Таким образом, чтобы достичь максимальной солюбилизации, процесс отмывания необходимо проводить при температуре, отвечающей точке ТИФ системы масло-вода-ПАВ, в которой неполярная фаза представлена масляным загрязнением. Если молекулы масла больше углеводородных фрагментов ПАВ, ТИФ оказывается выше точки помутнения. Например, наилучшая очистка от моторного масла с использованием чистящих средств на основе НПАВ достигается при температурах примерно на 20 0C выше точки помутнения. При такой температуре исходная смесь НПАВ- вода представляет собой разбавленную дисперсию ламелярной жидкокристаллической фазы в воде. Для удаления масел с цепями, более короткими, чем углеводородные радикалы ПАВ, отмывание следует проводить при температуре ниже точки помутнения.

Рис. 4. Масла, проникающие в углеводородный слой ПАВ, приводят к образованию удлиненных мицелл

Рис. 5. Масла, не проникающие между углеводородными фрагментами ПАВ, приводят к образованию более сферических мицелл

Концентрация октана, г/л Рис. 6. Влияние добавок низкомолекулярного масла на точку помутнения

Рис. 7. Влияние добавок высокомолекулярного углеводорода на точку помутнения

В качестве переменного параметра использована температура, варьирование которой позволяет достичь максимальной солюбилизации масла. Другой путь оптимизации композиций чистящих средств заключается в подборе ПАВ. В частности, при использовании этоксилированных спиртов состав композиций ПАВ необходимо точно «подстраивать» под конкретную задачу. Два параметра — температура и состав ПАВ, — конечно, взаимосвязаны. Процессы отмывания при 40 и 60 0C для достижения оптимального результата требуют применения различных ПАВ.

Рис. 8. Влияние длины цепи нормальных углеводородов на межфазное натяжение на границе масло-вода присутствии неионных ПАВ

В реальных ситуациях масло не является переменным параметром, за исключением случаев, когда используются чистящие композиции, содержащие углеводород. В последнем случае исходные чистящие композиции представляют собой микроэмульсию. В модельных экспериментах можно варьировать природу масляной фазы, сохраняя постоянными температуру и выбранное ПАВ. На рис. 8 на зависимости межфазного натяжения от длины цепи молекул углеводорода виден отчетливый минимум, соответствующий углеводороду с определенной молекулярной массой. Для этого конкретного масла температура, при которой проводили измерения, соответствует ТИФ системы.

Солюбилизации масла вблизи ТИФ и образование мироэмульсии

Солюбилизация масла при температуре, близкой к ТИФ смеси масло-вода-ПАВ, обычно приводит к образованию трехфазной системы, в которой микроэмульсия находится в равновесии с избытком масла и воды. При достаточном количестве ПАВ вся смесь переходит в микроэмульсию, однако такие высокие концентрации ПАВ, как правило, не используют в обычных процессах чистки тканей. Среднефазная микроэмульсия всегда имеет биконтинуальную структуру и обладает чрезвычайно низким межфазным натяжением и с масляной, и с водяной фазами. Образовавшись при солюбилизации масла, такая система оказывается способной к дальнейшей эффективной солюбилизации еще большего количества масла. Образование микроэмульсии в процессе очистки от масляных загрязнений можно напрямую наблюдать с помощью видеомикроскопа с выводом изображения на дисплей. Микроэмульсии часто находятся в равновесии с жидкокристаллической ламелярной фазой. Такую четырехфазную систему, состоящую из избытка масла, микроэмульсии, жидкокристаллической фазы и воды, также можно наблюдать с помощью видеотехники. Можно также наблюдать, как две промежуточные фазы быстро увеличиваются за счет солюбилизации масла.

Если температура отмывания значительно ниже ТИФ, трехфазная система с промежуточной микроэмульсионной фазой не образуется. Вместо этого образуется микроэмульсия «масло в воде», находящаяся в равновесии с избытком масла. Межфазное натяжение такой микроэмульсии на границе с маслом выше, чем в трехфазной системе, а скорость солюбилизации масла и солюбилизационная емкость будут ниже, чем у биконтинуальной промежуточной микроэмульсии.

Если же процесс проводится при температурах, существенно выше ТИФ, возникает микроэмульсия «вода в масле», находящаяся в равновесии с избытком воды. Такие системы обладают неудовлетворительным моющим действием, так как ПАВ и вода могут растворяться в масле без удаления его с поверхности ткани. При исследовании с помощью видеомикроскопа в этих случаях наблюдается набухание масляной фазы. Более того, если температура процесса намного превышает ТИФ, загрязнение может снова налипать на поверхность в виде эмульсии «вода в масле» или микроэмульсии, что часто осложняет процессы отмывания.

Фазовое поведение микроэмульсий иллюстрирует фазовое поведение при температурах ниже и выше ТИФ. Из данных, приведенных на рис. 9, можно сделать вывод, насколько важны сбалансированные системы для очистки от загрязнений. Для двух неионных ПАВ оптимальное моющее действие наблюдается при температуре, при которой тройная система ПАВ-углеводородное загрязнение-вода образует трехфазную систему.

При определении ТИФ для системы ПАВ-масляное загрязнение-вода для моделирования процесса отмывания нужно использовать очень высокое соотношение ПАВ:масло. Необходимо также учитывать тот факт, что соли, включая структурообразователи для моющих композиций, обычно понижают ТИФ.

Влияние полярных компонентов загрязнения на фазовое поведение композиций

Выше были рассмотрены загрязнения только углеводородной природы. В реальности случаи таких загрязнений встречаются достаточно редко. Полярные, но все же не растворимые в воде компоненты различных типов, такие как жирные кислоты, жирные спирты и амины, обычно входят в состав многих масляных загрязнений. В присутствии полярных компонентов значение КПУ системы увеличивается, что приводит к уменьшению ТИФ. Однако влияние этих компонентов на ТИФ может быть заметным только при их значительных количествах в составе загрязнений.

Рис. 9. а — Зависимость эффективности очистки от температуры, масляное загрязнение — гекса-декан. б — Температурные интервалы существования среднефазной микроэмульсии в системе НПАВ-углеводород-вода.

Приведены данные для двух разных НПАВ. Область между линиями характеризует температурный интервал, в котором устойчива среднефазная микроэмульсия для разных углеводородов. В и в качестве НПАВ использованы два различных этоксилированных спирта. Эффективность очистки от гексадекана идеально коррелирует с шириной температурного интервала существования трехфазной микроэмульсии НПАВ-гексадекан-вода.