СОСТАВ И СВОЙСТВА МОЮЩИХ СРЕДСТВ

МОЮЩИЕ СРЕДСТВА

СОСТАВ И СВОЙСТВА МОЮЩИХ СРЕДСТВ

КЛАССИФИКАЦИЯ МОЮЩИХ СРЕДСТВ

 

СРЕДСТВА ДЛЯ СТИРКИ, МЫТЬЯ И ЧИСТКИ ТЕКСТИЛЬНЫХ ИЗДЕЛИИ И ПРЕДМЕТОВ ДОМАШНЕГО ОБИХОДА

В эту группу средств входят средства моющие, водосмягчающие, отбеливающие, для чистки.

Длительное время для стирки и мытья применяли преимуще­ственно мыло хозяйственное или составы на его основе. В по­следние 20—30 лет ассортимент средств этой группы значительно расширился. Промышленность освоила производство синтетиче­ских моющих средств (CMC), обладающих в ряде случаев более высокой эффективностью и экономичностью. Их выпуск растет быстрыми темпами, в то время как производство мыла хозяйст-. венного постепенно сокращается. С 1965 по 1970 г. производство CMC увеличилось более чем в 3 раза и составило в 1970 г. 456 тыс. г. Удельный вес CMC в общем выпуске моющих средств повысился с 11% в 1965 г. до 32% в 1970 г., а доля мыла снизи­лась за этот период с 88 до 67%.

За последние годы заметно расширен ассортимент отбеливаю­щих и чистящих средств. Отбеливатели вводят в состав синтети­ческих моющих средств или выпускают отдельно для повышения степени белизны изделий после стирки. Обновление и расширение ассортимента средств для чистки происходило преимуществен­но в связи с введением в их состав синтетических моющих веществ СМВ или изменением рецептуры. Последнее не всегда было оправдано, так как появление значительного количества различных по наименованиям средств без существенного разли­чия их потребительных свойств не отвечает интересам покупате­лей.

МОЮЩИЕ СРЕДСТВА

Природа моющих средств. Моющими средствами называют сложные органические соединения, применяемые в чистом виде или с добавками для стирки изделий из текстильных волокон и мытья различных предметов домашнего обихода. Эти средства облегчают также отбеливание и крашение тканей, изготовление • эмульсий^! и суспензий² при получении пищевых товаров, красочных составов, очистку и- измельчение руд и других природных материалов, повышают антифрикционную способность смазочных материалов и т. д.

Основной (активной) частью моющих средств являются мою­щие вещества. Они представляют собой органические соединения, обладающие поверхностной активностью, способностью образовы­вать пену и полуколлоидный раствор в воде. Благодаря поверх­ностной активности они понижают поверхностное натяжение воды, увеличивая тем самым ее смачивающую способность.

В молекуле моющих веществ имеется длинная углеводородная цепь R, которая для случая мыла на основе.стеариновой кислоты Ci?H35COONa содержит 17 атомов углерода и короткую часть в виде реакционной солеобразующей (карбоксильной) группы.

Полярная часть молекулы обусловливает растворимость мыла в воде, неполярная (гидрофобная) — затрудняет, тормозит раст­ворение и стремится вытеснить молекулу мыла из моющего раст­вора на поверхность. В связи с этим мыло в растворе концентри­руется главным образом на поверхности моющего раствора. При взбалтывании оно образует пену, которая способствует удалению загрязнений из моющего раствора и характеризует наличие в рас­творе неизрасходованного моющего вещества.

Адсорбируясь на поверхности моющего раствора, покрывая его, мыло снижает поверхностное натяжение воды, в результате чего вода легче смачивает другие тела, проникает в трещины и т. д.

Соотношение длины неполярной и полярной частей в молекуле обусловливает различную растворимость моющего вещества в воде.,

С увеличением длины углеводородной цепи понижается раст­воримость, но повышается твердость моющего вещества. Напри­мер, мыло на основе стеариновой кислоты твердое, имеет низкую растворимость в воде комнатной температуры. При добавлении жирных кислот с меньшим количество^ углеродных атомов улуч­шается растворимость мыла. Моющие средства содержат Обычно от 8 до 20 углеродных атомов в неполярной части, образуя полуколлоиды, т. е. находятся в растворе как в виде молекул, так и в виде более крупных частиц (агрегатов).

Мыло содержит карбоксильную группу — СООН, способную взаимодействовать с солями кальция и магния, содержащимися в жесткой воде. Это приводит к образованию нерастворимого «изве­сткового мыла», оседающего на ткани и отрицательно сказываю­щегося на ее прочности.

При производстве других видов моющих веществ карбоксиль­ную группу блокируют или заменяют на иную реакционную по­лярную группу

Таким образом, свойства моющих веществ зависят от вида и длины углеводородной части и природы активной группы. Угле­водородная часть моющих веществ может содержать радикал али-фатический (СНз—GHz—СН2...... СН2 — сокращенно алкил) или

ароматический, например бензольный остаток (арил). Бензол содержит лишь шесть углеродных атомов, поэтому в ароматиче­ский цикл вводят несколько углеводородных групп (алкильный остаток). Моющие вещества с таким радикалом называют алкила-рильными.

Моющие вещества в зависимости от строения углеводородного радикала и активной группы делят на следующие типы:

1. Алкилкарбонаты (мыла) общей формулой RCOONa.

2. Алкилсульфаты:

а) первичные

б) вторичные

3. Алкилсульфонаты

4. Алкиларилсульфонаты (оульфонаты)

5. Алкиламмонийхлориды катионоактивные мою­щие вещества).

Мыла получают переработкой жирового сырья, сульфаты и сульфонаты являются синтетическими моющими веществами.

Перечисленные моющие вещества называют ионогенными (ионообразующими). В водном растворе они диссоциируют на ионы

Мыла, сульфаты и сульфонаты являются анионоактивными, так как образуют поверхностно-активный отрицательно заряжен­ный ион. Менее распространены неионогенные моющие вещества,

Они в воде не диссоциируют, но растворяются благодаря наличию в молекуле большого числа гидрофильных групп, например ОН.

Неионогенные моющие вещества бывают естественного про­исхождения (сапонины из мыльного корня, конского каштана и других растений) и синтетические — препараты типа ОН, полу­ченные из окиси этилена и фенолов, жирных спиртов.

Сущность моющего процесса. Моющее действие обусловлено способностью моющих веществ адсорбироваться на поверхностях воды и твердых тел, повышать их смачиваемость, образовывать пену и устойчивые взвеси частиц в воде.

Как известно, загрязнения представляют собой смесь твердых частиц (пыли, сажи, соли и др.) и жировых, а также потовых пленок, прилипших к поверхности тканей и других предметов.

Чтобы удалить загрязнения необходимо:

отделить загрязнение от очищаемой поверхности;

перевести грязевые частицы в моющий раствор;

удержать их в моющем растворе до его смены и устранить воз­можность повторного осаждения на очищаемую поверхность.

Трудность удаления загрязнений водой связано с гидрофоб-ностью поверхности грязевых частиц.

Чтобы отделить (оторвать) загрязнение, моющая жидкость должна обладать хорошей смачиваемой способностью (содержать мыло или другое поверхностно-активное моющее средство). Мою­щая жидкость легко проникает в поры тканей и других мате­риалов, в трещинки грязевых частиц, а также между загрязне­ниями и отстирываемой поверхностью. Частицы грязи набухают,,дробятся, обволакиваются пленкой мыла, при этом уменьшается сцепление частиц грязи между собой и очищаемой поверхностью (рис. 4). При небольшом механическом воздействии (перетира­нии руками или в стиральной машине) частицы загрязнений легко отделяются и переходят в раствор, где находятся во взве­шенном состоянии.

В процессе отрыва загрязнений от очищаемой поверхности про­исходит одновременно их измельчение, эмульгирование (перевод жировой части загрязнения в раствор) и суспензирование (рас­пределение твердых частиц загрязнений в моющем растворе).

Выше было сказано, что моющие средства находятся в раст­воре в виде молекул и агрегатов. Агрегаты образуют более проч­ные пленки вокруг переведенных в моющий раствор частиц грязи, что предотвращает слипание частиц грязи и повторное осаждение их на материале.

В процессе стирки в моющий раствор попадает большое коли­чество пузырьков воздуха. При этом они обволакиваются плен­кой мыла. Пузырьки воздуха, заключенные в мыльную пленку, как имеющие малый удельный вес, стремятся всплыть на поверх­ность. При всплывании на поверхность мыльного раствора проч­ность пленок вокруг пузырьков воздуха увеличивается, так как они покрываются вторым слоем молекул мыла, расположенным на границе раздела воды и воздуха. Сталкиваясь, они образуют пену. Концентрация мыла в пленке вследствие накопления моле­кул мыла выше, чем в моющем растворе.

Пена способствует механическому уносу загрязнений. При взбалтывании моющего раствора частицы загрязнений, покрытые

Воздух

Схематическое изображение моющего процесса:

а — грязевая частица на поверхности материала; б — адсорбция моющего вещества на частице грязи; в — отрыв частицы грязи от отмываемой поверхности; г — частица грязи в моющем растворе; д — пузырьки воздуха с адсорбированными молекулами моющего вещества (пена); Е — слипшиеся пузырьки пены и частицы грязи; ж — адсорбционный слой моющего раствора на границе раздела воздух — вода

мыльной пленкой, прилипают к пленкам пузырьков и вместе с ними всплывают, сталкиваясь в пене

Таким образом, моющий раствор хорошо смачивает загрязне­ние, облегчая их набухание, измельчение и перевод во взвешен­ное состояние в раствор. Механическое воздействие, повышенная температура и пена облегчают осуществление моющего процесса.

СОСТАВ И СВОЙСТВА МОЮЩИХ СРЕДСТВ

Состав моющих средств. Моющие средства представляют со­бой композиции, основной частью которых являются моющие ве­щества.

Моющий эффект средства зависит от способности моющего вещества смачивать, диспергировать (измельчать) и эмульгиро-вать загрязнение.

Мыла хозяйственные обладают сравнительно высоким моющим эффектом. Они содержат преимущественно только моющие ве­щества (натриевые или калиевые соли жирных кислот).

В связи с тем что синтетические моющие вещества в чистом виде не обладают высокой моющей способностью, их применяют в смеси с полезными добавками: нейтральными и щелочными со­лями (электролитами), отбеливателями, стабилизаторами пены и др.

Щелочные соли (сода кальцинированная, триполйфосфат, три-натрийфосфат, гексаметафосфат, силикат натрия) улучшают эмульгирующую способность и коллоидную структуру моющих растворов, способствуют получению более прочных пленок мою­щего вещества вокруг частиц загрязнения, смягчают воду и соз­дают благоприятную (слабо-, умеренно- или сильнощелочную) среду для стирки изделий из различных волокон.

Например, для стирки хлопковых и льняных тканей эффек­тивно вводить в средства сильнощелочные добавки — соду, три-натрийфосфат. Гексаметафосфат образует в моющем растворе слабокислую среду, благоприятную для стирки шерстяных тканей. Нейтральные соли (сульфат натрия) являются наполнителями и улучшают структуру коллоидных растворов моющих средств.

При введении отбеливателей в состав синтетических моющих средств не требуется подсинивания белья. Стабилизаторы пены (алкилоламиды) улучшают и стабилизируют ценообразование моющих средств.

Для устранения повторного осаждения загрязнений (ресорб-ции) в состав синтетических моющих средств вводят карбоксиме-тилцеллюлозу (КМЦ).

Свойства моющих средств. Потребительными свойствами мою­щих средств являются моющая, пенообразующая и антиресорбци-онная способность, рН среды моющего вещества.

Моющая способность — комплексный показатель оценки по­требительных свойств моющих средств. Ее определяют по степени восстановления белизны загрязненной ткани после одной или нескольких стирок в моющем растворе определенной консистен­ции.

Моющая способность может быть выражена отношением бе­лизны (коэффициента отражения) выстиранной ткани к белизне (коэффициенту отражения) белой незагрязненной ткани (в про­центах). Моющая способность зависит от поверхностной актив­ности моющего вещества, его способности эмульгировать жировые и масляные загрязнения, жесткости воды, температуры, рН среды и др.

В мягкой (не содержащей солей Са, Mg, Fe) воде наиболее высокую моющую способность проявляет жировое мыло. Хорошую моющую способность имеют первичные алкилсульфаты и алкила-рилсульфонаты. Более низкой моющей способностью (по убываю­щей) обладают вторичные алкилсульфаты,. алкилсульфонаты, катионоактивные, неионогенные синтетические моющие вещества. С увеличением жесткости воды моющая способность мыла может быть утрачена полностью, в то время как у синтетических мою­щих веществ она уменьшается лишь наполовину, а в присутст­вии электролитов почти не изменяется.

Пенообразовательную способность моющих растворов характе­ризуют объемом или высотой столба пены, а также пеноустойчи-востью, т. е. отношением объема или высоты столба пены через определенный промежуток времени после ее образования к пер­воначальному объему или высоте столба пены. В мягкой воде мыло образует более обильную и устойчивую пену, чем синтетические моющие вещества.

Кальциевые и магниевые соли, обусловливающие жесткость воды, заметно понижают Пенообразовательную способность. При появлении электролитов и алкилоламидов повышается способ­ность моющих веществ образовывать обильную и устойчивую пену в жесткой воде.

Антиресорбционная способность характеризует стабилизирую­щее действие моющих веществ. Моющие вещества должны не только удалять загрязнения с поверхности, но и удерживать их в растворе, препятствовать повторному осаждению, т. е. прояв­лять стабилизирующий эффект. Мыла обладают высоким стабили­зирующим действием. Синтетические моющие вещества прояв­ляют сравнительно слабую способность удерживать в моющем растворе загрязнения. Мелкие частицы загрязнения повторно осаждаются на очищаемой поверхности, и ткани после много^ кратных стирок приобретают серый оттенок. Для повышения антиресорбционной способности моющих веществ вводят различ­ные добавки (КМЦ).

В зависимости от вида и количества нейтральных и щелочных солей моющий раствор имеет различную среду (рН) — кислую, нейтральную, слабо- и сильнощелочную. Кислая и нейтральная среды благоприятны для стирки изделий из волокон животного происхождения, щелочная — для стирки изделий из волокон рас­тительного происхождения; умеренно щелочная среда (при добав­лении триполофосфата) — для стирки тканей из искусственных и синтетических волокон. В зависимости от рН среды изменяется также моющая способность моющих веществ. Например, анионо-активные моющие вещества (мыло, алкилсульфаты и сульфо-наты) проявляют моющий эффект лишь в щелочной и нейтраль­ной среде, в кислой среде они сами закрепляются на ткани. Ка­тионоактивные моющие вещества проявляют моющее действие в нейтральной и слабокислой средах. Такое различие свойств зави­сит от характера заряда растворенных в воде активных частей молекулы моющего вещества.

Поэтому характер заряда моющих веществ следует учитывать при выборе моющего средства для определенных условий стирки.