Современный человек отличается необыкновенной широтой интересов.
Он хочет быть в курсе всего, что происходит в космосе, на его родной
планете, в окружающей его среде, в его собственном организме.
Современного человека интересует все - неопознанные летающие
объекты, образ жизни африканских животных, содержимое египетских
пирамид, скалолазание при помощи одних только пальцев, система
индийских йогов, культура древних инков, роль микроэлементов в
жизненных процессах, зависимость работоспособности от биологических
ритмов, приемы аутогенной тренировки... Ему интересно что, где,
когда, как и почему это происходит. Поэтому естественно
предположить, что, прежде чем приступить к стирке, нашему уважаемому
читателю захочется постичь.
Итак, мылом пользовались тысячелетия, но попытки объяснить, почему
мыло отмывает грязь, были предприняты лишь в XVIII-XIX веках. Еще в
прошлом веке считалось, что мыло моет потому, что гидролизуется в
водном растворе и образующаяся щелочь "отъедает" грязь, а жирные
кислоты и негидролизованное мыло ее "растворяют". В XX в., однако,
было доказано, что мыло моет потому, что является
поверхностно-активным веществом.
Первые из них были, вероятно, получены в 1831 г. действием серной
кислоты на оливковое и миндальное масло. Однако свойства их еще
долгое время не могли удовлетворить даже самых невзыскательных
хозяек. За это время синтез новых ПАВ и создание технологии их
получения прошли и продолжают переживать необыкновенно бурный период
развития. ПАВ находят
широчайшее применение во многих технологических процессах (где
используются системы, состоящие из двух или более фаз), в частности
при решении огромной по масштабам задачи обогащения бедных руд перед
их дальнейшей переработкой. Дело в том, что присутствие даже очень
малых количеств ПАВ резко изменяет характер взаимодействия на
границе раздела фаз. Такое поведение ПАВ обусловлено структурой их
молекул, которая всегда имеет полярный характер.
Молекулы ПАВ содержат
обязательно две части-гидрофильную и гидрофобную, обладающие
совершенно противоположными свойствами: гидрофильная ("любящая
воду") часть молекулы способствует ее растворению в воде или в
другом полярном растворителе (например, в спирте), а гидрофобная
представляет собой обычно углеводородный радикал, который "любит"
неполярные растворители (бензин, бензол, масла, жир и т. п.) и
способствует растворению молекулы в таких именно растворителях (по
принципу "подобное в подобном"):
Наличие в одной молекуле ПАВ противоположных по свойствам групп
("концов") и придает им все те особые полезные свойства, о которых
пойдет сейчас речь.
Гидрофильная часть молекулы в некоторых
ПАВ способна диссоциировать
на ионы (например, когда она представляет собой карбоксильную
группу); но при этом она все равно сохраняет гидрофильный характер.
Попадая в воду, молекула ПАВ испытывает на себе противоположно
направленные воздействия: гидрофильная ее часть стремится проникнуть
внутрь объема воды, раствориться, а гидрофобный "хвост"-избежать
соприкосновения с водой, вытолкнуться из нее. Выход из создавшейся
ситуации молекулы ПАВ (или ионы-все равно) смогут "найти" в том
случае, если вблизи находится граница раздела двух фаз. Тогда,
собравшись на ней, они смогут расположиться таким образом, чтобы оба
конца были "довольны" :
Из рисунка видно, что
молекулы ПАВ
адсорбируются (собираются) на поверхности раствора и (если их
достаточно много) покрывают ее сплошным частоколом торчащих вверх
"хвостов". Процесс этот идет очень быстро и самопроизвольно.
Способность молекул ПАВ адсорбироваться на границе раздела фаз
называется поверхностной активностью.
Если налить в воду масло и разболтать его, то через некоторое время
оно соберется наверху в виде слоя, хотя некоторые капельки масла
будут, возможно, плавать в воде. Как ведут себя ПАВ в такой системе,
схематически показано на рисунке:
Если жирового слоя нет, гидрофобные части молекул ПАВ все равно
будут располагаться в направлении "от воды" - адсорбироваться,
например, на поверхности стеклянного сосуда (см. рисунок) или на
каких-нибудь других твердых частицах нейтрального характера (ими
могут быть частицы глины, песка и т. п.).
Надеемся, что читателю ясно, что на наших рисунках невидимые глазом
молекулы приобрели гигантские размеры исключительно потому, что нам
хотелось как можно нагляднее рассказать о поведении ПАВ.
Читатель вправе спросить, что будут делать молекулы, которым не
найдется места на границе раздела фаз. Если концентрация молекул ПАВ
в растворе достаточно велика, а гидрофобная часть молекулы
достаточно длинна (более 8-10 углеводородных атомов), то в растворе
начинает происходить ассоциация молекул (ионов) ПАВ в сфероидные
агрегаты (мицеллы), которые схематически можно изобразить следующим
образом:
Раствор ПАВ с концентрацией выше критической концентрации
мицеллообра-зования (ККМ) может уже называться моющим раствором.
Согласно теории моющего действия, ПАВ может быть моющим веществом,
если оно удовлетворяет трем условиям:
имеет достаточно высокую поверхностную активность;
адсорбционные слои, образованные его молекулами на поверхности
раздела фаз, обладают достаточной прочностью;
способно образовывать растаоры, концентрация которых значительно
выше ККМ.
Рассмотрим теперь, как
"работают" ПАВ в составе моющего раствора. И в этом случае
молекулы (или ионы) ПАВ немедленно адсорбируются на границе раздела
фаз, и в частности на поверхности стираемой ткани, на любых частицах
находящейся на ней "грязи". Если это частицы жира, масла, то они,
отделившись от ткани, вскоре оказываются в растворе в центре
образующихся мицелл; если это частицы минерального происхождения
(песок, например), то и они легче отделяются от ткани, поскольку
молекулы ПАВ атакуют их со всех сторон, в том числе в точках
соприкосновения с тканью, способствуя их переходу в раствор. Кроме
того, в присутствии ПАВ легче происходит разрушение, измельчение и
переход в раствор частичек "грязи" в виде суспензий и эмульсий,
причем достаточно стабильных, т. е. не имеющих тенденции снова
оседать на стираемом белье. Чтобы предотвратить такое повторное
загрязнение белья, в CMC
добавляют специальные антиресор-бенты (карбоксиметилцеллюлозу,
казеин и др).
Механизм отмывания загрязнений с тканей моющим раствором на самом
деле гораздо более сложен, чем только что описанный нами. Дело в
том, что при стирке одновременно протекает несколько
физико-химических процессов, причем роль и вклад каждого из них
зависят и от природы моющего состава, и от его концентрации, и от
вида загрязнений, и от вида ткани, и от температуры и
продолжительности процесса, и от характера механического воздействия
на ткань, и от жесткости воды, ее щелочности и т. д. Поэтому до
настоящего времени полной и единой теории моющего процесса еще нет,
количественные зависимости между моющей способностью растворов ПАВ и
их свойствами пока не установлены. Общим в различных теориях
являются, однако, те принципиальные представления о характере
влияния ПАВ на стирку, которые мы упрощенно описали.
Современные синтетические моющие средства (CMC) состоят из многих
компонентов. Основными из них являются ПАВ. Часто в моющее средство
вводят два и более видов ПАВ, что, как правило, обеспечивает лучшее
отстирывание белья и возможность применять CMC в более широком
интервале температур. Моющие средства содержат также щелочные
добавки, которые способствуют разрушению жировых загрязнений. Одна
из важнейших вводимых в CMC добавок-триполифосфаты, смягчающие воду
и повышающие моющую способность почти всех CMC.
В некоторые средства для стирки хлопка и льна вводят также
химические отбеливатели, активно разрушающие многие виды
загрязнений. Они наиболее эффективно действуют при температуре выше
85 °С.
Некоторые загрязнения белкового происхождения (кровь, яичный белок,
соусы и др.) отстирываются очень трудно. Они прочно скрепляются с
волокнами ткани и удерживают жир, углеводы и механические
загрязнения. Со временем прочность такого удерживания возрастает,
поэтому стирку грязных вещей нельзя откладывать : чем старше пятно,
тем труднее от него избавиться. Более того, при стирке в горячей
воде белок свертывается и еще крепче скрепляется с волокнами, а
затем горячий утюг довершает дело...
Чтобы удалить эти пятна, в
некоторые стиральные средства добавляют вещества биологического
происхождения - энзимы -соединения, являющиеся биологическими
катализаторами, под воздействием которых белковые молекулы
распадаются на небольшие фрагменты, растворимые в воде или уносимые
ПАВ и, следовательно, легко отмываемые.
Впервые эта идея возникла более 60 лет назад: в 1913 г. в Германии
было запатентовано применение экстракта из поджелудочной железы
(панкреатина) для удаления белковых загрязнений. В 1914 г. выпустили
первое моющее средство с этим экстрактом, предназначавшееся для
замачивания белья. Но панкреатин был дорог, поэтому такие моющие
средства широкого распространения не получили. Энзимы стали доступны
лишь в последние годы благодаря развитию промышленности
микробиологического синтеза*.
О наличии в моющих средствах энзимов свидетельствует добавляемая к
названию средства приставка "био". Замачивать белье в таких
средствах, следует при температуре не выше 35-40° С, а стирать до
60° С, так как при более высоких температурах энзимы погибают. Эти
средства предназначены в основном для стирки изделий из льняных,
хлопчатобумажных, искусственных и синтетических волокон. Изделия из
шерсти и натурального шелка стирать этими средствами следует
осторожно и без замачивания: вместе с белковыми загрязнениями может
быть частично "съедена" и сама ткань.
Очень часто в современные CMC добавляют и оптические
отбеливатели-флуоресцирующие
вещества (так называемые белые красители), оседающие на ткани при
стирке. Они поглощают свет в ультрафиолете. Впрочем, древний
изобретатель, применявший для стирки бычью желчь, мог бы, вероятно,
оспорить первенство у автора германского патента.
Фиолетовой, невидимой глазу, части спектра и излучают его в синей,
видимой, что придает белью дополнительную белизну и яркость. Таким
образом, если химические отбеливатели действительно разрушают и
удаляют загрязнения, то оптические отбеливатели как бы маскируют их.
В моющие средства добавляют также
парфюмерные отдушки. В
средства, предназначенные для ручной стирки изделий из тонких
тканей, вязанных вещей и т. п., вводят стабилизаторы пены, которые
способствуют образованию в моющем растворе обильной пены,
удерживающей тонкие волокна от слипания. Во всех других случаях
обилие и устойчивость пены только осложняют стирку, прежде всего в
стиральных машинах, особенно барабанного типа. Поэтому в CMC для
машинной стирки добавляют специальные пеногасители или используют
смесь ПАВ, обладающую низким пенообразованием.
Существует большое число CMC для разных тканей и разных видов
загрязнений. Как же выяснить, какое CMC является наиболее
подходящим? До сих пор исследователи для определения моющей
способности применяют два метода: стирку искусственно загрязненных
тканей в лабораторных машинах и многократную стирку естественно
загрязненного белья в бытовых стиральных машинах.
А впрочем, существует и третий метод. В данном случае он, вероятно,
и самый последний, и самый решающий, и самый объективный, и самый
важный для производителя - ваше мнение, уважаемый читатель. Именно
оно рождает спрос, который приводит в действие сложный механизм,
итогом работы которого является выпуск нового моющего средства.
