1. Беттік керілу
Сұйықтық бетіндегі ұзындық бірлігіне келетін жиырылу күші N • m-1 өлшенетін беттік керілу деп аталады.
2. Беттік белсенділік және БАЗ
Еріткіштердің беттік керілуін төмендете алатын қасиетін беттік активтілік, ал беттік активті заттарды беттік белсенді заттар деп атайды.
Беттік-белсенді зат деп сулы ерітінділерде мицелла және басқа агрегаттар түзе алатын, беттік белсенділігі жоғары, сонымен қатар ылғалдандыру, эмульгациялау, көбік түзу, жуу және басқа да қызметтерді атқаратын беттік белсенді заттар жатады.
3. БАЗ-дың молекулалық құрылымдық сипаттамасы
Беттік-белсенді зат – екі фаза арасындағы фаза аралық керілуді немесе сұйықтықтардың (әдетте су) беттік керілуін айтарлықтай өзгерте алатын және сулану, көбіктену, эмульсиялау және жуу сияқты қасиеттерге ие, ерекше құрылымдары мен қасиеттері бар органикалық қосылыстар.
Құрылымдық тұрғыдан алғанда, беттік белсенді заттар молекулаларында екі түрлі функционалды топты қамтитын ортақ сипаттамаға ие. Бір ұшы мұнайда еритін, бірақ суда ерімейтін, гидрофобты топ немесе гидрофобты топ деп аталатын ұзын тізбекті полярлы емес топ. Бұл гидрофобты топтар негізінен ұзын тізбекті көмірсутектер, кейде сондай-ақ органикалық фтор, кремнийорганикалық, фосфорорганикалық, органотиндік тізбектер және т.б. Екінші ұшы суда еритін функционалды топ, атап айтқанда гидрофильді топ немесе гидрофильді топ. Гидрофильді топтың барлық беттік-белсенді заттың суда ерігіштігін және қажетті ерігіштігін қамтамасыз ету үшін жеткілікті гидрофильділігі болуы керек. Беттік белсенді заттардың құрамында гидрофильді және гидрофобты топтардың болуына байланысты олар сұйық фазаның кем дегенде бір фазасында еруі мүмкін. Беттік белсенді заттардың гидрофильдік және олеофильдік қасиеттері амфифилділік деп аталады.
4.БАЗ түрлері
Беттік белсенді заттар – гидрофобты және гидрофильді топтары бар амфифильді молекулалар. Беттік активті заттардың гидрофобты топтары негізінен түзу тізбекті алкил С8-С20, тармақталған алкил С8-С20, алкилфенил (8-16 алкил көміртегі атомдары бар) сияқты ұзын тізбекті көмірсутектерден тұрады. гидрофильді топтардың көбірек түрлері. Сондықтан беттік белсенді заттардың қасиеттері негізінен гидрофобты топтардың мөлшері мен пішінінен басқа гидрофильді топтарға байланысты. Гидрофильді топтардың құрылымдық өзгерістері гидрофобтық топтарға қарағанда көбірек, сондықтан беттік белсенді заттардың классификациясы негізінен гидрофильді топтардың құрылымына негізделген. Бұл жіктеу негізінен гидрофильді топтардың иондық болуына, оларды аниондық, катиондық, иондық емес, цвитериондық және басқа да беттік белсенді заттардың арнайы түрлеріне бөлуге негізделген.
5. Беттік белсенді заттың сулы ерітіндісінің сипаттамасы
① Интерфейстегі беттік белсенді заттардың адсорбциясы
Беттік белсенді зат молекулаларының липофильді және гидрофильді топтары бар, оларды амфифилді молекулалар етеді. Су – күшті полярлы сұйықтық. Беттік-активті заттар суда ерігенде полярлық ұқсастық және полярлық айырмашылықтарды тебу принципі бойынша олардың гидрофильді топтары су фазасына тартылып, суда ериді, ал липофильді топтар суды итеріп, суды тастап кетеді. Нәтижесінде беттік белсенді зат молекулалары (немесе иондар) екі фаза арасындағы шекарада адсорбцияланып, екі фаза арасындағы фазааралық керілуді азайтады. Беткейде беттік-активті заттардың молекулалары (немесе иондары) неғұрлым көп адсорбцияланса, соғұрлым фазааралық керілу азаяды.
② Адсорбциялық мембрананың кейбір қасиеттері
Адсорбциялық мембрананың беттік қысымы: беттік белсенді заттар газ-сұйықтық шекарасында адсорбциялық мембрана түзеді. Егер беткейге үйкеліссіз жылжымалы қалқымалы пластина қойылса және қалқымалы пластина адсорбциялық мембрананы ерітінді беті бойымен итерсе, мембрана қалқымалы пластинаға қысым жасайды, оны беттік қысым деп атайды.
Беттік тұтқырлық: Беттік қысым сияқты, беттік тұтқырлық ерімейтін молекулалық қабықшалар арқылы көрсетілетін қасиет. Жіңішке металл сыммен платина сақинасын іліңіз, оның жазықтығы раковинаның су бетіне жанасуын жасаңыз, платина сақинасын айналдырыңыз, платина сақинасына судың тұтқырлығы кедергі келтіреді және амплитудасы біртіндеп әлсірейді, оған сәйкес беттің тұтқырлығын өлшеуге болады. Әдіс: алдымен таза су бетінде тәжірибелер жүргізіп, амплитуданың әлсіреуін өлшеп, содан кейін беттік бет маскасы пайда болғаннан кейін әлсіреуді өлшеп, беткі бет маскасының тұтқырлығын екеуінің айырмашылығынан есептейді.
Бетінің тұтқырлығы беткі бет маскасының қаттылығымен тығыз байланысты. Адсорбциялық пленка беттік қысым мен тұтқырлыққа ие болғандықтан, ол серпімді болуы керек. Адсорбциялық мембрананың беттік қысымы мен тұтқырлығы неғұрлым жоғары болса, оның серпімділік модулі соғұрлым жоғары болады. Көбік тұрақтану процесінде беттік адсорбциялық пленканың серпімділік модулінің үлкен маңызы бар.
③ Мицеллалардың түзілуі
Беттік белсенді заттардың сұйылтылған ерітіндісі идеалды ерітінділердің заңдылықтарын сақтайды. Ерітінді бетіндегі беттік белсенді заттардың адсорбциялық мөлшері ерітінді концентрациясына қарай артады. Концентрация белгілі бір мәнге жеткенде немесе асқанда, адсорбция мөлшері бұдан былай өспейді. Ерітіндідегі бұл артық беттік белсенді зат молекулалары ретсіз немесе тұрақты түрде болады. Олардың ерітіндіде мицеллалар деп аталатын агрегаттар түзетінін тәжірибе де, теория да дәлелдеді.
Мицелланың критикалық концентрациясы: беттік белсенді заттардың ерітіндіде мицелла түзетін ең төменгі концентрациясы критикалық мицелла концентрациясы деп аталады.
④ Жалпы беттік белсенді заттың CMC мәні.
6. Гидрофильді және олеофильді тепе-теңдік мәні
HLB гидрофильді липофильді тепе-теңдікті білдіреді, ол беттік белсенді заттың гидрофильді және липофильді топтарының гидрофильді және липофильді тепе-теңдік мәндерін, яғни беттік белсенді заттың HLB мәнін білдіреді. Жоғары HLB мәні молекуланың күшті гидрофильділігін және әлсіз липофильділігін көрсетеді; Керісінше күшті липофильді және әлсіз гидрофильділікке ие.
① HLB мәні туралы ережелер
HLB мәні салыстырмалы шама болып табылады, сондықтан HLB мәнін тұжырымдау кезінде стандарт ретінде гидрофильді қасиеті жоқ парафиннің HLB мәні 0-ге тең, ал суда күшті ерігіштігі бар натрий додецил сульфатының HLB мәні 40-қа тең. Сондықтан БАЗ-ның HLB мәні жалпы алғанда 1-40 диапазонында болады. Жалпы айтқанда, HLB мәні 10-нан төмен эмульгаторлар липофильді, ал HLB мәні 10-нан жоғары эмульгаторлар гидрофильді болып табылады. Демек, липофильділіктен гидрофильділікке дейінгі бұрылыс нүктесі шамамен 10 болады.
7. Эмульгирлеу және еріту әсерлері
Бірі бөлшектердің (тамшылар немесе сұйық кристалдар) екіншісінде дисперсті болуы нәтижесінде түзілетін екі араласпайтын сұйықтар эмульсиялар деп аталады. Эмульсия түзген кезде екі сұйықтықтың арасындағы аралық аймақ ұлғаяды, бұл жүйені термодинамикалық тұрақсыз етеді. Эмульсияны тұрақтандыру үшін жүйенің фазааралық энергиясын азайту үшін үшінші компонент – эмульгаторды қосу қажет. Эмульгаторлар беттік белсенді заттарға жатады, олардың негізгі қызметі эмульгаторлар қызметін атқарады. Эмульсияда тамшылар болатын фаза дисперсті фаза (немесе ішкі фаза, үзіліссіз фаза), ал бір-бірімен қосылған басқа фаза дисперстік орта (немесе сыртқы фаза, үздіксіз фаза) деп аталады.
① Эмульгаторлар және эмульсиялар
Кәдімгі эмульсиялар судың немесе сулы ерітіндінің бір фазасынан және сумен араласпайтын органикалық қосылыстардың екінші фазасынан тұрады, мысалы, майлар, балауыздар және т.б. Су мен мұнайдан түзілетін эмульсияны дисперсиясына қарай екі түрге бөлуге болады: суда дисперсті мұнай мұнай эмульсиясында суды құрайды, O/W (oil) арқылы көрсетіледі; мұнайда дисперсті су мұнай эмульсиясындағы суды құрайды, W/O (су/май). Сонымен қатар, судағы мұнайдағы күрделі су С/О/В және мұнайдағы судағы мұнай O/W/O эмульсиялары да түзілуі мүмкін.
Эмульгатор бетаралық кернеуді азайту және бір қабатты бет маскасын қалыптастыру арқылы эмульсияны тұрақтандырады.
Эмульгаторларға қойылатын талаптар эмульгаторлар: а: эмульгаторлар екі фазаның шекарасында адсорбциялануы немесе байытылуы, фазааралық кернеуді төмендететін болуы керек; б: Эмульгаторлар бөлшектерге электр зарядын беріп, бөлшектер арасында электростатикалық итеруді тудыруы немесе бөлшектердің айналасында тұрақты, жоғары тұтқыр қорғаныс қабықшасын қалыптастыруы керек. Сонымен, эмульгаторлар ретінде қолданылатын заттардың эмульгаторлық әсерге ие болу үшін амфифильді топтары болуы керек, ал беттік белсенді заттар бұл талапты қанағаттандыра алады.
② Эмульсияларды дайындау әдістері және эмульсия тұрақтылығына әсер ететін факторлар
Эмульсияларды дайындаудың екі әдісі бар: бірі - сұйықты басқа сұйықтықтағы ұсақ бөлшектерге бөлу үшін механикалық әдістерді қолдану, бұл әдетте өнеркәсіпте эмульсияларды дайындау үшін қолданылады; Тағы бір әдіс - молекулалық күйдегі сұйықтықты басқа сұйықтықта еріту, содан кейін эмульсияны қалыптастыру үшін оның тиісті түрде біріктірілуіне мүмкіндік беру.
Эмульсиялардың тұрақтылығы олардың бөлшектердің агрегациясына қарсы тұру және фазалардың бөлінуін туғызу қабілетін білдіреді. Эмульсиялар маңызды бос энергиясы бар термодинамикалық тұрақсыз жүйелер. Демек, эмульсияның тұрақтылығы шын мәнінде жүйенің тепе-теңдікке жетуі үшін қажет уақытты білдіреді, яғни жүйедегі сұйықтықтың бөлінуіне қажет уақыт.
Бет маскасында майлы спирт, май қышқылы және майлы амин сияқты полярлы органикалық молекулалар болған кезде, мембрананың күші айтарлықтай артады. Себебі интерфейстік адсорбциялық қабаттағы эмульгатор молекулалары спирт, қышқыл және амин сияқты полярлы молекулалармен әрекеттесіп, «кешен» түзеді, бұл интерфейс бет маскасының беріктігін арттырады.
Екі немесе одан да көп беттік белсенді заттардан тұратын эмульгаторлар аралас эмульгаторлар деп аталады. Аралас эмульгаторлар су/май интерфейсінде адсорбцияланады, ал молекулааралық әрекеттесу комплекстер түзе алады. Күшті молекулааралық әсерлесудің арқасында фазааралық керілу айтарлықтай төмендейді, интерфейсте адсорбцияланған эмульгатордың мөлшері айтарлықтай артады, ал қалыптасқан бет аралық масканың тығыздығы мен беріктігі артады.
Эмульсиялардың тұрақтылығына тамшылардың заряды айтарлықтай әсер етеді. Тұрақты эмульсияларда әдетте электр зарядтары бар тамшылар болады. Иондық эмульгаторларды қолданғанда, интерфейсте адсорбцияланған эмульгатор иондары май фазасына өздерінің липофильді топтарын енгізеді, ал гидрофильді топтар су фазасында болады, осылайша тамшыларды зарядтайды. Эмульсияның тамшылары бірдей зарядты көтеретіндіктен, олар бір-бірін итереді және оңай агломерацияланбайды, нәтижесінде тұрақтылық артады. Эмульгатор иондары тамшыларға қаншалықты көп адсорбцияланса, соғұрлым олардың заряды арта түсетінін және тамшылардың бірігуін болдырмайтын қабілеттерінің жоғарылайтынын, эмульсия жүйесін тұрақты ететінін көруге болады.
Эмульсияның дисперсиялық ортасының тұтқырлығы эмульсияның тұрақтылығына белгілі бір әсер етеді. Әдетте дисперстік ортаның тұтқырлығы неғұрлым жоғары болса, эмульсияның тұрақтылығы соғұрлым жоғары болады. Себебі дисперсті ортаның тұтқырлығы жоғары, бұл сұйық тамшылардың броундық қозғалысына қатты кедергі жасайды, тамшылар арасындағы соқтығысуды баяулатады және жүйені тұрақты ұстайды. Әдетте эмульсияларда еритін полимерлі заттар жүйенің тұтқырлығын арттырып, эмульсияның тұрақтылығын күшейте алады. Сонымен қатар, полимер эмульсия жүйесін тұрақтырақ ете отырып, қатты интерфейсті бет маскасын құра алады.
Кейбір жағдайларда қатты ұнтақ қосу эмульсияны тұрақтандырады. Қатты ұнтақ мұнай мен судың қатты ұнтақтағы сулану қабілетіне байланысты суда, мұнайда немесе интерфейсте болмайды. Егер қатты ұнтақ сумен толығымен суланбаса және оны маймен сулануы мүмкін болса, ол су майының интерфейсінде қалады.
Қатты ұнтақтың эмульсияны тұрақтандырмауының себебі, интерфейсте жиналған ұнтақ интерфейстің адсорбциялық эмульгатор молекулаларына ұқсас интерфейстік бет маскасын күшейтпейді. Сондықтан қатты ұнтақ бөлшектері интерфейсте неғұрлым жақын орналасса, эмульсия соғұрлым тұрақты болады.
Беттік-активті заттардың сулы ерітіндіде мицелла түзгеннен кейін суда ерімейтін немесе аз еритін органикалық қосылыстардың ерігіштігін айтарлықтай арттыруға қабілетті және бұл кезде ерітінді мөлдір болады. Мицеллалардың бұл әсері еріту деп аталады. Еріткіш әсер тудыратын беттік белсенді заттар еріткіштер, ал еріген органикалық қосылыстар еріген қосылыстар деп аталады.
8. Көбік
Жуу процесінде көбік маңызды рөл атқарады. Көбік газ сұйық немесе қатты күйде дисперсиялық жүйеге жатады. Газ - дисперсиялық фаза, ал сұйық немесе қатты - дисперсиялық орта. Біріншісі сұйық көбік деп аталады, ал екіншісі қатты көбік деп аталады, мысалы, пенопласт, пенопласт, көбік цемент, т.б.
(1) Көбіктің пайда болуы
Мұндағы көбік сұйық пленкамен бөлінген көпіршіктердің агрегациясын білдіреді. Дисперсті фаза (газ) мен дисперстік орта (сұйық) арасындағы тығыздықтың үлкен айырмашылығына және сұйықтықтың төмен тұтқырлығына байланысты көбік әрқашан сұйық деңгейіне тез көтеріле алады.
Көбік түзу процесі сұйықтыққа көп мөлшерде газ әкелу, ал сұйықтықтағы көпіршіктер сұйық бетіне тез оралып, сұйық пен газдың аз мөлшерімен бөлінген көпіршікті агрегатты құрайды.
Көбіктің морфологияда екі таңғажайып сипаттамасы бар: бірі дисперсті фаза ретінде көпіршіктер көбінесе көп қырлы болады, өйткені көпіршіктердің қиылысында сұйық қабықшаның жіңішкеру үрдісі бар, көпіршіктер көп қырлы болады. Сұйық пленка белгілі бір дәрежеде жұқа болған кезде, көпіршіктер үзіледі; Екіншіден, таза сұйықтық тұрақты көбік түзе алмайды, бірақ көбік түзе алатын сұйықтық кем дегенде екі немесе одан да көп құрамдас бөліктерден тұрады. Беттік белсенді заттың сулы ерітіндісі көбік түзетін қарапайым жүйе болып табылады және оның көбік түзу қабілеті де басқа қасиеттерге байланысты.
Көбік түзу қабілеті жақсы беттік белсенді заттар көбік түзуші деп аталады. Көбік түзетін заттың көбік беру қабілеті жақсы болғанымен, түзілген көбік ұзақ уақыт сақтай алмауы, яғни оның тұрақтылығы жақсы болмауы мүмкін. Көбіктің тұрақтылығын сақтау үшін көбік түзеткіш деп аталатын көбік түзушіге көбіктің тұрақтылығын арттыра алатын зат қосылады. Жиі қолданылатын көбік тұрақтандырғыштары лауроил диэтаноламин және додецил диметиламин оксиді болып табылады.
(2) Көбіктің тұрақтылығы
Көбік термодинамикалық тұрақсыз жүйе болып табылады және соңғы тенденция жүйедегі сұйықтықтың жалпы беті азаяды және көпіршік үзілгеннен кейін бос энергия азаяды. Көбікті кетіру процесі - бұл газды бөлетін сұйық қабық жарылғанға дейін қалыңдығын өзгертетін процесс. Сондықтан көбіктің тұрақтылығы негізінен сұйықтықтың ағу жылдамдығымен және сұйық қабықтың беріктігімен анықталады. Басқа да бірнеше әсер ететін факторлар бар.
① Беттік керілу
Энергетикалық тұрғыдан алғанда, төменгі беттік керілу көбіктің пайда болуына қолайлырақ, бірақ ол көбіктің тұрақтылығына кепілдік бере алмайды. Төмен беттік керілу, төмен қысым айырмашылығы, сұйықтықтың баяу ағу жылдамдығы және сұйық қабықтың баяу жұқаруы көбіктің тұрақтылығына ықпал етеді.
② Беттік тұтқырлық
Көбіктің тұрақтылығын анықтайтын негізгі фактор сұйық қабықшаның беріктігі болып табылады, ол негізінен беттік тұтқырлықпен өлшенетін беттік адсорбциялық қабықтың қаттылығымен анықталады. Тәжірибе көрсеткендей, бетінің тұтқырлығы жоғары ерітіндіден алынған көбік ұзақ қызмет етеді. Себебі бетіндегі адсорбцияланған молекулалар арасындағы өзара әрекеттесу мембрана беріктігінің артуына әкеледі, осылайша көбіктің қызмет ету мерзімі жақсарады.
③ Ерітінді тұтқырлығы
Сұйықтықтың тұтқырлығының өзі жоғарылағанда, сұйық қабықтағы сұйықтықты босату оңай емес, ал сұйық қабықшаның қалыңдығын жұқарту жылдамдығы баяу, бұл сұйық қабықтың үзілу уақытын кешіктіреді және көбіктің тұрақтылығын арттырады.
④ Беттік керілудің «жөндеу» әсері
Сұйық қабықшаның бетіне адсорбцияланған беттік-активті заттардың сұйық қабықша бетінің кеңеюіне немесе жиырылуына қарсы тұру қабілеті бар, оны біз жөндеу эффектісі деп атаймыз. Себебі бетінде адсорбцияланған беттік белсенді заттардың сұйық қабықшасы болады және оның бетінің ауданын кеңейту беттік адсорбцияланған молекулалардың концентрациясын азайтады және беттік керілуді арттырады. Бетті одан әрі кеңейту көп күш жұмсауды талап етеді. Керісінше, бетінің кішіреюі бетіндегі адсорбцияланған молекулалардың концентрациясын арттырады, беттік керілуді азайтады және одан әрі жиырылуын тежейді.
⑤ Сұйық қабық арқылы газдың диффузиясы
Капиллярлық қысымның болуына байланысты көбіктегі ұсақ көпіршіктердің қысымы үлкен көпіршіктерге қарағанда жоғары болады, бұл ұсақ көпіршіктердегі газдың сұйық қабықша арқылы төмен қысымды үлкен көпіршіктерге диффузиялануын тудырады, нәтижесінде кішкентай көпіршіктер кішірейеді, үлкен көпіршіктер үлкейеді, ақырында көбік үзіледі. Егер беттік белсенді зат қосылса, көбік көбіктену кезінде біркелкі және тығыз болады және көбікті кетіру оңай емес. Беттік белсенді зат сұйық қабықшада тығыз орналасқандықтан, оны желдету қиын, бұл көбікті тұрақты етеді.
⑥ Беттік зарядтың әсері
Көбік сұйық қабықшасы бірдей таңбамен зарядталған болса, сұйық қабықтың екі беті бір-біріне кері итермелеп, сұйық қабықтың жұқаруына немесе тіпті жойылуына жол бермейді. Иондық беттік белсенді заттар бұл тұрақтандырғыш әсерді қамтамасыз ете алады.
Қорытындылай келе, сұйық қабықтың беріктігі көбіктің тұрақтылығын анықтаудың негізгі факторы болып табылады. Көбік түзетін агенттер мен көбік тұрақтандырғыштары үшін беттік белсенді зат ретінде беттік адсорбцияланған молекулалардың тығыздығы мен қаттылығы ең маңызды факторлар болып табылады. Бетіндегі адсорбцияланған молекулалар арасындағы өзара әрекеттесу күшті болған кезде, адсорбцияланған молекулалар тығыз орналасады, бұл беткі бет маскасының өзін жоғары беріктікке ие етіп қана қоймайды, сонымен қатар беткі бет маскасына іргелес ерітіндінің бетінің тұтқырлығының жоғары болуына байланысты ағуды қиындатады, сондықтан сұйықтық пленкасына салыстырмалы түрде қиын, сұйықтықтың қалыңдығын сақтау оңай. Сонымен қатар, тығыз орналасқан беттік молекулалар да газ молекулаларының өткізгіштігін төмендетеді және осылайша көбіктің тұрақтылығын арттырады.
(3) Көбіктің жойылуы
Көбікті жоюдың негізгі принципі көбік өндіру шарттарын өзгерту немесе көбіктің тұрақтылық факторларын жою болып табылады, сондықтан көбікті жоюдың екі әдісі бар, физикалық және химиялық.
Физикалық көбік кетіру – көбік ерітіндісінің химиялық құрамын өзгеріссіз сақтай отырып, көбік түзілетін жағдайларды өзгерту. Мысалы, сыртқы күштің бұзылуы, температура немесе қысымның өзгеруі және ультрадыбыстық өңдеу көбікті жоюдың тиімді физикалық әдістері болып табылады.
Химиялық көбікті кетіру әдісі көбік түзетін агентпен әрекеттесу үшін кейбір заттарды қосу, көбіктегі сұйық қабықтың беріктігін төмендету, содан кейін көбікті кетіру мақсатына жету үшін көбіктің тұрақтылығын төмендету. Мұндай заттар көбіксіздендіргіштер деп аталады. Көбік кетіргіштердің көпшілігі беттік белсенді заттар болып табылады. Сондықтан көбікті кетіру механизміне сәйкес көбіксіздендіргіштер беттік керілуді төмендететін күшті қабілетке ие болуы керек, бетке оңай адсорбциялануы және беттік адсорбцияланған молекулалар арасында әлсіз әрекеттесу болуы керек, нәтижесінде адсорбцияланған молекулалардың салыстырмалы түрде бос орналасу құрылымы болады.
Көбіксіздендіргіштердің әртүрлі түрлері бар, бірақ олар негізінен иондық емес беттік белсенді заттар. Ионды емес беттік белсенді заттардың бұлттылық нүктесіне жақын немесе одан жоғары көбіктенуге қарсы қасиеттері бар және әдетте көбік кетіргіштер ретінде қолданылады. Спирттер, әсіресе тармақталған құрылымдары бар май қышқылдары мен эфирлері, полиамидтер, фосфаттар, силикон майлары және т.б., сондай-ақ тамаша көбік кетіргіштер ретінде жиі қолданылады.
(4) Көбік пен жуу
Көбік пен жуу әсері арасында тікелей байланыс жоқ және көбік мөлшері жуу әсері жақсы немесе жаман дегенді білдірмейді. Мысалы, иондық емес беттік белсенді заттардың көбік түзу қасиеті сабыннан әлдеқайда төмен, бірақ олардың тазалау қабілеті сабыннан әлдеқайда жақсы.
Кейбір жағдайларда көбік кірді кетіруге көмектеседі. Мысалы, үйде ыдыс-аяқты жуу кезінде жуғыш заттың көбігі шайылған май тамшыларын кетіруі мүмкін; Кілемді сүрту кезінде көбік шаң мен ұнтақ сияқты қатты кірді кетіруге көмектеседі. Сонымен қатар, көбік кейде жуғыш заттың тиімді екенін көрсететін белгі ретінде пайдаланылуы мүмкін, өйткені майлы май дақтары жуғыш зат көбігін тежей алады. Тым көп май дақтары және тым аз жуғыш зат болса, көбік болмайды немесе бастапқы көбік жоғалады. Кейде көбікті шаюдың тазалығының көрсеткіші ретінде де қолдануға болады. Шаю ерітіндісіндегі көбік мөлшері жуғыш зат мөлшері азайған сайын азаюға бейім болғандықтан, шаю дәрежесін көбік мөлшері арқылы бағалауға болады.
9. Жуу процесі
Кең мағынада жуу – жуылатын объектінің қажетсіз компоненттерін алып тастау және белгілі бір мақсатқа жету процесі. Кәдімгі мағынада жуу тасымалдаушының бетінен кірді кетіру процесін білдіреді. Жуу кезінде кір мен тасымалдаушы арасындағы өзара әрекеттесу кейбір химиялық заттардың (мысалы, жуғыш заттар) әсерінен әлсірейді немесе жойылады, кір мен тасымалдаушы комбинациясын кір мен жуғыш заттың қосындысына айналдырады, сайып келгенде, кір мен тасымалдағыштың ажырап кетуіне әкеледі. Жуылатын заттар мен тазартылатын кір әртүрлі болғандықтан, жуу өте күрделі процесс және жуудың негізгі процесін келесі қарапайым қатынас арқылы көрсетуге болады.
Тасымалдаушы • Кір+Жуу құралы=Тасымалдаушы+Кір • Жуғыш зат
Жуу процесін әдетте екі кезеңге бөлуге болады: бірі кірді және оны жуғыш заттың әсерінен тасымалдаушыны бөлу; Екіншісі, бөлінген кірдің ортада дисперсті және ілулі болуы. Жуу процесі қайтымды процесс болып табылады және ортада шашыраған немесе тоқтатылған кір де ортадан кірге қайта түсуі мүмкін. Демек, тамаша жуғыш зат тек кірді тасымалдаушыдан ажыратып қана қоймай, сонымен қатар ластануды таратып, тоқтата тұру қабілетіне ие болуы керек және кірдің қайтадан жиналуын болдырмайды.
(1) Ластану түрлері
Тіпті бір элемент үшін кірдің түрі, құрамы және мөлшері пайдалану ортасына байланысты өзгереді. Майлы дене кіріне негізінен жануар және өсімдік майлары, сондай-ақ минералды майлар (мысалы, шикі мұнай, мазут, көмір шайыры, т.б.), ал қатты кірге негізінен түтін, шаң, тот, көміртекті қара және т.б. кіреді. Киімнің кіріне келетін болсақ, адам ағзасынан кір, мысалы, тер, май, қан және т.б.; Жеміс дақтары, жеуге жарамды май дақтары, дәмдеуіштер дақтары, крахмал және т.б. сияқты тағамның кірі; Косметика әкелген кір, мысалы, ерін далабы мен лак; Атмосфераның ластануы, мысалы, түтін, шаң, топырақ және т.б.; Басқа материалдар сия, шай, бояу, т.б. Түрлі және сан алуан түрлері бар деп айтуға болады.
Ластанудың әртүрлі түрлерін әдетте үш санатқа бөлуге болады: қатты кір, сұйық кір және арнайы кір.
① Жалпы қатты кірге күл, балшық, топырақ, тот және қара көміртек сияқты бөлшектер кіреді. Бұл бөлшектердің көпшілігінің беттік заряды бар, негізінен теріс және талшықты заттарға оңай адсорбцияланады. Жалпы, қатты кірді суда еріту қиын, бірақ оны жуғыш зат ерітінділері арқылы шашыратып, суспензиялауға болады. Ұсақ бөлшектері бар қатты кірді кетіру қиын.
② Сұйық кір негізінен майда ериді, соның ішінде жануарлар мен өсімдік майлары, май қышқылдары, май спирттері, минералды майлар және олардың оксидтері. Олардың ішінде жануар және өсімдік майлары, май қышқылдары сілтілермен сабындана алады, ал майлы спирттер мен минералды майлар сілтімен сабындалмайды, ал спирттерде, эфирлерде, көмірсутекті органикалық еріткіштерде еріп, жуғыш заттың сулы ерітінділерімен эмульсияланып, дисперсиялануы мүмкін. Майда еритін сұйық кір, әдетте, талшықты заттармен күшті әсерлесу күші бар және талшықтарға берік адсорбцияланады.
③ Арнайы кірге ақуыз, крахмал, қан, тер, май, зәр сияқты адам секрециялары, сондай-ақ жеміс шырыны, шай шырыны және т.б. жатады. Бұл кір түрлерінің көпшілігі химиялық реакциялар арқылы талшықты заттарға қатты сіңіп кетуі мүмкін. Сондықтан оны жуу өте қиын.
Ластанудың әртүрлі түрлері сирек кездеседі, олар жиі араласады және заттарға адсорбцияланады. Кір кейде сыртқы әсерлердің әсерінен тотығуы, ыдырауы немесе ыдырауы мүмкін, нәтижесінде жаңа кірдің пайда болуы мүмкін.
(2) Кірдің адгезиялық әсері
Киімнің, қолдың және т.б. кірленуінің себебі, заттар мен кірдің арасында қандай да бір өзара әрекеттесу бар. Кірдің заттарға әртүрлі адгезиялық әсерлері бар, бірақ олар негізінен физикалық адгезия және химиялық адгезия болып табылады.
① Темекі күлінің, шаңның, тұнбаның, қара көміртектің және басқа заттардың киімге физикалық жабысуы. Жалпы айтқанда, жабысқан кір мен ластанған объект арасындағы өзара әрекеттесу салыстырмалы түрде әлсіз және кірді кетіру де салыстырмалы түрде оңай. Әртүрлі күштерге сәйкес ластанудың физикалық адгезиясын механикалық адгезия және электростатикалық адгезия деп бөлуге болады.
A: Механикалық адгезия негізінен шаң мен шөгінді сияқты қатты кірдің адгезиясын білдіреді. Механикалық адгезия - қарапайым механикалық әдістермен дерлік жойылатын ластану үшін әлсіз адгезия әдісі. Дегенмен, кірдің бөлшектерінің мөлшері аз болса (<0,1um), оны жою қиынырақ.
B: Электростатикалық адгезия негізінен зарядталған ластанған бөлшектердің зарядтары қарама-қарсы заттарға әсер етуінен көрінеді. Талшықты заттардың көпшілігі суда теріс зарядты алып жүреді және әк сияқты оң зарядталған кірмен оңай жабысады. Кейбір кірлер, мысалы, сулы ерітінділердегі көміртегі қара бөлшектері сияқты теріс зарядты болса да, судағы оң иондар (мысалы, Ca2+, Mg2+ және т.
Статикалық электр тогы қарапайым механикалық әрекетке қарағанда күштірек, бұл ластануды кетіруді салыстырмалы түрде қиындатады.
③ Арнайы кірді кетіру
Ақуыз, крахмал, адам секрециясы, жеміс шырыны, шай шырыны және басқа да ластану түрлерін жалпы беттік белсенді заттармен жою қиын және арнайы өңдеу әдістерін қажет етеді.
Кілегей, жұмыртқа, қан, сүт және тері экскрециясы сияқты ақуыз дақтары талшықтардағы коагуляцияға және денатурацияға бейім және қаттырақ жабысады. Протеин ластануы үшін оны жою үшін протеазды қолдануға болады. Протеаза кірдегі ақуыздарды суда еритін аминқышқылдарына немесе олигопептидтерге ыдыратуы мүмкін.
Крахмал дақтары негізінен тағамнан келеді, ал басқалары ет шырындары, паста және т.б. Крахмал ферменттері крахмал дақтарының гидролизіне каталитикалық әсер етіп, крахмалды қантқа ыдыратады.
Липаз триглицеридтерді еритін глицерин мен май қышқылдарына ыдырату үшін адам ағзасынан бөлінетін май, тағамдық майлар және т.б. сияқты қарапайым әдістермен жою қиын кейбір триглицеридтердің ыдырауын катализдей алады.
Жеміс шырыны, шай шырыны, сия, ерін далабы және т.б. кейбір түсті дақтарды бірнеше рет жуудан кейін де мұқият тазалау жиі қиын. Бұл түрдегі дақтарды тотықтырғыштарды немесе хромофор немесе хромофор топтарының құрылымын бұзатын және суда еритін кішірек құрамдастарға ыдырататын ағартқыш сияқты тотықсыздандырғыштарды қолдану арқылы тотығу-тотықсыздану реакциялары арқылы кетіруге болады.
Құрғақ тазалау тұрғысынан кірдің шамамен үш түрі бар.
① Майда еритін кірге сұйық немесе майлы және құрғақ тазалау еріткіштерінде еритін түрлі майлар мен майлар жатады.
② Суда еритін кір су ерітіндісінде ериді, бірақ құрғақ тазалау құралдарында ерімейді. Ол сулы ерітінді түрінде киімге адсорбцияланады, су буланғаннан кейін бейорганикалық тұздар, крахмал, белоктар және т.б. түйіршікті қатты заттар тұнбаға түседі.
③ Майлы суда ерімейтін кір суда да, көміртегі қарасы, әртүрлі металл силикаттары және оксидтер сияқты құрғақ тазалау еріткіштерінде де ерімейді.
Әртүрлі кір түрлерінің әртүрлі қасиеттеріне байланысты, құрғақ тазалау процесінде кірді кетірудің әртүрлі әдістері бар. Жануарлар мен өсімдік майлары, минералды майлар және майлар сияқты майда еритін кірлер органикалық еріткіштерде оңай ериді және химиялық тазалау кезінде оңай жойылады. Май мен майға арналған құрғақ тазалау еріткіштерінің тамаша ерігіштігі негізінен молекулалар арасындағы ван дер-Ваальс күштеріне байланысты.
Бейорганикалық тұздар, қанттар, белоктар, тер және т.б. сияқты суда еритін кірді кетіру үшін, сондай-ақ құрғақ тазалау құралына тиісті мөлшерде су қосу керек, әйтпесе суда еритін кірді киімнен тазалау қиын. Бірақ құрғақ тазалау құралдарында суды еріту қиын, сондықтан судың мөлшерін көбейту үшін беттік белсенді заттарды қосу керек. Құрғақ тазалау құралдарының құрамындағы су кірді және киімнің бетін ылғалдандырады, бұл беттік белсенді заттардың полярлық топтарымен әрекеттесуді жеңілдетеді, бұл беттік белсенді заттардың бетке адсорбциясы үшін пайдалы. Сонымен қатар, беттік-белсенді заттар мицелла түзген кезде, суда еритін кір мен су мицеллаға ерітіледі. Беттік-белсенді заттар құрғақ тазалау еріткіштеріндегі судың құрамын арттырып қана қоймайды, сонымен қатар тазалау әсерін күшейту үшін кірдің қайта шөгуіне жол бермейді.
Суда еритін кірді кетіру үшін аз мөлшерде судың болуы қажет, бірақ шамадан тыс су кейбір киімдердің деформациялануына, мыжылуына және т.б. тудыруы мүмкін, сондықтан құрғақ жуғыш заттағы су мөлшері қалыпты болуы керек.
Күл, балшық, топырақ және суда ерімейтін және майда ерімейтін көміртегі қара сияқты қатты бөлшектер әдетте электростатикалық адсорбция немесе май дақтарымен біріктіру арқылы киімге жабысады. Химиялық тазалау кезінде еріткіштердің ағыны мен әсері электростатикалық күштермен адсорбцияланған кірдің түсіп кетуіне әкелуі мүмкін, ал құрғақ тазалау құралдары май дақтарын ерітіп, май дақтарымен қосылып, киімге жабысатын қатты бөлшектердің құрғақ тазалау құралынан түсіп кетуіне әкелуі мүмкін. Құрғақ тазалау құралының құрамындағы су мен беттік белсенді заттардың аз мөлшері түсіп кететін қатты кір бөлшектерін тұрақты түрде тоқтатып, таратып, олардың киімге қайтадан түсуіне жол бермейді.
(5) Жуу әсеріне әсер ететін факторлар
Беткейде беттік белсенді заттардың бағытталған адсорбциясы және беттік (фазааралық) керілудің төмендеуі сұйық немесе қатты ластануды жоюдың негізгі факторлары болып табылады. Бірақ жуу процесі салыстырмалы түрде күрделі, тіпті бір түрдегі жуғыш заттың жуу әсеріне көптеген басқа факторлар әсер етеді. Бұл факторларға жуғыш заттың концентрациясы, температура, кірдің табиғаты, талшық түрі және матаның құрылымы жатады.
① Беттік белсенді заттардың концентрациясы
Жуу процесінде ерітіндідегі беттік белсенді заттардың мицеллалары маңызды рөл атқарады. Концентрация критикалық мицелла концентрациясына (смc) жеткенде, жуу әсері күрт артады. Сондықтан жақсы жуу әсеріне қол жеткізу үшін еріткіштегі жуғыш заттың концентрациясы CMC мәнінен жоғары болуы керек. Алайда, беттік белсенді заттардың концентрациясы CMC мәнінен асқанда, жоғарылататын жуу әсері азырақ болады және БАЗ концентрациясының шамадан тыс жоғарылауы қажет емес.
Май дақтарын кетіру үшін ерітуді пайдаланған кезде, концентрация CMC мәнінен жоғары болса да, еріту әсері БАЗ концентрациясының жоғарылауымен әлі де артады. Бұл кезде кір көп болатын киімнің манжеттері мен жағалары сияқты жуғыш затты жергілікті жерде қолданған жөн. Жуу кезінде беттік белсенді заттардың май дақтарына еріту әсерін жақсарту үшін алдымен жуғыш зат қабатын қолдануға болады.
② Температура тазалау әсеріне айтарлықтай әсер етеді. Тұтастай алғанда, температураны арттыру кірді кетіру үшін пайдалы, бірақ кейде шамадан тыс температура да жағымсыз факторларды тудыруы мүмкін.
Температураның жоғарылауы кірдің таралуына пайдалы. Температура олардың балқу температурасынан жоғары болған кезде қатты май дақтары оңай эмульсияланады, ал талшықтар да температураның жоғарылауына байланысты олардың кеңею дәрежесін арттырады. Бұл факторлардың барлығы кірді кетіру үшін пайдалы. Дегенмен, тығыз маталар үшін талшықтар кеңеюінен кейін талшықтар арасындағы микро саңылаулар азаяды, бұл кірді кетіруге қолайлы емес.
Температураның өзгеруі беттік белсенді заттардың ерігіштігіне, CMC мәніне және мицелла өлшеміне де әсер етеді, осылайша жуу әсеріне әсер етеді. Ұзын көміртекті тізбегі беттік белсенді заттардың төмен температурада ерігіштігі төмен, ал кейде CMC мәнінен де ерігіштігі төмен. Бұл жағдайда жуу температурасын тиісті түрде арттыру керек. Температураның CMC мәні мен мицелла өлшеміне әсері иондық және иондық емес беттік белсенді заттар үшін әртүрлі. Иондық беттік белсенді заттар үшін температураның жоғарылауы жалпы алғанда CMC мәнінің жоғарылауына және мицелла мөлшерінің төмендеуіне әкеледі. Бұл жуу ерітіндісінде беттік белсенді заттардың концентрациясын арттыру керек дегенді білдіреді. Иондық емес беттік-белсенді заттар үшін температураның жоғарылауы олардың ЦМС мәнін төмендетуге және мицелла өлшемдерінің айтарлықтай ұлғаюына әкеледі. Температураның сәйкес жоғарылауы иондық емес беттік белсенді заттардың беттік белсенділігін көрсетуге көмектесетінін көруге болады. Бірақ температура бұлттылық нүктесінен аспауы керек.
Қысқасы, ең қолайлы жуу температурасы жуғыш заттың формуласына және жуылатын затқа байланысты. Кейбір жуғыш заттардың бөлме температурасында жақсы тазалау әсерлері бар, ал кейбір жуғыш заттардың суық және ыстық жууға арналған тазалау әсерлері айтарлықтай ерекшеленеді.
③ Көбік
Адамдар көбіне көбік түзу қабілетін жуу әсерімен шатастырады, өйткені көбік түзу қабілеті күшті жуғыш заттардың жуу әсері жақсырақ деп есептейді. Нәтижелер жуу әсері көбік мөлшеріне тікелей байланысты емес екенін көрсетеді. Мысалы, аз көбік беретін жуғыш затты жуу үшін пайдалану жоғары көбік беретін жуғыш затқа қарағанда нашар жуу әсері болмайды.
Көбік жууға тікелей байланысты болмаса да, көбік кейбір жағдайларда кірді кетіруге көмектеседі. Мысалы, ыдыстарды қолмен жуған кезде, жуу сұйықтығының көбігі май тамшыларын алып кетуі мүмкін. Кілемді сүрту кезінде көбік шаң сияқты қатты кір бөлшектерін де кетіреді. Кілемдегі кірдің көп бөлігін шаң құрайды, сондықтан кілем тазалағыштың көбік түзу қабілеті болуы керек.
Сусабын үшін көбік беру күші де маңызды. Шашты жуу немесе шомылу кезінде сұйықтық шығаратын жұқа көбік адамдарды жайлы сезінеді.
④ Талшықтардың түрлері және тоқыма бұйымдарының физикалық қасиеттері
Ластану қиындығына талшықтардың адгезиясы мен кірді кетіруіне әсер ететін талшықтардың химиялық құрылымынан басқа, талшықтардың сыртқы түрі және жіптер мен маталардың ұйымдық құрылымы да әсер етеді.
Жүн талшықтарының қабыршақтары мен мақта талшықтарының жалпақ жолақ тәрізді құрылымы тегіс талшықтарға қарағанда кірді жинақтауға бейім. Мысалы, целлюлоза қабығына (жабысқақ пленка) жабысқан көміртекті қараны алу оңай, ал мақта матаға жабысқан көміртекті қараны жуу қиын. Мысалы, полиэфирлі қысқа талшықты маталар ұзын талшықты маталарға қарағанда май дақтарын жинақтауға бейім, ал қысқа талшықты маталардағы май дақтарын кетіру ұзын талшықты маталарға қарағанда қиынырақ.
Тығыз бұралған жіптер мен тығыз маталар талшықтар арасындағы шағын микро саңылауларға байланысты кірдің енуіне қарсы тұра алады, сонымен қатар тазалау ерітіндісінің ішкі кірді кетіруіне жол бермейді. Сондықтан тығыз маталар бастапқыда кірге жақсы қарсылыққа ие, бірақ ластанғаннан кейін тазалау да қиын.
⑤ Судың кермектігі
Судағы Ca2+ және Mg2+ сияқты металл иондарының концентрациясы жуу әсеріне айтарлықтай әсер етеді, әсіресе анионды беттік белсенді заттар Ca2+ және Mg2+ иондарымен кездесіп, ерігіштігі нашар кальций мен магний тұздарын түзеді, бұл олардың тазалау қабілетін төмендетуі мүмкін. Қатты суда беттік белсенді заттардың концентрациясы жоғары болса да, олардың тазарту әсері дистилляцияға қарағанда әлдеқайда нашар. Беттік белсенді заттардың ең жақсы жуу әсеріне жету үшін судағы Са2+иондарының концентрациясын 1 × 10-6 моль/л-ден төменге дейін төмендету керек (CaCO3 0,1 мг/л дейін азайту керек). Бұл жуғыш затқа әртүрлі жұмсартқыштарды қосуды қажет етеді.
Жіберу уақыты: 16 тамыз 2024 ж