1.2.7. Моющее действие ПАВ

Все свойства ПАВ рассматривались с точки зрения их влияния на моющее действие. Моющее действие характеризуется эффективностью удаления загрязнений с поверхности тканей и твердых поверхностей и определяется: природой твердых поверхностей (металл, стекло, пластическая масса), состоянием очищаемой поверхности, природой и структурой ткани, характером и интенсивностью загрязнения, свойствами моющих средств и их концентрацией, степенью жесткости воды, температурой раствора, силой механического воздействия на очищаемую поверхность, продолжительностью стирки.
Природа волокна и его структура оказывают большое влияние на удаление загрязнений с него. Волокна шерсти, например, имеют зазубрины, а волокна натурального шелка, искусственные и синтетические волокна имеют гладкую и ровную поверхность; хлопок обладает волокнистой структурой.
Прочность удерживания загрязнений на поверхности ткани и возможность их удаления в большой степени зависят от способности волокон к водоудерживанию. Способность удерживания воды [в % (масс.)]: амидными волокнами - 13, ацетатным шелком - 27, шерстью - 42, хлопком - 45, вискозным шелком — 95. В такой же последовательности возрастает и трудность удаления загрязнений в процессе стирки.
Все загрязнения на тканях подразделяются на водорастворимые (сахар, крахмал, мука, соли и органические кислоты фруктов, овощей и др.) и водонерастворимые (глина, уголь, пыль, сажа, цемент, смазочные масла, соли, краски, жиры и др.), хотя, как правило, загрязнения бывают смешанного вида.
Водорастворимые загрязнения легко удаляются водой. Нерастворимые загрязнения эмульгируются моющими средствами. Жирные кислоты с ионами железа моющего раствора образуют нерастворимые соединения, которые осаждаются на ткани и придают ей стойкий желтый оттенок. Пигментные мелкодисперсные загрязнения особенно трудно удаляются при стирке.
При стирке важную роль играет качество воды, особенно ее жесткость. В случае применения таких средств, как натуральные мыла или CMC на основе алкилсульфатов с длинной цепью и алкилбензолсульфонатов, в жесткой воде образуются нерастворимые кальциевые и магниевые соли. При этом не достигается требуемое качество стирки и происходит перерасход моющих средств.
Повышение температуры моющего раствора в ряде случаев увеличивает моющий эффект, поскольку при этом понижается вязкость жировых загрязнений, увеличивается их растворимость, смачиваемость и улучшается их нейтрализация и т.д. Однако повышение температуры называет ряд отрицательных моментов: снижение поверхностной активности легкорастворимых ПАВ, устойчивости эмульсий и пены, удорожание стирки; кроме того, для шерсти, шелка и синтетических тканей - повышение износа тканей.
На эффективность моющего действия помимо свойств моющих средств влияет еще и степень механического воздействия. Механическое воздействие при стирке обеспечивает быстрое смачивание ткани, равномерное распределение моющего средства в объеме ванны и удаление загрязнений со всей поверхности ткани. Интенсивное механическое воздействие на ткань особенно эффективно в первые 10 мин стирки, далее эффект снижается. Отношение массы моющего раствора к массе ткани называется водным модулем: Его оптимальное значение для промышленных прачечных - 5, для домашней стирки - 15-20.
Моющее действие нормальных алкилбензолсульфонатов начинает проявляться у децилбензолсульфоната (С = 10) и возрастает с увеличением гидрофобности молекулы (С = 10 — 14), однако для соединений С₁₆ - C₁₈ оно уменьшается. Для этих веществ (С = 16 - 18) повышение температуры положительно сказывается на моющем действии. Разветвление алкильной цепи или перемещение фенильной группы к центру алкильной цепи понижает моющую способность алкилбензосульфонатов. По данным литературы, максимальное моющее действие наблюдается у н-алкилбензолсульфонатов, в том случае, если фенильная группа присоединена в первому или второму углеродному атому алкильной цепи. Наибольшей моющей способностью обладают додецилбензолсульфонаты (С = 12) при концентрации их в растворе 3 ммоль/л. При низких концентрациях ПАВ (1,5 ммоль/л) наиболее высокую моющую способность проявляют те соединения, у которых фенильная группа располагается у второго или третьего углеродного атома алкильной цепи. Повышение щелочности среды увеличивает моющую способность ПАВ (табл. 4).
Моющая способность технических алкилбензолсульфонатов незначительно снижается при стирке в жесткой воде с концентрацией ПАВ от 2 до 14 ммоль/л.
В моющем процессе важную роль играет антиресорбционная способность ПАВ, которая для алкилбензолсульфонатов ниже, чем для мыла, но в присутствии добавок - КМЦ и триполифосфата натрия - резко увеличивается.
Моющая способность растворов алкилсульфонатов ниже, чем алкилбензолсульфонатов. У алкилсульфонатов она понижается с перемещением гидрофильной (сульфонатной) группы к середине алкильной цепи. Максимальной моющей способностью обладают алкилсульфонаты с положением сульфогруппы у первого и второго углеродного атома алкильной цепи; соединения с иным положением сульфогруппы обладают меньшей моющей способностью.
Моющее действие алкилсульфатов зависит от длины и строения углеводородного радикала, места и положения в ней сульфатной группы. Растворы алкилсульфатов низкой молекулярной массы моющим действием не обладают. Оно начинает проявляться у додецилсульфатов (С = 12) и возрастает с увеличением длины алкильной цепи соединений до октадецилсульфата (С = 18). В жесткой воде моющее действие алкилсульфатов понижается из-за образования нерастворимых кальциевых солей, но в присутствии добавки - триполифосфата натрия - их моющая способность возрастает. Растворы алкилсульфатов с разветвленной углеводородной цепью и удаленной от начала цепи сульфогруппой обладают пониженной моющей способностью. Алкилсульфаты на основе спиртов, полученных гидрогенолизом синтетических жирных кислот (СЖК) и имеющие в алифатической цепи от 12 до 18 углеродных атомов, являются хорошими моющими веществами. Они превосходят по моющему действию все синтетические моющие средства анионного типа и находят широкое применение в производстве CMC в виде порошков, паст, жидкостей и др.

Таблица 4. Моющая способность* ПАВ (в %) для соединений различного строения

Измерения проводили при 50 ⁰С в жесткой воде (5,35 мг-акв/л).

нерастворимых кальциевых солей, но в присутствии добавки - триполифосфата натрия - их моющая способность возрастает. Растворы алкилсульфатов с разветвленной углеводородной цепью и удаленной от начала цепи сульфогруппой обладают пониженной моющей способностью. Алкилсульфаты на основе спиртов, полученных гидрогенолизом синтетических жирных кислот (СЖК) и имеющие в алифатической цепи от 12 до 18 углеродных атомов, являются хорошими моющими веществами. Они превосходят по моющему действию все синтетические моющие средства анионного типа и находят широкое применение в производстве CMC в виде порошков, паст, жидкостей и др.
Смесь алкилсульфонатов и алкилсульфатов в соотношении 1:1 обладает значительно большей моющей способностью, чем каждое вещество в отдельности.
Наряду с алкилбензолсульфонатами, алкилсульфонатами и алкилсульфатами синтезированы новые ПАВ: алкилфосфаты и олефинсульфонаты, обладающие высокой моющей способностью, хорошей растворимостью в воде и высокой биохимической разлагаемостью.
Растворы катионоактивных аминов обладают умеренной, а алкил-бензилпиридинийхлорид - хорошей моющей способностью. Он широко применяется в CMC. Высоко оцениваются его бактерицидные, антистатические и умягчающие (мягчитель ткани) свойства.
Водные растворы оксидов алкилдиметиламинов, имеющих в алкильной цепи более 10 атомов углерода, проявляют хорошие поверхностные и моющие свойства, образуют устойчивую пену. Наибольшее проявление этих свойств наблюдается у соединений с 13 атомами углерода в алифатической цепи. Оксиды алкилдиметиламинов совместимы со всеми иными видами ПАВ и не чувствительны к жесткости воды и рН раствора. В смесях с анионоактивными ПАВ они проявляют синергизм моющего действия. Оксиды аминов, действующие смягчающе на волосы и кожу человека, используются в шампунях, косметических и других бытовых моющих средствах.