Принципы создания текстильных моющих средств

Сырьем для производства текстильных моющих средств являются ПАВ, полезные свойства которых могут быть усилены за счет добавления к ним ряда других органических и неорганических соединений. Оптимальный выбор поверхностно-активных и вспомогательных веществ обуславливает создание современных ТМС.

Составление рецептур текстильных моющих средств (ТМС) основано на представлениях о механизме моющего действия, сведениях об адсорбционных и объемных свойствах поверхностно-активных веществ и выборе вспомогательных добавок.

При создании ТМС учитывают, что в действии моющих ПАВ наблюдается синергизм, который заключается в том, что моющее действие отдельных поверхностно-активных веществ не просто суммируется, а значительно усиливается в смеси. На основе изучения синергизма разрабатываются смеси, включающие несколько ПАВ, суммарная концентрация которых в композиции составляет 15-20%.

Эффективность действия поверхностно-активных веществ снижается в минерализованной воде, содержащей ионы кальция, магния, железа, в результате протекания обменной реакции и образования хлопьев нерастворимой соли с этими катионами. Степень минерализации воды в разных районах страны неодинакова, поэтому в разных местностях необходимо подбирать оптимальные составы. Образующиеся кальциевые и другие нерастворимые в воде соли высших алкилкарбоновых кислот не проявляют моющего действия. В процессе стирки эти соли жесткости приводят к двум основным негативным последствиям:

· оседанию ткани, так называемой инструкции, которая проявляется в выцветании и быстром износе изделия;

· образованию накипи на нагревательных элементах автоматических стиральных машин.

Для связывания солей жидкости в состав ТМС вводят специальные добавки - комплексообразователи: полифосфаты, трилон Б, трилон А и др. При применении упомянутых компонентов бельё легче выполаскивается, отглаживается и даже после многократных стирок не теряет первоначальной мягкости и не сереет.

Если взаимодействие красителя с поверхностью текстильного материала больше, чем взаимодействие с ней ПАВ, в ТМС вводят дополнительные добавки, усиливающие моющее действие поверхностно-активных веществ.

Краситель, оказавшись в растворе текстильного моющего средства, может снова осесть на промываемый текстильный материал, поэтому в композицию вводят компоненты, препятствующие их обратному осаждению. Самыми распространёнными антиресорбентами являются карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) и поликарбоксилаты, которые особенно эффективны, так как обладают диспергирующими свойствами по отношению к солям жесткости.

Важно соблюдать еще один принцип создания рецептур ТМС: рецептура не должна оказывать вредного воздействия не только на окружающую среду и человека, но и не вызывать коррозии оборудования, не пениться при применении в стиральных машинах и т.п. В то же время желательно, чтобы моющая композиция обладала приятным запахом [34].

Таким образом, современные ТМС в зависимости от назначения должны содержать много различных компонентов: ПАВ разных классов и их смеси, комплексообразователи, антиресорбенты, ингибиторы коррозии металлов, пеногасители, ароматизаторы и другие компоненты, придающие рецептуре требуемые специфические свойства. Их грамотный подбор определяет не только моющую способность, но и помогает решить целый ряд дополнительных задач: отбелить, сохранить или восстановить яркость цвета, придать белью мягкость, продлить срок его службы и даже избавить от катышков.

На данный момент выпускается большое количество моющих композиций:

· анионный моющий препарат ELC обладает хорошими моющими, смачивающими и диспергирующими свойствами; используется для обезжиривания во всех традиционных малопенных процессах отварки, беления и промывки хлопчатобумажных и полиамидных тканей, является не пенным продуктом, устойчив к щелочам, кислотам и электролитам;

· моющий препарат L400 обладает смачивающими, эмульгирующими и выравнивающими свойствами, надежен в предварительной обработке, благодаря содержанию растительных ПАВ, является высокопенным продуктом, пригоден для периодических и непрерывных процессов обработки хлопчатобумажных, шерстяных, синтетических тканей;

· неионогенный моющий препарат BNH используется в моющих и мыловочных ваннах, переводит гидролизованный краситель в промывочную ванну и диспергирует его и, как результат, улучшает показатели прочности окраски к трению и стирке, успешно используется в периодических и непрерывных процессах, промывке тканей из хлопка, вискозы и синтетических волокон, устойчив в жесткой воде, средне устойчив в кислотах и щелочах;

· моющий препарат DL (смесь анионных и неионогенных ПАВ) обладает отличными смачивающими, моющими и выравнивающими свойствами, устойчив к щелочным и кислым средам, жесткой воде, электролитам, окислителям и восстановителям, является малопенным продуктом и может использоваться как в непрерывных, так и в периодических процессах обработки всех видов волокон и их смесей;

· моющий препарат RSK (анионный препарат для промывки тканей, окрашенных и напечатанных активными красителями) является высокоэффективным моющим, выравнивающим агентом и диспергатором, может использоваться в кислых, щелочных и нейтральных средах. Данный композит обеспечивает высокоэффективную промывку тканей, окрашенных и напечатанных активными красителями, легко удаляет молекулы красителя, не вступившие в ковалентную связь с волокном и удерживает их в промывной ванне, препятствуя повторному осаждению на ткань, что сокращает количество заключительных промывок, образует водорастворимый комплекс с ионами кальция и магния в промывной ванне, препятствуя этим образованию нерастворимых солей кальция и магния с загусткой, содержащейся в печатной пасте, и их осаждению на поверхности материала; что способствует легкому удалению излишков печатной краски. Моющий препарат предотвращает загрязнение белого или пастельных тонов фона на напечатанных материалах, не образует пены, обеспечивает превосходные прочности к мокрым обработкам и трению. Препарат биологически расщепляем, соответствует стандарту Эко-текс 100, не содержит фенолсодержащих добавок, образует комплекс с ионами металлов, которые могут быть привнесены другими вспомогательными веществами и водой. Эти комплексы легко переходят в промывную ванну, в результате чего соблюдаются требования ЭКО-текс 100 по содержанию металлов (особенно важно для детского ассортимента) [42].

Все рассмотренные препараты, обладая комплексом положительных свойств, характеризуются очень высокой стоимостью, так как выпускаются импортными производителями. Отечественные препараты, сочетающие достоинства вышеуказанных моющих средств: экологическую безопасность, высокие смачивающие, моющие, диспергирующие и ресорбирующие свойства, практически отсутствуют на российском рынке. Поэтому актуальной является задача создания такого высокоэффективного моющего композита, решению которой посвящена данная работа.

 

Пенообразующая способность

Пенообразование —широко распространенное, но не главное свойство моющих веществ, обусловливается ориентированной адсорбцией молекул моющего средства на границе раздела и связанным с этим понижение поверхностного натяжения.

 

Механизм пенообразования. Если моющий раствор соприкасается с воздухом, то на поверхностипузырька воздуха, находящегося в растворе, образуется адсорбционный слой (см. рис. 3),

 

Рис.3. Механизм пенообразования. Двойной слой (поверхностная пленка) молекул моющих веществ на поверхности раздела

Цепи алифатических углеводородов в растворенном поверхностно-активном веществе направлены внутрь воздушного пузырька, а гидрофильные группы обращены в сторону водной фазы. Поднимающийся кверху воздушный пузырек при проникновении через поверхность раствора окружается двойным слоем, как это схематически изображено на рис.3.

Пены-это дисперсные системы с газовой дисперсной фазой и жидкой или твердой дисперсионной средой. Пены обычно являются сравнительно грубодисперсными высококонцентрированными системами. Объемное содержание дисперсионной среды обычно характеризуют кратностью пены – К- отношением объема пены к объему дисперсионной среды. Различают низкократные пены (К от 3 до неск. десятков) и высокократные (К до неск. тысяч). Малоустойчивые пены существуют лишь при непрерывном смешении газа с пенообразующим раствором в присутствии. пенообразователей 1-го рода (по классификации пены А. Ребиндера), например, низших спиртов и органических кислот. После прекращения подачи газа такие пены быстро разрушаются. Высокостабильные пены могут существовать в течение многих минут и даже часов. К пенообразователям 2-го рода, дающим высокостабильные пены, относят мыла и синтетические ПАВ.

Пленка пены. Поверхностная оболочка содержит между сольватирующими группами жидкость и образует агрегат, носящий название пленки, являющейся основной частью мыльного пузыря. Вследствие уменьшения поверхностного натяжения и наличия ограничивающей поверхностной оболочки получается механически стабильная конфигурация. С уменьшением толщины пленки замедляется вытекание жидкости из нее, происходящее в результате действия капиллярных сил, и стабильность пены увеличивается.

Пенообразование и моющее действие. В ранних работах ученых пенообразование отождествлялось с моющим действием. Сейчас установлено, что хотя пена и играет известную роль в удерживании диспергированного загрязнения и в накапливании его в пене, т. е. в косвенном увеличении способности удерживать загрязнения, пенообразование не является специфической характеристикой моющего действия. Исследования гомологических рядов мыл, а также первичных алкилсульфатов (от додецила до октадецила)³⁰² показали, что оптимальные значения пенообразования и моющего действия не совпадают. Можно говорить только об определенном увеличении моющей способности в присутствии пены (303-304 Штюппель).

Для пен, особенно высокократных, характерна ячеистая пленочно-каналовая структура, в которой заполненные газом ячейки разделены тонкими пленками. Три пленки, расположенные под углом 120°, сливаются в канал, четыре канала с углом между ними около 109° образуют узел (см. рис.4). Наиболее типичной формой ячейки в монодисперсной пене является пентагональный додекаэдр (двенадцатигранник с пятиугольными гранями), часто с 1 3 дополнит. гранями; средне число пленок, окружающих ячейку, обычно близко к 14. В низкократной пене форма ячеек близка к сферической и размер пленок мал.

Рис.4

пены являются типичными лиофобными дисперсными системами (см. Лиофильнсть и лиофобность); они в принципе термодинамически неустойчивы, т. к. в них протекают процессы, ведущие к изменению строения и разрушению пены К таким процессам относят: 1) утоньшение пленок и их послед. разрыв; в результате увеличивается средний размер ячеек при разрыве пленок в объеме пены или уменьшается высота столба (слоя) пены, если разрываются пленки, отделяющие поверхностные ячейки пены от внеш. газовой среды; дисперсность пены падает. 2) Диффузионный перенос газа из малых ячеек в более крупные (в полидисперсной пены) или из поверхностных ячеек во внеш. среду; это приводит к исчезновению поверхностных ячеек и уменьшению высоты столба (слоя) пены 3) Отекание дисперсионной среды под действием силы тяжести(синерезис) в высокостабильных пены, приводящее к возникновению гидростатически равновесного состояния, в к-ром кратность слоя пены тем больше, чем выше он расположен; в низкократных пены синерезис ведет к возникновению под пены слоя жидкости.

При изучении пены применяют разл. методы дисперсионного анализа: микрофотографирование, совместное измерение электропроводности и капиллярного давления в каналах, определение мех. (упругих) св-в пены, наблюдение за кинетикой изменения высоты столба и толщины слоя дисперсионной среды под пены, а также исследование разл. св-в пены (скорости растекания, теплопроводности и др.). Важной задачей в разл. технол. процессах, особенно в хим. и микробиол. пром-сти и теплоэнергетике, является предотвращение вспе-нивания жидкостей и разрушение образовавшейся пены; для этого применяют как разл. физ. воздействия на пены (обдува-ние перегретым паром или сухим воздухом, обработка ультразвуком, ионизирующим излучением и др.), так и хим. реагенты. Из последних выделяют в-ва, предотвращающие образование пены (напр., кремнийорг. соединения), и пено-гасители (высшие спирты, олеиновая к-та).

Среди важнейших традиц. областей применения пены флотация, пожаротушение, тепло- и звукоизоляция, произ-во пищ. продуктов; новые направления-пенная сепарация, пылеулавливание и пылеподавление, очистка пов-стей, бурение.

Лит. Перепелкин К. E., Матвеев В.С.. Газовые эмульсии. Л.. 1979; Тихомиров В.К., Пены. Теория и практика их получения и разрушения, изд.. M. 1983; Меркни А. пены, Таубе П Р.. Непрочное чудо. M.. 1983: Кругляков П M, Ексерова Д Р.. Пены и пенные пленки. M. 1990.

Пеногасители