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As 9 principais relações entre surfactantes e fábricas de tingimento

01 Tensão Superficial

A força que atua para contrair a superfície de um líquido por unidade de comprimento é chamada de tensão superficial, medida em N·m⁻¹.

02 Atividade de Superfície e Surfactantes

A propriedade que reduz a tensão superficial de um solvente é chamada de atividade superficial, e as substâncias que possuem essa propriedade são chamadas de substâncias tensoativas. Surfactantes são substâncias tensoativas que podem formar agregados em soluções aquosas, como micelas, e apresentam alta atividade superficial, além de funções como umectação, emulsificação, formação de espuma e lavagem.

03 Características da Estrutura Molecular dos Surfactantes

Surfactantes são compostos orgânicos com estruturas e propriedades especiais; eles podem alterar significativamente a tensão interfacial entre duas fases ou a tensão superficial de líquidos (geralmente água), exibindo propriedades como molhabilidade, formação de espuma, emulsificação e lavagem. Estruturalmente, os surfactantes compartilham uma característica comum de conter dois tipos diferentes de grupos dentro de suas moléculas: uma extremidade tem um grupo não polar de cadeia longa que é solúvel em óleo, mas insolúvel em água, conhecido como grupo hidrofóbico. Este grupo hidrofóbico é tipicamente um hidrocarboneto de cadeia longa, embora às vezes possa consistir em fluoretos orgânicos, silícios orgânicos, fosfinas orgânicas ou cadeias organoestânicas. A outra extremidade tem um grupo solúvel em água, conhecido como grupo hidrofílico. O grupo hidrofílico deve ter hidrofilicidade suficiente para garantir que todo o surfactante possa se dissolver em água e possuir a solubilidade necessária. Como os surfactantes contêm grupos hidrofílicos e hidrofóbicos, eles podem se dissolver em pelo menos uma fase do meio líquido. Essa natureza de dupla afinidade dos surfactantes é chamada de anfifilicidade.

04 Tipos de Surfactantes

Surfactantes são moléculas anfifílicas com grupos hidrofóbicos e hidrofílicos. O grupo hidrofóbico é geralmente composto por hidrocarbonetos de cadeia longa, como alcanos de cadeia linear (C8–C20), alcanos ramificados (C8–C20) ou alquilbenzenos (número de átomos de carbono de alquila 8–16). As diferenças nos grupos hidrofóbicos surgem principalmente de variações estruturais nas cadeias de carbono. No entanto, a diversidade de grupos hidrofílicos é muito maior, portanto, as propriedades dos surfactantes estão ligadas não apenas ao tamanho e à forma do grupo hidrofóbico, mas também em grande parte ao grupo hidrofílico. Os surfactantes podem ser classificados com base na estrutura do grupo hidrofílico, principalmente de acordo com se é iônico, dividindo-os em aniônicos, catiônicos, não iônicos, zwitteriônicos e outros tipos especiais de surfactantes.

05 Propriedades das Soluções Surfactantes

①Adsorção na Interface

As moléculas de surfactante contêm grupos hidrofílicos e hidrofóbicos. A água, sendo um líquido fortemente polar, quando os surfactantes se dissolvem nela, segue o princípio de "polaridades semelhantes se atraem; polaridades diferentes se repelem". Seu grupo hidrofílico interage com a água, tornando-a solúvel, enquanto seu grupo hidrofóbico repele a água e sai da fase aquosa, resultando na adsorção das moléculas (ou íons) de surfactante na camada interfacial, reduzindo assim a tensão interfacial entre as duas fases. Quanto mais moléculas (ou íons) de surfactante forem adsorvidas na interface, maior será a redução da tensão interfacial.

② Propriedades dos Filmes Adsorvidos

Pressão de Superfície do Filme Adsorvido: Os surfactantes formam filmes adsorvidos na interface gás-líquido. Por exemplo, colocar uma bóia deslizante sem atrito na interface de um líquido criará pressão contra a bóia quando a película for empurrada ao longo da superfície do líquido. Essa pressão é chamada de pressão de superfície.

Viscosidade da Superfície: Assim como a pressão da superfície, a viscosidade da superfície é uma propriedade exibida por filmes moleculares insolúveis. Ao suspender um anel de platina em um fio metálico fino de modo que ele toque a superfície da água em um tanque, girar o anel de platina demonstra a resistência devido à viscosidade da água. A decadência na amplitude observada pode medir a viscosidade da superfície; a diferença nas taxas de decaimento entre a água pura e aquela que contém o filme superficial fornece a viscosidade do filme superficial. A viscosidade da superfície está intimamente relacionada à firmeza do filme; como os filmes adsorvidos possuem pressão e viscosidade de superfície, eles necessariamente contêm elasticidade. Quanto maiores a pressão e a viscosidade da superfície do filme adsorvido, maior seu módulo de elasticidade.

③ Formação de Micelas

O comportamento dos surfactantes em soluções diluídas obedece às normas de solução ideal. A quantidade de surfactante adsorvida na superfície da solução aumenta à medida que a concentração da solução aumenta, até que uma determinada concentração seja atingida, após a qual a adsorção não aumenta mais. As moléculas de surfactante em excesso neste ponto são dispersas aleatoriamente ou existem de forma padronizada. Evidências práticas e teóricas indicam que elas formam agregados na solução, denominados micelas. A concentração mínima na qual os surfactantes começam a formar micelas é chamada de concentração micelar crítica (CMC).

06 Valor do Equilíbrio Hidrofílico-Lipofílico (HLB)

HLB, abreviação de Equilíbrio Hidrófilo-Lipófilo, indica o equilíbrio entre grupos hidrofílicos e lipofílicos em surfactantes. Um valor de HLB mais alto sugere forte hidrofilicidade e fraca lipofilicidade, enquanto o oposto é verdadeiro para valores baixos de HLB.

① Especificação dos valores HLB**:O valor de HLB é relativo; portanto, para estabelecer valores de HLB, o padrão para uma substância não hidrofílica, como a parafina, é definido como HLB = 0, enquanto o dodecil sulfato de sódio com forte solubilidade em água recebe HLB = 40. Portanto, os valores de HLB para surfactantes geralmente ficam entre 1 e 40. Surfactantes com valor de HLB menor que 10 são lipofílicos, e aqueles maiores que 10 são hidrofílicos. Portanto, o ponto de inflexão entre lipofilicidade e hidrofilicidade é em torno de 10. Os usos potenciais dos surfactantes podem ser inferidos aproximadamente a partir de seus valores de HLB.

HLB

Aplicações

HLB

Aplicações

1,5~3

Agentes antiespumantes do tipo A/O

8~18

Emulsificantes tipo O/A

3,5~6

Emulsificantes do tipo A/O

13~15

Detergentes

7~9

Agentes umectantes

15~18

Solubilizantes

De acordo com a tabela, os surfactantes adequados para uso como emulsificantes óleo-em-água têm um valor HLB de 3,5 a 6, enquanto aqueles para emulsificantes água-em-óleo ficam entre 8 e 18.

② Determinação dos valores de HLB (omitido).

07 Emulsificação e Solubilização

Uma emulsão é um sistema formado quando um líquido imiscível é disperso em outro na forma de partículas finas (gotículas ou cristais líquidos). O emulsificante, que é um tipo de surfactante, é essencial para estabilizar esse sistema termodinamicamente instável, diminuindo a energia interfacial. A fase presente na emulsão em forma de gotículas é chamada de fase dispersa (ou fase interna), enquanto a fase que forma uma camada contínua é chamada de meio de dispersão (ou fase externa).

① Emulsificantes e Emulsões

Emulsões comuns geralmente consistem em uma fase como água ou solução aquosa e a outra como uma substância orgânica, como óleos ou ceras. Dependendo de sua dispersão, as emulsões podem ser classificadas como água em óleo (A/O), onde o óleo é disperso em água, ou óleo em água (O/A), onde a água é dispersa em óleo. Além disso, emulsões complexas como A/O/A ou O/A/O podem existir. Emulsificantes estabilizam emulsões reduzindo a tensão interfacial e formando membranas monomoleculares. Um emulsificante deve adsorver ou acumular na interface para reduzir a tensão interfacial e transmitir cargas às gotículas, gerando repulsão eletrostática, ou formar uma película protetora de alta viscosidade ao redor das partículas. Consequentemente, as substâncias usadas como emulsificantes devem possuir grupos anfifílicos, que os surfactantes podem fornecer.

② Métodos de preparação de emulsões e fatores que influenciam a estabilidade

Existem dois métodos principais para preparar emulsões: os métodos mecânicos dispersam líquidos em pequenas partículas em outro líquido, enquanto o segundo método envolve a dissolução de líquidos na forma molecular em outro líquido e a sua agregação adequada. A estabilidade de uma emulsão refere-se à sua capacidade de resistir à agregação de partículas que leva à separação de fases. As emulsões são sistemas termodinamicamente instáveis ​​com maior energia livre, portanto, sua estabilidade reflete o tempo necessário para atingir o equilíbrio, ou seja, o tempo que um líquido leva para se separar da emulsão. Quando álcoois graxos, ácidos graxos e aminas graxas estão presentes na película interfacial, a resistência da membrana aumenta significativamente porque as moléculas orgânicas polares formam complexos na camada adsorvida, reforçando a membrana interfacial.

Emulsificantes compostos por dois ou mais surfactantes são chamados de emulsificantes mistos. Emulsificantes mistos adsorvem na interface água-óleo, e as interações moleculares podem formar complexos que reduzem significativamente a tensão interfacial, aumentando a quantidade de adsorbato e formando membranas interfaciais mais densas e resistentes.

Gotículas eletricamente carregadas influenciam notavelmente a estabilidade das emulsões. Em emulsões estáveis, as gotículas normalmente carregam uma carga elétrica. Quando emulsificantes iônicos são utilizados, a extremidade hidrofóbica dos surfactantes iônicos é incorporada à fase oleosa, enquanto a extremidade hidrofílica permanece na fase aquosa, transferindo carga às gotículas. Cargas semelhantes entre as gotículas causam repulsão e impedem a coalescência, o que aumenta a estabilidade. Assim, quanto maior a concentração de íons emulsificantes adsorvidos nas gotículas, maior sua carga e maior a estabilidade da emulsão.

A viscosidade do meio de dispersão também afeta a estabilidade da emulsão. Geralmente, meios com viscosidade mais alta melhoram a estabilidade porque impedem mais fortemente o movimento browniano das gotículas, diminuindo a probabilidade de colisões. Substâncias de alto peso molecular que se dissolvem na emulsão podem aumentar a viscosidade e a estabilidade do meio. Além disso, substâncias de alto peso molecular podem formar membranas interfaciais robustas, estabilizando ainda mais a emulsão. Em alguns casos, a adição de pós sólidos pode estabilizar emulsões de forma semelhante. Se as partículas sólidas forem totalmente umedecidas pela água e puderem ser umedecidas pelo óleo, elas serão retidas na interface água-óleo. Os pós sólidos estabilizam a emulsão, reforçando o filme à medida que se aglomeram na interface, de forma semelhante aos surfactantes adsorvidos.

Surfactantes podem aumentar significativamente a solubilidade de compostos orgânicos insolúveis ou pouco solúveis em água após a formação de micelas na solução. Nesse momento, a solução apresenta-se límpida, e essa capacidade é denominada solubilização. Surfactantes que promovem a solubilização são chamados de solubilizantes, enquanto os compostos orgânicos solubilizados são chamados de solubilatos.

08 Espuma

A espuma desempenha um papel crucial nos processos de lavagem. Espuma refere-se a um sistema dispersivo de gás disperso em líquido ou sólido, com gás como fase dispersa e líquido ou sólido como meio de dispersão, conhecido como espuma líquida ou espuma sólida, como plásticos de espuma, vidro de espuma e concreto de espuma.

(1) Formação de espuma

O termo espuma refere-se a um conjunto de bolhas de ar separadas por películas líquidas. Devido à considerável diferença de densidade entre o gás (fase dispersa) e o líquido (meio de dispersão), e à baixa viscosidade do líquido, as bolhas de gás sobem rapidamente à superfície. A formação de espuma envolve a incorporação de uma grande quantidade de gás ao líquido; as bolhas então retornam rapidamente à superfície, criando um agregado de bolhas de ar separadas por uma película líquida mínima. A espuma tem duas características morfológicas distintas: primeiro, as bolhas de gás frequentemente assumem uma forma poliédrica porque a fina película líquida na intersecção das bolhas tende a se tornar mais fina, levando, em última análise, à ruptura da bolha. Segundo, líquidos puros não podem formar espuma estável; pelo menos dois componentes devem estar presentes para criar uma espuma. Uma solução surfactante é um sistema típico de formação de espuma cuja capacidade de formação de espuma está ligada às suas outras propriedades. Surfactantes com boa capacidade de formação de espuma são chamados de agentes espumantes. Embora os agentes espumantes exibam boas capacidades de formação de espuma, a espuma que eles geram pode não durar muito, o que significa que sua estabilidade não é garantida. Para melhorar a estabilidade da espuma, podem ser adicionadas substâncias que melhoram a estabilidade; eles são chamados de estabilizantes, com estabilizantes comuns incluindo lauril dietanolamina e óxidos de dodecil dimetil amina.

(2) Estabilidade da espuma

A espuma é um sistema termodinamicamente instável; sua progressão natural leva à ruptura, reduzindo assim a área superficial total do líquido e diminuindo a energia livre. O processo de desespumação envolve o afinamento gradual da película de líquido, separando o gás até que ocorra a ruptura. O grau de estabilidade da espuma é influenciado principalmente pela taxa de drenagem do líquido e pela resistência da película de líquido. Os fatores de influência incluem:

① Tensão Superficial: Do ponto de vista energético, uma menor tensão superficial favorece a formação de espuma, mas não garante sua estabilidade. Uma baixa tensão superficial indica um diferencial de pressão menor, resultando em uma drenagem mais lenta do líquido e no espessamento da película líquida, ambos favorecendo a estabilidade.

② Viscosidade da Superfície: O fator-chave na estabilidade da espuma é a resistência do filme líquido, determinada principalmente pela robustez do filme de adsorção da superfície, medida pela viscosidade da superfície. Resultados experimentais indicam que soluções com alta viscosidade superficial produzem espuma mais duradoura devido ao aumento das interações moleculares no filme adsorvido, o que aumenta significativamente a resistência da membrana.

③ Viscosidade da solução: maior viscosidade no próprio líquido retarda a drenagem do líquido da membrana, prolongando assim a vida útil do filme líquido antes que ocorra a ruptura, melhorando a estabilidade da espuma.

④ Ação de "Reparo" da Tensão Superficial: Os surfactantes adsorvidos à membrana podem neutralizar a expansão ou contração da superfície do filme; isso é chamado de ação de reparo. Quando os surfactantes são adsorvidos ao filme líquido e expandem sua área superficial, a concentração de surfactante na superfície é reduzida e a tensão superficial é aumentada; por outro lado, a contração leva a um aumento da concentração de surfactante na superfície e, consequentemente, à redução da tensão superficial.

⑤ Difusão de Gás Através da Película Líquida: Devido à pressão capilar, bolhas menores tendem a ter uma pressão interna maior em comparação com bolhas maiores, levando à difusão do gás das bolhas menores para as maiores, fazendo com que as pequenas encolham e as maiores cresçam, resultando, em última análise, no colapso da espuma. A aplicação consistente de surfactantes cria bolhas uniformes e finamente distribuídas, inibindo a formação de espuma. Com os surfactantes compactados na película líquida, a difusão do gás é dificultada, aumentando assim a estabilidade da espuma.

⑥ Efeito da Carga Superficial: Se a película líquida da espuma possuir a mesma carga, as duas superfícies se repelirão, impedindo que a película se afine ou se rompa. Surfactantes iônicos podem proporcionar esse efeito estabilizador. Em resumo, a resistência da película líquida é o fator crucial que determina a estabilidade da espuma. Surfactantes que atuam como agentes espumantes e estabilizantes devem formar moléculas compactadas que sejam absorvidas pela superfície, pois isso impacta significativamente a interação molecular interfacial, aumentando a resistência da própria película superficial e, assim, impedindo que o líquido flua para longe da película vizinha, tornando a estabilidade da espuma mais acessível.

(3) Destruição da espuma

O princípio fundamental da destruição da espuma envolve a alteração das condições que produzem a espuma ou a eliminação dos fatores estabilizadores da espuma, levando a métodos físicos e químicos de desespumação. A desespumação física mantém a composição química da solução espumosa enquanto altera condições como perturbações externas, mudanças de temperatura ou pressão, bem como tratamento ultrassônico, todos métodos eficazes para eliminar a espuma. A desespumação química refere-se à adição de certas substâncias que interagem com os agentes espumantes para reduzir a resistência do filme líquido dentro da espuma, reduzindo a estabilidade da espuma e alcançando a desespumação. Essas substâncias são chamadas de antiespumantes, a maioria dos quais são surfactantes. Os antiespumantes normalmente possuem notável capacidade de reduzir a tensão superficial e podem adsorver facilmente às superfícies, com uma interação mais fraca entre as moléculas constituintes, criando assim uma estrutura molecular frouxamente organizada. Os tipos de antiespumantes são variados, mas geralmente são surfactantes não iônicos, com álcoois ramificados, ácidos graxos, ésteres de ácidos graxos, poliamidas, fosfatos e óleos de silicone comumente usados ​​como excelentes antiespumantes.

(4) Espuma e Limpeza

A quantidade de espuma não se correlaciona diretamente com a eficácia da limpeza; mais espuma não significa melhor limpeza. Por exemplo, surfactantes não iônicos podem produzir menos espuma do que sabão, mas podem ter capacidades de limpeza superiores. No entanto, em certas condições, a espuma pode auxiliar na remoção de sujeira; por exemplo, a espuma da lavagem de louças auxilia na remoção de gordura, enquanto a limpeza de carpetes permite que a espuma remova sujeira e contaminantes sólidos. Além disso, a espuma pode sinalizar a eficácia do detergente; o excesso de gordura frequentemente inibe a formação de bolhas, causando falta de espuma ou diminuindo a espuma existente, indicando baixa eficácia do detergente. Além disso, a espuma pode servir como um indicador da limpeza do enxágue, já que os níveis de espuma na água de enxágue geralmente diminuem com concentrações mais baixas de detergente.

09 Processo de Lavagem

Em termos gerais, a lavagem é o processo de remoção de componentes indesejados do objeto a ser limpo para atingir um objetivo específico. Em termos comuns, a lavagem refere-se à remoção de sujeira da superfície do suporte. Durante a lavagem, certas substâncias químicas (como detergentes) atuam para enfraquecer ou eliminar a interação entre a sujeira e o suporte, transformando a ligação entre a sujeira e o suporte em uma ligação entre sujeira e detergente, permitindo sua separação. Dado que os objetos a serem limpos e a sujeira a ser removida podem variar muito, a lavagem é um processo complexo, que pode ser simplificado na seguinte relação:

Transportador • Sujeira + Detergente = Transportador + Sujeira • Detergente. O processo de lavagem pode ser geralmente dividido em duas etapas:

1. A sujeira é separada do suporte sob a ação do detergente;

2. A sujeira separada é dispersa e suspensa no meio. O processo de lavagem é reversível, o que significa que a sujeira dispersa ou suspensa pode potencialmente se depositar novamente no item limpo. Assim, detergentes eficazes não só precisam ter a capacidade de separar a sujeira do suporte, mas também de dispersá-la e suspendê-la, evitando que ela se deposite novamente.

(1) Tipos de sujeira

Mesmo um único item pode acumular diferentes tipos, composições e quantidades de sujeira, dependendo do seu contexto de uso. A sujeira oleosa consiste principalmente em vários óleos animais e vegetais e óleos minerais (como petróleo bruto, óleo combustível, alcatrão de hulha, etc.); a sujeira sólida inclui partículas como fuligem, poeira, ferrugem e negro de fumo. Em relação à sujeira de roupas, ela pode se originar de secreções humanas como suor, sebo e sangue; manchas relacionadas a alimentos como frutas ou manchas de óleo e temperos; resíduos de cosméticos como batom e esmalte; poluentes atmosféricos como fumaça, poeira e terra; e manchas adicionais como tinta, chá e tinta. Essa variedade de sujeira geralmente pode ser categorizada em sólida, líquida e tipos especiais.

① Sujeira sólida: Exemplos comuns incluem partículas de fuligem, lama e poeira, a maioria das quais tende a ter cargas — frequentemente negativas — que aderem facilmente a materiais fibrosos. A sujeira sólida geralmente é menos solúvel em água, mas pode ser dispersa e suspensa em detergentes. Partículas menores que 0,1 μm podem ser particularmente difíceis de remover.

2 Sujeira Líquida: Inclui substâncias oleosas solúveis em óleo, incluindo óleos animais, ácidos graxos, álcoois graxos, óleos minerais e seus óxidos. Enquanto óleos animais e vegetais e ácidos graxos podem reagir com álcalis para formar sabões, álcoois graxos e óleos minerais não sofrem saponificação, mas podem ser dissolvidos por álcoois, éteres e hidrocarbonetos orgânicos, e podem ser emulsificados e dispersos por soluções detergentes. A sujeira oleosa líquida geralmente adere firmemente a materiais fibrosos devido a fortes interações.

③ Sujeira Especial: Esta categoria consiste em proteínas, amidos, sangue e secreções humanas, como suor e urina, além de sucos de frutas e chás. Esses materiais frequentemente se ligam firmemente às fibras por meio de interações químicas, tornando-as mais difíceis de remover. Vários tipos de sujeira raramente existem de forma independente; em vez disso, misturam-se e aderem coletivamente às superfícies. Muitas vezes, sob influências externas, a sujeira pode oxidar, decompor-se ou decair, produzindo novas formas de sujeira.

(2) Adesão de Sujeira

A sujeira adere a materiais como roupas e pele devido a certas interações entre o objeto e a sujeira. A força adesiva entre a sujeira e o objeto pode resultar de adesão física ou química.

① Adesão Física: A adesão de sujeira como fuligem, poeira e lama envolve, em grande parte, interações físicas fracas. Geralmente, esses tipos de sujeira podem ser removidos com relativa facilidade devido à sua adesão mais fraca, que decorre principalmente de forças mecânicas ou eletrostáticas.

R: Adesão mecânica**: normalmente se refere à sujeira sólida, como poeira ou areia, que adere por meios mecânicos e é relativamente fácil de remover, embora partículas menores, abaixo de 0,1 μm, sejam bem difíceis de limpar.

B: Adesão Eletrostática**: Envolve partículas de sujeira carregadas interagindo com materiais com cargas opostas; comumente, materiais fibrosos carregam cargas negativas, o que lhes permite atrair aderentes com carga positiva, como certos sais. Algumas partículas com carga negativa ainda podem se acumular nessas fibras por meio de pontes iônicas formadas por íons positivos na solução.

② Adesão Química: Refere-se à aderência da sujeira a um objeto por meio de ligações químicas. Por exemplo, sujeira sólida polar ou materiais como ferrugem tendem a aderir firmemente devido às ligações químicas formadas com grupos funcionais, como carboxila, hidroxila ou amina, presentes em materiais fibrosos. Essas ligações criam interações mais fortes, dificultando a remoção dessa sujeira; tratamentos especiais podem ser necessários para uma limpeza eficaz. O grau de adesão da sujeira depende tanto das propriedades da própria sujeira quanto das propriedades da superfície à qual ela adere.

(3) Mecanismos de remoção de sujeira

O objetivo da lavagem é eliminar a sujeira. Isso envolve a utilização das diversas ações físicas e químicas dos detergentes para enfraquecer ou eliminar a aderência entre a sujeira e os itens lavados, auxiliada por forças mecânicas (como esfregar manualmente, agitar a máquina de lavar ou impacto da água), resultando, em última análise, na separação da sujeira.

① Mecanismo de remoção de sujeira líquida

R: Umidade: A maior parte da sujeira líquida é oleosa e tende a molhar diversos itens fibrosos, formando uma película oleosa sobre suas superfícies. O primeiro passo da lavagem é a ação do detergente, que causa o molhamento da superfície.
B: Mecanismo de Enrolamento para Remoção de Óleo: A segunda etapa da remoção de sujeira líquida ocorre por meio de um processo de enrolamento. A sujeira líquida que se espalha como uma película na superfície rola progressivamente em gotículas devido à umedecimento preferencial da superfície fibrosa pelo líquido de lavagem, sendo finalmente substituída pelo líquido de lavagem.

② Mecanismo de remoção de sujeira sólida

Ao contrário da sujeira líquida, a remoção da sujeira sólida depende da capacidade do líquido de lavagem de umedecer tanto as partículas de sujeira quanto a superfície do material de suporte. A adsorção de surfactantes nas superfícies da sujeira sólida e do material de suporte reduz suas forças de interação, diminuindo assim a força de adesão das partículas de sujeira, tornando-as mais fáceis de remover. Além disso, surfactantes, especialmente surfactantes iônicos, podem aumentar o potencial elétrico da sujeira sólida e do material da superfície, facilitando a remoção posterior.

Surfactantes não iônicos tendem a adsorver em superfícies sólidas geralmente carregadas e podem formar uma camada adsorvida significativa, levando à redução da recolocação da sujeira. Surfactantes catiônicos, no entanto, podem reduzir o potencial elétrico da sujeira e da superfície de suporte, o que leva à diminuição da repulsão e dificulta a remoção da sujeira.

③ Remoção de Sujeira Especial

Detergentes comuns podem lidar com manchas persistentes de proteínas, amidos, sangue e secreções corporais. Enzimas como a protease podem remover manchas de proteína com eficácia, quebrando-as em aminoácidos solúveis ou peptídeos. Da mesma forma, amidos podem ser decompostos em açúcares pela amilase. Lipases podem ajudar a decompor impurezas de triacilglicerol, que muitas vezes são difíceis de remover por meios convencionais. Manchas de sucos de frutas, chá ou tinta às vezes requerem agentes oxidantes ou redutores, que reagem com os grupos geradores de cor para degradá-los em fragmentos mais solúveis em água.

(4) Mecanismo de Limpeza a Seco

Os pontos acima mencionados referem-se principalmente à lavagem com água. No entanto, devido à diversidade de tecidos, alguns materiais podem não responder bem à lavagem com água, levando à deformação, desbotamento da cor, etc. Muitas fibras naturais expandem quando molhadas e encolhem facilmente, levando a alterações estruturais indesejáveis. Portanto, a lavagem a seco, normalmente com solventes orgânicos, é frequentemente preferida para esses tecidos.

A lavagem a seco é mais suave em comparação com a lavagem a úmido, pois minimiza a ação mecânica que pode danificar as roupas. Para uma remoção eficaz da sujeira na lavagem a seco, ela é categorizada em três tipos principais:

① Sujeira solúvel em óleo: inclui óleos e gorduras, que se dissolvem facilmente em solventes de lavagem a seco.

② Sujeira solúvel em água: Este tipo pode se dissolver em água, mas não em solventes de lavagem a seco, compreendendo sais inorgânicos, amidos e proteínas, que podem cristalizar quando a água evapora.

③ Sujeira que não é solúvel em óleo nem em água: inclui substâncias como negro de fumo e silicatos metálicos que não se dissolvem em nenhum dos meios.

Cada tipo de sujeira requer estratégias diferentes para uma remoção eficaz durante a lavagem a seco. Sujeiras solúveis em óleo são removidas metodologicamente com solventes orgânicos devido à sua excelente solubilidade em solventes apolares. Para manchas solúveis em água, é necessária a presença de água suficiente no agente de limpeza a seco, pois ela é crucial para a remoção eficaz da sujeira. Infelizmente, como a água tem solubilidade mínima em agentes de limpeza a seco, surfactantes são frequentemente adicionados para ajudar a integrar a água.

Os surfactantes aumentam a capacidade do agente de limpeza de absorver água e ajudam a garantir a solubilização de impurezas solúveis em água dentro das micelas. Além disso, os surfactantes podem impedir a formação de novos depósitos de sujeira após a lavagem, aumentando a eficácia da limpeza. Uma pequena adição de água é essencial para remover essas impurezas, mas quantidades excessivas podem causar deformações no tecido, exigindo, portanto, um teor de água equilibrado nas soluções de lavagem a seco.

(5) Fatores que influenciam a ação de lavagem

A adsorção de surfactantes nas interfaces e a consequente redução da tensão interfacial são cruciais para a remoção de sujeira líquida ou sólida. No entanto, a lavagem é inerentemente complexa, influenciada por inúmeros fatores, mesmo entre tipos de detergentes semelhantes. Esses fatores incluem concentração do detergente, temperatura, propriedades da sujeira, tipos de fibras e estrutura do tecido.

① Concentração de Surfactantes: Micelas formadas por surfactantes desempenham um papel fundamental na lavagem. A eficiência da lavagem aumenta drasticamente quando a concentração ultrapassa a concentração micelar crítica (CMC), portanto, detergentes devem ser usados ​​em concentrações superiores à CMC para uma lavagem eficaz. No entanto, concentrações de detergente acima da CMC produzem retornos decrescentes, tornando o excesso de concentração desnecessário.

② Efeito da temperatura: A temperatura tem uma influência profunda na eficácia da limpeza. Geralmente, temperaturas mais altas facilitam a remoção da sujeira; no entanto, o calor excessivo pode ter efeitos adversos. Aumentar a temperatura tende a facilitar a dispersão da sujeira e também pode fazer com que a sujeira oleosa se emulsione mais facilmente. No entanto, em tecidos de trama fechada, o aumento da temperatura, que faz com que as fibras inchem, pode inadvertidamente reduzir a eficiência da remoção.

As flutuações de temperatura também afetam a solubilidade do surfactante, a CMC e a contagem de micelas, influenciando assim a eficiência da limpeza. Para muitos surfactantes de cadeia longa, temperaturas mais baixas reduzem a solubilidade, às vezes abaixo de sua própria CMC; portanto, um aquecimento adequado pode ser necessário para o funcionamento ideal. Os impactos da temperatura na CMC e nas micelas diferem entre surfactantes iônicos e não iônicos: o aumento da temperatura normalmente eleva a CMC dos surfactantes iônicos, exigindo, portanto, ajustes de concentração.

③ Espuma: Existe um equívoco comum que associa a capacidade de formação de espuma à eficácia da lavagem: mais espuma não significa lavagem superior. Evidências empíricas sugerem que detergentes com baixa formação de espuma podem ser igualmente eficazes. No entanto, a espuma pode auxiliar na remoção de sujeira em certas aplicações, como na lavagem de louças, onde ajuda a remover a gordura, ou na limpeza de carpetes, onde remove a sujeira. Além disso, a presença de espuma pode indicar se os detergentes estão funcionando; o excesso de gordura pode inibir a formação de espuma, enquanto a diminuição da espuma indica concentração reduzida de detergente.

④ Tipo de fibra e propriedades têxteis: Além da estrutura química, a aparência e a organização das fibras influenciam a adesão da sujeira e a dificuldade de remoção. Fibras com estruturas ásperas ou planas, como lã ou algodão, tendem a reter a sujeira mais facilmente do que fibras lisas. Tecidos com tramas muito fechadas podem inicialmente resistir ao acúmulo de sujeira, mas podem dificultar uma lavagem eficaz devido ao acesso limitado à sujeira retida.

⑤ Dureza da Água: As concentrações de Ca²⁺, Mg²⁺ e outros íons metálicos impactam significativamente os resultados da lavagem, especialmente para surfactantes aniônicos, que podem formar sais insolúveis que diminuem a eficácia da limpeza. Em água dura, mesmo com concentração adequada de surfactante, a eficácia da limpeza é inferior à da água destilada. Para um desempenho ideal do surfactante, a concentração de Ca²⁺ deve ser minimizada para abaixo de 1×10⁻⁶ mol/L (CaCO₃ abaixo de 0,1 mg/L), o que frequentemente exige a inclusão de agentes amaciadores de água nas formulações de detergentes.


Horário da postagem: 05/09/2024