Mechanizm prania
Celem prania jest usunięcie brudu z powierzchni pranego materiału. Pranie odbywa się za pośrednictwem kąpieli piorącej, którą stanowi wodny roztwór mydła lub detergentu.
Brud jest substancją bardzo złożoną. Zanieczyszczenia pochodzące z powietrza, gleby, wód, zawierające sadzę, cząstki gleby, tłuszcze, oleje mineralne i inne substancje osadzają się na ciele człowieka, jego ubraniu i przedmiotach użytku. W zetknięciu z potem, wydzielanym przez skórę, zostają spojone i ściśle przyklejone do powierzchni tkanin. Część tkanin zostaje zabrudzona składnikami pokarmowymi, zawierającymi substancje tłuszczowe i białkowe trudne do usunięcia.
Poszczególne rodzaje brudu usuwa się za pomocą odpowiednich środków powierzchniowo czynnych. Zastosowanie niewłaściwego środka piorącego, ze względu na rodzaj zabrudzenia i rodzaj pranego materiału, nie gwarantuje uzyskania pożądanego efektu, a może nawet prowadzić do uszkodzenia pranego materiału.
Pranie jest złożonym procesem fizykochemicznym. Mechanizmami, które przyczyniają się do usuwania brudu są:
• zmniejszenie napięcia powierzchniowego kąpieli piorącej;
• tworzenie na powierzchni brudu otoczek wiążących brud z kąpielą piorącą;
• wytwarzanie ładunków elektrycznych na powierzchni pranego wyrobu oraz na powierzchni brudu.
O istnieniu napięcia powierzchniowego można się przekonać, kładąc na powierzchni wody stalową suchą igłę. Jeżeli czynność tę wykona się ostrożnie, igła nie tonie i jest utrzymywana przez niewidzialną błonkę na powierzchni wody. Wartość napięcia powierzchniowego jest różna dla różnych cieczy, np. benzyna ma napięcie powierzchniowe dwa razy mniejsze niż woda. Napięcie powierzchniowe maleje ze wzrostem temperatury i zmienia się w wyniku rozpuszczenia w cieczy różnych substancji, np. domieszka eteru lub alkoholu zmniejsza napięcie powierzchniowe wody, natomiast rozpuszczenie cukru lub soli zwiększa je.
Substancje zmieniające napięcie powierzchniowe cieczy nazywa się powierzchniowo czynnymi. Należą do nich m.in. mydła i detergenty, które znacznie obniżają napięcie powierzchniowe wody.
Aktywność powierzchniową wykazują wszystkie związki chemiczne, których cząsteczki są amfifilowe, tzn. składają się z części hydofilowej i hydrofobowej (rysunek).
Rysunek. Amfifilowa cząsteczka mydła: a) wzór chemiczny, b) rysunek uproszczony
Część hydrofilowa, stanowiąca tzw. grupę hydrofilową, ma tę właściwość, że jest przyciągana przez cząsteczki wody, które mogą zbliżać się do części hydrofilowej i otaczać ją. Część hydrofobowa, będąca grupą hydrofobową, jest odpychana przez cząsteczki wody, a więc cząsteczki wody pozostają separowane od tej grupy. Grupa hydrofobowa ma dodatkowo tę właściwość, że skoro nie łączy się z wodą, może łączyć się z substancjami, które nie rozpuszczają się w wodzie, np. z benzyną, olejami, tłuszczami. Wymienione właściwości cząsteczek amfifilowych są przyczyną ich specyficznego zachowania się w roztworach wodnych.
Cząsteczki substancji powierzchniowo czynnej, znajdujące się w kąpieli piorącej zmieniają swoje położenie. Jeśli znajdą się na granicy dwóch faz, np. na powierzchni roztworu, wówczas grupa hydrofobowa zostaje wypchnięta na zewnątrz, w wyniku odpychania przez cząsteczki wody, podczas gdy grupa hydrofilowa, przyciągana przez wodę, zostaje skierowana w głąb roztworu i jakby zakotwiczona w roztworze (rysunek).
Rysunek. Elementy strukturalne kąpieli piorącej, decydujące o przebiegu procesu usuwania brudu: 1 — powietrze, 2 — roztwór, 3 — części hydrofobowe cząsteczek amfifilowych, łańcuchy węglowodorowe, 4 — części hydrofitowe cząsteczek amfiliowych, 5 — micele płaskie, 6 — micele sferyczne, 7 — cząstki brudu zawieszone w roztworze, 8 — brud.