研究背景
塑料餐具耐摔经用,但清洗起来却不太容易。
我们经常会发现,明明用了很多洗洁精来清洗,一摸餐具,却还是感觉有一层油腻附着在上面,怎么也恢复不了使用之前光滑清爽的状态。尤其是当你用聚丙烯PP材质的餐具盛放美食的时候,更加难以清洗。
为什么聚丙烯PP材质的餐具会比陶瓷类餐具难清洗呢?
界面化学和粘附角度
PP(聚丙烯)是典型的非极性物质,疏水;陶瓷(硅酸盐)因为还有大量羟基(亲水官能团)而具有强亲水性。餐具大部分污染物(例如油渍等)含有大量非极性基团(长链脂肪烃),根据“结构相似互溶原理”,极性较强的水分子对表面极性分量比例大的陶瓷材料亲和力较强,抗污染能力强,非极性的油污对聚丙烯亲和力较强,抗污染能力弱。
借助Harkins提出的“粘附功”理论(即将两相界面拉开所做的功)来做进一步的解释。粘附功越大,固液界面结合的越牢固。水中油污在材料表面的粘附功为(油oil,水water):Wows=γsw+γow-γso,材料的表面张力又可看成是由极性分量和色散分量组成,γ=γd+γp。
Owens和Wendt利用几何平均法,将极性和色散相结合,得到两相间的界面张力为:
根据以上公式,可得水下油污与餐具的粘附功为:
以色拉油为例,查阅相应文献,它的表面张力为33mN/m,极性9mN/m,非极性24mN/m。PP聚丙烯,表面能30mN/m左右,极性为0。陶瓷的表面能在40-60mN/m之间,以极性为主,色散部分很小。水的表面张力为72.8mN/m,极性为51mN/m,色散部分为21.8 mN/m。根据上述公式,水中色拉油在PP餐具上的粘附功为62mN/m左右,而水中色拉油与陶瓷餐具的粘附功为7mN/m左右(取陶瓷表面能为40mN/m,忽略色散分量)。水中色拉油与陶瓷间的粘附功远远小于色拉油与PP聚丙烯的粘附功,油污越易从陶瓷表面脱离。
例如一滴常规色拉油滴入陶瓷表面,由于大量水存在,水会迅速在陶瓷表面铺展,代替原来油滴和陶瓷的固液界面,并迫使油滴聚合,随着水不断地进入到油滴与陶瓷界面之间,油滴与陶瓷之间的接触面积不断减小。由于水是极性液体,与高极性的陶瓷表面有较大的相互作用,这直接导致了油滴与陶瓷之间的作用力逐渐变小,水在陶瓷表面的铺展变得比较容易,也更容易将油污从陶瓷表面置换掉。而PP餐具则更加困难。
相容性
聚丙烯本身是一种分子量超大的半结晶性长链脂肪烃。饭菜中的长链脂肪酸甘油三酯和PP具有很好的相容性,很容易渗透进入PP结晶之间的无定形部位造成表面溶胀,而这些渗入PP表层的油脂是不可能被洗掉的。高温会增加油脂向塑料中渗透的速率,所以经常用来热牛奶、盛热菜的PP餐具很快就会从透明变得白花花雾蒙蒙。
清洗方法
使用洗洁精(一种表面活性剂),可以降低所有液体的表面张力,使清洁状况得到部分缓解。清洗PP餐具油污的好方法,先用干法——纸巾(餐巾纸)擦碗,由于纸巾有很多的微孔结构,表面结构粗糙,表面积很大,使得纸巾能更好的吸收油渍,吸附油污的能力比PP强上好几个数量级。用纸巾擦完以后再水洗,加点洗洁精,PP餐具也会更加容易洗干净。
结论
想让PP餐具历久弥新,就要尽量避免用它装富含油脂的食物,尤其是热食。当然,有些看上去人畜无害的食物也不一定安全,比方说胡萝卜汁里面的β-胡萝卜素(C40H56)能够以肉眼可见的速度渗入PP容器表面,着色力超强,保证搓破手皮也洗不掉。真想让餐具天长地久,就老老实实用瓷器吧。
上述的计算方法进行了很多的简化,也可通过KRÜSS的DSA系列接触角测量仪,精准测试油污和餐具间的粘附力。
DSA100型液滴形状分析仪
参考文献
[1] 胡世豪. 表面自由能对陶瓷釉面易洁性的研究[J]. 硅酸盐学报, 2008, 9(6);
[2] FOWKES F M. Determination of interfacial tension, contact angle and dispersion forces in surfaces by assuming additivity of intermolecular interactions in surfaces[J]. J Phys Chem, 1962, 66(2).
线上培训 | 固体表面能测量理论及相关仪器维护培训
应用 | 石墨烯表面究竟是疏水还是亲水?
应用 | 定向有机玻璃表面能与黏结强度研究
邀请函:KRÜSS诚邀您参加中国石油第十届化学驱提高采收率技术年会
相关产品
克吕士力3D接触角测量仪Ayriis
克吕士力学法表面张力仪Tensiio
KRUSS CAT 接触角测试仪
KRUSS DSA INKJET墨滴形状分析仪
KRUSS SRA表面粗糙度测量仪
KRUSS BPT Mobile便携式表面张力仪
KRUSS DSA100L型大尺寸表面接触角测量仪
KRUSS DSA30M型显微接触角测量仪
KRUSS DSA30R型界面流变仪
KRUSS HPFA型高压泡沫分析仪
KRUSS DSAHT型高温接触角测量仪
KRUSS MSA便携式接触角测量仪
KRUSS DSA25标准型接触角测量仪
KRUSS DSA30研究型接触角测量仪
KRUSS DSA100接触角测量仪
关注
拨打电话
留言咨询