Почему одни составы моют хорошо, даже без механического воздействия, другие плохо, почему один и тот же шампунь на некоторых машинах образует разводы, а на остальных нет?
Что есть грязь?
Для того, чтобы понять, как действуют моющие средства, рассмотрим, что собой представляют загрязнения. Загрязнения – это посторонние твердые или жидкие частицы, находящиеся на поверхности за счет межмолекулярного взаимодействия. В основном это электростатические и поляризационные взаимодействия.
Электростатическое взаимодействие происходит при определенной ориентации диполей полярных молекул. Молекулу по ее электрическим свойствам можно приближенно рассматривать как электрический диполь, т.е. совокупность двух равных по величине и противоположных по знаку точечных зарядов. Вследствие того, что заряды диполя находятся в разных точках пространства, они не компенсируют друг друга по напряженности и каждый из них создает свое электрическое поле. Два электрических диполя взаимодействуют между собой с силой, в четвертой степени обратно пропорциональной расстоянию между ними. Это очень важный момент, на это следует обратить внимание.
В неполярных молекулах во внешнем электрическом поле возникает индуцированный дипольный момент и молекулы поляризуются. В результате возникает поляризационное или индукционное взаимодействие.
В основном за счет вышеуказанных взаимодействий и образуются силы адгезии, определяющие силу прилипания поверхностей друг к другу.
Чем мыть?
Органические вещества, снижающие поверхностное натяжение вследствие адсорбции на границе раздела фаз, называются поверхностно-активными веществами, иначе ПАВ. В молекулах ПАВ содержатся одновременно две группы – гидрофобная (от греческого “фобос” - страх, т.е. боящийся воды) и гидрофильная (от греческого “филос” - друг, т.е., дружественный воде). В качестве гидрофобной неполярной группы обычно выступает углеводородный радикал, содержащий 10 - 18 атомов углерода. Как правило, радикал имеет линейное строение. К гидрофильным полярным группам относятся –СООН, -СООNa, -SO3Na, -OH, -NH2 и другие.
Гидрофильная группа вследствие полярности легко взаимодействует с водой. Гидрофобная группа неполярна, в воде не растворяется и “отталкивается” от нее. В результате молекулы ПАВ располагаются на границе раздела фаз в строго ориентированном положении – гидрофильные группы растворены в воде, а гидрофобные выталкиваются из воды. Граница раздела фаз, в которой расположены ориентированные молекулы ПАВ, представляет собой пленку толщиной всего 0,1 нм.
ПАВ делят на две группы – ионогенные и неионогенные. Ионогенные ПАВ делятся еще на две группы – анионоактивные и катионоактивные. Также существуют неионогенные и амфолитные ПАВ.
Анионные ПАВ
Анионные ПАВ в водных растворах диссоциируют на длинноцепочечные анионы, обеспечивающие поверхностную активность раствора, и катионы, которые влияют только на растворимость. К таким ПАВ относятся мыла, алкилсульфонаты, алкиларилсульфонаты (сульфонолы), алкилсульфаты.
Алкилсульфаты - соли алкисерных кислот, например R-O-SO3-Na. Алкилсульфаты обладают прекрасными моющими свойствами. Они образуют обильную пену и хорошо понижают поверхностное натяжение, однако разрушаются в кислой среде, чувствительны к жесткости воды, обладают высоким раздражающим действием.
Сульфоэтоксилаты R-O-(CH2CH2O)n-SO3-Na устойчивы в кислой среде, образуют стабильную высокую пену, неограниченно растворяются в воде, обладают менее выраженным раздражающим действием.
Катионные ПАВ
Катионные ПАВ в водных растворах диссоциируют на объемные катионы – носители поверхностной активности раствора, и анионы. К катионоактивным веществам относятся соли высших аминов, аммониевые, сульфониевые и фосфониевые основания. Катионные ПАВ обладают невысокой моющей способностью, поэтому использование их в моющих средствах ограничено. Однако они могут применяться в качестве эмульгатора в эмульсионных полиролях.
Катионные ПАВ при взаимодействии с анионными ПАВ образуют неполярные плохо растворимые в воде соединения, которые приводят к образованию разводов на кузове автомобиля. Несовместимость ПАВ нужно учитывать при подборе средств для мойки, очистки, ополаскивания и полировки кузова и строго придерживаться рекомендаций изготовителей.
Неионогенные и амфолитные ПАВ
Неионогенные ПАВ в водных растворах ионов не образуют, их растворимость обусловлена функциональными группами, имеющими гидрофильный характер.
Неионогенные ПАВ нечувствительны к жесткости воды, имеют высокую поверхностную активность, обладают отличными моющими свойствами, при этом образуют мало пены.
Неионогенные ПАВ являются хорошими гидротропами, повышают растворимость жировых загрязнений в воде, обладают хорошей смачивающей способностью, при совместном применении неионогенных ПАВ с амфотерными и анионными проявляется синергизм, т.е. значительное улучшение свойств. Неионогенные ПАВ обладают слабым раздражающим действием. Благодаря хорошему пенообразованию, эмульгирующей способности, биоразложимости и низкому раздражающему действию неионогенные ПАВ нашли широкое применение в производстве автомобильных моющих средств.
Моющие средства на основе ПАВ
Моющие средства, в том числе и автомобильные, представляют собой сложные композиции из нескольких ПАВ и специальных добавок. Неорганические добавки, прежде всего соли слабых минеральных кислот: карбонат и гидрокарбонат натрия и их двойная соль, силикаты натрия, пирофосфаты натрия и калия, триполифосфат натрия и гексаметафосфат натрия. Щелочные добавки увеличивают моющую способность и повышают пенообразование. Важным является и то, что эти добавки недороги и в результате их применения снижается себестоимость моющих составов.
Механизм моющего действия ПАВ
Каким образом частицы загрязнений, прилипшие к поверхности, отделяются от нее под действием ПАВ? Каждая молекула, которая находится в растворе, находится под воздействием всех окружающих ее молекул. При этом все силы, действующие на молекулу, взаимно уравновешены.
Совсем другая картина, если молекула находится на поверхности раствора (на границе раздела фаз). Силы, действующие на молекулу со стороны других молекул жидкости, действуют на нее только с одной стороны и будут стараться втянуть эту молекулу в жидкость, стремясь придать поверхности минимальные размеры (так вода скатывается в шар). Таким образом, происходит образование поверхностной пленки.
ПАВ, растворенные в воде, изменяют поверхностное натяжение раствора. Молекулы ПАВ, растворяясь, ориентированно собираются на поверхности раствора. Образуется новый поверхностный слой с особыми свойствами. Поверхностное натяжение воды при этом сильно уменьшается, поскольку слой из ориентированных молекул ПАВ обладает более низкой энергией.
Поверхностное натяжение затрудняет процесс мытья, препятствуя смачиванию загрязненных поверхностей. Моющие средства улучшают смачивание гидрофобных поверхностей, загрязненных сажей, моторным маслом, жиром и т.п. Молекулы ПАВ собираются на границах раздела фаз – в данном случае на частицах загрязнений, прилипших к поверхности, и проникают в зазор между ними. Покрытая адсорбированными молекулами ПАВ частица отделяется от поверхности и уходит в раствор. Сила, отделяющая загрязнени от поверхности у некоторых ПАВ такова, что позволяет полностью обойтись от механического воздействия на поверхность. На этом основана бесконтактная мойка автомобилей. Большое значение играет пенообразование, пузырьки пены удаляют прилипшие к ним частицы жировой эмульсии и удерживают их в растворе.
Таким образом, благодаря мощным современным ПАВ, мойка стала простой и эффективной.
