Механизм удаления пигментно-масляных загрязнений с хлопчатобумажных тканей моющими средствами в воде различной жесткости
20.02.2015
Основы механизма моющего действия ПАВ в водной среде заложены П.А. Ребиндером еще в 30-е годы. Теория Ребиндера описывает удаление масляного загрязнения в растворе ПАВ с абстрактной гидрофильной поверхности в дистиллированной воде. На самом деле, мы имеем дело с тканями различной химической природы, свойства поверхности которых, очень сильно изменяются от условий стирки (состава моющего средства, температуры и жесткости воды). В данной статье рассмотрен механизм удаления пигментно-масляных загрязнений с хлопчатобумажных тканей в жесткой воде различными компонентами моющих составов. Для эффективного удаления загрязнений необходимы три условия: щелочная среда, связывание солей кальция и высокая диспергирующая способность моющего состава.
Основы механизма моющего действия ПАВ в водной среде заложены П.А. Ребиндером еще в 30-е годы [1]. Впоследствии его основополагающие идеи были развиты Шварцем [2,3], Корецким А.Ф. [4], Волковым В.А. [5] и другими [6,7] учеными. В основе этой теории лежат физико-химические свойства водных растворов ПАВ, а точнее, способность ПАВ к адсорбции на границе раздела фаз и обеспечение процессов смачивания, ослабления связи загрязнения с поверхностью, отрыва его от поверхности за счет механического воздействия, и стабилизации удаленных загрязнений в моющем растворе за счет диспергирования, эмульгирования и солюбилизации. В работах Корецкого [4] показано, что доля механического воздействия в удалении загрязнения в процессе стирки составляет от 60 до 80%, и определяется эффективностью работы стиральной машины. Для современных средств роль механического воздействия также остается существенной, хотя, возможно, не в такой степени.
Все загрязнения очень условно можно разделить на 4 группы:
- пигментно-масляные ( 50–70%);
- белковые ( 5–10%);
- окрашенные загрязнения (небелковые, растительного или животного происхождения), а также пожелтение ткани. Они удаляются при отбеливании или при помощи специальных добавок ( 20–40%);
- водорастворимые загрязнения (например, соль от пота, сахар от сиропа и т.д.) ( 5–10%).
Причем следует учитывать, что на различных предметах эти загрязнения будут встречаться в различных соотношениях, отличающихся от приведенных выше.
С помощью современных моющих средств основная масса белковых загрязнений и значительная часть окрашенных пятен удаляются за счет комбинации биодобавок различного назначения и химических отбеливателей без существенного механического воздействия и при пониженных температурах. Процесс окисления-восстановления, протекающий под действием отбеливателя, является примером химического процесса, в результате которого некоторые окисляемые вещества (т.е. натуральные красители из чая, вина, фруктовых соков) осветляются. Биологически активные вещества, в свою очередь, разрушаются под действием энзимов, что приводит к удалению белковых загрязнений и является иным примером химического процесса. Но все эти процессы протекают при условии хорошего смачивания моющим средством загрязненной ткани.
Смачивание масляными загрязнениями большинства текстильных волокон очень эффективно, и они имеют тенденцию к распространению по всей поверхности, формированию относительно плотных поверхностных слоев.
Теория Ребиндера [1] описывает удаление масляного загрязнения в растворе ПАВ с абстрактной гидрофильной поверхности в дистиллированной воде. На самом деле мы имеем дело с тканями различной химической природы, свойства поверхности которых очень сильно изменяются от условий стирки (состава моющего средства, температуры и жесткости воды).
В данной статье рассмотрен механизм удаления пигментно-масляных загрязнений с хлопчатобумажных тканей в жесткой воде различными компонентами моющих составов.
Многочисленные исследования показывают, что эффективность удаления пигментно-масляных загрязнений с хлопчатобумажных тканей резко возрастает при рН выше 9,0 – 9,5. Это объясняется тем, что на поверхности целлюлозных волокон имеется определенное количество карбоксильных групп, которые диссоциируют при данном рН. Количество свободных карбоксильных групп зависит от природы хлопчатобумажных волокон, степени их переработки и срока использования.
Читайте также: Двусторонняя стеганая ткань хлопок
Нами была изучена моющая способность ПАВ в жесткой и дистиллированной воде на стандартно-загрязненной хлопчатобумажной ткани ЕМРА 106.
Из рис. 1 видно, что эффективность удаления загрязнения поверхностно-активными веществами в жесткой и дистиллированной воде низкая. Однако моющее действие ПАВ в присутствии 1г/л комплексообразователя, триполифосфата натрия, (далее ТПФ) резко возрастает, что особенно характерно для смесей с неионогенным ПАВ (далее НПАВ), (Неонолом ОП 9–12).
Рис. 1. Моющее действие ПАВ и в смеси с ТПФ в жесткой (ж.в.) (с жесткостью 5,35 мг·экв/л) и дистиллированной (д.в.) воде при Т=60 0 С на ткани со стандартным пигментно-масляным загрязнением (ЕМРА 106).
В жесткой воде все карбоксильные группы целлюлозных волокон связаны и эффективность удаления загрязнения с них – очень низкая, независимо от рН среды, что иллюстрируют графики на рис. 2. Последнее можно объяснить тем, что ионы кальция жесткой воды связывают карбоксильные группы целлюлозных волокон, гидрофобизируя их, препятствуют удалению с них масляных загрязнений.
Рис. 2. Моющее действие ПАВ в присутствии щелочи в жесткой и дистиллированной воде при Т=60 0 С на ткани со стандартным пигментно-масляным загрязнением (ЕМРА 106).
Использование в качестве щелочного компонента карбоната натрия вместо гидроксида натрия в жесткой воде обеспечивает высокую эффективность действия НПАВ, за счет связывания кальция в трудно растворимый карбонат кальция, а НПАВ эффективно удаляют загрязнения с гидрофильной поверхности тканей. Тогда как растворимость кальциевых солей алкилбензолсульфоната (далее АБС) соизмерима с растворимостью карбоната кальция, и эффективного удаления пигментно-масляного загрязнения не происходит (рис. 3).
Рис. 3. Моющее действие ПАВ в жесткой воде на ткани со стандартным пигментно-масляным загрязнением (ЕМРА 106) в присутствии соды и ТПФ.
Замена соды на комплексон, образующий с солями кальция устойчивый комплекс, например на ТПФ натрия, приводит к резкому усилению эффективности анионных ПАВ (далее АПАВ).
Методом прямого титрования воды жесткостью 5,35 мг·экв/л различными комплексообразователями была определена величина связываемости ионов Са 2+ . Полученные результаты представлены в табл. 1.
Физико-химические основы моющего действия
Автор работы: Пользователь скрыл имя, 23 Января 2013 в 08:50, дипломная работа
Краткое описание
Моющее действие – это процесс удаления загрязнения с различных поверхностей и перевод этих загрязнений в состояние раствора или устойчивой дисперсии [1]. Процесс очистки загрязнений от различных поверхностей весьма сложен и окончательно не выяснен, т.к. это комплекс параллельно-последовательных физико-химических и физико-механических стадий, обусловленных множеством протекающих одновременно процессов, конкурирующих между собой.
1. ВВЕДЕНИЕ 4
2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 5
2.1 Физико-химические основы моющего действия 5
2.1.1 Ткани и загрязнители 6
2.1.2 Основные стадии моющего действия 9
2.1.3 Роль ПАВ в моющем процессе 11
2.2 Закономерности адсорбции на границе раствор — твердая поверхность 15
2.2.1 Кинетические закономерности адсорбции 15
2.2.2 Адсорбция ПАВ на твердых поверхностях 17
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 24
3.1 Объекты исследования 24
3.2 Методы исследования 25
3.2.1 Определение поверхностного натяжения водных растворов ПАВ на границе с воздухом 25
3.2.2 Определение критической концентрации мицеллообразования 26
3.2.3 Определение адсорбции НПАВ на пигментных загрязнениях 26
3.2.4 Определение концентрации неонола методом УФ — спектроскопии 27
3.2.5 Определение кинетики адсорбции НПАВ на саже 28
3.2.6 Определение динамической адсорбции ПАВ на ткани EMPA 106 28
3.2.7 Определение массовой доли суспендированного загрязнения 29
3.2.8 Определение размера частиц загрязнения турбидиметрическим методом 30
3.2.9 Определение моющей способности (ГОСТ 22567.15-95) 31
4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 33
4.1 Физико-химические свойства НПАВ на различных границах раздела фаз 33
4. 1 .1 Адсорбционные характеристики водных растворов НПАВ на границе с воздухом 33
Читайте также: Ткани для штор компаньонов
Вложенные файлы: 1 файл
Бакалавраская2.doc
1. ВВЕДЕНИЕ
Моющее действие – это процесс удаления загрязнения с различных поверхностей и перевод этих загрязнений в состояние раствора или устойчивой дисперсии [1]. Процесс очистки загрязнений от различных поверхностей весьма сложен и окончательно не выяснен, т.к. это комплекс параллельно-последовательных физико-химических и физико-механических стадий, обусловленных множеством протекающих одновременно процессов, конкурирующих между собой.
Моющее действие зависит от природы очищаемой поверхности и загрязнения (жидкость, твердое тело). Также оно определяется средой, в которой проводится очистка (воздух, вода, неполярная жидкость, эмульсия), способом и интенсивностью механического воздействия (перемешивание, пульсация, вибрация, ультразвук).
Огромную роль в процессе очистки играют синтетические моющие средства, которые являются сложными смесями поверхностно-активных веществ, неорганических солей и органических компонентов, повышающих их эффективность. Важнейшим моющим агентом остается поверхностно — активное вещество, принимающие активное участие на всех стадиях удаления загрязнения. Основное применение ПАВ в СМС связано с их физическо — химическими свойствами, которые обуславливают их адсорбционную способность. Выбор ПАВ, кроме их свойств, обусловлен стоимостью и экологической безвредностью, т. е. временем снижения концентрации ПАВ во времени.
Моющее действие является адсорбционно-десорбционным процессом, в котором участвуют поверхность, загрязнение и раствор моющего вещества. Все стадии моющего процесса протекают во времени и носят динамический характер, следовательно, исследование кинетики адсорбции ПАВ на различных поверхностях, позволит углубить понимание сложного механизма моющего действия.
Следует отметить, что до настоящего времени ни в отечественной, ни в зарубежной литературе исследование кинетики адсорбции ПАВ на различных поверхностях не рассматривалось.
Целью данной работы является исследование кинетических закономерностей адсорбции неионных ПАВ на различных границах раздела фаз и кинетики диспергирования загрязнений в моющем процессе.
2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
2.1 Физико-химические основы моющего действия
Водные растворы коллоидных ПАВ обладают моющим действием. В соответствии с рекомендациями Международного комитета по ПАВ (СИД) и Международной организации по стандартизации (ИСО) [1] понятию «моющее действие» дается следующее определение: моющее действие — процесс удаления загрязнения с поверхности твердых тел, в частности ткани, с переводом его в состояние раствора или устойчивой дисперсии.
Можно различить четыре основные стадии в механизме моющего действия, которым предшествует растворение водорастворимых загрязнителей [2]:
а) смачивание раствором моющего вещества с образованием адсорбционных слоев на поверхности ткани загрязнителей и перевод последних в активированное состояние, в результате чего происходит растекание слоя ПАВ по микротрещинам и измельчение частичек;
б) удаление загрязнителей с поверхности при механическом воздействии диспергированием;
в) удерживание загрязнителей в объеме раствора вследствие эмульгирования, солюбилизации и частично пенообразования и суспендирования;
г) вывод загрязнений из области стирки.
Эти физико-химические процессы протекают параллельно-последовательно. В общем случае можем записать
где D — моющее действие (доля удаленных загрязнений), s — растворение, Wm — механическая работа отрыва загрязнений от ткани, Ws — работа смачивания поверхности субстрата, Wd — работа диспергирования (в том числе суспендирования и эмульгирования) загрязнений, Гi— адсорбция i-го компонента системы на поверхности раздела фаз, Szk — солюбилизация k-го компонента загрязнений, ΔЕm — стабилизация дисперсий, F- пенообразование.
Читайте также: Фиброзная капсула почки ткань
Следует заметить, что попытки объяснить моющее действие каким-либо одним элементом этой совокупности не могут привести к решению проблемы. Также, очевидно, что механизм удаления загрязнений зависит от конкретных условий проведения процесса.
2.1.1 Ткани и загрязнители
Загрязнения представляют собой в наиболее общем случае маслянистые продукты (животные жиры, жирные кислоты, нефтепродукты) в смеси с другими твердыми веществами минерального и органического происхождения. Многие загрязнения, осаждающиеся на одежде и изделиях в процессе их эксплуатации в виде частиц из уличной пыли и пыли домашних помещений, содержат от половины до двух третей твердых неорганических веществ, а также сажи, образующейся при сгорании топлива в двигателях автомобилей и сжигании ископаемых твердых топлив [3].
В зависимости от возможного способа удаления загрязнители разделяют на водорастворимые и водонерастворимые. Водорастворимые соединения бывают органическими и неорганическими. К ним относятся: сахар, крахмал, мочевина, мука, органические кислоты, белки, поваренная соль и др. К водонерастворимы органическим соединениям относятся углеводороды, различные смолы, асфальты, лаки, краски, жиры и др. Водонерастворимые неорганические соединения включают глины, силикаты, цемент, сажу и др.
Условно все типы бытовых загрязнений можно разделить на три группы [4]:
1. Продукты жизнедеятельности человека — это в первую очередь потовые выделения, остатки отшелушенной кожи и ряд бактерий. Все они образуют на тканях нерастворимую в воде масляную пленку, которая со временем может желтеть и превращаться в твердую пленку. При этом все эти продукты адсорбируют на своей поверхности различные окрашенные частички пыли и сажи, т. е. становятся пигментно-масляным загрязнением.
2. Пищевые загрязнения — это пятна, получаемые нами в процессе приема и приготовления пищи. Это масляно-жировые пятна, пятна от крахмала и клетчатки, белковые (молоко, кровь, животный белок от мяса и соусов) пятна, пятна, окрашенные от чая, кофе, какао, овощей и фруктов и т. д. И, как и первая группа, пищевые загрязнения со временем желтеют (изначально неокрашенные загрязнения) и, адсорбируя на себе пигментные загрязнения пыли и сажи, резко проявляются на поверхности ткани.
3. Загрязнения, получаемые из окружающей среды: сажа и продукты неполного сгорания от автомобилей, зола ТЭЦ; пыль (остатки почвы, песка и глины, строительная пыль, окислы и т. д.). Так же к этому типу загрязнений мы можем отнести различные минеральные и синтетические масла, зелень, цветы, пыльца растений, а также соль от обработки дорог и кислотных дождей.
Удаление загрязнителей является широким понятием, охватывающим различные процессы, и подразумевает отделение всех посторонних веществ. Природа и характер очищаемой поверхности оказывают большое влияние на скорость и полноту удаления с нее загрязнений. Волокна отличаются по своим химическим свойствам [5].
Химические волокна подразделяются на натуральные и химические.
Натуральные волокна — это волокна растительного (состоящие из целлюлозы) и животного (шерсть, шелк) происхождения.
Химические волокна — получают промышленно и подразделяют на искусственные и синтетические. Искусственные волокна — это волокна, полученные на основе целлюлозы, выделяемой из древесины. К ним относятся вискозное, медно-аммиачное, ацетатное и триацетатное волокно. Синтетические волокна вырабатывают из карбо- и гетероцепных полимеров. К ним относятся поливинилхлоридное, полиакрилонитрильное, полипропиленовое, поливинилспиртовое, лавсан, капрон, нейлон, анид.
Ниже приведено химическое строение основных волокон (табл. 1).
Таблица 1. Химическое строение основных волокон
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом