Физико - химические свойства тканей и загрязнений. Моющие средства

Физико - химические свойства тканей и загрязнений. Моющие средства.

   Стирка  изделий из тканей представляет собой  комплекс тепловых и механических воздействий  на загрязненную ткань с помощью  моющих средств и удаление загрязнения  моющими и ополаскивающими растворами. В процессе стирки участвуют ткани, загрязнители и моющие средства, поэтому  рассмотрение процессов гидромеханической  обработки изделий из тканей целесообразно  начать с рассмотрения их физических и химических свойств.

   В настоящее время используют ткани  трех типов: натуральные, химические и  смешанные. Материалы для натуральных  тканей образуются в природе (хлопок, лен, шерсть, шелк), химические (искусственные  и синтетические) изготавливаются  промышленностью на основе физико - химических процессов (капрон, вискоза, ацетат, полиэстр и др.), смешанные ткани в своем составе имеют определенный процент натуральных волокон. Объем производства тканей на основе химических волокон постоянно увеличивается. По данным специалистов к 2000 году выпуск натуральных тканей составит 30-35%, а химических и смешанных - 65-70% [1].

   В процессе стирки происходит взаимодействие тканей изделий с моющим раствором. Способность материалов поглощать  воду оценивается водопоглощаемостью, водоемкостью и капиллярностью.

   Свойства  тканей можно разделить на три  группы: механические (прочность, удлинение, эластичность, сминаемость, склонность к изнашиванию); гигиенические (воздухопроницаемость, гигроскопичность); физические (усадка, легкость очистки, плотность, белизна, тепловые свойства).

   Текстильные материалы имеют пористое строение с воздушными прослойками между  отдельными волокнами и нитями и их тепловое сопротивление зависит в основном от пористости. Теплопроводность воздуха меньше теплопроводности волокон, поэтому если поры мелкие и “задерживают” воздух, то тепловое сопротивление таких материалов высокое, а если поры крупные и сквозные, то они не препятствуют свободному перемещению воздуха, и теплоизолирующие свойства материала ухудшаются.

   Оптимальные гигиенические показатели имеют  шерстяные ткани. К их недостаткам  относится низкий показатель теплоустойчивости, т.к. при нагревании до 100 - 105°С шерстяные ткани разрушаются и их рекомендуется стирать и сушить при температурах не выше 50°С. Теплоустойчивость материала оценивается максимальной температурой, выше которой начинается ухудшение свойств материалов, препятствующее их дальнейшему использованию. Изделия из искусственных волокон обладают устойчивостью к температурам 110 - 120°С, рекомендуемая температура их сушки составляет 60°С.

   Некоторые синтетические ткани, такие как  капрон, лавсан, устойчивы к истиранию, а такие ткани, как вискоза  и ацетат теряют прочность в мокром состоянии до 40 %. Hатуральные волокна, такие как шерсть, натуральный шелк, в мокром состоянии теряют прочность. Исключение составляет хлопок, прочность которого при намокании повышается. В целом потеря прочности мокрой ткани пропорциональна ее гигроскопичности, поэтому следует выбирать интенсивность механического воздействия в зависимости от вида ткани и избегать избыточных механических воздействий на ткань во время стирки.

   Любой текстильный материал является типичным пористым сорбентом и в нем  можно выделить следующие виды пор:

   а) макропоры - наиболее крупные поры, эффективный диаметр которых  больше 400 нм, удельная поверхность  достаточно мала и не превышает значения 0,5 ¸ 2 м²/г;

   б) мезопоры, эффективные диаметры которых составляют от 3 до 400 нм, а удельная поверхность - от 10 до 400 м²/г;

   в) супермикропоры - крупные микропоры, эффективный диаметр которых составляет от 1,4 до 3 нм, пористость является промежуточной между пористостью микро- и мезопор;

   г) микропоры - наиболее мелкие поры с  эффективным диаметром в пределах от 1 до 2 нм, суммарным объемом, не превышающим 0,5 см³/г.

   Размеры микропор и супермикропор сопоставимы с размерами адсорбирующихся в порах молекул загрязнений, т.е. их размеры так малы, что проникновению в них загрязнений препятствуют стерические эффекты. Основная масса бытовых и производственных загрязнений первоначально сорбируется в мезо- и макропорах. В материалах роль мелких мезопор выполняют неплотности межфибриллярной упаковки, а роль макропор - межволоконные капилляры. Эти поры играют роль транспортных каналов, по которым загрязнения перемещаются к мелким порам.

     В состав загрязнений на изделиях  из тканей входят в основном  следующие компоненты:

   а) вещества, растворимые в воде и  не образующие прочных соединений с волокнами;

   б) вещества, растворимые в воде и  образующие прочные соединения с волокнами;

   в) белковые вещества;

   г) жировые вещества;

   д) неорганические пигменты.

   Основные  растворимые вещества, не имеющие  сродства к волокну - это поваренная соль и мочевина, главным образом, из пота. Их удаление с белья в  процессе стирки практически не вызывает каких-либо затруднений. Вещества, растворимые и имеющие сродство к волокну - это все красящие вещества, попадающие на волокно случайно, такие, как фруктовые соки, вино, чай, кофе, чернила. В связи с тем, что они прочно связываются с волокном, их устранение с волокна вызывает большие затруднения и для удаления этого типа загрязнений применяется процесс химической отбелки.

   Белковые  вещества, вследствие их набухания  в щелочной и горячей моюшей ванне в принципе удаляются с ткани достаточно легко, но процесс их отделения требует весьма продолжительного воздействия. Для удаления наиболее стойких белковых загрязнений, например, крови, в состав моющих средств вводятся протеолитические энзимы.

   Жировые и пигментные загрязнения на белье - это загрязнения,  удаление которых  из волокон ткани возможно при  применении моющих средства, так как  гидрофилизация и удаление именно этих фазово чужеродных загрязнений возможно только благодаря поверхностной активности моющего раствора. Наиболее трудноудалимыми являются пигменты сажи, которая является одним их основных компонентов городской уличной пыли. Сажа имеет черную окраску и при неправильном выборе режима стирки в результате значительного диспергирования в моющем растворе может подвергаться вторичному прочному осаждению на хлопчатобумажном волокне.

   Основная  масса загрязнений первоначально  скапливается в межволоконных капиллярах и в меньших количествах на поверхности волокна. Диффузия загрязнений  происходит по разветвленной системе  пор и капилляров натуральных  волокон и по трещинам, микрорасслоениям искусственных волокон. Скорость диффузии вещества в пористой структуре материала невелика и зависит от соотношения размеров пор сорбента и размеров молекул ткани. Сорбционное равновесие может достигаться за достаточно большие промежутки времени. За время хранения грязного белья его загрязнения могут проникать внутрь материала на глубину 5 - 6 волокон. Это относится даже к несмачивающим ткань жидкостям, которые постепенно проникают в межволоконные капилляры, а затем в морфологическую структуру ткани. При длительном контакте текстильных волокон с загрязнениями в результате взаимной или односторонней диффузии цепных молекул или их участков граница между адгезивом и субстратом исчезает, образуются так называемые спайки, разрушение которых возможно только при применении химических отбеливающих препаратов. С увеличением глубины диффузии загрязнения усложняется его удаление из ткани при любых видах стирки.

   Процесс стирки текстильных изделий в  бытовых стиральных машинах основан  на взаимодействии ткани с моющим раствором синтетического моющего  средства (СМС) в воде. В состав синтетических  моющих средств входят поверхностно-активные вещества (ПАВ), отбеливающие средства, добавки, уменьшающие пенообразование и повышающие моющую способность ПАВ, добавки для смягчения воды и снижения корродирующего действия на металлические части стиральных машин.

   Вещества, положительно адсорбирующиеся на поверхности  ткани изделий, называются поверхностно - активными. Поверхностно-активные вещества имеют асимметричную молекулярную структуру. Молекулы ПАВ содержит одну или несколько гидрофильных групп  и один или несколько гидрофобных  радикалов. Такая структура, называемая дифильной, обусловливает поверхностную (адсорбционную) активность ПАВ, т.е. их способность концентрироваться на межфазных поверхностях раздела и адсорбироваться, изменяя их свойства.

   По  характеру диссоциации ПАВ разделяются на группы:

   а) анионные ПАВ, функциональные группы которых  в результате ионизации в растворе образуют отрицательно заряженные органические ионы, обусловливающие поверхностную  активность;

   б) катионные ПАВ, функциональные группы которых в результате ионизации  в растворе образуют положительно заряженные органические ионы, обусловливающие  поверхностную активность;

   в) неионогенные ПАВ, не образующие в водном растворе ионов;

   г) амфолитные ПАВ, образующие в водном растворе в зависимости от условий анионоактивные или катионоактивные вещества.

   К технологическим свойствам ПАВ  относятся пенообразующая, эмульгирующая, смачивающая, солюбилизирующая, диспергирующая и моющая способность.

   Пенообразующую  способность можно охарактеризовать следующими показателями:

   а) вспениваемостью - количеством пены, выражаемым объемом пены (в мл) или высотой ее столба (в мм), которое образуется из постоянного объема раствора при соблюдении определенных условий в течение заданного промежутка времени;

   б) кратностью - отношением объема пены к  объему раствора, используемого на ее образование;

   в) стабильностью (устойчивостью) - временем существования элемента пены (отдельного пузырька, пленки) или ее определенного  объема;

   г) дисперсностью, которая задается средним  размером пузырька, распределением пузырьков  по размерам или поверхностью раздела  раствор - газ в единице объема пены.

   Эмульгирующей способностью ПАВ называется способность диспергировать нерастворимую жидкость и обеспечивать агрегативную устойчивость образовавшейся эмульсии. Эмульгирующая способность характеризуется следующими показателями:

   а) типом эмульсии (масло - вода или  вода - масло);

   б) устойчивостью эмульсии;

   в) дисперсностью, которая зависит  от среднего размера частиц в системе, распределения их по размерам.

   Солюбилизирующая способность (коллоидное растворение) характеризуется самопроизвольным прониканием низкомолекулярного вещества внутрь мицелл поверхностно-активного вещества. Данный показатель определяется количеством углеводорода, маслорастворимого вещества, которое солюбилизируется водным раствором, содержащим определенное количество ПАВ.

   Диспергирующая способность ПАВ характеризует его действие при стабилизации дисперсной системы загрязнение - водный раствор и определяется по отношению к измельченным частицам сажи, красителей, оксидов металов.

   Моющая  способность - одна из основных характеристик  синтетических моющих средств, определяемая отношением степени удаления загрязнения  раствором моющего средства на одном  или нескольких видах ткани к  степени снятия загрязнения раствором  эталона на таких же тканях в тех  же условиях стирки.

6.2.2  Процессы гидромеханической обработки загрязненных тканей. Особенности гидромеханических процессов в барабанных стиральных машинах.

   Процесс гидромеханической обработки изделий  из тканей в бытовых стиральных машинах  можно разделить на следующие  стадии: стирка, полоскание отжим, сушка. Для сильно загрязненного белья  в программу обработки включается предварительная стирка. Процесс  сушки предусмотрен в стирально-сушильных  автоматах и сушильных машинах.

   Процесс стирки предназначен для выполнения моющего действия - удаления загрязнений  и регенерации физико-гигиенических  показателей белья: воздухопроницаемости, гигроскопичности. Стирка включает три  основных операции: удаление загрязнений  из изделий, отполаскивание, специальную обработку.