Моющие растворы и их свойства

Моющие растворы — это растворенные в воде одно или несколько моющих средств (детергентов). Моющие растворы не должны оказывать вредного влияния на здоровье обслуживающего персонала, разрушающего действия на материалы, из которых изготовлены моечные и посудомоечные машины, тара и обрабатываемые объекты.

Моющий раствор должен способствовать активному и полному протеканию следующих физико-химических процессов: смачивание подвергающихся мойке поверхностей; диспергирование загрязнений (набухание, пептизация и дробление белковых веществ, эмульгирование и частичное омыление жиров); стабилизация отделившихся от поверхности загрязнений в моющем растворе (грязенесущая способность моющего раствора). Следовательно, эффективность моющих средств складывается из их смачивающей, диспергирующей и стабилизирующей (эмульгирующей) способности.

Смачивание отмываемых поверхностей зависит от поверхностного натяжения моющего раствора и межфазного натяжения на границе «жидкость — твердое тело», «газ — твердое тело». Чем ниже поверхностное натяжение моющего раствора, тем лучше смачивание и тем эффективнее мойка.

Поверхностное натяжение воды как основы моющего раствора довольно высокое и при температуре 20 °C достигает 72,75ПО³ Ши, при 90 °C снижается до 60−10~³ Н/м и только при критической температуре.

374,2 °С равно нулю. Однако воспользоваться тепловым снижением поверхностного натяжения воды в больших пределах невозможно, так как при температуре 95—100 °С она превращается в пар.

В промышленности используют два метода снижения поверхностного натяжения воды или моющего раствора: тепловой и введение поверхностно-активных веществ (ПАВ). Это также приведет к нарушению равновесия на границе раздела и уносу частиц загрязнения.

Однако для повышения температуры имеются ограничивающие факторы. Если мойка осуществляется вручную, то температура моющей жидкости должна быть умеренной. При мойке стеклянных объектов перепады температуры ограничены из-за возможного так называемого термического боя. Температура мойки продуктов должна быть такой, чтобы не изменить их состав и качество. При выборе температуры мойки необходимо учитывать возможность уплотнения (приваривания) инородного поверхностного слоя, подлежащего удалению.

При растворении в воде ПАВ, молекулы которых обладают полярностью, ориентированно адсорбируются на поверхностях раздела, причем концентрация их при этом в 1000 раз выше, чем в самом моющем растворе. Накапливаясь на поверхностях раздела, данные вещества значительно снижают поверхностное натяжение раствора, увеличивая его смачивающую способность, чем способствуют отделению загрязнений от твердых поверхностей. С увеличением концентрации ПАВ поверхностное натяжение раствора падает до некоторого наименьшего значения, оставаясь в дальнейшем практически постоянным.

Зависимость поверхностного натяжения, а от температуры можно представить в виде.

где ст_1} а₂ — поверхностное натяжение, соответственно, при начальной и конечной температуре, Н/м; 7, Т₂ — соответственно, начальная и конечная температура, К; Т_к — температура кипения, К.

Снижение поверхностного натяжения на границе «загрязнение — моющий раствор» при добавлении ПАВ можно определить, применив уравнение.

где ' — поверхностное натяжение, соответственно, до введения и после введения ПАВ, Н/м; В — константа гемологического ряда ПАВ; С_г — концентрация ПАВ; — коэффициент, зависящий от вида ПАВ.

Поверхностное натяжение можно уменьшить в десятки раз воздействием ультразвука. Это явление, открытое академиком Е. Г. Коноваловым при исследовании течения жидкостей по капиллярам, является одним из основных ускоряющих удаление загрязнений с поверхности.

Диспергирование загрязнений моющим раствором зависит в наибольшей степени от наличия в нем щелочей, особенно едких, и определенных ПАВ. Жировая и белковая части загрязнений эмульгируют в основном за счет этих компонентов. Стабилизация отделившихся от поверхности загрязнений является последней стадией физико-химического взаимодействия их с моющим раствором и также в основном определяется наличием в моющем растворе ПАВ. Белковые вещества под влиянием щелочей пептизируются, превращаются в гидрогели, а затем частично растворяются в моющем растворе.

Диспергированные частицы загрязнений адсорбируют на своей поверхности молекулы ПАВ, которые сориентированы так, что частица загрязнения представляет собой поляризованную мицеллу. Имея одинаковые заряды, мицеллы не допускают агрегатирования и осаждения частиц на омываемую поверхность.

Для мойки используются различные моющие средства, которые можно разделить на четыре группы:

• 1) анионоактивные, к которым относят обычные мыла и сульфомыла. Образующийся при диссоциации этих средств в воде поверхностно-активный ион заряжен отрицательно. Эти средства применяются преимущественно в щелочной среде;
• 2) катионоактивные, в которых при диссоциации образуется положительный ион ПАВ, чаще всего ион замещенного аммония. Эти вещества являются сильными дезинфицирующими средствами и применяются в кислой среде;
• 3) амфолитные, которые, диссоциируя в воде, в зависимости от условий и среды обладают анионои катионоактивными свойствами. В кислом растворе амфолитные средства ведут себя как катионоактивные, а в щелочном — как анионоактивные;
• 4) неионогенные, которые в водном растворе не диссоциируют.

Большое влияние на качество мойки оказывают щелочные и кислотные свойства воды, определяемые активностью ионов водорода в этой воде. В качестве меры активности ионов водорода принято значение (число pH).

где а_н — активность ионов водорода, г-ион/л.

Для чистой воды pH равняется 7. Жесткость воды растет с увеличением pH. В воде жесткостью свыше 7,14 мг-экв/л расход щелочных моющих средств значительно больше, чем в воде, жесткость которой ниже указанного предела. Поэтому для моющего раствора рекомендуется использовать умягченную воду либо конденсат. Если использовать воду без предварительного умягчения, то пригодна вода жесткостью не более 7,14 мг-экв/л. Также, моющий раствор, приготовленный на жесткой воде, нельзя подогревать до высоких температур, так как начиная с 60 °C на поверхности посуды выпадает осадок нерастворимых солей кальция и магния.

Физико-химическое взаимодействие моющего раствора с загрязнениями происходит в течение определенного периода времени, при этом чем он продолжительнее, тем эффективнее процесс мойки. Однако в целях повышения производительности труда продолжительность процесса мойки должна быть минимально допустимой. Для этого необходимо изыскивать пути, повышающие интенсивность механического, физико-химического воздействия, и подбирать эффективные моющие средства. Чтобы уменьшить габариты моечных машин и увеличить их производительность, процесс мытья интенсифицируется путем направления струй моющего раствора на загрязненные поверхности, что оказывает разрушающее действие на загрязнения и ускоряет физико-химическое взаимодействие их с моющим раствором.