para manter a estabilidade da espuma, uma substância que pode aumentar a estabilidade da espuma é frequentemente adicionada ao agente espumante, chamada de estabilizante de espuma. Os estabilizantes de espuma comumente utilizados são lauroil dietanolamina e óxido de dodecil dimetil amina.
(2) Estabilidade da espuma
A espuma é um sistema termodinamicamente instável, e a tendência final é que a área superficial total do líquido no sistema diminua e a energia livre diminua após o rompimento da bolha. O processo de desespumação é o processo no qual a película de líquido que separa o gás muda de espessura até se romper. Portanto, a estabilidade da espuma é determinada principalmente pela velocidade de descarga do líquido e pela resistência da película de líquido. Existem vários outros fatores que influenciam.
① Tensão superficial
Do ponto de vista energético, a baixa tensão superficial é mais favorável à formação de espuma, mas não garante sua estabilidade. Baixa tensão superficial, baixa diferença de pressão, baixa velocidade de descarga do líquido e lenta afinamento do filme líquido contribuem para a estabilidade da espuma.
② Viscosidade da superfície
O fator-chave que determina a estabilidade da espuma é a resistência do filme líquido, que é determinada principalmente pela firmeza do filme de adsorção superficial, medida pela viscosidade superficial. Experimentos mostram que a espuma produzida pela solução com maior viscosidade superficial tem uma vida útil mais longa. Isso ocorre porque a interação entre as moléculas adsorvidas na superfície leva ao aumento da resistência da membrana, aumentando assim a vida útil da espuma.
③ Viscosidade da solução
Quando a viscosidade do próprio líquido aumenta, o líquido no filme líquido não é fácil de ser descarregado, e a velocidade de afinamento da espessura do filme líquido é lenta, o que atrasa o tempo de ruptura do filme líquido e aumenta a estabilidade da espuma.
④ O efeito 'reparador' da tensão superficial
Os surfactantes adsorvidos na superfície do filme líquido têm a capacidade de resistir à expansão ou contração da superfície do filme líquido, o que chamamos de efeito de reparo. Isso ocorre porque há um filme líquido de surfactantes adsorvidos na superfície, e expandir sua área superficial reduzirá a concentração de moléculas adsorvidas na superfície e aumentará a tensão superficial. Expandir ainda mais a superfície exigirá maior esforço. Por outro lado, a contração da área superficial aumentará a concentração de moléculas adsorvidas na superfície, reduzindo a tensão superficial e dificultando a contração adicional.
⑤ A difusão de gás através de um filme líquido
Devido à existência de pressão capilar, a pressão das bolhas pequenas na espuma é maior do que a das bolhas grandes, o que fará com que o gás presente nas bolhas pequenas se difunda nas bolhas grandes de baixa pressão através da película líquida, resultando no fenômeno de as bolhas pequenas ficarem menores, as bolhas grandes ficarem maiores e, por fim, a espuma se romper. Se for adicionado surfactante, a espuma ficará uniforme e densa durante a formação de espuma, dificultando a desespumação. Como o surfactante está disposto de forma compacta sobre a película líquida, a ventilação é difícil, o que torna a espuma mais estável.
⑥ A influência da carga de superfície
Se a película de espuma líquida for carregada com o mesmo símbolo, as duas superfícies da película líquida se repelirão, impedindo que a película líquida se afine ou mesmo se destrua. Surfactantes iônicos podem proporcionar esse efeito estabilizador.
Em conclusão, a resistência do filme líquido é o fator-chave para determinar a estabilidade da espuma. Como surfactante para agentes espumantes e estabilizadores de espuma, a firmeza e a estanqueidade das moléculas adsorvidas na superfície são os fatores mais importantes. Quando a interação entre as moléculas adsorvidas na superfície é forte, as moléculas adsorvidas ficam dispostas de forma compacta, o que não só torna a máscara facial de superfície em si altamente resistente, mas também dificulta o fluxo da solução adjacente à máscara devido à alta viscosidade da superfície, dificultando a drenagem do filme líquido e facilitando a manutenção da espessura do filme líquido. Além disso, moléculas superficiais dispostas de forma compacta também podem reduzir a permeabilidade das moléculas de gás e, assim, aumentar a estabilidade da espuma.
(3) Destruição da espuma
O princípio básico da destruição da espuma é alterar as condições de produção da espuma ou eliminar os fatores de estabilidade da espuma, portanto, existem dois métodos de desespumação: físico e químico.
A desespumação física consiste em alterar as condições sob as quais a espuma é gerada, mantendo a composição química da solução de espuma inalterada. Por exemplo, perturbações de forças externas, mudanças de temperatura ou pressão e tratamento ultrassônico são métodos físicos eficazes para eliminar a espuma.
O método de desespumação química consiste em adicionar algumas substâncias para interagir com o agente espumante, reduzir a resistência da película líquida na espuma e, em seguida, reduzir a estabilidade da espuma para atingir o objetivo de desespumação. Essas substâncias são chamadas de antiespumantes. A maioria dos antiespumantes são surfactantes. Portanto, de acordo com o mecanismo de desespumação, os antiespumantes devem ter uma forte capacidade de reduzir a tensão superficial, ser facilmente adsorvidos na superfície e ter interações fracas entre as moléculas adsorvidas na superfície, resultando em uma estrutura de arranjo relativamente frouxa das moléculas adsorvidas.
Existem vários tipos de antiespumantes, mas a maioria deles são surfactantes não iônicos. Surfactantes não iônicos têm propriedades antiespumantes próximas ou acima do seu ponto de turvação e são comumente usados como antiespumantes. Álcoois, especialmente aqueles com estruturas ramificadas, ácidos graxos e ésteres, poliamidas, fosfatos, óleos de silicone, etc., também são comumente usados como excelentes antiespumantes.
(4) Espuma e lavagem
Não há relação direta entre espuma e efeito de lavagem, e a quantidade de espuma não significa que o efeito de lavagem seja bom ou ruim. Por exemplo, o desempenho de formação de espuma de surfactantes não iônicos é muito inferior ao do sabão, mas seu poder de limpeza é muito superior ao do sabão.
Em alguns casos, a espuma é útil para remover a sujeira. Por exemplo, ao lavar louças em casa, a espuma do detergente pode remover as gotas de óleo lavadas; ao esfregar carpetes, a espuma ajuda a remover sujeira sólida, como poeira e pó. Além disso, a espuma às vezes pode ser usada como um sinal da eficácia do detergente, pois manchas de óleo gorduroso podem inibir a espuma do detergente. Quando há muitas manchas de óleo e pouco detergente, não haverá espuma ou a espuma original desaparecerá. Às vezes, a espuma também pode ser usada como um indicador de que o enxágue está limpo. Como a quantidade de espuma na solução de enxágue tende a diminuir com a diminuição do teor de detergente, o grau de enxágue pode ser avaliado pela quantidade de espuma.
9. Processo de lavagem
Em um sentido amplo, lavagem é o processo de remover componentes indesejados do objeto a ser lavado e atingir um propósito específico. Lavagem, no sentido usual, refere-se ao processo de remoção de sujeira da superfície de um suporte. Durante a lavagem, a interação entre sujeira e o suporte é enfraquecida ou eliminada pela ação de algumas substâncias químicas (como detergentes), transformando a combinação de sujeira e suporte na combinação de sujeira e detergente, causando, em última análise, o desprendimento da sujeira e do suporte. Como os objetos a serem lavados e a sujeira a ser removida são diversos, a lavagem é um processo muito complexo, e o processo básico de lavagem pode ser representado pela seguinte relação simples:
Transportador • Sujeira+Detergente=Transportador+Sujeira • Detergente
O processo de lavagem pode geralmente ser dividido em duas etapas: uma é a separação da sujeira e do seu transportador sob a ação do detergente; a segunda é a dispersão e suspensão da sujeira desprendida no meio. O processo de lavagem é reversível, e a sujeira dispersa ou suspensa no meio também pode reprecipitar do meio para a roupa. Portanto, um excelente detergente não deve apenas ter a capacidade de separar a sujeira do transportador, mas também ter boa capacidade de dispersar e suspender a sujeira, evitando que ela se deposite novamente.
(1) Tipos de sujeira
Mesmo para o mesmo item, o tipo, a composição e a quantidade de sujeira variam dependendo do ambiente de uso. A sujeira do corpo oleoso inclui principalmente óleos animais e vegetais, bem como óleos minerais (como petróleo bruto, óleo combustível, alcatrão de hulha, etc.), enquanto a sujeira sólida inclui principalmente fumaça, poeira, ferrugem, negro de fumo, etc. Em termos de sujeira de roupas, há sujeira do corpo humano, como suor, sebo, sangue, etc.; Sujeira de alimentos, como manchas de frutas, manchas de óleo comestível, manchas de temperos, amido, etc.; Sujeira trazida por cosméticos, como batom e esmalte; Sujeira da atmosfera, como fumaça, poeira, solo, etc.; Outros materiais, como tinta, chá, tinta, etc. Pode-se dizer que existem vários e diversos tipos.
Vários tipos de sujeira geralmente podem ser divididos em três categorias: sujeira sólida, sujeira líquida e sujeira especial.
① A sujeira sólida comum inclui partículas como cinzas, lama, terra, ferrugem e negro de fumo. A maioria dessas partículas possui carga superficial, em sua maioria negativa, e é facilmente adsorvida em objetos fibrosos. Geralmente, a sujeira sólida é difícil de dissolver em água, mas pode ser dispersa e suspensa por soluções detergentes. Sujeira sólida com partículas pequenas é difícil de remover.
2. A sujeira líquida é, em sua maioria, solúvel em óleo, incluindo óleos animais e vegetais, ácidos graxos, álcoois graxos, óleos minerais e seus óxidos. Entre eles, os óleos animais e vegetais e os ácidos graxos podem sofrer saponificação com álcalis, enquanto os álcoois graxos e os óleos minerais não são saponificados por álcalis, mas podem se dissolver em álcoois, éteres e solventes orgânicos de hidrocarbonetos, e ser emulsificados e dispersos por soluções aquosas de detergentes. A sujeira líquida solúvel em óleo geralmente tem uma forte força de interação com objetos fibrosos e adsorve firmemente nas fibras.
③ Sujeiras especiais incluem proteínas, amido, sangue, secreções humanas como suor, sebo, urina, além de sucos de frutas, chás, etc. A maioria desses tipos de sujeira pode ser fortemente adsorvida em objetos fibrosos por meio de reações químicas. Portanto, lavá-los é bastante difícil.
Vários tipos de sujeira raramente existem sozinhos, muitas vezes misturados e adsorvidos em objetos. Às vezes, a sujeira pode oxidar, decompor-se ou deteriorar-se sob influências externas, resultando na formação de nova sujeira.
(2) O efeito de adesão da sujeira
A razão pela qual roupas, mãos, etc. podem ficar sujas é porque existe algum tipo de interação entre objetos e sujeira. Existem vários efeitos de adesão da sujeira aos objetos, mas eles são principalmente adesão física e adesão química.
① A adesão física de cinzas de cigarro, poeira, sedimentos, negro de fumo e outras substâncias às roupas. De modo geral, a interação entre a sujeira aderida e o objeto contaminado é relativamente fraca, e a remoção da sujeira também é relativamente fácil. De acordo com diferentes forças, a adesão física da sujeira pode ser dividida em adesão mecânica e adesão eletrostática.
R: A adesão mecânica refere-se principalmente à adesão de sujeira sólida, como poeira e sedimentos. A adesão mecânica é um método de adesão fraco para sujeira, que pode ser removida por métodos mecânicos simples. No entanto, quando o tamanho das partículas da sujeira é pequeno (<0,1 µm), a remoção é mais difícil.
B: A adesão eletrostática se manifesta principalmente pela ação de partículas de sujeira carregadas sobre objetos com cargas opostas. A maioria dos objetos fibrosos possui carga negativa na água e adere facilmente a sujeiras com carga positiva, como a cal. Algumas sujeiras, embora carregadas negativamente, como partículas de negro de fumo em soluções aquosas, podem aderir às fibras por meio de pontes iônicas formadas por íons positivos (como Ca2+, Mg2+, etc.) na água (os íons atuam em conjunto entre múltiplas cargas opostas, atuando como pontes).
A eletricidade estática é mais forte que a simples ação mecânica, tornando relativamente difícil remover a sujeira.
③ Remoção de sujeira especial
Proteínas, amido, secreções humanas, suco de frutas, suco de chá e outros tipos de sujeira são difíceis de remover com surfactantes comuns e exigem métodos de tratamento especiais.
Manchas de proteína, como creme, ovos, sangue, leite e excrementos de pele, são propensas à coagulação e desnaturação nas fibras, aderindo com mais firmeza. Para incrustações de proteína, a protease pode ser usada para removê-las. A protease pode decompor proteínas presentes na sujeira em aminoácidos ou oligopeptídeos solúveis em água.
Manchas de amido vêm principalmente de alimentos, enquanto outras, como sucos de carne, pastas, etc. As enzimas do amido têm um efeito catalítico na hidrólise das manchas de amido, quebrando o amido em açúcares.
A lipase pode catalisar a decomposição de alguns triglicerídeos que são difíceis de remover por métodos convencionais, como sebo secretado pelo corpo humano, óleos comestíveis, etc., para quebrar os triglicerídeos em glicerol solúvel e ácidos graxos.
Algumas manchas coloridas de suco de fruta, chá, tinta, batom, etc. costumam ser difíceis de limpar completamente, mesmo após lavagens repetidas. Esse tipo de mancha pode ser removido por reações de oxirredução usando oxidantes ou agentes redutores, como alvejantes, que quebram a estrutura do cromóforo ou grupos cromóforos e os degradam em componentes menores solúveis em água.
Da perspectiva da lavagem a seco, existem aproximadamente três tipos de sujeira.
① Sujeira solúvel em óleo inclui vários óleos e gorduras, que são líquidos ou gordurosos e solúveis em solventes de limpeza a seco.
② A sujeira solúvel em água é solúvel em solução aquosa, mas insolúvel em agentes de limpeza a seco. Ela é adsorvida nas roupas na forma de solução aquosa e, após a evaporação da água, sólidos granulares, como sais inorgânicos, amido, proteínas, etc., são precipitados.
③ A sujeira insolúvel em água e óleo é insolúvel tanto em água quanto em solventes de limpeza a seco, como negro de fumo, vários silicatos metálicos e óxidos.
Devido às diferentes propriedades dos vários tipos de sujeira, existem diferentes maneiras de removê-la durante o processo de lavagem a seco. Sujeiras solúveis em óleo, como óleos animais e vegetais, óleos minerais e gorduras, são facilmente solúveis em solventes orgânicos e podem ser facilmente removidas durante a lavagem a seco. A excelente solubilidade dos solventes de lavagem a seco para óleo e graxa se deve essencialmente às forças de van der Waals entre as moléculas.
Para remover sujeiras solúveis em água, como sais inorgânicos, açúcares, proteínas, suor, etc., também é necessário adicionar uma quantidade adequada de água ao agente de limpeza a seco, caso contrário, a sujeira solúvel em água será difícil de remover das roupas. No entanto, a água é difícil de dissolver em agentes de limpeza a seco, portanto, para aumentar a quantidade de água, é necessário adicionar surfactantes. A água presente nos agentes de limpeza a seco pode hidratar a sujeira e a superfície das roupas, facilitando a interação com os grupos polares dos surfactantes, o que é benéfico para a adsorção dos surfactantes na superfície. Além disso, quando os surfactantes formam micelas, a sujeira solúvel em água e a água podem ser solubilizadas nas micelas. Os surfactantes podem não apenas aumentar o teor de água nos solventes de limpeza a seco, mas também impedir a re-deposição de sujeira para potencializar o efeito de limpeza.
A presença de uma pequena quantidade de água é necessária para remover a sujeira solúvel em água, mas o excesso de água pode fazer com que algumas roupas deformem, enruguem, etc., portanto, o teor de água no detergente seco deve ser moderado.
Partículas sólidas como cinzas, lama, terra e negro de fumo, que não são solúveis em água nem em óleo, geralmente aderem às roupas por adsorção eletrostática ou por combinação com manchas de óleo. Na lavagem a seco, o fluxo e o impacto de solventes podem fazer com que a sujeira adsorvida por forças eletrostáticas caia, enquanto os agentes de lavagem a seco podem dissolver manchas de óleo, fazendo com que as partículas sólidas que se combinam com as manchas de óleo e aderem às roupas caiam do agente de lavagem a seco. A pequena quantidade de água e surfactantes no agente de lavagem a seco pode suspender e dispersar de forma estável as partículas sólidas de sujeira que caem, impedindo que se depositem novamente nas roupas.
(5) Fatores que afetam o efeito da lavagem
A adsorção direcional de surfactantes na interface e a redução da tensão superficial (interfacial) são os principais fatores para a remoção de incrustações líquidas ou sólidas. No entanto, o processo de lavagem é relativamente complexo, e mesmo o efeito de lavagem do mesmo tipo de detergente é afetado por muitos outros fatores. Esses fatores incluem a concentração do detergente, a temperatura, a natureza da sujeira, o tipo de fibra e a estrutura do tecido.
① Concentração de surfactantes
As micelas de surfactantes na solução desempenham um papel importante no processo de lavagem. Quando a concentração atinge a concentração micelar crítica (CMC), o efeito de lavagem aumenta acentuadamente. Portanto, a concentração de detergente no solvente deve ser superior ao valor de CMC para obter um bom efeito de lavagem. No entanto, quando a concentração de surfactantes excede o valor de CMC, o aumento do efeito de lavagem torna-se menos significativo, sendo desnecessário o aumento excessivo da concentração de surfactante.
Ao usar a solubilização para remover manchas de óleo, mesmo que a concentração esteja acima do valor de CMC, o efeito da solubilização ainda aumenta com o aumento da concentração do surfactante. Nesse momento, é aconselhável usar detergente localmente, como nos punhos e golas de roupas com muita sujeira. Ao lavar, uma camada de detergente pode ser aplicada primeiro para melhorar o efeito de solubilização dos surfactantes nas manchas de óleo.
② A temperatura tem um impacto significativo no efeito da limpeza. Em geral, aumentar a temperatura é benéfico para a remoção da sujeira, mas, às vezes, temperaturas excessivas também podem causar fatores adversos.
O aumento da temperatura é benéfico para a difusão da sujeira. Manchas de óleo sólido são facilmente emulsionadas quando a temperatura está acima do seu ponto de fusão, e as fibras também aumentam seu grau de expansão devido ao aumento da temperatura. Todos esses fatores são benéficos para a remoção da sujeira. No entanto, para tecidos mais justos, os microespaços entre as fibras são reduzidos após a expansão das fibras, o que não é propício para a remoção da sujeira.
As mudanças de temperatura também afetam a solubilidade, o valor de CMC e o tamanho das micelas dos surfactantes, afetando assim o efeito de lavagem. Surfactantes de cadeia longa de carbono têm menor solubilidade em baixas temperaturas e, às vezes, até menor solubilidade do que o valor de CMC. Nesse caso, a temperatura de lavagem deve ser aumentada adequadamente. O efeito da temperatura no valor de CMC e no tamanho das micelas é diferente para surfactantes iônicos e não iônicos. Para surfactantes iônicos, um aumento na temperatura geralmente leva a um aumento no valor de CMC e a uma diminuição no tamanho das micelas. Isso significa que a concentração de surfactantes deve ser aumentada na solução de lavagem. Para surfactantes não iônicos, o aumento da temperatura leva a uma diminuição no valor de CMC e a um aumento significativo no tamanho das micelas. Pode-se observar que o aumento adequado da temperatura pode ajudar os surfactantes não iônicos a exercerem sua atividade de superfície. Mas a temperatura não deve exceder seu ponto de turvação.
Em suma, a temperatura de lavagem mais adequada está relacionada à fórmula do detergente e ao objeto a ser lavado. Alguns detergentes têm bons efeitos de limpeza em temperatura ambiente, enquanto outros apresentam efeitos de limpeza significativamente diferentes para lavagem a frio e a quente.
③ Espuma
As pessoas frequentemente confundem capacidade de formação de espuma com efeito de lavagem, acreditando que detergentes com forte capacidade de formação de espuma têm melhores efeitos de lavagem. Os resultados mostram que o efeito de lavagem não está diretamente relacionado à quantidade de espuma. Por exemplo, usar detergente com baixa formação de espuma para lavar não tem um efeito de lavagem pior do que um detergente com alta formação de espuma.
Embora a espuma não esteja diretamente relacionada à lavagem, ela ainda é útil para remover a sujeira em algumas situações. Por exemplo, a espuma do detergente líquido pode remover as gotas de óleo ao lavar a louça à mão. Ao esfregar o carpete, a espuma também pode remover partículas sólidas de sujeira, como poeira. A poeira representa uma grande parte da sujeira do carpete, portanto, o limpador de carpete deve ter certa capacidade de formação de espuma.
O poder de formação de espuma também é importante para o xampu. A espuma fina produzida pelo líquido ao lavar o cabelo ou tomar banho faz com que as pessoas se sintam confortáveis.
④ Tipos de fibras e propriedades físicas dos têxteis
Além da estrutura química das fibras afetar a adesão e a remoção da sujeira, a aparência das fibras e a estrutura organizacional dos fios e tecidos também influenciam na dificuldade de remoção da sujeira.
As escamas das fibras de lã e a estrutura plana das fibras de algodão são mais propensas a acumular sujeira do que as fibras lisas. Por exemplo, o negro de fumo aderido à película de celulose (película adesiva) é fácil de remover, enquanto o negro de fumo aderido ao tecido de algodão é difícil de lavar. Por exemplo, tecidos de poliéster de fibra curta são mais propensos a acumular manchas de óleo do que tecidos de fibra longa, e as manchas de óleo em tecidos de fibra curta também são mais difíceis de remover do que aquelas em tecidos de fibra longa.
Fios muito torcidos e tecidos apertados, devido aos pequenos microespaços entre as fibras, podem resistir à invasão de sujeira, mas também impedem que a solução de limpeza remova a sujeira interna. Portanto, tecidos apertados têm boa resistência à sujeira no início, mas também são difíceis de limpar depois de contaminados.
⑤ A dureza da água
A concentração de íons metálicos como Ca2+ e Mg2+ na água tem um impacto significativo no efeito de lavagem, especialmente quando surfactantes aniônicos encontram íons Ca2+ e Mg2+ para formar sais de cálcio e magnésio com baixa solubilidade, o que pode reduzir sua capacidade de limpeza. Mesmo que a concentração de surfactantes seja alta em água dura, seu efeito de limpeza ainda é muito pior do que na destilação. Para obter o melhor efeito de lavagem dos surfactantes, a concentração de íons Ca2+ na água deve ser reduzida para menos de 1 × 10-6mol/L (CaCO3 deve ser reduzido para 0,1mg/L). Isso requer a adição de vários amaciantes ao detergente.
Horário da publicação: 16/08/2024