Физико-химические основы моющего действия

Таблица 6. Кинетическая зависимость впитывания раствора Lutensol XP80 образцом ткани

с, г/л	0,0005						с, г/л	0,1
t, мин	5	10	15	20	25	30	t, мин	5	10	15	20	25	30
l, мм	50	62	69	73	76	77	l, мм	55	65	71	75	78	80
с, г/л	0,001						с, г/л	0,5
t, мин	5	10	15	20	25	30	t, мин	5	10	15	20	25	30
l, мм	53	63	70	74	77	78	l, мм	43	54	60	64	67	69
с, г/л	0,01						с, г/л	2,0
t, мин	5	10	15	20	25	30	t, мин	5	10	15	20	25	30
l, мм	51	62	68	72	75	78	l, мм	42	54	60	65	67	70
с, г/л	0,05
t, мин	5	10	15	20	25	30
l, мм	50	60	65	71	74	75

 

Из результатов, представленных в табл. 6, определяли краевые углы смачивания волокон растворами ПАВ различной концентрации по методике, описанной в разделе 3.2.6. На рис. 12 показана зависимость напряжения смачивания от концентрации растворов для Lutensol XP80.

Рис. 12. Влияние концентрации растворов НПАВ на напряжение смачивания поверхности волокон ткани EMPA 106

Расчет показал, что  предельная динамическая адсорбция для Lutensol XP80 при смачивании хлопка составляет ~ 1,8*10^-7 моль/м². Таким же образом был проведен расчет для неонола 9-12, предельная динамическая адсорбция составила ~ 2,6·10^-7 моль/м².

Величины равновесной  адсорбции на адсорбенте (саже) и  динамическая адсорбция на ткани, загрязненной пигментно-масляным загрязнением, имеют практически одинаковые значения. Следовательно, адсорбция НПАВ идет преимущественно на загрязнении, присутствие которого затрудняет проникновение ПАВ в капилляры ткани.

Кроме того, по формуле (10) был рассчитан радиус капилляров ткани EMPA 106, который составил ~ 2,51·10^-6 м.

4.5 Определение изменения различных технологических параметров во времени в процессе цикла стирки

Были измерены изменения различных технологических параметров  во времени в процессе цикла стирки стандартно-загрязненной хлопковой ткани EMPA 106 в лабораторной стиральной машине при температурах 30, 60, 90 ⁰С. 

4. 5 .1 Определение количества загрязнения, отмытого растворами неионных ПАВ

Как известно, одной из стадий моющего действия  является удаление загрязнений с поверхности  при механическом воздействии диспергированием. Комки твердых загрязнений дробятся на более мелкие и переходят во взвешенное состояние, при этом на их поверхности образуются адсорбционно-сольватные слои за счет действия  коллоидных ПАВ, что способствует отрыву загрязнений от волокон и препятствует их обратному осаждению. Поэтому представляло интерес определить массовую долю загрязнения, перешедшего в раствор в процессе стирки, и рассмотреть, как температура влияет на отмывание загрязнения.

Определение массовой доли загрязнения, перешедшего в раствор при стирке стандартно-загрязненной ткани EMPA 106 при различных температурах, проводилось по методике, описанной в разделе 3.2.7. Данные представлены на рис. 13.

Показано, что при увеличении температуры массовая доля загрязнения, перешедшего в раствор, увеличивается. Количество отмытого загрязнения возрастает в ряду Lutensol XP80< Lutensol AO11<Неонол.

4. 5 .2 Влияние температуры на размер частиц отмываемого загрязнения

Третьей стадией моющего  действия является удержание загрязнителей в растворе за счет образования адсорбционно-сольватных слоев при адсорбции ПАВ на их поверхности. Загрязнения могут отрываться от волокна в виде отдельных частиц или агрегатов, которые в результате пептизации переходят во взвешенное состояние с одновременным разрушением. Обратное осаждение частиц загрязнений может происходить при десорбции ПАВ с волокон в процессе стирки в стиральных машинах. Поэтому представляло интерес рассмотреть, как температура влияет на радиус частиц отмываемого загрязнения в течение процесса стирки.

Оптическим методом  были измерены радиусы частиц сажи, диспергируемые растворами ПАВ в  процессе стирки (разд. 3.2.8). Следует отметить, что размер отмываемого загрязнения находится в пределах 25-35 нм. Результаты представлены на рис.14.

Из графиков видно, что  с увеличением температуры радиус частиц отмываемого загрязнения возрастает. Укрупнение частиц загрязнения, вероятно, связано с десорбцией ПАВ с поверхности сажи и со снижением стабилизирующего действия ПАВ.

4. 5 .3 Моющее действие ПАВ

Было исследовано моющее действие растворов НПАВ на стандартно-загрязненной ткани. Моющую способность при различных температурах оценивали по методике, изложенной в разделе 3.2.9.

Для экспериментальных стирок использовались специальные образцы ткани, загрязненной стандартным загрязнением - ткань ЕМРА 106 (хлопок, загрязненный сажей и минеральным маслом).

В качестве исследуемых  растворов были выбраны растворы неонола, Lutensol AO11 и Lutensol XP80, концентрации растворов были постоянны и равны 1 г/л.

Данные представлены на рис. 15.

Моющая способность  увеличивается с ростом температуры, что связано с ослаблением  взаимодействия частиц загрязнения  с поверхностью ткани в условиях интенсивного перемешивания. Моющее действие ПАВ при наиболее распространенной температуре стирке 60⁰С для неонола, Lutensol XP80 и Lutensol АО11 имеет близкие значения 19%, 16% и 18% соответственно. На основе проведенных исследований была разработана рецептура СМС, не уступающая по моющей способности композиции с неонолом и соответствующая современным экологическим требованиям.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЫВОДЫ

1. Изучена адсорбция  неионных ПАВ на различных  границах раздела фаз, образующихся  в моющем процессе. Показано, что  адсорбция ПАВ на твердых загрязнениях различных типов имеет меньшие значения, чем на границе раствор-газ. Установлено, что на гидрофильном загрязнении величина адсорбции значительно выше, чем на гидрофобном, что связано с наличием различных адсорбционных центров на бентоните. Рассчитаны параметры адсорбционного слоя ПАВ на саже и на бентоните. Величины площади, занимаемой одной молекулой ПАВ в насыщенном адсорбционном слое на поверхности бентонита выше, что обусловлено полимолекулярной адсорбцией.

2. Методом капиллярного поднятия растворов НПАВ по стандартно-загрязненной ткани EMPA 106 изучена динамическая адсорбция на волокнах текстильного материала. Величины равновесной адсорбции на саже и динамической адсорбции на ткани имеют практически одинаковые значения, что свидетельствует о преимущественной адсорбции ПАВ на загрязнении.

3. Измерены зависимости различных технологических параметров  во времени в процессе цикла стирки стандартно-загрязненной ткани в лабораторной стиральной машине при температурах 30, 60, 90 ⁰С. Определено количество суспендированного загрязнения, которое возрастает в ряду Lutensol XP80, Lutensol AO11, неонол 9-12 при повышении температуры. Оптическим методом определен размер частиц отмываемого загрязнения для всех исследованных ПАВ, находящийся в пределах 25-35 нм.

4. Измерена кинетика адсорбции ПАВ на стандартно-загрязненной ткани при разных температурах. Показано, что значения адсорбции уменьшаются с ростом температуры. Величины теплот адсорбции на стандартно-загрязненной ткани равны 7247,1 Дж/моль, 3199,35 Дж/моль и  2916 Дж/моль для неонола АФ 9-12, Lutensol АО11 и для Lutensol XP80 соответственно, что свидетельствует о физическом характере адсорбции.

5. Установлено, что моющая способность исследованных ПАВ находится в одних пределах, что позволило разработать рецептуру СМС на основе Lutensol XP80, не уступающую по моющей способности композиции с неонолом и соответствующую современным экологическим требованиям.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Словарь по поверхностно-активным веществам. Термины и определения. М., Национальный комитет СССР по ПАВ, 1974.
2. Бухштаб З.И., Мельник А.П., Ковалев В.М., Технология синтетических моющих средств. М., Легпромбытиздат., 1988, 320 с.
3. Угаров Б.Н. и др. Естественные и искусственные загрязнения для оценки качества СМС. М., НИИТЭХим, 1981.
4. Плетнев М.Ю.//Химическая промышленность, 2000, №1, 48 с.
5. Агеев А.А.. Волков В.А. Поверхностные явления и дисперсные системы в производстве текстильных материалов и химических волокон. М., МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2004, 464 с.
6. Неволин Ф.В., Химия и технология синтетических моющих средств. М., Пищевая промышленность, 1971, 423 с.
7. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М., Химия, 2004, 464 с.
8. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М., Мир, 1979.
9. Alauddin M., Verral R.E.// J. Phys. Chem., 1994, v. 88, № 23, p. 5725-5728.
10. Gulter W.G., Devis R.C./ Detergency. Theory and Test methods, p. 1// NYM Dekker INC, 1974, 450 p.
11. Волков В.А., Шулицкая А.И.// Коллоидн. ж., 1981, т. 48, № 4, 752 с.
12. Абрамзон А.А. Поверхностно-активные вещества. Свойства и применения. Л., Химия, 1981, 304 с.
13. Баланова Т.Е., Ушакова М.И. – В сб.: Физико-химические основы применения поверхностно-активных веществ. Донецк, ДГУ, 1981, 56 с.
14. Фабричная А.Л., Абрамзон А.А.// Ж. прикл. Химии, 1991, т. 64, № 11, 2329-2335 с.
15. Эмульсии. Под ред. Шермана Ф.Л., Химия, 1972, 448 с.
16. Елисеева С.А., Кучера Р.В. Поверхностно-активные вещества и биотехнология. Киев, Наукова думка, 1991.
17. Reynders E.H./ Anionic surfactants// Physical chemistry o surfactant action (Surf. Sci., Ser.), 1981, v. 11, p. 412
18. Sorrentino R., Petrocci A.// J. Soc. Cosmet. Chem., 1975, v. 26, № 3, p. 155-168
19. Bressan G.// J. Surfactant Deterg., 1998, v/I, № 3, p. 419-424
20. Глухарева Н.А./ Диспергирование кальциевых мыл и коллоидная растворимость бинарных смесей ПАВ// Дисс. на соиск. уч. степ. канд. наук, М., МИТХТ им. Ломоносова, 1996, 160 с.
21. Ковалев В.М., Петренко Д.С. Технология производства синтетических моющих средств. М., Химия, 1992, 272 с.
22. Волков В.А. Поверхностно-активные вещества в моющих средствах и усилителях химической чистки, М., Легпомиздат, 1985.
23. Туторский И.А. Краткий курс коллоидной химии. Часть 1. Поверхностные явления и адсорбция на границе раздела газ - твердое тело. Учебное пособие. М., МИТХТ им. Ломоносова, 2003, 54 с.
24. Туторский И.А. Краткий курс коллоидной химии. Часть 2. Адсорбция на границе раздела раствор-газ и твердое тело-раствор. Учебное пособие. М., МИТХТ им. Ломоносова, 2003, 51 с.
25. Поверхностные явления и адсорбция: Практикум/ Под ред. И.А. Туторского- М.: ИПЦ МГАТХТ, 1999, 66 с.
26. C.H. Giles, T.H. MacEwan, S.N. Nakhwa, D. Smith, J. Chem. Soc. 1960, p. 3973.
27. F. Luckhamu, S. Rossi. The colloidal and rheological properties of bentonite suspensions, 1999. Advances in Colloidal and Interface Science. V.82, pp. 43-92
28. Клименко Н.А., Пермиловская А.А., Трясорукова А.А., Когановский А.М., Коллоидн. ж., т. 37, 837, 1975.
29. Клименко Н.А., Когановский А.М., Пермиловская А.А. Коллоидн. ж., 36, 788, 1974.
30. Клименко Н.А., Когановский А.М., Чобану М.М. Коллоидн. ж., 39, 358, 1977.
31. Клименко Н.А., Трясорукова А.А., Пермиловская А.А. Коллоидн. ж., 36, №4, 678, 1974.
32. Клименко Н.А. Коллоидн. ж., 40, 994, 1978.
33. Клименко Н.А. Коллоидн. ж., 40, 1105, 1978.
34. Когановский А.М.. Левченко Т.М., Кириченко В.А. Адсорбция растворенных веществ, «Наукова думка», Киев, 1977, 108 с.
35. Клименко Н.А., Поляков В.Е., Пермиловская А.А. Коллоидн. ж., 41, №6, 1081, 1979.
36. Клименко Н.А. Коллоидн. ж., 42, №3, 561, 1980.
37. Когановский А.М., Клименко Н.А. Физико-химические основы извлечения поверхностно-активных веществ из водных растворов и сточных вод. Киев, Наукова думка, 1978, 521с.
38. Туторский И.А., Буканова Е.Ф., Семенова И.В., Филиппенков В.М. Вестник МИТХТ, №2, 2006.