1. Tension superficielle
La force de contraction par unité de longueur sur la surface d'un liquide est appelée tension superficielle, mesurée en N • m-1.
2. Activité de surface et tensioactif
La propriété qui peut réduire la tension superficielle des solvants est appelée activité superficielle, et les substances ayant une activité superficielle sont appelées substances tensioactives.
Les tensioactifs font référence aux substances tensioactives qui peuvent former des micelles et d'autres agrégats dans des solutions aqueuses, ont une activité de surface élevée et ont également des fonctions mouillantes, émulsifiantes, moussantes, lavantes et autres.
3. Caractéristiques structurelles moléculaires du tensioactif
Les tensioactifs sont des composés organiques dotés de structures et de propriétés particulières qui peuvent modifier considérablement la tension interfaciale entre deux phases ou la tension superficielle des liquides (généralement de l'eau), et possèdent des propriétés telles que le mouillage, le moussage, l'émulsification et le lavage.
Structurellement parlant, les tensioactifs partagent la caractéristique commune de contenir deux groupes fonctionnels différents dans leurs molécules. L'une de leurs extrémités est un groupe apolaire à longue chaîne, soluble dans l'huile mais insoluble dans l'eau, appelé groupe hydrophobe. Ces groupes hydrophobes sont généralement des hydrocarbures à longue chaîne, parfois aussi des chaînes organiques fluorées, organosiliciées, organophosphorées, organostanniques, etc. L'autre extrémité est un groupe fonctionnel hydrosoluble, appelé groupe hydrophile. Ce groupe hydrophile doit présenter une hydrophilie suffisante pour garantir la solubilité et la solubilité du tensioactif dans l'eau. Grâce à la présence de groupes hydrophiles et hydrophobes, les tensioactifs peuvent se dissoudre dans au moins une phase liquide. Les propriétés hydrophiles et oléophiles des tensioactifs sont appelées amphiphilie.
4. Types de tensioactifs
Les tensioactifs sont des molécules amphiphiles possédant des groupes hydrophobes et hydrophiles. Ces groupes sont généralement composés d'hydrocarbures à longue chaîne, tels que les alkyles linéaires en C8-C20, les alkyles ramifiés en C8-C20, les alkylphényles (avec 8 à 16 atomes de carbone), etc. La différence entre les groupes hydrophobes réside principalement dans les modifications structurelles des chaînes carbone-hydrogène, avec des différences relativement faibles, tandis qu'il existe davantage de types de groupes hydrophiles. Par conséquent, les propriétés des tensioactifs sont principalement liées aux groupes hydrophiles, en plus de leur taille et de leur forme. Les modifications structurelles des groupes hydrophiles étant plus importantes que celles des groupes hydrophobes, la classification des tensioactifs repose généralement sur la structure des groupes hydrophiles. Cette classification repose principalement sur le caractère ionique des groupes hydrophiles, les divisant en tensioactifs anioniques, cationiques, non ioniques, zwitterioniques et autres types spécifiques de tensioactifs.
5. Caractéristiques de la solution aqueuse de tensioactif
1 Adsorption de tensioactifs aux interfaces
Les molécules tensioactives possèdent des groupes lipophiles et hydrophiles, ce qui en fait des molécules amphiphiles. L'eau est un liquide fortement polaire. Lorsque les tensioactifs se dissolvent dans l'eau, selon le principe de similarité de polarité et de répulsion de différence de polarité, leurs groupes hydrophiles sont attirés par la phase aqueuse et se dissolvent dans l'eau, tandis que leurs groupes lipophiles repoussent l'eau et la quittent. Par conséquent, les molécules (ou ions) tensioactives s'adsorbent à l'interface entre les deux phases, réduisant ainsi la tension interfaciale entre elles. Plus les molécules (ou ions) tensioactives sont adsorbées à l'interface, plus la tension interfaciale diminue.
2. Quelques propriétés de la membrane d'adsorption
Pression superficielle de la membrane d'adsorption : Les tensioactifs s'adsorbent à l'interface gaz-liquide pour former une membrane d'adsorption. Si une plaque flottante mobile sans frottement est placée sur l'interface et que celle-ci pousse la membrane d'adsorption le long de la surface de la solution, la membrane exerce une pression sur la plaque flottante, appelée pression superficielle.
Viscosité superficielle : Comme la pression superficielle, la viscosité superficielle est une propriété des films moléculaires insolubles. Suspendez un anneau de platine à un fil métallique fin, placez son plan en contact avec la surface de l'eau du lavabo, puis faites tourner l'anneau de platine. La viscosité de l'eau entrave l'anneau de platine et l'amplitude diminue progressivement, ce qui permet de mesurer la viscosité superficielle. La méthode consiste à effectuer d'abord des expériences à la surface de l'eau pure, à mesurer l'atténuation d'amplitude, puis à mesurer l'atténuation après formation du masque superficiel, et à calculer la viscosité de ce masque à partir de la différence entre les deux.
La viscosité superficielle est étroitement liée à la fermeté du masque facial. Le film d'adsorption, soumis à une pression superficielle et à une viscosité, doit être élastique. Plus la pression superficielle et la viscosité de la membrane d'adsorption sont élevées, plus son module d'élasticité est élevé. Le module d'élasticité du film d'adsorption est essentiel à la stabilisation de la mousse.
③ Formation de micelles
La solution diluée de tensioactifs suit les lois des solutions idéales. La quantité de tensioactifs adsorbée à la surface d'une solution augmente avec la concentration de celle-ci. Lorsque la concentration atteint ou dépasse une certaine valeur, la quantité d'adsorption cesse d'augmenter. Ces molécules de tensioactifs en excès dans la solution sont désordonnées ou présentent une présence régulière. La pratique et la théorie ont montré qu'elles forment des agrégats en solution, appelés micelles.
Concentration micellaire critique : La concentration minimale à laquelle les tensioactifs forment des micelles dans une solution est appelée concentration micellaire critique.
④ La valeur CMC du tensioactif commun.
6. Valeur d'équilibre hydrophile et oléophile
L'acronyme HLB (Hydrophilic Lipophile Balance) représente les valeurs d'équilibre hydrophile et lipophile des groupes hydrophiles et lipophiles d'un tensioactif, c'est-à-dire la valeur HLB du tensioactif. Une valeur HLB élevée indique une forte hydrophilie et une faible lipophilie de la molécule ; à l'inverse, une forte lipophilie et une faible hydrophilie sont associées.
1 Règlement sur la valeur HLB
La valeur HLB est une valeur relative. Ainsi, lors de sa formulation, la valeur HLB de la paraffine sans propriétés hydrophiles est fixée à 0, tandis que celle du dodécylsulfate de sodium, très hydrosoluble, est fixée à 40. Par conséquent, la valeur HLB des tensioactifs se situe généralement entre 1 et 40. En règle générale, les émulsifiants dont la valeur HLB est inférieure à 10 sont lipophiles, tandis que ceux dont la valeur HLB est supérieure à 10 sont hydrophiles. Le seuil de transition entre lipophilie et hydrophilie est donc d'environ 10.
7. Effets d'émulsification et de solubilisation
Deux liquides non miscibles, formés l'un par la dispersion de particules (gouttelettes ou cristaux liquides) dans l'autre, sont appelés émulsions. Lors de la formation d'une émulsion, l'aire interfaciale entre les deux liquides augmente, rendant le système thermodynamiquement instable. Pour stabiliser l'émulsion, un troisième composant, l'émulsifiant, doit être ajouté afin de réduire l'énergie interfaciale du système. Les émulsifiants appartiennent à la famille des tensioactifs et leur principale fonction est d'agir comme émulsifiants. La phase dans laquelle les gouttelettes sont présentes dans une émulsion est appelée phase dispersée (ou phase interne, phase discontinue), et l'autre phase liée est appelée milieu dispersé (ou phase externe, phase continue).
1 Émulsifiants et émulsions
Les émulsions courantes sont constituées d'une phase aqueuse (ou solution aqueuse) et d'une phase composée de composés organiques non miscibles à l'eau, tels que les huiles, les cires, etc. L'émulsion formée d'eau et d'huile peut être divisée en deux types selon leur dispersion : l'huile dispersée dans l'eau forme une émulsion eau-dans-huile (H/E) ; l'eau dispersée dans l'huile forme une émulsion eau-dans-huile (E/H). Des émulsions complexes eau-huile dans eau (E/H/E) et huile-eau-dans-huile (H/E/H) peuvent également se former.
L'émulsifiant stabilise l'émulsion en réduisant la tension interfaciale et en formant un masque facial monocouche.
Exigences relatives aux émulsifiants en émulsification : a) Les émulsifiants doivent pouvoir adsorber ou enrichir l'interface entre les deux phases, réduisant ainsi la tension interfaciale ; b) Les émulsifiants doivent conférer une charge électrique aux particules, provoquant une répulsion électrostatique entre elles ou formant un film protecteur stable et très visqueux autour des particules. Ainsi, les substances utilisées comme émulsifiants doivent posséder des groupes amphiphiles pour avoir un effet émulsifiant, et les tensioactifs peuvent répondre à cette exigence.
2 Méthodes de préparation des émulsions et facteurs affectant la stabilité de l'émulsion
Il existe deux méthodes pour préparer des émulsions : l'une consiste à utiliser des méthodes mécaniques pour disperser le liquide en petites particules dans un autre liquide, ce qui est couramment utilisé dans l'industrie pour préparer des émulsions ; une autre méthode consiste à dissoudre un liquide à l'état moléculaire dans un autre liquide, puis à le laisser s'agréger de manière appropriée pour former une émulsion.
La stabilité des émulsions désigne leur capacité à résister à l'agrégation des particules et à provoquer une séparation de phases. Les émulsions sont des systèmes thermodynamiquement instables possédant une énergie libre importante. Par conséquent, la stabilité d'une émulsion désigne en réalité le temps nécessaire au système pour atteindre l'équilibre, c'est-à-dire le temps nécessaire à la séparation d'un liquide.
La présence de molécules organiques polaires telles que des alcools gras, des acides gras et des amines grasses dans le masque facial augmente considérablement la résistance de la membrane. En effet, les molécules émulsifiantes de la couche d'adsorption interagissent avec les molécules polaires telles que les alcools, les acides et les amines pour former un « complexe », ce qui renforce la résistance du masque facial.
Les émulsifiants composés de deux tensioactifs ou plus sont appelés émulsifiants mixtes. Ils s'adsorbent à l'interface eau/huile, et les interactions intermoléculaires peuvent former des complexes. Grâce à cette forte interaction intermoléculaire, la tension interfaciale est considérablement réduite, la quantité d'émulsifiant adsorbée à l'interface est significativement augmentée, et la densité et la résistance du masque facial interfacial formé sont accrues.
La charge des gouttelettes a un impact significatif sur la stabilité des émulsions. Les émulsions stables contiennent généralement des gouttelettes chargées électriquement. Lors de l'utilisation d'émulsifiants ioniques, les ions émulsifiants adsorbés à l'interface insèrent leurs groupes lipophiles dans la phase huileuse, tandis que les groupes hydrophiles sont dans la phase aqueuse, ce qui confère aux gouttelettes une charge électrique. Du fait de leur charge électrique identique, les gouttelettes de l'émulsion se repoussent et s'agglomèrent difficilement, ce qui accroît la stabilité. On constate que plus les ions émulsifiants adsorbés sont nombreux, plus les gouttelettes sont chargées et plus elles empêchent leur coalescence, ce qui accroît la stabilité du système émulsionnel.
La viscosité du milieu de dispersion d'une émulsion a un impact sur sa stabilité. En général, plus la viscosité du milieu dispersant est élevée, plus l'émulsion est stable. En effet, sa viscosité élevée entrave fortement le mouvement brownien des gouttelettes de liquide, ralentit les collisions entre elles et maintient la stabilité du système. Les polymères généralement solubles dans les émulsions peuvent augmenter la viscosité du système et améliorer sa stabilité. De plus, ils peuvent former un masque d'interface solide, améliorant ainsi la stabilité du système d'émulsion.
Dans certains cas, l'ajout de poudre solide peut également stabiliser l'émulsion. La poudre solide ne se trouve ni dans l'eau, ni dans l'huile, ni à l'interface, selon le pouvoir mouillant de l'huile et de l'eau sur la poudre solide. Si la poudre solide n'est pas complètement mouillée par l'eau et peut l'être par l'huile, elle restera à l'interface eau-huile.
L'absence de stabilisation de l'émulsion par la poudre solide est due au fait que la poudre accumulée à l'interface ne renforce pas le masque facial, contrairement aux molécules d'émulsifiant adsorbant l'interface. Par conséquent, plus les particules de poudre solide sont disposées près de l'interface, plus l'émulsion sera stable.
Les tensioactifs ont la capacité d'augmenter significativement la solubilité des composés organiques insolubles ou légèrement solubles dans l'eau après formation de micelles en solution aqueuse, la solution étant alors transparente. Cet effet des micelles est appelé solubilisation. Les tensioactifs capables de produire des effets solubilisants sont appelés solubilisants, et les composés organiques solubilisés sont appelés composés solubilisés.
8. Mousse
La mousse joue un rôle important dans le processus de lavage. Elle désigne le système de dispersion dans lequel un gaz est dispersé dans un liquide ou un solide. Le gaz constitue la phase de dispersion, tandis que le liquide ou le solide constitue le milieu de dispersion. La première est appelée mousse liquide, tandis que la seconde est appelée mousse solide, comme la mousse plastique, la mousse de verre, le ciment mousse, etc.
(1) Formation de mousse
La mousse désigne ici l'agrégation de bulles séparées par un film liquide. Grâce à la grande différence de densité entre la phase dispersée (gaz) et le milieu dispersé (liquide), ainsi qu'à la faible viscosité du liquide, la mousse peut toujours remonter rapidement au niveau du liquide.
Le processus de formation de mousse consiste à introduire une grande quantité de gaz dans le liquide, et les bulles du liquide reviennent rapidement à la surface du liquide, formant un agrégat de bulles séparé par une petite quantité de liquide et de gaz.
La mousse présente deux caractéristiques morphologiques remarquables : d'une part, les bulles en phase dispersée sont souvent polyédriques, car à leur intersection, le film liquide a tendance à s'amincir, rendant les bulles polyédriques. Lorsque le film liquide s'amincit, les bulles éclatent ; d'autre part, un liquide pur ne peut former de mousse stable, tandis qu'un liquide capable de former de la mousse est composé d'au moins deux composants. Une solution aqueuse de tensioactif est un système typique qui permet de générer facilement de la mousse, et sa capacité à générer de la mousse est également liée à d'autres propriétés.
Les tensioactifs ayant un bon pouvoir moussant sont appelés agents moussants. Malgré ce bon pouvoir moussant, la mousse formée peut ne pas se maintenir longtemps, ce qui peut compromettre sa stabilité. Pour maintenir la stabilité de la mousse, on lui ajoute souvent un stabilisant de mousse. Les stabilisants de mousse les plus couramment utilisés sont la lauroyldiéthanolamine et l'oxyde de dodécyldiméthylamine.
(2) Stabilité de la mousse
La mousse est un système thermodynamiquement instable. La tendance finale est que la surface totale du liquide dans le système diminue et que l'énergie libre diminue après la rupture de la bulle. Le processus de démoussage est le processus par lequel le film liquide séparant le gaz change d'épaisseur jusqu'à sa rupture. Par conséquent, la stabilité de la mousse est principalement déterminée par la vitesse d'écoulement du liquide et la résistance du film liquide. Plusieurs autres facteurs influencent ce processus.
1 Tension superficielle
D'un point de vue énergétique, une faible tension superficielle favorise la formation de mousse, mais ne garantit pas sa stabilité. Une faible tension superficielle, une faible différence de pression, une faible vitesse d'écoulement du liquide et un lent amincissement du film liquide favorisent la stabilité de la mousse.
② Viscosité superficielle
Le facteur clé de la stabilité de la mousse est la résistance du film liquide, principalement déterminée par la fermeté du film d'adsorption de surface, mesurée par la viscosité superficielle. Les expériences montrent que la mousse produite par une solution à viscosité superficielle élevée a une durée de vie plus longue. En effet, l'interaction entre les molécules adsorbées à la surface augmente la résistance de la membrane, prolongeant ainsi la durée de vie de la mousse.
③ Viscosité de la solution
Lorsque la viscosité du liquide lui-même augmente, le liquide dans le film liquide n'est pas facile à évacuer et la vitesse d'amincissement de l'épaisseur du film liquide est lente, ce qui retarde le moment de la rupture du film liquide et augmente la stabilité de la mousse.
④ L'effet « réparateur » de la tension superficielle
Les tensioactifs adsorbés à la surface du film liquide ont la capacité de résister à la dilatation ou à la contraction de la surface du film liquide, ce que l'on appelle l'effet réparateur. En effet, un film liquide de tensioactifs adsorbé à la surface réduit la concentration de molécules adsorbées et augmente la tension superficielle. Une expansion supplémentaire de la surface nécessitera un effort plus important. À l'inverse, un rétrécissement de la surface augmente la concentration de molécules adsorbées, réduisant ainsi la tension superficielle et empêchant un rétrécissement supplémentaire.
⑤ La diffusion d'un gaz à travers un film liquide
En raison de la pression capillaire, la pression des petites bulles dans la mousse est supérieure à celle des grosses bulles. Le gaz contenu dans ces dernières se diffuse alors dans les grosses bulles à basse pression à travers le film liquide. Il en résulte un phénomène de rétrécissement des petites bulles, puis d'agrandissement des grosses bulles, entraînant la rupture de la mousse. L'ajout d'un tensioactif permet d'obtenir une mousse homogène et dense, difficile à démousser. La proximité du tensioactif sur le film liquide rend sa ventilation difficile, ce qui améliore la stabilité de la mousse.
6 L'influence de la charge de surface
Si le film liquide de mousse est chargé du même symbole, ses deux surfaces se repoussent, empêchant ainsi son amincissement, voire sa destruction. Les tensioactifs ioniques peuvent assurer cet effet stabilisateur.
En conclusion, la résistance du film liquide est un facteur clé pour la stabilité de la mousse. En tant que tensioactif pour agents moussants et stabilisateurs de mousse, la densité et la fermeté des molécules adsorbées en surface sont des facteurs clés. Lorsque l'interaction entre les molécules adsorbées en surface est forte, celles-ci sont étroitement disposées, ce qui confère non seulement une résistance élevée au masque facial, mais aussi une viscosité superficielle élevée qui rend la solution adjacente difficile à écouler. Le film liquide s'écoule donc difficilement et son épaisseur est facile à maintenir. De plus, la proximité des molécules en surface peut réduire la perméabilité aux molécules de gaz et ainsi améliorer la stabilité de la mousse.
(3) Destruction de la mousse
Le principe de base de la destruction de la mousse est de modifier les conditions de production de mousse ou d'éliminer les facteurs de stabilité de la mousse, il existe donc deux méthodes de démoussage, physique et chimique.
Le démoussage physique consiste à modifier les conditions de formation de la mousse tout en maintenant la composition chimique de la solution moussante inchangée. Par exemple, la perturbation par une force externe, la variation de température ou de pression et le traitement par ultrasons sont des méthodes physiques efficaces pour éliminer la mousse.
La méthode de démoussage chimique consiste à ajouter des substances qui interagissent avec l'agent moussant, réduisant ainsi la résistance du film liquide dans la mousse, puis sa stabilité. Ces substances sont appelées antimousses. La plupart des antimousses sont des tensioactifs. Par conséquent, selon le mécanisme de démoussage, les antimousses doivent avoir une forte capacité à réduire la tension superficielle, être facilement adsorbés à la surface et avoir de faibles interactions entre les molécules adsorbées, ce qui produit une structure relativement lâche des molécules adsorbées.
Il existe différents types d'antimousses, mais la plupart sont des tensioactifs non ioniques. Ces derniers possèdent des propriétés anti-mousse à proximité ou au-dessus de leur point de trouble et sont couramment utilisés comme antimousses. Les alcools, notamment ceux à structure ramifiée, les acides gras et les esters, les polyamides, les phosphates, les huiles de silicone, etc., sont également d'excellents antimousses.
(4) Mousse et lavage
Il n'existe pas de lien direct entre la mousse et l'effet lavant, et la quantité de mousse ne garantit pas un effet lavant satisfaisant. Par exemple, les tensioactifs non ioniques ont un pouvoir moussant bien inférieur à celui du savon, mais leur pouvoir nettoyant est bien supérieur.
Dans certains cas, la mousse est utile pour éliminer la saleté. Par exemple, pour laver la vaisselle à la maison, la mousse du détergent peut éliminer les gouttes d'huile. Pour frotter les tapis, elle permet d'éliminer les saletés solides comme la poussière et la poudre. De plus, la mousse peut parfois indiquer l'efficacité du détergent, car les taches d'huile peuvent l'inhiber. En cas de taches d'huile excessives et de manque de détergent, la mousse disparaît ou disparaît. Parfois, la mousse peut également indiquer la propreté du rinçage. La quantité de mousse dans la solution de rinçage ayant tendance à diminuer avec la quantité de détergent, le degré de rinçage peut être évalué par sa quantité.
9. Processus de lavage
Au sens large, le lavage est le processus qui consiste à éliminer les composants indésirables de l'objet lavé afin d'atteindre un objectif précis. Au sens courant, le lavage désigne le processus d'élimination de la saleté de la surface d'un support. Lors du lavage, l'interaction entre la saleté et le support est affaiblie ou éliminée par l'action de substances chimiques (comme les détergents), transformant ainsi la combinaison saleté-support en une combinaison saleté-détergent, provoquant ainsi le détachement de la saleté et du support. Les objets à laver et la saleté à éliminer étant divers, le lavage est un processus très complexe, dont le principe de base peut être représenté par la relation simple suivante.
Support • Saleté + Détergent = Support + Saleté • Détergent
Le processus de lavage se divise généralement en deux étapes : la première consiste à séparer la saleté de son support sous l'action du détergent ; la seconde consiste à disperser et à suspendre la saleté détachée dans le milieu. Le lavage est réversible, et la saleté dispersée ou en suspension dans le milieu peut également se précipiter sur le linge. Par conséquent, un bon détergent doit non seulement détacher la saleté de son support, mais aussi avoir une bonne capacité à disperser et à suspendre la saleté, empêchant ainsi son dépôt ultérieur.
(1) Types de saleté
Même pour un même article, le type, la composition et la quantité de saleté varient selon l'environnement d'utilisation. Les saletés corporelles huileuses comprennent principalement les huiles animales et végétales, ainsi que les huiles minérales (telles que le pétrole brut, le fioul, le goudron de houille, etc.), tandis que les saletés solides comprennent principalement la fumée, la poussière, la rouille, le noir de carbone, etc. Concernant les saletés vestimentaires, on distingue les saletés corporelles humaines, telles que la sueur, le sébum, le sang, etc. ; les saletés alimentaires, telles que les taches de fruits, d'huiles alimentaires, d'assaisonnements, d'amidon, etc. ; les saletés apportées par les cosmétiques, comme le rouge à lèvres et le vernis à ongles ; les saletés atmosphériques, telles que la fumée, la poussière, la terre, etc. ; et d'autres matériaux comme l'encre, le thé, la peinture, etc. Il en existe une grande variété.
Les différents types de saletés peuvent généralement être divisés en trois catégories : la saleté solide, la saleté liquide et la saleté spéciale.
1. Les saletés solides courantes comprennent des particules telles que les cendres, la boue, la terre, la rouille et le noir de carbone. La plupart de ces particules ont une charge superficielle, généralement négative, et s'adsorbent facilement sur les objets fibreux. En général, les saletés solides sont difficiles à dissoudre dans l'eau, mais peuvent être dispersées et mises en suspension par les solutions détergentes. Les saletés solides à petites particules sont difficiles à éliminer.
2. Les salissures liquides sont principalement liposolubles, notamment les huiles animales et végétales, les acides gras, les alcools gras, les huiles minérales et leurs oxydes. Parmi ces huiles, les huiles animales et végétales et les acides gras peuvent être saponifiés par les alcalis, tandis que les alcools gras et les huiles minérales ne le sont pas, mais peuvent se dissoudre dans les alcools, les éthers et les solvants organiques hydrocarbonés, et être émulsifiés et dispersés par des solutions aqueuses détergentes. Les salissures liquides liposolubles interagissent généralement fortement avec les objets fibreux et s'adsorbent fermement sur les fibres.
③ Les saletés spécifiques comprennent les protéines, l'amidon, le sang, les sécrétions humaines telles que la sueur, le sébum, l'urine, ainsi que les jus de fruits, le jus de thé, etc. La plupart de ces saletés peuvent s'adsorber fortement sur les objets fibreux par réaction chimique. Leur lavage est donc très difficile.
Les différents types de saletés existent rarement seuls, souvent mélangés et adsorbés sur les objets. La saleté peut parfois s'oxyder, se décomposer ou se dégrader sous l'effet d'influences extérieures, entraînant la formation de nouvelles saletés.
(2) L'effet d'adhérence de la saleté
La saleté des vêtements, des mains, etc., peut être due à une interaction entre les objets et la saleté. L'adhérence de la saleté sur les objets est variable, principalement physique et chimique.
1 Adhérence physique des cendres de cigarette, de la poussière, des sédiments, du noir de carbone et d'autres substances aux vêtements. En général, l'interaction entre la saleté adhérente et l'objet contaminé est relativement faible, et l'élimination de la saleté est relativement facile. Selon les forces exercées, l'adhérence physique de la saleté peut être divisée en adhérence mécanique et adhérence électrostatique.
R : L'adhérence mécanique désigne principalement l'adhérence des saletés solides telles que la poussière et les sédiments. L'adhérence mécanique est une méthode d'adhérence faible, qui peut être éliminée par des méthodes mécaniques simples. Cependant, lorsque la granulométrie de la saleté est fine (< 0,1 µm), elle est plus difficile à éliminer.
B : L’adhésion électrostatique se manifeste principalement par l’action de particules de saleté chargées sur des objets de charges opposées. La plupart des objets fibreux portent une charge négative dans l’eau et adhèrent facilement aux saletés chargées positivement, comme la chaux. Certaines saletés, bien que chargées négativement, comme les particules de noir de carbone en solution aqueuse, peuvent adhérer aux fibres grâce à des ponts ioniques formés par des ions positifs (tels que Ca₂+, Mg₂+, etc.) dans l’eau (les ions agissent ensemble entre plusieurs charges opposées, agissant comme des ponts).
L’électricité statique est plus forte qu’une simple action mécanique, ce qui rend relativement difficile l’élimination de la saleté.
③ Élimination des saletés spéciales
Les protéines, l’amidon, les sécrétions humaines, les jus de fruits, les jus de thé et d’autres types de saletés sont difficiles à éliminer avec des tensioactifs généraux et nécessitent des méthodes de traitement spéciales.
Les taches protéiques telles que la crème, les œufs, le sang, le lait et les excréments cutanés sont sujettes à la coagulation et à la dénaturation sur les fibres, et adhèrent plus fermement. Pour éliminer les taches protéiques, on peut utiliser une protéase. Cette protéase peut décomposer les protéines présentes dans la saleté en acides aminés hydrosolubles ou oligopeptides.
Les taches d'amidon proviennent principalement des aliments, tandis que d'autres proviennent des jus de viande, des pâtes, etc. Les enzymes d'amidon ont un effet catalytique sur l'hydrolyse des taches d'amidon, décomposant l'amidon en sucres.
La lipase peut catalyser la décomposition de certains triglycérides difficiles à éliminer par les méthodes conventionnelles, comme le sébum sécrété par le corps humain, les huiles comestibles, etc., pour décomposer les triglycérides en glycérol soluble et en acides gras.
Certaines taches colorées de jus de fruits, de thé, d'encre, de rouge à lèvres, etc., sont souvent difficiles à nettoyer complètement, même après plusieurs lavages. Ce type de tache peut être éliminé par des réactions d'oxydoréduction utilisant des oxydants ou des agents réducteurs comme l'eau de Javel, qui décomposent la structure du ou des chromophores et les dégradent en composants hydrosolubles plus petits.
Du point de vue du nettoyage à sec, il existe environ trois types de saleté.
1. La saleté soluble dans l’huile comprend diverses huiles et graisses, qui sont liquides ou grasses et solubles dans les solvants de nettoyage à sec.
2. Les saletés hydrosolubles sont solubles en solution aqueuse, mais insolubles dans les agents de nettoyage à sec. Elles s'adsorbent sur les vêtements sous forme de solution aqueuse et, après évaporation de l'eau, précipitent des solides granulaires tels que des sels minéraux, de l'amidon, des protéines, etc.
③ La saleté insoluble dans l'eau et l'huile est insoluble dans l'eau et les solvants de nettoyage à sec, tels que le noir de carbone, divers silicates métalliques et oxydes.
En raison des propriétés différentes des différents types de saleté, il existe différentes méthodes d'élimination lors du nettoyage à sec. Les saletés liposolubles, telles que les huiles animales et végétales, les huiles minérales et les graisses, sont facilement solubles dans les solvants organiques et peuvent être facilement éliminées lors du nettoyage à sec. L'excellente solubilité des solvants de nettoyage à sec pour l'huile et la graisse est essentiellement due aux forces de Van der Waals entre les molécules.
Pour éliminer les saletés hydrosolubles telles que les sels minéraux, les sucres, les protéines, la sueur, etc., il est également nécessaire d'ajouter une quantité appropriée d'eau au produit de nettoyage à sec. Dans le cas contraire, les saletés hydrosolubles sont difficiles à éliminer des vêtements. Or, l'eau étant difficile à dissoudre dans les produits de nettoyage à sec, il est nécessaire d'ajouter des tensioactifs pour augmenter la quantité d'eau. L'eau présente dans les produits de nettoyage à sec peut hydrater la saleté et la surface des vêtements, facilitant ainsi l'interaction avec les groupes polaires des tensioactifs, favorisant ainsi leur adsorption. De plus, lorsque les tensioactifs forment des micelles, la saleté hydrosoluble et l'eau peuvent y être solubilisées. Les tensioactifs peuvent non seulement augmenter la teneur en eau des solvants de nettoyage à sec, mais aussi empêcher la redéposition de la saleté et ainsi améliorer l'efficacité du nettoyage.
La présence d'une petite quantité d'eau est nécessaire pour éliminer la saleté soluble dans l'eau, mais un excès d'eau peut déformer, froisser, etc. certains vêtements, la teneur en eau du détergent sec doit donc être modérée.
Les particules solides telles que les cendres, la boue, la terre et le noir de carbone, qui ne sont ni hydrosolubles ni liposolubles, adhèrent généralement aux vêtements par adsorption électrostatique ou en se combinant aux taches d'huile. Lors du nettoyage à sec, le flux et l'impact des solvants peuvent provoquer la chute de la saleté adsorbée par les forces électrostatiques, tandis que les agents de nettoyage à sec peuvent dissoudre les taches d'huile, provoquant ainsi la chute des particules solides qui se combinent aux taches d'huile et adhèrent aux vêtements. La faible quantité d'eau et de tensioactifs contenus dans l'agent de nettoyage à sec permet de suspendre et de disperser de manière stable les particules de saleté solides qui se déposent, les empêchant ainsi de se déposer à nouveau sur les vêtements.
(5) Facteurs affectant l'effet de lavage
L'adsorption directionnelle des tensioactifs à l'interface et la réduction de la tension superficielle (interfaciale) sont les principaux facteurs d'élimination des salissures liquides ou solides. Cependant, le processus de lavage est relativement complexe, et l'efficacité du même type de détergent est influencée par de nombreux autres facteurs, notamment la concentration du détergent, la température, la nature de la saleté, le type de fibre et la structure du tissu.
1 Concentration de tensioactifs
Les micelles de tensioactifs présentes dans la solution jouent un rôle important dans le processus de lavage. Lorsque la concentration atteint la concentration micellaire critique (CMC), l'effet de lavage augmente fortement. Par conséquent, la concentration de détergent dans le solvant doit être supérieure à la valeur de CMC pour obtenir un bon effet de lavage. Cependant, lorsque la concentration de tensioactifs dépasse la valeur de CMC, l'effet de lavage s'atténue et une augmentation excessive de la concentration de tensioactifs devient inutile.
Lors de l'utilisation de la solubilisation pour éliminer les taches d'huile, même si la concentration est supérieure à la valeur de CMC, l'effet de solubilisation augmente avec la concentration en tensioactif. Dans ce cas, il est conseillé d'utiliser le détergent localement, par exemple sur les poignets et les cols des vêtements très sales. Lors du lavage, une couche de détergent peut être appliquée au préalable pour améliorer l'effet de solubilisation des tensioactifs sur les taches d'huile.
② La température a un impact significatif sur l'efficacité du nettoyage. Globalement, une température élevée est bénéfique pour éliminer la saleté, mais parfois, une température excessive peut également avoir des effets néfastes.
Une augmentation de la température favorise la diffusion de la saleté. Les taches d'huile solides s'émulsionnent facilement lorsque la température dépasse leur point de fusion, et les fibres augmentent également leur dilatation sous l'effet de la température. Ces facteurs contribuent tous à l'élimination de la saleté. Cependant, pour les tissus serrés, les micro-espaces entre les fibres se réduisent après leur dilatation, ce qui nuit à l'élimination de la saleté.
Les variations de température affectent également la solubilité, la valeur de CMC et la taille des micelles des tensioactifs, affectant ainsi l'effet de lavage. Les tensioactifs à longue chaîne carbonée présentent une solubilité plus faible à basse température, et parfois même inférieure à la valeur de CMC. Dans ce cas, la température de lavage doit être augmentée en conséquence. L'effet de la température sur la valeur de CMC et la taille des micelles diffère selon que les tensioactifs sont ioniques ou non ioniques. Pour les tensioactifs ioniques, une augmentation de la température entraîne généralement une augmentation de la valeur de CMC et une diminution de la taille des micelles. Il est donc nécessaire d'augmenter la concentration de tensioactifs dans la solution de lavage. Pour les tensioactifs non ioniques, une augmentation de la température entraîne une diminution de la valeur de CMC et une augmentation significative de la taille des micelles. On constate qu'une augmentation appropriée de la température peut favoriser l'activité de surface des tensioactifs non ioniques. Cependant, la température ne doit pas dépasser son point de trouble.
En résumé, la température de lavage la plus adaptée dépend de la formule du détergent et de l'objet à laver. Certains détergents offrent un bon pouvoir nettoyant à température ambiante, tandis que d'autres ont des effets très différents selon qu'ils sont lavés à froid ou à chaud.
③ Mousse
On confond souvent pouvoir moussant et effet lavant, pensant que les détergents à fort pouvoir moussant ont un meilleur effet lavant. Or, les résultats montrent que l'effet lavant n'est pas directement lié à la quantité de mousse. Par exemple, utiliser un détergent peu moussant pour le lavage n'a pas un effet lavant inférieur à celui d'un détergent très moussant.
Bien que la mousse ne soit pas directement liée au lavage, elle reste utile pour éliminer la saleté dans certaines situations. Par exemple, la mousse du liquide vaisselle peut éliminer les gouttes d'huile lors du lavage de la vaisselle à la main. Lors du récurage d'un tapis, la mousse peut également éliminer les particules solides comme la poussière. La poussière représente une part importante de la saleté des tapis ; un nettoyant pour tapis doit donc posséder une certaine capacité moussante.
Le pouvoir moussant du shampoing est également important. La fine mousse produite par le liquide lors du lavage des cheveux ou du bain procure une sensation de confort.
④ Types de fibres et propriétés physiques des textiles
Outre la structure chimique des fibres affectant l’adhérence et l’élimination de la saleté, l’apparence des fibres et la structure organisationnelle des fils et des tissus ont également un impact sur la difficulté d’élimination de la saleté.
Les écailles des fibres de laine et la structure plate en bandes des fibres de coton sont plus susceptibles d'accumuler la saleté que les fibres lisses. Par exemple, le noir de carbone adhérant à un film cellulosique (film adhésif) est facile à enlever, tandis que celui adhérant à un tissu en coton est plus difficile à laver. Par exemple, les tissus en polyester à fibres courtes sont plus sujets aux taches d'huile que les tissus à fibres longues, et ces taches sont également plus difficiles à enlever sur ces tissus.
Grâce aux micro-espaces entre les fibres, les fils et tissus serrés résistent mieux à la saleté, mais empêchent également la solution de nettoyage d'éliminer la saleté interne. Par conséquent, les tissus serrés offrent une bonne résistance à la saleté au début, mais sont difficiles à nettoyer une fois contaminés.
⑤ La dureté de l'eau
La concentration d'ions métalliques tels que Ca₂+ et Mg₂+ dans l'eau a un impact significatif sur l'efficacité du lavage, notamment lorsque les tensioactifs anioniques entrent en contact avec les ions Ca₂+ et Mg₂+ pour former des sels de calcium et de magnésium peu solubles, ce qui peut réduire leur pouvoir nettoyant. Même si la concentration de tensioactifs est élevée en eau dure, leur efficacité nettoyante reste bien inférieure à celle obtenue par distillation. Pour obtenir un lavage optimal, la concentration d'ions Ca₂+ dans l'eau doit être réduite à moins de 1 × 10-6 mol/L (la teneur en CaCO₂ doit être réduite à 0,1 mg/L). Cela nécessite l'ajout de divers adoucissants au détergent.
Date de publication : 16 août 2024