5. Моющие средства

Рассмотрим механизм удаления масляной пленки с деталей моющим раствором. Схема воздействия горя­чего моющего раствора на масляную пленку изображена на рис. 1.2. На рис. 1.2, а показано исходное состоя­ние масляной пленки на поверхности детали. Под действием горячего мою­щего раствора масляная пленка быстро нагревается и в результате рас­ширения и действия сил поверхност­ного натяжения принимает волни­стый вид с углом а = 90° (рис. 1.2,б), и с углом а 90° (рис. 1.2, в). В даль­нейшем масляная пленка деформи­руется настолько, что, разрушаясь, образует масляные капли, которые обволакиваются моющим раствором. В результате этого сила сцепления этих частиц с металлом уменьшается и они легко удаляются с поверхности деталей струей раствора.

Таким образом, из рассмотренной схемы следует, что главным условием высокого качества обезжиривания деталей является обеспечение опти­мальной температуры моющего рас­твора. При недостаточной темпера­туре масляная пленка на детали не деформируется несмотря на дейст­вие моющего раствора. С повышени­ем температуры значительно снижа­ется вязкость загрязнения, повыша­ется его текучесть, и эффективность обезжиривания улучшается.

Моющее действие состоит в удале­нии жидких и твердых загрязнений с поверхности и переводе их в моющий раствор в виде растворов или диспер­сий. Моющее действие проявляется в сложных процессах взаимодействия загрязнений, моющих средств и по­верхностей. Основными явлениями, определяющими моющее действие, являются смачивание, эмульгирование, диспергирование и пенообразование. Указанные явления связаны с поверхностным натяжением и повер­хностной активностью моющих средств.

Известно, что вдоль поверхности жидкости действуют силы натяже­ния, стремящиеся сократить эту по­верхность. Они получили название сил поверхностного натяжения. По­верхностное натяжение измеряют ра­ботой, которую необходимо затра­тить для увеличения поверхности жидкости на 1 см². Произведение по­верхностного натяжения на поверх­ность называется свободной поверх­ностной энергией. Способность ве­ществ понижать свободную поверх­ностную энергию характеризует по­верхностную активность этих ве­ществ. Вещества, понижающие по­верхностное натяжение раствора, на­зываются поверхностно-активными веществами (ПАВ).

Смачивание заключается в расте­кании капли жидкости, помещенной на поверхность твердого тела. Повер­хности, смачиваемые водой, называ­ются гидрофильными, а не смачивае­мые водой — гидрофобными. Смачиваемость твердого тела жидкостью зависит от поверхностного натяже­ния жидкости, от природы и состава жидкости и твердого тела. Например, поверхности, загрязненные маслами, хорошо смачиваются углеводородны­ми растворителями и не смачиваются чистой водой. Добавление в воду ПАВ понижает поверхностное натяжение воды и обеспечивает смачивание за­грязненных маслами поверхностей.

В большинстве случае загрязнения сострят из двух фаз — жидкой (мас­ла, смолы) и твердой (асфальтены, карбены, почвенные и пылевые час­тицы и т. п.). Удаление таких загряз­нений с поверхности происходит двумя путями: эмульгированием жидкой фазы (образование эмульсий) и диспергированием твердой фазы (обра­зование дисперсий).

Эмульсией называется система не­смешивающихся жидкостей, одна из которых распределена в виде мелких капель в другой. Эмульсии подразде­ляются на два типа: эмульсии пря­мые — "масло в воде" и эмульсии об­ратные — "вода в масле". Под мас­лом здесь понимается любая органи­ческая жидкость, не растворимая в воде и водных растворах.

Эмульгирование жидкой фазы за­грязнений возможно в водных раство­рах ПАВ. Молекулы ПАВ создают на поверхности капель масла прочные адсорбционные слои. Гидрофобная часть молекулы связывается с мас­лом, а гидрофильная — ориентиру­ется в сторону водного раствора (см. рис. 1.3). При этом происходит гидро-филизация капель масла, что препят­ствует их слиянию (коалосценции). Вещества, в данном случае ПАВ, ад­сорбирующиеся на поверхности гид­рофобных частиц, называются эмульгаторами.

Диспергирование твердой фазы за­грязнений происходит благодаря ад­сорбции ПАВ на частицах загрязне­ний. Малое поверхностное натяжение раствора позволяет ему проникать в мельчайшие трещины частиц загряз­нения и адсорбироваться ПАВ на по­верхностях этих частиц. Адсорбиро­ванные молекулы ПАВ создают рас­клинивающее давление на частицы, разрушая и измельчая их. На процес­сы эмульгирования и диспергирования большое влияние оказывает ме­ханическое воздействие раствора, способствующее разрушению за­грязнений.

Важным этапом в моющем процес­се является стабилизация в растворе отмытых загрязнений и предупреж­дение их повторного осаждения на очищенную поверхность. Стабилиза­ция загрязнений зависит в основном от состава моющего раствора и техно­логических условий его применения (концентрации, температуры, за­грязненности).

В итоге моющий процесс можно представить состоящим из ряда по­следовательных этапов. Поскольку почти все загрязнения гидрофобны, то вода, обладая большим поверхно­стным натяжением, не смачивает за­грязненные поверхности и стягивает­ся в отдельные капли (рис. 1.3,а).

1 — капли воды; 2 — загрязнение;3 — очищаемая по­верхность; 4 — моющий состав; 5 — гидрофильная часть молекулы ПАВ; 6 — гидрофобная часть молеку­лы ПАВ (радикал); 7— переход частиц загрязнения в раствор; 8 — частицы загрязнения, стабили­зированные в растворе; 9 — адсорбция молекул ПАВ на очищенной поверхности

Рис. 1.3. Схема моющего процесса

При растворении в воде моющего средст­ва поверхностное натяжение раство­ра резко уменьшается, и раствор смачивает загрязнение, проникая в его трещины и поры (рис. 1.3,6). При этом снижается сцепляемость частиц за­грязнения между собой и с поверхно­стью. При механическом воздействии увлекаемые молекулами моющего средства частицы грязи переходят в раствор (рис. 1.3,в). Молекулы мою­щего средства обволакивают загряз­нения и отмытую поверхность, что препятствует укрупнению частиц и оседанию их на поверхность (рис. 1.3,г). В результате частицы загряз­нения во взвешенном состоянии ста­билизируются в растворе и удаляют­ся вместе с ним.