Пена

ТОЛЬКО МЫТЬЕМ, А НЕ КАТАНЬЕМ

Переставив слова в известной русской поговорке «не мы­тьем, так катаньем», мы в общих чертах определим сущ­ность процесса очистки поверхности металла, ткани, де­рева от твердых и жидких загрязнений. Однако чистое белье можно получить только мытьем!

Мы уже говорили, что процесс мытья имеет весьма сложную физико-химическую природу и не может быть описан какой-то простой схемой. Он включает сразу не­сколько взаимосвязанных явлений, и лишь удачная их со­вокупность обеспечивает достижение цели - получение «белоснежного», т. е. чистого, материала. При очистке по­верхностей от жидких (масло, мазут, жир) и твердых (са­жа, глина) загрязнений обязательно должно происходить смачивание обрабатываемой поверхности. ПАВ-главная

143

Так выглядят калла воды аа чисто* ладояя я на л ад она, яспа нефтью.

Составная часть каждого моющего раствора-ад со руется на поверхности, подлежащей очистке, обеспе ее смачивание. Необходимо также «оторвать» ча грязи от поверхности и перевести их в суспензию эмульсию. Нельзя допустить повторного осаждения грязнений. А если загрязнение состоит из жидкого ве ства (жир), его нужно «коллоидно растворить»-солю лизировать.

Все многообразие физико-химических процессов, исходящих при очистке поверхностей, нет возможно разобрать на страницах популярной книги. Но отдель стороны этого процесса, например, стирки ткани, мо выразить образно пятью утверждениями.

Ничто ничего не отталкивает. В быту давно уже ста­ли почти «узаконенными» термины «водоотталкивающие ткани», «водоотталкивающая пропитка». И мы посте пен; но привыкаем к мысли, что ткань может «отталкивать» воду, а если она этим свойством не обладает, то можно сделать ее таковою путем пропитки. Но ничто ничего. не отталкивает. Просто капля воды располагается на раз­ных тканях или на других твердых поверхностях по-раз­ному. На рисунке приведен случай, когда вода сохраняет почти каплевидную форму, т. е. не смачивает поверх­ность. Такой несмачиваемой гидрофобной поверхностью обладает твердый парафин и поверхность бензина, растщ тельного масла, мазута или другой жидкости, нераство; римой в воде. На смачиваемой поверхности капля воды
Рас iv касі ся, что и изображено на рисунке. По размеру yi. ua можно судить о том, насколько «любит» данная по­верхность воду. Краевой угол является мерой смачива­Ния. Если угол составляет от 0 до 90°, то жидкость хоро­ню смачивает поверхность. Угол больше 90°-поверх­ность почти не смачивается. Она как бы «отталкивает» „оду. Точнее, вода собирается капельками на поверхно­сти На чистейшем стекле вода расплывается тонким Слоем. Но достаточно провести по нему кончиком паль - ца, и капля воды так и останется чуть сплюснутым шари­Ком. С кожи пальца на стекло мы перенесли тончайший Слой жира, который в отличие от стекла не смачивается водой. Можно было бы рассмотреть и термодинамиче­Ские условия смачивания, но в этом случае пришлось бы написать учебник физической и коллоидной химии, раз­бавленный информацией о пенах.

Черное можно сделать белым. Моющий раствор и предназначен для того, чтобы сделать смачиваемой, «любящей» воду, загрязненную поверхность. Роль такого регулятора играют молекулы мыла (жирового или синте­тического), о структуре которых мы говорили выше. Своим гидрофобным концом («хвостом») молекулы ориентируются в сторону жира. Тогда вся поверхность оказывается покрытой «головками», которые «любят» воду. Поверхность ткани, стекла, фарфора, если она чи­стая, не нуждается в усилении смачивания. Но если на ней есть масло, то нужно сделать поверхность масла сма­чиваемой, чтобы вода «не отталкивалась».

Промасленный комбинезон, который невозможно уто­пить в воде, если она не содержит мыла, становится мо­крой тряпкой в растворе ПАВ; причина-адсорбция мо­лекул ПАВ на поверхности масла. Следствием адсорбции явилась модификация (изменение свойств) поверхности. Она стала смачиваемой. С позиций физической химии по­верхностных явлений утверждение об «утке, которая не тонет в воде», не имеет никаких реальных обоснований.

В чистой воде, действительно, утка не тонет, так как заботливо и систематически смазывает перья ственным жиром, пропуская каждое перышко че клюв. Перья всех водоплавающих птиц водой не сма»; ваются. Но... смачиваются любыми маслами, наг нефтью. И тогда разыгрываются трагедии, какие уже ] раз случались в районах аварий танкеров, прорыва не<] из подводных скважин на прибрежном шельфе. Подобу ситуация наступит также, если гуся или утку 6f в мыльную воду: молекулы мыла адсорбируются на дрофобных перьях, они станут гидрофильными, намокнет и не сможет долго плавать.

Черное можно сделать белым, если это черное уд лить с белого. Условимся называть черным загрязнет белье. В таком случае восстановить белизну можно I счет отрыва черных загрязнений. «Черное»-это пят масла или угольной сажи. Водой они не смачиваются,:^ станут гидрофильными, если к воде добавить Представим себе, что за счет сил адсорбции молекула ПАВ удалось оторвать «черное» от «белого»; теперь не­обходимо эти жидкие или твердые частицы удержать в окружающем моющем растворе в виде дисперсной си­стемы-суспензии (вода-твердые частицы) или эмульсии (вода-капли масла). Отметим, что в данном случае «маслом» будет любое жидкое вещество, нерастворимое в воде. Мыло отрывает сажу и не позволяет ей снова осесть на ткань. Происходит это потому, что молекулы ПАВ адсорбируются и на ткани. При этом гидрофильная часть молекул ориентирована к ткани и прочно на ней оседает. Вся поверхность ткани оказывается заполненной гидрофобными хвостами. Они «не любят» сажу. Имейте в виду, что тарелка после мытья мылом или каким-либо другим моющим веществом тоже гидрофобна! Вода по ней не растекается, а собирается капельками. Хотя на по: верхности тарелки адсорбированы ничтожные количества
||ДВ. но и их желательно удалить, чтобы они своим за­Палом не портили вкуса пищи и не попадали в наш орга­ни їм. Тут на помощь приходят испытанные средства-го­Рячая вода, сода и щетка.

Еще алхимиками было сформулировано правило рас­Творения веществ-«подобное в подобном». Неорганиче­Ские соединения, имеющие полярную или ионную струк­Туру, растворяются в полярном растворителе-воде. Воск, парафин или битум неполярны, они растворимы в бензине, бензоле, ацетоне-жидкостях неполярных. И все-таки растворить бензин или машинное масло в во­Де можно. Но только в воде, содержащей изрядное коли­Чество ПАВ типа мыл.

Обратный путь нужно закрыть. Если жир с помощью ПАВ оторван от загрязненной поверхности металла или Ткани, если чешуйка графита, окруженная ориентиро­Ванными молекулами ПАВ, «плавает» в воде, то нужно Создать для них барьер на пути к старому «месту житель­Ства». Нужно исключить повторное осаждение частичек Грязи на бывшую грязную поверхность. Для этого в со­Став моющих средств вводят специальные защитные кол­Лоиды, например карбоксиметилцеллюлозу, продукты Переработки крахмала. В их присутствии моющие препа­Раты «стирают» лучше, чем мыло.

Растворить нерастворимое. Бензол и керосин в воде практически нерастворимы. Нерастворимы вазелин и сви­ной жир. Нерастворимы почти все «масла». А вот на­триевая соль жирной кислоты-мыло-в воде образует растворы. Но если в молекулах мыла одновалентный на­трий будет замещен двух - или трехвалентным ионом ме­талла, то такое мыло в воде уже нерастворимо. Серая пе­на на поверхности воды в ванне, серые хлопья на стенках раковины-все это кальциевые мыла, нерастворимые в воде. Они образовались из пены натриевого мыла и со­лей кальция и магния, содержащихся в воде (именно со­держанием этих солей и определяется жесткость воды).

Основой напалма-страшної о оружия современности также является нерастворимое «металлическое мыло» (алюминиевая соль нафтеновой кислоты).

Нерастворимые в воде кальциевые, апюминиевьі и другие «поливалентные» мыла растворимы в ра; личных «маслах». Мицеллы обычного водорастворимой натриевого (или калиевого) мыла способны сами раство* рять эти «масла». Растворяемое вещество как бы входит внутрь мицелл. За счет этого размеры мицеллы увелнчі ваются. Солюбилизированные масляные загрязненн уже не могут снова осесть на очищенную поверхносі и испачкать ее. Не осядут и твердые частицы. На них образуются оболочки из молекул ПАВ и воды, которые препятствуют сцеплению частиц между собой и осажде­нию. Стабилизация суспензий (вода-твердые частицы) достигается добавкой электролитов. В воде относительно устойчивы суспензии мела, глины, т. е. веществ, «любя­щих» воду. Разумеется, что частицы мела-мельчайшие, а не сантиметровые кусочки. А вот суспензия графита (сажи) неустойчива, и твердые частицы должны быстро' оседать на очищенную поверхность. Но под действием' ПАВ и несмачиваемый водой графит меняет свои свой­ства и превращается в «водолюба». Суспензия графита в воде становится устойчивой, и при стирке его частицы уносятся вместе с грязной водой.

В заключение необходимо предостеречь читателя от поспешного вывода. Строгой теории моющего действия пока нет. Поэтому и выпускается так много различных] моющих составов и смесей. Их подбирают, главным образом, «на ощупь», или, как говорят, методом проб и ошибок.

С помощью простых и сложных пенящихся растворов удаляют смазку с деталей перед ремонтом, пыль со сте* кол и из шахтного забоя, с загрязненного технологиче-, ского оборудования, дезинфицируют емкости для молока и удаляют остатки смазки из емкостей для таких Опасных веществ, как концентрированная азотная кисло - іа или пероксид водорода, взрывающихся при контакте с маслами. Заметим, что после мыльной пены в этом случае нужно удалить и невидимый слой молекул мыла, адсорбированных на металле. Для этого поверхность «протирают» негорючими, но летучими растворителями.

«Мыльная эпоха» вносила различные усовершенство­вания в процесс стирки: колотушки, терки, щетки, валь­ки, стиральные доски. Появились сначала примитивные, а затем и весьма совершенные стиральные машины. Но на всем протяжении этой «мыльной эпохи» постоянным участником процесса стирки была мыльная пена.

Ежегодно отечественная промышленность выпускает около 900 тыс. тонн моющих порошков, жидкостей и паст. Почти 700 тыс. тонн этих средств потребляется населением для стирки, мытья и чистки.

В нашей стране практически используются три типа синтетических моющих средств: сульфонолы, алкилсуль - фаты и состав, получивший название «Прогресс». Содер­жание детергента в композициях составляет 20-40%. Сейчас главная задача технологии детергентов-сделать их «съедобными» для бактерий, очищающих водоемы. Это поможет спасти природу от заірязнения. Из ос­военных детергентов лучше всего усваиваются бактерия­ми алкилсульфаты.

Детергенты сами по себе не всегда дают такую же обильную и стойкую пену, как мыло; поэтому во многие стиральные составы добавляют несколько процентов ал - киламидов веществ, существенно повышающих пено - образующую способность детергентов и стабильность пены. Бывает и иначе. Некоторые синтетические моющие средства обладают слишком сильной пенообразуюіцей способностью, но получаемая пена недостаточно прочна для выполнения «транспортных функций». И в этих случаях тоже подбирают добавки, регулирующие цено­образование и стойкость пены.

Без пены не бывает чистого белья. Пенный пузырек прекрасное транспортное средство для удаления части грязи.