1.4.2. Поверхностная активность

Водные мыльные растворы обладают поверхностно активными свойствами – понижают поверхностное натяжение, адсорбируясь на границе раздела с воздухом или с несмачивающимися с ним жидкостями или твердыми телами; концентрируются там, образуя тончайшие пленки, обладающие особыми свойствами (в частности, механической прочностью).

Поскольку, с присутствием мыл, снижается поверхностное натяжение, водные мыльные растворы гораздо легче смачивают разнообразные вещества, даже такие, которые проявляют сильную гидрофобность (например: парафинистые, масла, масляные загрязнения и. д.).

Для оценки смачивающей способности мыльных растворов меряют их поверхностное натяжение на границе с воздухом. Для чистой воды оно равно 73 эрг/см², а для 0,1% по массе раствора, например, олеата натрия при 20⁰С – 26,5 эрг/см². Т. е., практически, в три раза величина меньше. Установлено, что при величине поверхностного натяжения на уровне меньшем 55 эрг/см² мыльные растворы смывают масла с замасленных поверхностей.

Величина поверхностного натяжения, проявляемая водным мыльным раствором, зависит от жирнокислотного состава мыла, концентрации и температуры раствора. При повышении температуры величина поверхностного натяжения раствора мыл снижается. Мыла, плохо растворяемые в воде при комнатной температуре, показывают аномалию в поведении. Сначала, с повышением температуры, поверхностное натяжение их водных растворов растет до максимума, а затем падает (рис. 3).

Рис. 3. Влияние температуры и состава натриевых мыл на поверхностное натяжение их растворов: 1 – олеат; 2 – лаурат; 3 – миристат; 4 – пальмитат; 5 – стеарат

На рис. 3 показаны соотношения величин поверхностного натяжения однопроцентных растворов мыл различной природы и характер изменения данного показателя с изменением температуры раствора.

Следствием поверхностной активности водных мыльных растворов различной природы является проявление ими ряда таких свойств как пенообразующая, эмульгирующая и пептизирующая способность.

1.4.3. Пенообразование

Благодаря наличию в мыльных растворах поверхностного адсорбционного мыльного слоя, они способны образовывать пену, т. е. пенится. Мыльная пена образуется при механическом, кавитационном или аэрационном воздействии на мыльные растворы и представляет собою ячеистую систему с пузырьками воздуха различного объема, окружённых мыльной пленкой сложного строения.

Пенообразование мыльных растворов зависит от природы жировой основы мыла, его концентрации и температуры раствора. Мыла на основе жирных кислот с числом атомов углерода в жирном радикале С₁₀÷С₁₂ легко образуют пену крупноячеистую, но в то же время малоустойчивую.

Мыла на основе жирных кислот ряда С₁₆÷С₁₈, в тех же условиях образуют пену мелкоячеистую, но устойчивую во времени.

С повышением концентрации мыльного раствора пенистость усиливается.

Повышение температуры мыльного раствора по-разному влияет на пенообразующую способность мыл различной природы.

Нагрев водного раствора мыл на основе кокосового масла (С₁₂ и С₁₄) снижает его пенообразующую способность. Растворы мыл на основе пальмитиновой и стеариновой кислот, в тех же условиях, наоборот характеризуются повышенным пенообразованием.

Мыла на основе ненасыщенных кислот пенятся слабее, чем на основе насыщенных. Калиевые мыла обладают лучшей пенистостью в сравнении с натриевыми. Добавление к растворам мыл небольших количеств щелочных электролитов повышает пенообразующую способность. В частности, этот эффект наблюдается при добавлении Na₂CO₃.

Для характеристики пенообразующей способности мыльных растворов введено понятие пенного числа – количество кубических сантиметров пены, образующейся при встряхивании 100 мл полупроцентного (на содержании жирных кислот) мыльного раствора в воде с жесткостью 5,5 мг·экв при температуре раствора 45⁰С.

Для хозяйственного мыла пенистое число должно быть не менее 250, для туалетного – не менее 300 см³.

Последними исследованиями показано, что пенообразование играет существенную роль лишь на этапе вывода загрязнений из моющего раствора. Загрязнения прилипают к пузырькам пены и вместе с ними всплывают на поверхность раствора.

Вышеприведенное свойство пенообразования и его зависимость от ряда переменных факторов обязательно учитывается при составлении рецептур мыла с подбором конкретной жировой смеси.

Например, если туалетным мылом пользуются в большинстве случаев в холодной или теплой воде, то для обеспечения хорошей пенистости в таких условиях, в жировом наборе должно быть достаточное количество жирных кислот фракции С₁₂÷С₁₄.

Для хозяйственного мыла, которое используется при стирке в горячей воде, в жировой состав необходимо вводить большее количество жирных кислот фракции С₁₆÷С₁₈.