1
ProMop

1
3
2
4
5
6
7
9
10
RX-500
рек
рек1
cleanpro 2
Влияние пен на процесс удаления загрязнений

Автор: Николай ВОЛОДИН,
руководитель направления развития профессионального образования в клининге АРУК.
Журнал Cleaning №5, 2011 год

Удаляя различные загрязнения растворами, содержащими ПАВ, мы часто сталкиваемся с пенообразованием. При этом в ряде технологических процессов уборки и чистки требуется большое количество пены, где-то наличие пены допускается, и есть процессы, в которых пены не должно быть. В связи с этим возникает ряд вопросов. Пена – это хорошо или плохо? Помогает она или мешает удалению загрязнений? Как работает пена при очистке поверхностей?

Пена – это дисперсная система, состоящая из ячеек – пузырьков воздуха, разделенных пленками жидкости. Обычно воздух рассматривается как дисперсная фаза, а жидкость – как непрерывная дисперсионная среда.

Структура пен определяется соотношением между объемами газовой (воздушной) и жидкой фаз.

Получать пены можно двумя способами: диспергационным и конденсационным.

Диспергационный способ получения пены

Рассмотрим этот способ, так как пены, с которыми мы имеем дело, образуются именно так – в результате интенсивного совместного смешения пенообразующего раствора и воздуха.

Диспергирование происходит:

  • при интенсивном действии движущихся устройств (в нашем случае щеток) на жидкость в атмосфере воздуха;
  • при прохождении под давлением струи пенообразующей жидкости через сетку или мелкоячеистый фильтр;
  • при эжектировании воздуха движущейся струей раствора.

Схематично механизм образования пузырька пены можно представить так, как показано на рисунке.

В жидкости возникает пузырек воздуха, который окружен адсорбционным слоем молекул ПАВ. При выходе из жидкости пленка на поверхности пузырька образуется из двойного слоя ориентированных молекул ПАВ, причем между слоями находится вода. Следует отметить, что процесс пенообразования намного сложнее, чем мы это представляем, так как на него одновременно влияют многочисленные физико-химические и физические факторы.

Пенообразующая способность ПАВ во многом зависит от строения молекул вещества. Известно, что анионактивные вещества пенятся намного сильнее, чем неионогенные ПАВ, среди которых имеются вещества, использующиеся в качестве компонентов смесей, подавляющих пенообразование.

Образование пен зависит от длины углеродной цепи молекулы ПАВ и от вида катиона. Например, калиевые мыла пенятся сильнее, чем натриевые.

С увеличением концентрации ПАВ пенообразование сначала увеличивается, затем растет до максимального значения, а затем остается постоянным или даже понижается.

Изменение пенообразующей способности ПАВ связано с достижением критической концентрации мицеллообразования (ККМ). Именно в области ККМ происходит завершение образования адсорбционного слоя, приобретающего максимальную механическую прочность.

Вспениваемость анионактивных ПАВ повышается с ростом температуры и, пройдя через максимум, начинает снижаться. Для неионогенных ПАВ характерной особенностью является точка помутнения, которая соответствует определенной температуре. При достижении этой температуры пенообразующая способность неионогенных ПАВ резко падает. Температура помутнения зависит от строения молекулы ПАВ, само же явление обусловлено понижением растворимости соединения с увеличением температуры.

Мыла и другие анионактивные вещества хуже пенятся в кислой среде, чем в нейтральной и щелочной. Максимальное пенообразование у них лежит в пределах рН = 8–9, а неионогенные ПАВ не зависят от рН среды в области значений от 3 до 9.

Если с уменьшением поверхностного натяжения пенообразующая способность растворов увеличивается, то соли жесткости отрицательно влияют на образование пены. Менее всего подвержены действию солей жесткости растворы веществ с десятью атомами углерода в молекуле. Неионогенные ПАВ и здесь отличаются от анионактивных ПАВ. Соли жесткости не только не снижают их пенообразующую способность, но и в ряде случаев могут выступать слабыми усилителями пенообразования.

Свойства пены

Для улучшения пенообразующей способности очищающих средств в различных условиях применения (в том числе и в жесткой воде) в их состав вводят различные добавки. Чаще всего для этого используются соли фосфорной кислоты, или фосфаты. Фосфаты стабилизируют пену и увеличивают ее объем. Вместо фосфатов иногда применяется сода, но она снижает устойчивость пены. Для повышения пенообразующей способности в состав средств добавляют и другие органические вещества.

Устойчивость пены характеризуется временем ее существования. Практически все факторы, которые мы упомянули ранее, влияют на устойчивость пен. При этом устойчивость пен, полученных из растворов анионактивных ПАВ, выше, чем устойчивость пен, полученных из неионогенных ПАВ (НПАВ). Тем более что НПАВ с малым числом оксиэтилированных групп являются пеногасителями. Устойчивость (стабильность) пен увеличивается с увеличением концентрации ПАВ и достигает максимального значения в области ККМ. А вот влияние температуры достаточно сложно, оно связано с протеканием нескольких конкурирующих между собой процессов, таких как испарение растворителя и пенообразующего вещества, увеличение растворимости ПАВ, усиление тепловых колебаний молекул, ослабление прочности поверхностного слоя пузырьков, увеличение скорости истечения жидкости и пр. В итоге с повышением температуры уменьшается устойчивость пены.

Стабильность пен, получаемых из растворов анионактивных ПАВ, в кислой среде заметно увеличивается, а в щелочной – уменьшается.

Как любая дисперсная система, пена агрегатно неустойчива. Разрушение пены происходит в результате истечения жидкости, диффузии газа между пузырьками и разрыва индивидуальных пленок внутри пены. В очень стабильных пенах первые 10–20 минут разрушения не происходит.

Удаление загрязнений

Теперь от свойств пен перейдем к процессам удаления загрязнений. Значение пен в моющих процессах до конца не выяснено. В настоящее время его оценивают с различных позиций. Например, есть мнение, что поскольку зависимости моющего действия и пенообразующей способности ПАВ от его концентрации не совпадают, то роль пен незначительна или пена вовсе не влияет на процесс очистки. В то же время известны вещества, растворы которых обладают высоким пенообразованием и полным отсутствием моющего действия, и наоборот – многие неионогенные ПАВ не пенятся, но весьма эффективны при очистке.

На практике момент насыщения моющего раствора грязевыми частицами определяют по прекращению его вспенивания. В этот момент происходит истощение раствора ПАВ, молекулы которого адсорбируются на поверхности загрязнений, что вызывает снижение общего объема пены и частичное блокирование моющего процесса. Но и способность образовывать пену, и моющее действие имеют общую причину – проявление активности ПАВ.

В процессах стирки, несмотря на сложившееся мнение, что пена не влияет на качество стирки, а порой и мешает, она тем не менее оказывает положительное влияние на удаление загрязнений. С ростом пенообразующей способности ПАВ увеличивается и моющее действие.

Пенный способ хорошо подходит для очистки стен, колонн, потолков производственных помещений, наружных и внутренних поверхностей технологического оборудования, транспортных средств и других объектов. К положительным качествам этого метода можно отнести следующие: исключение смачивания очищаемых поверхностей и материалов; удаление частичек загрязнений без повреждения обрабатываемой поверхности; более продолжительное время контакта с вертикальными, наклонными поверхностями и поверхностями с отрицательными углами наклона. К тому же процесс очистки пеной более экономичен, так как требует меньших расходов химических средств.

Некоторые виды поверхностей, такие как потолки, нижние части карнизов, высоко расположенные фризы, поверхности со сложной конфигурацией или с глубоким рельефом, проблематично очистить с помощью растворов, тогда как пены весьма пригодны для этого.

При обработке потолков и стен время контакта с растворами моющих средств очень мало. Пены, особенно высокократные («сухие»), к этим поверхностям хорошо прилипают и медленно стекают с них, что обеспечивает длительный контакт химического средства с загрязнениями. Кроме этого, за счет разрушения пены и истекания из нее жидкости происходит постоянное обновление моющего раствора в зоне контакта с загрязнениями и осуществляется мягкое механическое воздействие.

Пену применяют также при чистке ковров, ковровых покрытий и обивки мягкой мебели во избежание намокания текстильных покрытий.

Очистка транспортных средств

Очистка транспортных средств пенным способом используется давно. Так, в Германии (ГДР) этот метод применяется с 1951 года. Установка пенной мойки вагонов аналогична портальной мойке. При прохождении вагонов через раму портала на его крышу и стены наносится слой пены, которая растирается специальными вращающимися щетками, а затем удаляется водой при прохождении через следующую раму. Пенные установки применяются и для мойки автомобилей. Кроме портальных моек, для наружной обмывки автомобилей, для чистки салонов используют ручные генераторы пены, например «Торнадор».

Промышленная чистка пеной

В пищевой и молочной промышленности для очистки и дезинфекции технологического оборудования, помещений, внутризаводского транспорта также применяют пены. Данный метод позволяет применять растворы высокой концентрации, что особенно важно при дезинфекции оборудования и внутренних поверхностей цистерн, загрязненных устойчивыми формами микроорганизмов.

Одним из положительных факторов применения технологических процессов пенной обработки является отсутствие выделения в атмосферу вредных и дурнопахнущих веществ. В процессе нанесения пены не образуются аэрозоли, поэтому даже при работе с агрессивными и вредными химическими средствами можно ограничиться простыми средствами защиты.

Для очистки технологического оборудования на производствах используется технология непрерывной циркуляции пены. Этим же методом можно удалять солевые и грязевые отложения в трубопроводах, накипь и ржавчину в теплообменниках, с внутренних поверхностей водопроводных труб.

Пеной очищают помещения и оборудование туалетов. Используя метод чистки пеной, можно очистить даже такие места, которые трудно поддаются уборке с применением моющих растворов и обычных технологий, например гофрированные трубы и сифоны в труднодоступных местах.

Чистка текстильных изделий

Чистку текстильных изделий с применением пены производят несколькими методами. Одним из таких способов является шампунирование влажной пеной, когда пенообразующий раствор подается непосредственно на поверхность очищаемого текстильного изделия и взбивается в пену вращательным движением щетки, которая одновременно втирает пену в поверхность. При методе пенного шампунирования пена генерируется специальным прибором и подается на поверхность в готовом виде, где потом растирается по поверхности мягкой щеткой однодисковой машины. Существует вариант «сухой» пенной чистки: пена наносится на поверхность и оставляется на ней до своего полного разрушения. В зависимости от применяемых пенообразующих химических средств все эти технологические процессы требуют или последующей промывки водой для удаления моющего раствора с отделенными от ворса (ткани) загрязнениями, или тщательного удаления при помощи пылесоса закристаллизовавшегося конгломерата химии с частичками грязи.

Не до конца удаленные из текстильного покрытия химические пенообразующие средства приводят к быстрому вторичному загрязнению поверхности изделий.

Машинная уборка полов

Пенный метод применяется в технологических процессах машинной уборки полов с твердыми покрытиями. Пена генерируется не на поверхности пола, а в пеногенераторе поломоечной машины и подается на очищаемую поверхность под вращающиеся щетки. Расход химического средства при такой технологии в несколько раз меньше, чем при мойке полов с применением моющих растворов.

При этом необходимо учитывать, что сбор не полностью отработанного пенообразующего раствора затруднен из-за его повторного вспенивания в емкости с грязным раствором. Это касается прежде всего поломоечных машин, экстракторов, водососов и других приборов для вакуумного сбора отработанных растворов. Образующаяся в момент сбора пена может быстро заполнить весь объем бака или контейнера, попасть в вакуумный мотор (помпу) и вывести его из строя. Во избежание этого в приемный бак или контейнер добавляют пеногасители.

В процессе взаимодействия с масляными загрязнениями пены дробят капли и пленки до отдельных мелких частичек – глобул, которые втягиваются внутрь пены. Одним из механизмов удаления твердых загрязнений является флотация (прикрепление частичек к пузырькам пены). Очень хорошо этот процесс заметен при чистке ковровых покрытий. Через некоторое время после начала пенного шампунирования поверхность пены покрывается хорошо различимыми «всплывшими» частичками загрязнений.

Как уже отмечалось ранее, моющий эффект от чистки пеной по сравнению с растворами моющих средств выше благодаря механическому действию, при котором частицы загрязнений прилипают к пленкам пузырьков, а капиллярные и флотационные эффекты способствуют втягиванию оторванных частиц внутрь пены. Наиболее эффективно эти процессы проявляются при удалении мельчайших частиц. Известно, что моющие растворы недостаточно полно удаляют именно мельчайшие частички загрязнений и пыли, обуславливающих остаточную загрязненность очищаемой поверхности или изделия. Грязеудерживающая способность пен препятствует вторичному загрязнению, характерному при деэмульгировании отработанных растворов моющих средств.

7
8
2020 г. Все права защищены
Проект разработан в ASTYPROduction