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Anzahl Durchsuchen:12265 Autor:Site Editor veröffentlichen Zeit: 2025-10-16 Herkunft:Powered
Die auf die Oberfläche einer Flüssigkeit wirkende Kontraktionskraft pro Längeneinheit wird als Oberflächenspannung bezeichnet und in der Einheit N·m⁻¹ ausgedrückt.
Die Fähigkeit einer Substanz, die Oberflächenspannung eines Lösungsmittels zu verringern, wird als Oberflächenaktivität bezeichnet, und Substanzen, die diese Eigenschaft aufweisen, werden als oberflächenaktive Substanzen bezeichnet.
Als Tenside werden Stoffe bezeichnet, die sich in wässriger Lösung zu Mizellen oder ähnlichen Aggregaten verbinden können, eine hohe Oberflächenaktivität besitzen und Funktionen wie Benetzung, Emulgierung, Schäumung und Reinigung aufweisen.
Tenside sind eine Klasse organischer Verbindungen mit einzigartigen Strukturen und Eigenschaften. Sie können die Grenzflächenspannung zwischen zwei Phasen oder die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit (meist Wasser) deutlich verändern und besitzen Funktionen wie Benetzung, Schaumbildung, Emulgierung und Reinigung.
Strukturell haben alle Tenside ein gemeinsames Merkmal: Ihre Moleküle bestehen aus zwei Teilen mit unterschiedlicher Affinität.
Ein Ende ist eine langkettige unpolare Gruppe , die in Öl löslich, aber in Wasser unlöslich ist und als hydrophobe Gruppe (oder lipophiler Schwanz) bezeichnet wird . Dieser hydrophobe Teil ist normalerweise ein langkettiger Kohlenwasserstoff, kann aber auch aus fluorierten, Siloxan-basierten, phosphorhaltigen oder zinnorganischen Ketten bestehen.
Das andere Ende ist eine wasserlösliche Gruppe , bekannt als hydrophile Gruppe (oder hydrophiler Kopf) , die eine ausreichende Hydrophilie aufweisen muss, um sicherzustellen, dass das Tensid als Ganzes in Wasser löslich ist und die erforderliche Löslichkeit beibehält.
Da Tensidmoleküle sowohl hydrophile als auch hydrophobe Gruppen enthalten, können sie sich zumindest in einer Phase eines flüssigen Systems lösen. Diese doppelte Affinität – sowohl wasser- als auch ölliebend zu sein – wird als Amphiphilie bezeichnet.
Tenside sind amphiphile Moleküle , die sowohl hydrophobe als auch hydrophile Gruppen enthalten. Die hydrophobe Gruppe besteht im Allgemeinen aus langkettigen Kohlenwasserstoffen, wie linearen Alkylen (C₈ – C₂₀ ), verzweigten Alkylen (C₈ – C₂₀ ) oder Alkylphenylgruppen (mit Alkylketten mit 8–16 Kohlenstoffatomen). Die Unterschiede bei den hydrophoben Gruppen ergeben sich hauptsächlich aus Variationen in der Kohlenwasserstoffkettenstruktur und sind relativ gering, während die hydrophilen Gruppen in Art und Struktur stark variieren.
Daher hängen die Eigenschaften eines Tensids nicht nur von der Größe und Form der hydrophoben Gruppe ab, sondern vor allem auch von der Art der hydrophilen Gruppe . Da die hydrophile Gruppe eine größere Strukturvielfalt aufweist, basiert die Klassifizierung von Tensiden im Allgemeinen auf der Struktur und dem ionischen Charakter der hydrophilen Gruppe.
Dementsprechend werden Tenside in die folgenden Hauptkategorien eingeteilt:
Anionische Tenside
Kationische Tenside
Nichtionische Tenside
Amphotere (zwitterionische) Tenside
Weitere spezielle Arten von Tensiden
Tensidmoleküle sind amphiphil und enthalten sowohl hydrophile als auch lipophile Gruppen. Wasser ist eine hochpolare Flüssigkeit. Wenn sich ein Tensid in Wasser auflöst, interagiert die hydrophile Gruppe mit Wasser und löst sich darin auf, basierend auf dem Prinzip, dass Gleiches Gleiches auflöst – polare Gruppen ziehen polare Substanzen an und stoßen unpolare ab –, während die hydrophobe Gruppe abgestoßen wird und sich von der Wasserphase entfernt.
Dadurch werden Tensidmoleküle (oder Ionen) an der Grenzfläche zwischen zwei Phasen adsorbiert, wodurch die Grenzflächenspannung verringert wird. Je mehr Tensidmoleküle (oder Ionen) an der Grenzfläche adsorbiert werden, desto stärker verringert sich die Grenzflächenspannung.
Oberflächendruck:
Wenn Tensidmoleküle an der Luft-Flüssigkeits-Grenzfläche adsorbiert werden, bilden sie einen adsorbierten Film. Wenn eine reibungsfrei bewegliche Platte auf die Oberfläche gelegt und über die Lösung geschoben wird, übt der Film eine Kraft auf die Platte aus – diese Kraft wird als Oberflächendruck bezeichnet.
Oberflächenviskosität:
Wie der Oberflächendruck ist auch die Oberflächenviskosität eine Eigenschaft unlöslicher molekularer Filme. Sie kann gemessen werden, indem man einen dünnen Metalldraht aufhängt, an dem ein Platinring befestigt ist, der die Oberfläche einer Flüssigkeit berührt. Während der Platinring schwingt, kann die durch den viskosen Widerstand verursachte Dämpfung der Amplitude zur Bestimmung der Oberflächenviskosität genutzt werden. Zunächst wird der Test mit reinem Wasser durchgeführt, um die natürliche Dämpfung zu messen; Anschließend wird die Dämpfung erneut gemessen, nachdem sich ein Oberflächenfilm gebildet hat. Die Differenz zwischen den beiden Ergebnissen stellt die Viskosität des Oberflächenfilms dar.
Die Oberflächenviskosität hängt eng mit der Stabilität und Festigkeit des Oberflächenfilms zusammen. Da der adsorbierte Film sowohl Oberflächendruck als auch Viskosität besitzt, weist er auch Elastizität auf. Je größer der Flächendruck und die Viskosität sind, desto höher ist der Elastizitätsmodul der Folie. Diese Elastizität spielt eine wichtige Rolle für die Schaumstabilität.
In verdünnten Lösungen folgen Tenside den Gesetzen idealer Lösungen. Mit steigender Tensidkonzentration nimmt auch die an der Oberfläche adsorbierte Menge zu. Wenn die Konzentration einen bestimmten Schwellenwert erreicht oder überschreitet, nimmt die Adsorption nicht mehr zu. Die überschüssigen Tensidmoleküle in der Lösung bleiben nicht zufällig verteilt, sondern verbinden sich vielmehr in geordneter Weise und bilden Aggregate, sogenannte Mizellen.
Kritische Mizellenkonzentration (CMC):
Die niedrigste Tensidkonzentration in Lösung, bei der sich Mizellen zu bilden beginnen, wird als kritische Mizellenkonzentration (CMC) bezeichnet.
Die CMC variiert je nach Tensidtyp, Molekülstruktur und Lösungsbedingungen (Temperatur, Elektrolytgehalt usw.). Im Allgemeinen haben ionische Tenside niedrigere CMC-Werte als nichtionische, was auf eine leichtere Mizellenbildung hinweist.
HLB ist die Abkürzung für Hydrophile-Lipophile Balance und stellt das relative Gleichgewicht zwischen den hydrophilen und lipophilen Anteilen eines Tensidmoleküls dar. Mit anderen Worten: Der HLB-Wert gibt den Grad an, in dem ein Tensid hydrophil oder lipophil ist.
Ein hoher HLB-Wert bedeutet, dass das Molekül hydrophiler und weniger lipophil ist , während ein niedriger HLB-Wert eine stärkere Lipophilie und eine schwächere Hydrophilie anzeigt.
Der HLB-Wert ist eine relative Skala . Um diese Skala festzulegen, wird Paraffin (das keinen hydrophilen Charakter hat) ein HLB-Wert von zugewiesen 0, während Natriumdodecylsulfat (das sehr wasserlöslich ist) ein HLB-Wert von zugewiesen wird 40. Daher haben Tenside im Allgemeinen HLB-Werte im Bereich von 1–40.
Typischerweise:
Tenside mit einem HLB-Wert < 10 gelten als lipophil und eignen sich für W/O-Systeme (Wasser-in-Öl) .
Tenside mit einem HLB-Wert > 10 sind hydrophil und für O/W-Systeme (Öl-in-Wasser) geeignet .
Der Übergangspunkt zwischen lipophilem und hydrophilem Verhalten liegt bei HLB = 10.
Anhand des HLB-Wertes lassen sich die Einsatzmöglichkeiten von Tensiden grob abschätzen, wie unten dargestellt.
Tabelle 1-3 HLB-Bereich und entsprechende Anwendungen
HLB-Wertebereich | Typische Anwendung | HLB-Wertebereich | Typische Anwendung |
1,5–3 | Entschäumer vom W/O-Typ | 8–18 | Emulgator vom O/W-Typ |
3,5–6 | Emulgator vom W/O-Typ | 13–15 | Waschmittel |
7–9 | Benetzungsmittel | 15–18 | Lösungsvermittler |
Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass Tenside, die für Wasser-in-Öl (W/O) -Emulgatoren geeignet sind, HLB-Werte von 3,5–6 haben , während solche für Öl-in-Wasser (O/W) -Emulgatoren HLB-Werte von 8–18 haben.
(Die Methoden zur Bestimmung der HLB-Werte werden hier weggelassen.)
Wenn zwei nicht mischbare Flüssigkeiten gemischt werden und eine in Form feiner Tröpfchen oder Flüssigkristalle in der anderen dispergiert wird, wird das resultierende System als Emulsion bezeichnet .
. Da die Grenzfläche zwischen den beiden Flüssigkeiten während der Emulgierung erheblich zunimmt, ist ein solches System thermodynamisch instabil . Um es zu stabilisieren, muss eine dritte Komponente – ein Emulgator – hinzugefügt werden, um die Grenzflächenenergie zu reduzieren.
Emulgatoren sind eine Klasse von Tensiden und ihre Hauptfunktion besteht darin, die Emulgierung zu fördern und zu stabilisieren. In einer Emulsion ist die dispergierte Phase (oder interne/diskontinuierliche Phase) die in Tröpfchen vorliegende Flüssigkeit, während das Dispersionsmedium (oder externe/kontinuierliche Phase) die Flüssigkeit ist, die das umgebende Medium bildet.
Übliche Emulsionen bestehen aus einer wässrigen Phase (Wasser oder wässrige Lösung) und einer weiteren Phase organischer Substanzen, die mit Wasser nicht mischbar sind, wie z. B. Ölen oder Wachsen .
. Je nach Dispersionsmuster können Emulsionen wie folgt klassifiziert werden:
Öl-in-Wasser-Emulsionen (O/W): Öltröpfchen werden in Wasser dispergiert.
Wasser-in-Öl-Emulsionen (W/O): Wassertröpfchen werden in Öl dispergiert.
Mehrfachemulsionen: Es können auch komplexere Systeme wie W/O/W (Wasser-in-Öl-in-Wasser) oder O/W/O (Öl-in-Wasser-in-Öl) gebildet werden.
Emulgatoren stabilisieren Emulsionen, indem sie die Grenzflächenspannung verringern und einen monomolekularen Grenzflächenfilm zwischen den beiden Phasen bilden.
Anforderungen an wirksame Emulgatoren
Für eine erfolgreiche Emulgierung muss ein Emulgator folgende Bedingungen erfüllen:
A. Adsorption an der Grenzfläche: Der Emulgator muss in der Lage sein, an der Grenzfläche zwischen den beiden Phasen zu adsorbieren bzw. zu konzentrieren und dadurch die Grenzflächenspannung zu reduzieren.
B. Stabilisierung der Tröpfchen: Der Emulgator muss den Tröpfchen elektrische Ladungen verleihen, um eine elektrostatische Abstoßung zwischen den Partikeln zu erzeugen, oder einen Schutzfilm mit hoher Viskosität um jedes Tröpfchen bilden, um ein Zusammenwachsen zu verhindern.
Daher können nur Substanzen als wirksame Emulgatoren dienen, die Tenside erfüllen diese strukturelle Anforderung und sind die häufigsten und wirksamsten Emulgatoren.sowohl hydrophile als auch hydrophobe Gruppen enthalten , also amphiphile Moleküle .
Es gibt zwei Hauptmethoden zur Herstellung von Emulsionen:
Mechanische Dispersionsmethode:
Hierbei wird mechanische Kraft eingesetzt, um eine Flüssigkeit in Form feiner Partikel in einer anderen zu verteilen. Dies ist die am häufigsten verwendete Methode in industriellen Anwendungen.
Methode der molekularen Lösung:
Bei diesem Ansatz wird eine Flüssigkeit zunächst auf molekularer Ebene in einer anderen gelöst und dann unter geeigneten Bedingungen zur Aggregation gebracht, um eine Emulsion zu bilden.
Stabilität von Emulsionen
Die Stabilität einer Emulsion bezieht sich auf ihre Fähigkeit, der Tröpfchenaggregation und Phasentrennung zu widerstehen.
Da es sich bei Emulsionen um thermodynamisch instabile Systeme mit relativ hoher freier Energie handelt, beschreibt die sogenannte „Stabilität“ eigentlich die Zeit, die das System benötigt, um das Gleichgewicht zu erreichen , also die Zeit, bevor es zur Phasentrennung kommt.
Wenn polare organische Moleküle wie Fettalkohole, Fettsäuren oder Fettamine im Grenzflächenfilm vorhanden sind, erhöht sich die Filmfestigkeit erheblich. .
Dies liegt daran, dass Tensidmoleküle mit diesen polaren Verbindungen interagieren und an der Grenzfläche Komplexe bilden , was die Grenzflächenfilmfestigkeit erhöht.
Gemischte Emulgatoren
Wenn ein Emulgator aus besteht zwei oder mehr Tensiden , spricht man von einem gemischten Emulgator. .
An der Öl-Wasser-Grenzfläche interagieren die verschiedenen Tensidmoleküle und bilden komplexe Strukturen , die die Grenzflächenspannung erheblich reduzieren, die Tensidadsorption an der Grenzfläche erhöhen und einen dichteren, stärkeren Grenzflächenfilm erzeugen , wodurch die Stabilität verbessert wird.
Wirkung der Tröpfchenladung
Die elektrische Ladung von Emulsionströpfchen hat einen wesentlichen Einfluss auf die Stabilität.
In stabilen Emulsionen tragen Tröpfchen typischerweise eine elektrische Ladung. Bei der Verwendung ionischer Tenside lagern sich ihre hydrophoben Gruppen in der Ölphase ein, während ihre hydrophilen Gruppen in der wässrigen Phase verbleiben, wodurch die Tröpfchen aufgeladen werden.
Da alle Tröpfchen die gleiche Ladung tragen , stoßen sie sich gegenseitig elektrostatisch ab , wodurch ein Zusammenwachsen verhindert und die Stabilität verbessert wird.
Je größer die Anzahl der adsorbierten Tensidionen auf der Tröpfchenoberfläche ist, desto höher ist die Ladungsdichte und desto stärker ist der Widerstand gegen Koaleszenz – was zu einem stabileren Emulsionssystem führt.
Einfluss der Viskosität des Dispergiermediums
Die Viskosität der kontinuierlichen Phase beeinflusst auch die Stabilität der Emulsion.
Im Allgemeinen führt eine höhere Viskosität des Dispersionsmediums zu einer größeren Stabilität, da sie die Brownsche Bewegung der Tröpfchen unterdrückt und deren Kollisionen verringert.
In der Emulsion lösliche Polymere können die Viskosität erhöhen und so die Stabilität erhöhen. Darüber hinaus können Polymere starke Grenzflächenfilme bilden , die das System weiter stabilisieren.
Wirkung fester Partikel
In manchen Fällen kann auch die Zugabe fester Pulver zur Stabilisierung von Emulsionen beitragen.
Ob sich diese Partikel in der Wasserphase, der Ölphase oder an der Grenzfläche befinden, hängt von ihrer Benetzbarkeit durch Öl und Wasser ab.
Wenn die festen Partikel sowohl von Wasser als auch von Öl ausreichend benetzt werden, sammeln sie sich an der Öl-Wasser-Grenzfläche an und erhöhen so die Stabilität.
Der Stabilisierungsmechanismus fester Partikel ähnelt dem von Tensidmolekülen – indem sie eine kompakte, feste Grenzflächenschicht bilden , stärken sie den Grenzflächenfilm.
Je dichter die Partikel an der Grenzfläche gepackt sind, desto stabiler wird die Emulsion.
Solubilisierung
Nach der Bildung von Mizellen in wässriger Lösung zeigen Tenside die bemerkenswerte Fähigkeit, die Löslichkeit organischer Substanzen zu erhöhen , die ansonsten in Wasser unlöslich oder nur wenig löslich sind.
In diesem Stadium wird die Lösung transparent und dieses Phänomen wird als Solubilisierung bezeichnet.
Tenside, die diesen Effekt hervorrufen können, werden als Lösungsvermittler bezeichnet, während die in Mizellen gelösten organischen Verbindungen als solubilisierte Substanzen bezeichnet werden.
Schaum spielt im Reinigungs- und Waschprozess eine wichtige Rolle.
Schaum ist ein dispergiertes System , bei dem Gas in einem flüssigen oder festen Medium dispergiert ist. Das Gas ist die dispergierte Phase , während die Flüssigkeit oder der Feststoff das Dispersionsmedium ist . Wenn das Medium flüssig ist, spricht man von einem flüssigen Schaum ; Wenn es fest ist, spricht man von einem festen Schaum . Beispiele hierfür sind Schaumkunststoffe, Schaumglas und Schaumbeton.
Der hier diskutierte Schaumtyp bezieht sich auf eine Ansammlung von Gasblasen, die durch dünne Flüssigkeitsfilme getrennt sind. .
Da die dispergierte Phase (Gas) und das Dispersionsmedium (Flüssigkeit) sich in der Dichte stark unterscheiden und die Flüssigkeit typischerweise eine niedrige Viskosität aufweist, steigen Gasblasen schnell an die Oberfläche der Flüssigkeit.
Bei der Schaumbildung wird einer Flüssigkeit eine große Menge Gas zugeführt. Während die meisten Blasen schnell an die Oberfläche entweichen, bleibt ein Teil des Gases vorübergehend eingeschlossen und bildet eine Ansammlung von Blasen, die durch dünne Flüssigkeitsfilme getrennt sind.
Schaum weist zwei bemerkenswerte Strukturmerkmale auf:
Polyedrische Blasenform:
Gasblasen im Schaum nehmen oft polyedrische Formen an. Dies liegt daran, dass an den Punkten, an denen sich Blasen kreuzen, die Flüssigkeitsfilme dazu neigen, dünner zu werden, wodurch die Blasen gezwungen werden, polyedrisch zu werden. Wenn der Flüssigkeitsfilm zu dünn wird, platzen die Blasen.
Bedarf an mehreren Komponenten:
Reine Flüssigkeiten können keinen stabilen Schaum bilden. Schäumen erfordert ein System mit zwei oder mehr Komponenten. .
Wässrige Tensidlösungen sind typische Schäumsysteme, und ihre Schäumfähigkeit hängt eng mit anderen Eigenschaften wie Oberflächenspannung und Viskosität zusammen.
Schaummittel und Schaumstabilisatoren
Tenside mit starkem Schaumvermögen werden als Schaummittel bezeichnet .
. Obwohl Schaummittel leicht Schaum erzeugen können, muss der resultierende Schaum nicht unbedingt stabil oder langlebig sein.
Um die Schaumstabilität aufrechtzuerhalten, werden häufig Diese Stoffe tragen dazu bei, Schaumstabilisatoren zugesetzt. die Viskosität und Festigkeit des die Blasen umgebenden Flüssigkeitsfilms zu erhöhen und so deren Zerfall zu verhindern.
Zu den gängigen Schaumstabilisatoren gehören:
Kokosöldiethanolamid (Laurinsäurediethanolamid)
Lauryldimethylaminoxid
Schaum ist ein thermodynamisch instabiles System . Im Laufe der Zeit besteht die natürliche Tendenz darin, dass Blasen kollabieren, wodurch sich die Gesamtoberfläche der Flüssigkeit verringert und somit die freie Energie des Systems abnimmt.
Beim Entschäumungsprozess wird der Flüssigkeitsfilm, der die Gasblasen trennt, dünner und reißt schließlich auf. Daher hängt die Stabilität von Schaum hauptsächlich von der Geschwindigkeit des Flüssigkeitsabflusses und der Stärke des Flüssigkeitsfilms ab . Auch andere Faktoren beeinflussen die Schaumstabilität, wie unten beschrieben.
① Oberflächenspannung
Aus energetischer Sicht begünstigt eine niedrige Oberflächenspannung die Schaumbildung, da sie die Blasenbildung erleichtert; Es ist jedoch keine Garantie für die Schaumstabilität gegeben.
Wenn die Oberflächenspannung niedrig ist, ist der Druckunterschied über den Film gering, was den Flüssigkeitsabfluss verlangsamt und die Ausdünnungsrate des Films verringert – und so zur Schaumstabilität beiträgt.
② Oberflächenviskosität
Der Schlüsselfaktor für die Stabilität des Schaums ist die Filmfestigkeit , die in erster Linie von der Steifigkeit der Oberflächenadsorptionsschicht bestimmt wird , gemessen anhand der Oberflächenviskosität. .
Experimente zeigen, dass Lösungen mit höherer Oberflächenviskosität länger anhaltenden Schaum erzeugen. .
Dies liegt daran, dass stärkere intermolekulare Wechselwirkungen zwischen Tensidmolekülen im Adsorptionsfilm die Festigkeit des Films erhöhen und dadurch die Lebensdauer des Schaums verlängern.
③ Lösungsviskosität
Wenn die Volumenviskosität der Flüssigkeit zunimmt, wird das Abfließen der Flüssigkeit aus dem Film schwieriger.
Dadurch wird der Film langsamer dünner, was den Bruch verzögert und die Schaumstabilität verbessert.
④ „Restaurative“ Wirkung der Oberflächenspannung
Auf der Oberfläche des Flüssigkeitsfilms adsorbierte Tensidmoleküle können Veränderungen in der Oberfläche des Films widerstehen – eine Eigenschaft, die als restaurative Wirkung bezeichnet wird.
Wenn sich der Film ausdehnt, nimmt die Oberflächenkonzentration der Tensidmoleküle ab, was zu einem Anstieg der Oberflächenspannung führt ; Ein weiterer Ausbau erfordert daher mehr Arbeit.
Wenn sich die Oberfläche dagegen zusammenzieht, erhöht sich die Oberflächenkonzentration der Tensidmoleküle, wodurch die Oberflächenspannung sinkt , die einer weiteren Kontraktion entgegenwirkt.
Dieses dynamische Gleichgewicht trägt dazu bei, die Elastizität und Integrität des Schaumfilms aufrechtzuerhalten.
⑤ Gasdiffusion durch den Film
Aufgrund des Kapillardrucks ist der Innendruck kleiner Blasen höher als der großer Blasen.
Dies führt dazu, dass Gas aus kleineren Blasen durch den Flüssigkeitsfilm in größere Blasen diffundiert , was zum Wachstum großer Blasen und zum Verschwinden kleinerer Blasen führt – was schließlich zum Zusammenbruch des Schaums führt.
Bei Anwesenheit von Tensiden wird der Schaum feiner und gleichmäßiger und die Entschäumung wird unterdrückt.
Denn Tensidmoleküle bilden auf der Folienoberfläche eine dichte, kompakte Schicht , die die Gasdiffusion behindert und dadurch die Schaumstabilität erhöht.
⑥ Wirkung der Oberflächenladung
Wenn die Schaumfolien gleiche Ladungen tragen , stoßen sich die beiden Oberflächen der Folie gegenseitig ab und verhindern so ein Ausdünnen und Reißen.
Ionische Tenside können diesen elektrostatischen Stabilisierungseffekt bewirken.
Zusammenfassung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Filmstärke der Schlüsselfaktor für die Schaumstabilität ist.
Für Tenside, die als Schaumbildner und Schaumstabilisatoren wirken , sind die Kompaktheit und Festigkeit der adsorbierten Molekülschicht entscheidend.
Wenn die Wechselwirkungen zwischen adsorbierten Molekülen stark sind, ist die Molekülanordnung eng, was zu Folgendem führt:
Ein stärkerer Oberflächenfilm mit höherer mechanischer Festigkeit;
Höhere Oberflächenviskosität , die das Abfließen der Flüssigkeit verlangsamt und die Filmdicke aufrechterhält;
Reduzierte Gasdurchlässigkeit , was die Schaumstabilität weiter erhöht.
Somit sorgt ein dicht gepackter und elastischer Tensid-Adsorptionsfilm für langanhaltenden, stabilen Schaum – eine wesentliche Eigenschaft in vielen Reinigungs- und Industrieformulierungen.
Das Grundprinzip der Schaumzerstörung besteht darin, entweder die Bedingungen zu ändern, unter denen Schaum erzeugt wird , oder die Faktoren zu beseitigen, die den Schaum stabilisieren .
. Dementsprechend gibt es zwei Hauptmethoden zur Entschäumung : physikalische und chemische.
① Physikalische Entschäumung
Beim physikalischen Entschäumen werden die Bedingungen verändert, die die Schaumbildung begünstigen, ohne die chemische Zusammensetzung der Schaumlösung zu verändern.
Zu den wirksamen physikalischen Methoden gehören:
Mechanische Störung oder Unruhe
Temperaturschwankungen
Druckeinstellung
Ultraschallbehandlung
Diese Techniken stören die Schaumstruktur, beschleunigen das Zusammenwachsen und Platzen der Blasen und eliminieren so den Schaum.
② Chemische Entschäumung
Bei der chemischen Entschäumung werden bestimmte Substanzen zugesetzt, die mit den Schaumbildnern interagieren , den Flüssigkeitsfilm schwächen und die Schaumstabilität verringern. Solche Stoffe werden als
Entschäumer (Antischaummittel) bezeichnet ..
Die meisten Entschäumer sind Tenside , die sich schnell auf der Schaumoberfläche verteilen, die Oberflächenspannung verringern und den Film destabilisieren können.
Entsprechend dem Entschäumungsmechanismus sollten wirksame Entschäumer Folgendes aufweisen:
Eine starke Fähigkeit, die Oberflächenspannung zu senken,
Hohe Oberflächenaktivität mit einfacher Adsorption an der Grenzfläche und
Schwache intermolekulare Wechselwirkungen zwischen adsorbierten Molekülen führen zu einer locker gepackten Molekülschicht.
Gängige Arten von Entschäumern
Obwohl viele Substanzen als Entschäumer wirken können, handelt es sich bei den meisten um nichtionische Tenside. .
Nichtionische Tenside weisen schaumhemmende Eigenschaften nahe oder oberhalb ihres Trübungspunkts auf und werden daher häufig als Entschäumer verwendet.
Typische Entschäumer sind:
Alkohole , insbesondere verzweigtkettige Alkohole
Fettsäuren und Fettsäureester
Polyamide
Phosphatester
Silikonöle (Silikone)
Diese Verbindungen reduzieren wirksam die Oberflächenspannung, stören die Filmelastizität und fördern das schnelle Zusammenfallen der Blasen, wodurch eine effiziente und dauerhafte Entschäumungsleistung erzielt wird.
Schaum und Wascheffizienz stehen nicht in direktem Zusammenhang – die Schaummenge gibt nicht unbedingt Aufschluss über die Wirksamkeit der Reinigung.
Beispielsweise erzeugen nichtionische Tenside viel weniger Schaum als Seife, ihre Waschkraft (Reinigungskraft) ist jedoch oft überlegen.
Unter bestimmten Bedingungen kann Schaum jedoch die Schmutzentfernung unterstützen .
, zum Beispiel:
Beim Geschirrspülen im Haushalt trägt der Schaum dazu bei, von der Oberfläche gelöste Öltröpfchen abzutransportieren .
Beim Reinigen von Teppichen hilft Schaum dabei, Staub, Pulver und andere feste Verunreinigungen zu entfernen.
Darüber hinaus kann Schaum manchmal als optischer Indikator für den Reinigungsfortschritt dienen:
Schaumunterdrückung durch ölige Verschmutzungen: Fettige Verunreinigungen hemmen die Schaumbildung. Wenn zu viel Öl oder zu wenig Waschmittel vorhanden ist, bildet sich wenig oder gar kein Schaum, oder vorhandener Schaum bricht zusammen – ein Zeichen dafür, dass mehr Waschmittel benötigt wird.
Schaum als Spülindikator: Beim Spülen nimmt die Schaummenge ab, da Waschmittelreste entfernt werden. So kann anhand der Schaummenge abgeschätzt werden, wie gründlich der Wasch- oder Spülvorgang abgeschlossen ist.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Schaum selbst zwar nicht direkt die Reinigungswirkung steigert, aber die mechanische Reinigung unterstützen und als praktischer Indikator für die Wasch- und Spülwirksamkeit dienen kann.
Im weitesten Sinne bezeichnet Waschen den Vorgang, bei dem unerwünschte Bestandteile von einem Objekt entfernt werden, um einen bestimmten Zweck zu erreichen.
Im üblichen Sinne bedeutet es, Schmutz oder Erde von der Oberfläche eines Substrats (des zu reinigenden Materials) zu entfernen..
Beim Waschen schwächen oder beseitigen chemische Substanzen wie Reinigungsmittel die Wechselwirkungen zwischen Boden und Untergrund. Dadurch wird die Verbindung zwischen Erde und Substrat in eine Verbindung zwischen Erde und Reinigungsmittel umgewandelt , wodurch sich die Erde vom Substrat lösen kann.
Da sowohl die Substrate als auch die Bodentypen sehr unterschiedlich sind, handelt es sich beim Waschen um einen komplexen physikalisch-chemischen Prozess. .
Der grundlegende Mechanismus des Waschens kann durch die folgende einfache Beziehung dargestellt werden:
Dies zeigt, dass das Reinigungsmittel den Untergrund als Bindungspartner des Schmutzes ersetzt und diesen effektiv entfernt.
Phasen des Waschvorgangs
Der Waschprozess erfolgt im Allgemeinen in zwei Hauptschritten :
Trennung:
Unter Einwirkung des Reinigungsmittels trennt sich der Boden vom Untergrund.
Dispergierung und Suspension:
Der abgelöste Schmutz wird im Waschmedium (normalerweise Wasser) dispergiert und suspendiert .
Das Waschen ist jedoch ein reversibler Vorgang . .
Die dispergierten oder suspendierten Schmutzpartikel können sich manchmal wieder auf der gereinigten Oberfläche ablagern .
Daher muss ein wirksames Reinigungsmittel nicht nur über eine starke Fähigkeit zur Schmutzentfernung vom Untergrund verfügen, sondern auch über eine gute Dispersionssuspension , und Anti -Wiederablagerungseigenschaften verfügen , um zu verhindern, dass der Schmutz auf die gereinigte Oberfläche zurückkehrt.
Auch bei gleichartigen Objekten können Art, Zusammensetzung und Menge der Erde je nach Nutzungsumgebung stark variieren.
Zu den öligen Böden zählen vor allem tierische und pflanzliche Öle sowie Mineralöle (z. B. Rohöl, Heizöl und Kohlenteer).
Feste Böden bestehen hauptsächlich aus Ruß, Staub, Rost und Ruß.
Bei Textilien oder Bekleidung können Böden aus vielen verschiedenen Quellen stammen:
Menschlicher Körper: Schweiß, Talg und Blut.
Lebensmittel: Fruchtflecken, Speiseöl, Soßen und Stärkerückstände.
Kosmetik: Lippenstift, Nagellack usw.
Atmosphärische Quellen: Rauch, Staub und Schlamm.
Andere: Tinte, Tee, Farbe und mehr.
Kurz gesagt, Böden sind in Art und Zusammensetzung unterschiedlich.
Im Allgemeinen können Böden in drei Hauptkategorien eingeteilt werden : feste Böden, , flüssige Böden und Spezialböden.
① Feste Böden
Zu den üblichen festen Böden gehören Staub, Schlamm, Ton, Rost und Rußpartikel .
Die meisten dieser Partikel tragen elektrische Ladungen , meist negative , wodurch sie leicht an Fasern oder Oberflächen adsorbiert werden. .
Feste Verschmutzungen sind normalerweise in Wasser unlöslich , können aber durch Reinigungslösungen dispergiert und suspendiert werden.
Je kleiner die Schmutzpartikel sind, desto schwieriger sind sie zu entfernen.
② Flüssige Böden
Flüssige Verschmutzungen sind im Allgemeinen öllöslich , einschließlich tierischer und pflanzlicher Öle, Fettsäuren, Fettalkohole, Mineralöle und deren oxidierte Derivate.
Tierische und pflanzliche Öle sowie Fettsäuren können mit Alkalien Verseifungsreaktionen eingehen.
Fettalkohole und Mineralöle verseifen jedoch nicht , können sich aber in organischen Lösungsmitteln wie Alkoholen, Ethern und Kohlenwasserstoffen lösen und durch wässrige Waschmittellösungen emulgiert und dispergiert werden.
Öllösliche flüssige Verschmutzungen neigen dazu, stark an Fasern zu haften und sind daher schwieriger zu entfernen.
③ Spezielle Böden
Zu den besonderen Verschmutzungen gehören Proteine, Stärke, Blut, menschliche Sekrete (wie Schweiß, Talg und Urin) sowie Fruchtsäfte, Teeflecken usw. Diese Verschmutzungen binden durch
chemische Wechselwirkungen oft fest an Fasern , was ihre Reinigung erschwert.
In der Realität existieren verschiedene Böden selten isoliert – sie werden oft miteinander vermischt und gleichzeitig auf der Oberfläche eines Objekts adsorbiert .
Darüber hinaus können Böden unter Umwelteinflüssen oxidieren, sich zersetzen oder verfallen , was zur Bildung neuer Schadstoffe führt , die noch schwerer zu entfernen sind.
Kleidung, Haut und andere Oberflächen werden verschmutzt, weil es Wechselwirkungen zwischen dem Boden und dem Untergrund gibt. .
Die Adhäsion von Böden kann grob in physikalische Adhäsion und chemische Adhäsion unterteilt werden.
① Physikalische Haftung
Physikalische Adhäsion entsteht, wenn sich Partikel wie Ruß, Staub, Schlamm und Ruß an Stoffen oder Oberflächen festsetzen.
Im Allgemeinen sind bei dieser Art der Verklebung relativ geringe Kräfte erforderlich , sodass sie im Vergleich zur chemischen Verklebung leichter zu entfernen ist.
Abhängig von der Art der beteiligten Kräfte kann die physikalische Adhäsion weiter in mechanische Adhäsion und elektrostatische Adhäsion unterteilt werden.
A. Mechanische Adhäsion
Dieser Typ bezieht sich hauptsächlich auf die Anhaftung fester Partikel (wie Staub und Sand) an einer Oberfläche.
Es handelt sich um die schwächste Form der Haftung , und solche Verschmutzungen lassen sich oft durch einfache mechanische Mittel (z. B. Schütteln oder Bürsten) entfernen.
Wenn die Bodenpartikel jedoch sehr klein sind (weniger als 0,1 μm), sind sie aufgrund ihrer großen Oberfläche und stärkeren physikalischen Anziehungskraft viel schwieriger zu entfernen .
B. Elektrostatische Adhäsion
Elektrostatische Adhäsion tritt auf, wenn geladene Bodenpartikel von Oberflächen mit entgegengesetzter Ladung angezogen werden. .
Die meisten Fasermaterialien werden im Wasser negativ geladen und ziehen daher leicht positiv geladene Partikel wie Kalk (CaO, CaCO₃) an.
Einige negativ geladene Böden, wie z. B. Rußpartikel in wässriger Lösung, können immer noch über Ionenbrücken an Fasern haften – wobei positive Ionen (z. B. Ca² ⁺, Mg ² ⁺) entgegengesetzt geladene Stellen auf dem Boden und dem Substrat verbinden.
Die elektrostatische Adhäsion ist stärker als die einfache mechanische Adhäsion und daher sind solche Verschmutzungen schwieriger zu entfernen.
② Chemische Adhäsion
Unter chemischer Adhäsion versteht man die Bindung von Boden an eine Oberfläche durch chemische Bindungen oder Wasserstoffbrückenbindungen. .
Beispiele hierfür sind polare Böden, Proteine und Rost , die stark an faserigen Materialien haften.
Fasern enthalten häufig Carboxyl-, Hydroxyl- und Amidgruppen , die Wasserstoffbrückenbindungen mit den in öligen Böden vorhandenen Fettsäuren und Fettalkoholen bilden können .
Da die chemischen Bindungskräfte relativ stark sind, haften auf diese Weise anhaftende Verschmutzungen fest und lassen sich durch gewöhnliches Waschen nur schwer entfernen. .
Oft sind spezielle Reinigungsmethoden oder chemische Behandlungen erforderlich.
Faktoren, die die Bodenhaftungsstärke beeinflussen
Der Grad der Haftung hängt sowohl von der Beschaffenheit des Bodens als auch von den Eigenschaften der Oberfläche ab , auf der er haftet.
Partikelgröße: Kleinere Feststoffpartikel haften stärker an Oberflächen.
Oberflächentyp: Partikelschmutz neigt dazu, leichter an faserigen Materialien zu haften.
Polarität: Auf hydrophilen Oberflächen (z. B. Baumwolle, Glas) haften polare Böden stärker als unpolare Böden.
Ölhaltige Verschmutzungen: Unpolare Verschmutzungen (z. B. ölige oder fettige Substanzen) weisen im Allgemeinen eine stärkere Haftung auf als polare Verschmutzungen wie Staub oder Ton und sind daher schwieriger zu entfernen.
Das Hauptziel des Waschens besteht darin, Schmutz und Verunreinigungen .
in einem Medium mit einer bestimmten Temperatur (typischerweise Wasser ) zu entfernen. Die physikochemischen Wirkungen von Reinigungsmitteln werden genutzt, um die Wechselwirkungen zwischen Schmutz und dem Substrat (dem verschmutzten Material) zu schwächen oder zu beseitigen.
Unter dem Einfluss mechanischer Kräfte – wie z. B. Reiben mit der Hand, Rühren in der Waschmaschine oder Wasserfluss – löst sich der Schmutz von der Oberfläche und erfüllt so den Reinigungszweck.
A. Benetzung
Bei den meisten flüssigen Verschmutzungen handelt es sich um ölige Verunreinigungen. .
Öl kann die meisten Textiloberflächen leicht benetzen und verteilen , wodurch ein dünner Ölfilm auf den Fasern entsteht.
Der erste Schritt des Waschprozesses ist daher die Benetzung der Oberfläche mit der Waschmittellösung. .
Der Einfachheit halber kann man sich die Faseroberfläche als eine glatte, feste Oberfläche vorstellen , bei der das Waschmittel die Oberflächenspannung des Wassers verringert, wodurch sich die Waschflüssigkeit besser verteilen und eindringen kann.
B. Ablöse- und Aufrollmechanismus
Der zweite Schritt ist die Entfernung des Ölfilms , der durch den Aufrollmechanismus erfolgt .
. Zunächst liegt das Öl als dünner, kontinuierlicher Film vor , der über die feste Oberfläche verteilt ist.
Da die Reinigungslösung vorzugsweise die feste (Faser-)Oberfläche benetzt , zieht sich der Ölfilm allmählich zu Tröpfchen zusammen. .
Diese Öltröpfchen werden dann von der Waschflüssigkeit verdrängt , lösen sich unter mechanischer Bewegung oder Scherkräften vollständig von der Oberfläche und werden vom Waschmedium weggetragen.
② Mechanismus zum Entfernen fester Verschmutzungen
Im Gegensatz zur Entfernung flüssiger (öliger) Verschmutzungen, bei der es in erster Linie auf die bevorzugte Benetzung der Substratoberfläche durch die Waschflüssigkeit ankommt, folgt die Entfernung fester Verschmutzungen einem etwas anderen Mechanismus.
Der Schlüsselvorgang beim Waschen besteht in der Benetzung sowohl der Schmutzpartikel als auch der Substratoberfläche mit der Reinigungslösung.
Tenside werden an der Oberfläche sowohl der festen Bodenpartikel als auch des Substrats adsorbiert und verringern so die Grenzflächenwechselwirkung zwischen ihnen.
Durch diese Adsorption verringert sich die Haftfestigkeit der Bodenpartikel auf dem Untergrund, sodass sich der Boden leichter ablösen und entfernen lässt.
Rolle elektrostatischer Effekte
Darüber hinaus können Tenside – insbesondere ionische Tenside – das Oberflächenpotential sowohl der festen Bodenpartikel als auch des Substrats erheblich beeinflussen .
In wässrigen Medien tragen die meisten Feststoffe und Faseroberflächen negative Ladungen und bilden diffuse Doppelschichten um ihre Oberflächen.
Da sich gleiche Ladungen abstoßen, schwächt diese elektrostatische Abstoßung die Haftung zwischen Bodenpartikeln und der Oberfläche.
Durch den Zusatz anionischer Tenside wird das negative Oberflächenpotential sowohl der Bodenpartikel als auch des Substrats weiter erhöht.
Dadurch wird die Abstoßungskraft zwischen ihnen verstärkt, die Haftfestigkeit nimmt ab und die Verschmutzungen lassen sich leichter entfernen.
Nichtionische Tenside
Nichtionische Tenside können auch auf geladenen Festkörperoberflächen adsorbieren, verändern das Oberflächenpotential jedoch nicht wesentlich. Die
adsorbierte nichtionische Schicht kann jedoch einen Schutzfilm messbarer Dicke bilden , der dazu beiträgt , die erneute Ablagerung abgelöster Verschmutzungen auf der gereinigten Oberfläche zu verhindern.
Kationische Tenside
Im Gegensatz dazu neigen kationische Tenside dazu, das negative Oberflächenpotential sowohl der Bodenpartikel als auch des Substrats zu verringern oder zu neutralisieren .
Dies verringert die elektrostatische Abstoßung und erhöht die Wahrscheinlichkeit einer erneuten Adhäsion , was für die Schmutzentfernung ungünstig ist .
. Darüber hinaus können kationische Tenside, sobald sie adsorbiert sind, die Oberfläche hydrophob machen , was die Benetzbarkeit verringert und somit die Wascheffizienz beeinträchtigt.
③ Entfernung spezieller Verschmutzungen
Verschmutzungen wie Proteine, Stärke, menschliche Sekrete, Fruchtsäfte und Teeflecken lassen sich nur schwer mit gewöhnlichen Tensiden entfernen und erfordern daher spezielle Behandlungsmethoden.
Proteinböden
Proteinbasierte Verschmutzungen – wie Sahne, Eier, Blut, Milch und Hautsekrete – neigen dazu, bei Kontakt mit Fasern zu koagulieren und zu denaturieren und stark anhaftende Ablagerungen zu bilden. .
Diese können mithilfe proteolytischer Enzyme (Proteasen) effektiv entfernt werden, die die Hydrolyse von Proteinen im Boden in wasserlösliche Aminosäuren oder kleine Peptide katalysieren und so deren Abwaschen ermöglichen.
Stärkeböden
Stärkeverschmutzungen stammen hauptsächlich aus Nahrungsquellen wie Soßen, Pasten oder Soßen. .
Amylaseenzyme können die Hydrolyse von Stärke in kleinere Zuckermoleküle katalysieren und so deren Entfernung beim Waschen erleichtern.
Fettige Böden
Lipase-Enzyme werden zur Katalyse des Abbaus triglyceridartiger Verschmutzungen eingesetzt , die mit herkömmlichen Methoden oft nur schwer zu entfernen sind.
Dazu gehören Talg, Speiseöle und Fette. .
Lipase spaltet Triglyceride in Glycerin und Fettsäuren auf , die beide besser löslich sind und durch Reinigungsmittel leicht entfernt werden können.
Farbige und pigmentierte Flecken
Bestimmte farbige Verschmutzungen – etwa durch Fruchtsäfte, Tee, Tinte oder Lippenstift – lassen sich oft auch nach mehrmaligem Waschen nicht vollständig entfernen.
Diese Flecken können mit Oxidations- oder Reduktionsmitteln (z. B. Bleichpulver, Wasserstoffperoxid oder Natriumdithionit) behandelt werden, die Redoxreaktionen auslösen , die chromophore und auxochrome Gruppen in den Farbmolekülen zerstören.
Durch diese Reaktion werden die Pigmente in kleinere, wasserlösliche Verbindungen abgebaut und können so entfernt werden.
Die oben diskutierten Waschmechanismen beziehen sich in erster Linie auf das Waschen mit Wasser , wobei Wasser als Reinigungsmedium dient. .
Aufgrund der Unterschiede in der Art und Struktur der Stoffe ist das Waschen mit Wasser jedoch nicht immer für alle Kleidungsstücke geeignet oder wirksam.
In einigen Fällen kann das Waschen mit Wasser sogar zu einer Verformung des Stoffes, einem Verblassen der Farbe oder einer Veränderung der Textur führen.
Zum Beispiel:
Die meisten Naturfasern nehmen Wasser auf, quellen leicht auf und schrumpfen dann beim Trocknen, was zu Verformungen oder Verformungen führt.
Wollstoffe neigen dazu, nach dem Waschen mit Wasser einzulaufen und zu verfilzen .
Bei einigen Wollmischungen kann es zu Pilling oder Farbverlust kommen.
Seidenstoffe werden nach dem Waschen mit Wasser oft rauer und weniger glänzend .
Aus diesen Gründen erfolgt die Reinigung solcher Kleidungsstücke häufig im Trockenreinigungsverfahren.
Grundsätze der chemischen Reinigung
Unter chemischer Reinigung versteht man einen Waschprozess, bei dem anstelle von Wasser als Medium organische Lösungsmittel , insbesondere unpolare Lösungsmittel , zum Einsatz kommen.
Im Vergleich zum Waschen mit Wasser ist die chemische Reinigung ein schonenderer Reinigungsprozess.
Da weniger mechanische Bewegung erforderlich ist , verursacht die chemische Reinigung nur minimale Schäden, Falten oder Verformungen an den Kleidungsstücken.
Darüber hinaus führen Trockenreinigungslösungsmittel im Gegensatz zu Wasser nicht zum Quellen oder Schrumpfen der Fasern und bewahren so die ursprüngliche Form, Farbe und Textur des Stoffes.
Bei richtiger Handhabung lassen sich mit der Trockenreinigung hervorragende Reinigungsergebnisse erzielen und gleichzeitig dafür sorgen, dass die Kleidungsstücke formstabil, farbecht und langlebig bleiben.
Arten von Verschmutzungen in der chemischen Reinigung und ihre Entfernungsmechanismen
Aus Sicht der chemischen Reinigung lassen sich Böden anhand ihrer Löslichkeitseigenschaften grundsätzlich in drei Kategorien einteilen :
① Öllösliche Böden
Zu den öllöslichen Verschmutzungen gehören verschiedene Öle und Fette – entweder in flüssiger oder halbfester (fettiger) Form –, die in Lösungsmitteln für die chemische Reinigung leicht löslich sind. .
Dazu gehören tierische und pflanzliche Öle, Mineralöle und Fette. .
Die hervorragende Lösungsfähigkeit von Lösungsmitteln für die chemische Reinigung von Ölen und Fetten beruht hauptsächlich auf intermolekularen Van-der-Waals-Kräften , die eine effiziente Auflösung und Entfernung solcher Verschmutzungen ermöglichen.
② Wasserlösliche Böden
Wasserlösliche Verschmutzungen können sich in Wasser lösen , jedoch nicht in Lösungsmitteln für die chemische Reinigung. .
Sie werden typischerweise in wässriger Form auf Textilien absorbiert und fallen nach der Verdunstung des Wassers als feste Rückstände wie anorganische Salze, Stärke und Proteine aus.
Um diese Verschmutzungen bei der Trockenreinigung zu entfernen, muss dem Trockenreinigungslösungsmittel eine andernfalls können wasserlösliche Verunreinigungen nicht wirksam entfernt werden. kleine Menge Wasser zugesetzt werden;
Da Wasser jedoch nur wenig mit unpolaren Trockenreinigungslösungsmitteln mischbar ist , , müssen zur Verbesserung der Verträglichkeit Tenside zugesetzt werden.
Das Vorhandensein von Wasser im Trockenreinigungslösungsmittel ermöglicht die Hydratisierung sowohl des Schmutzes als auch der Stoffoberfläche und erleichtert so die Wechselwirkung zwischen den polaren Gruppen des Tensids und der Oberfläche. Darüber hinaus .
können bei der Bildung von Tensidmizellen sowohl wasserlösliche Verschmutzungen als auch Wasser in den Mizellen solubilisiert werden , sodass sie vom Lösungsmittel weggetragen werden können.
Tenside erhöhen nicht nur den Wassergehalt, sondern verhindern auch die erneute Ablagerung abgelöster Verschmutzungen und verbessern so die Gesamtreinigungseffizienz.
Eine kleine Menge Wasser ist daher für die Entfernung wasserlöslicher Verschmutzungen unerlässlich , überschüssiges Wasser kann jedoch zu Verformungen oder Faltenbildung im Stoff führen .
. Daher muss der Wassergehalt in Trockenreinigungsformulierungen sorgfältig kontrolliert werden.
③ Nicht lösliche Böden (sowohl in Wasser als auch in Lösungsmitteln unlöslich)
Einige Verschmutzungen wie Staub, Schlamm, Ton und Ruß sind sowohl in Wasser als auch in Lösungsmitteln für die chemische Reinigung unlöslich. .
Diese festen Partikel haften normalerweise durch elektrostatische Anziehung oder durch Bindung in öligen Rückständen an Textilien.
Bei der Trockenreinigung trägt die mechanische Wirkung des Lösungsmittelflusses und der Turbulenz dazu bei, durch elektrostatische Kräfte festgehaltene Verschmutzungen zu lösen.
Gleichzeitig löst das Lösungsmittel die öligen Bestandteile auf und setzt die darin eingeschlossenen Feststoffpartikel frei.
Die geringe Menge an Wasser und Tensid im Trockenreinigungslösungsmittel trägt dann dazu bei, diese abgelösten Partikel zu dispergieren und zu suspendieren und verhindert so deren erneute Ablagerung auf der Stoffoberfläche.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine wirksame chemische Reinigung auf einem ausgewogenen Zusammenspiel von Lösungsmittellösungsfähigkeit, kontrollierter Feuchtigkeit und Tensidaktivität beruht , um ein breites Spektrum an Verschmutzungen zu entfernen – ob öllöslich, wasserlöslich oder unlöslich.
Die orientierte Adsorption von Tensidmolekülen an Grenzflächen und die Verringerung der Oberflächen- oder Grenzflächenspannung sind die Hauptmechanismen zur Entfernung flüssiger und fester Verschmutzungen.
Allerdings ist der Waschprozess recht komplex und selbst bei der gleichen Waschmittelart kann die Reinigungsleistung durch viele weitere Faktoren beeinflusst werden – darunter Waschmittelkonzentration, Temperatur, Beschaffenheit des Bodens, Faserart und Stoffstruktur.
① Konzentration von Tensiden
Mizellen , die von Tensiden in Lösung gebildet werden, spielen beim Waschvorgang eine entscheidende Rolle.
Wenn die Tensidkonzentration die kritische Mizellenkonzentration (CMC) erreicht , steigt die Wascheffizienz stark an. .
Um eine gute Reinigungsleistung zu erzielen, sollte die Waschmittelkonzentration daher über der CMC liegen.
Sobald die Konzentration jedoch die CMC überschreitet, führen weitere Erhöhungen der Tensidkonzentration nur zu geringfügigen Verbesserungen der Wascheffizienz.
Eine übermäßige Zugabe von Tensid über das optimale Maß hinaus ist daher unnötig und unwirtschaftlich.
Bei der Entfernung öliger Verschmutzungen durch Solubilisierung steigt die Solubilisierungskapazität des Tensids mit zunehmender Konzentration auch oberhalb der CMC weiter an.
Daher ist es manchmal von Vorteil, das Reinigungsmittel lokal auf stark verschmutzte Bereiche (z. B. Kragen und Manschetten) aufzutragen, wo höhere lokale Konzentrationen die Löslichkeit und Entfernung öliger Verunreinigungen verbessern können.
② Einfluss der Temperatur
Die Temperatur hat einen wesentlichen Einfluss auf den Waschvorgang.
Im Allgemeinen fördert eine Erhöhung der Temperatur den Schmutzabtrag , zu hohe Temperaturen können jedoch manchmal nachteilige Auswirkungen haben.
Eine Erhöhung der Temperatur fördert die Diffusion von Verschmutzungen , und feste oder fettige Verschmutzungen können leichter emulgiert werden, sobald die Temperatur ihren Schmelzpunkt überschreitet. .
Höhere Temperaturen verursachen auch eine Faserquellung , die dazu beitragen kann, Verschmutzungen von der Faseroberfläche zu lösen.
Diese Faktoren tragen gemeinsam zu einer verbesserten Reinigungseffizienz bei.
Bei jedoch dicht gewebten Stoffen kann eine übermäßige Faserquellung die Mikrospalte zwischen den Fasern verringern , wodurch es für die Waschmittellösung schwieriger wird, in die Fasern einzudringen und Verschmutzungen zu entfernen.
Die Temperatur beeinflusst auch die Löslichkeit von Tensiden , ihre kritische Mizellenkonzentration (CMC) sowie die Größe und Anzahl der Mizellen und beeinflusst so die gesamte Waschwirkung.
Bei langkettigen Tensiden ist die Löslichkeit bei niedrigeren Temperaturen relativ gering – manchmal sogar unter ihrem CMC-Wert . In solchen Fällen sollte die Waschtemperatur entsprechend erhöht werden.
Bei ionischen Tensiden führt ein Temperaturanstieg typischerweise zu einem Anstieg des CMC und einer Abnahme der Mizellenzahl , was bedeutet, dass eine höhere Tensidkonzentration erforderlich ist, um die Reinigungsleistung aufrechtzuerhalten.
Bei nichtionischen Tensiden tendiert eine Erhöhung der Temperatur dazu, die CMC zu verringern und die Mizellenbildung zu erhöhen , wodurch die Oberflächenaktivität erhöht wird . Allerdings sollte die Temperatur den Trübungspunkt nicht überschreiten , jenseits dessen die Löslichkeit des Tensids abnimmt und die Leistung nachlässt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die optimale Waschtemperatur sowohl von der Waschmittelformulierung als auch von der Beschaffenheit des zu reinigenden Stoffes abhängt.
Einige Waschmittel wirken effektiv bei Raumtemperatur , während andere deutliche Unterschiede in der Reinigungskraft zwischen kalten und heißen Waschbedingungen aufweisen.
③ Schaum
Oftmals wird fälschlicherweise die Schaumbildungsfähigkeit mit der Reinigungsleistung in Verbindung gebracht , weil man davon ausgeht, dass ein Waschmittel, das mehr Schaum erzeugt, auch besser reinigen muss.
Studien haben jedoch gezeigt, dass die Wascheffizienz nicht direkt mit der Schaummenge zusammenhängt. .
Beispielsweise können schwach schäumende Waschmittel genauso effektiv reinigen wie stark schäumende.
Obwohl Schaum selbst nicht direkt zur Reinigung beiträgt, kann er in bestimmten Fällen bei der Schmutzentfernung helfen , .
zum Beispiel:
Beim Geschirrspülen von Hand kann der Schaum der Spülmittellösung von der Oberfläche abgelöste Öltröpfchen mitreißen .
Beim Reinigen von Teppichen kann Schaum Staub und feste Schmutzpartikel einfangen und entfernen. .
Da Staub einen großen Teil der Teppichverschmutzung ausmacht , sind Teppichreiniger im Allgemeinen so formuliert, dass sie eine mäßige Schaumbildungsfähigkeit aufweisen.
Die Schaumfähigkeit ist auch bei Shampoos und Körperwaschmitteln ein wichtiger Faktor .
. Beim Waschen oder Baden sorgt der feine und cremige Schaum für ein angenehmes, glattes und angenehmes Gefühl und verbessert das Benutzererlebnis.
④ Fasertyp und physikalische Eigenschaften von Stoffen
Neben der chemischen Zusammensetzung der Fasern beeinflussen auch die Oberflächenmorphologie , , die Garndrehung und die Stoffstruktur, wie leicht Verschmutzungen an Textilien haften und sich von ihnen entfernen lassen.
Wollfasern mit ihrer schuppigen Oberfläche und Baumwollfasern mit ihrer flachen, gedrehten, bandartigen Form neigen dazu, mehr Schmutz einzufangen als glatte Fasern.
Beispielsweise lässt sich auf Zellulosefolie (Viskosefolie) haftender Ruß leicht entfernen, wohingegen sich Ruß auf Baumwollgewebe deutlich schwerer abwaschen lässt.
Kurzfaserige Polyesterstoffe sammeln mehr öligen Schmutz an als langfaserige Stoffe , und die öligen Verschmutzungen auf kurzfaserigen Stoffen sind auch schwieriger zu entfernen.
Eng gezwirnte Garne und dicht gewebte Stoffe widerstehen anfänglicher Verschmutzung, da die mikroskopischen Lücken zwischen den Fasern kleiner sind und das Eindringen von Schmutz erschwert wird.
Bei einer Verschmutzung behindern diese dichten Strukturen jedoch auch das Eindringen der Waschlösung und erschweren so die Schmutzentfernung.
Daher können Struktur und Textur von Stoffen sowohl die Schmutzbeständigkeit verbessern als auch die Reinigung erschweren , je nachdem, wie die Fasern mit Schmutz und Reinigungsmittel interagieren.
⑤ Wasserhärte
Die Konzentration von Metallionen wie Ca²⁺ und Mg²⁺ im Wasser hat einen erheblichen Einfluss auf die Waschleistung.
Insbesondere anionische Tenside neigen bei der Reaktion mit diesen Ionen dazu, unlösliche Calcium- und Magnesiumsalze zu bilden, was ihre Reinigungswirkung stark verringert.
Selbst wenn die Tensidkonzentration in hartem Wasser relativ hoch ist, ist die Reinigungseffizienz immer noch viel geringer als die in destilliertem oder weichem Wasser.
Um zu erzielen eine optimale Waschleistung , sollte die Konzentration an Ca²⁺ -Ionen im Wasser unter 1 × 10 ⁻⁶ mol/L liegen (entspricht weniger als 0,1 mg/L als CaCO₃ ) .
Daher ist es notwendig, zuzusetzen, um Ca²⁺- und Mg²⁺-Ionen zu entfernen oder zu binden. Waschmittelformulierungen Wasserenthärter
