PP材质的餐具即使用力洗洁精,也比玻璃或瓷器难清洗很多,这是材料特性所致,还是市面洗洁精配方不适用PP材质引起的?

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Joey_pp水处理研发工程师

2013-07-22 10:28

这和固液表面张力有关,实际上涉及的原理非常复杂,我也只能说个大概。
PP(聚丙烯)是典型的非极性物质,疏水;玻璃和陶瓷(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(长链脂肪链),PP材质对其吸附性很强,而亲水表面对污渍吸附能力就弱,对水吸附能力强,抗污染能力强。如果极端简化,你可以认为是偶极距+氢键形成
深究下去,就涉及到吸附科学和表面张力。
PP和陶瓷餐具,两者表面结构未知。对于吸附来说,实际上是形成新的界面,在单位面积上所做的功为
,A表示新表面的表面积,σ界面张力,要形成新的界面,则会失去旧的界面,要热力学上能通过。显然多孔物质对于吸附作用较强。陶瓷来说,由于加工工艺不同,粗糙度和表面积相差极大,据我所知常规卫生陶瓷釉面的粗糙度Ra在9~11nm,pp因为是聚合物,加工工艺不同差距也很大!我所知道类似的极为光滑的PP-R管粗糙度是7μm,好吧,两者不在一个数量级上。
关于σ界面张力来说,PP对于油类比之水更强,陶瓷则反之。
如果严谨角度来说,粗糙度不正比于表面积,但是由于缺少相应数据,这里只能相应估算,尤其是数量级上的差距。这里可以发现卫生陶瓷釉面的粗糙度是PP-R管大约1000分之一,相应的表面积也当小许多。
然后考虑σ表面界面张力和接触角,同时涉及到表面粗糙度。
陶瓷临界表面张力(气固)是61 mM/m,玻璃73mM/m,聚丙烯为33mM/m。当液体表面张力低于固体临界表面张力的时候,则能在该固体表面随意铺展和浸润,而高于临界表面张力时,其接触角大于0。液体的表面张力(气液)与温度有很大关系,水在25摄氏度条件下是72.1mM/m。结构为-CH2-的常见脂肪链表面张力大约为30mM/m左右。
根据杨氏方程,。(从数学推导过程分析,严格上只能适用光滑界面,但是科学研究nnd就是一个简化再简化、忽略各种次要因素的过程,所以在近似光滑表面也常使用)
对于油污来说,一滴常规色拉油滴入陶瓷表面,其本身对于陶瓷来说接触角只有10~20度甚至完全浸润。但是这里由于大量水存在,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(氢键和偶极距),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,这直接导致了油滴与陶瓷之间的作用力逐渐变小,油滴开始加速形成。球形油滴的上浮趋势越来越强烈,上浮速度越来越快。 一个餐具或者其他东西,水洗干净的话,实质也就是表面吸附的其他物质被水所替代。
对于接触角来说,依据wenzel方程,,r为表面粗糙度,其为实际表面积与光滑表面积之比,这里可以发现表面越粗糙,接触角向两极分化。对于聚丙烯来说,其本身的临界表面张力远小于水,又有较高的粗糙度,相对来说对于水的接触角更大,更不容易被浸润!
因此对于pp来说 比较悲剧,其对油滴接触角较小,容易被浸润,又由于有较大的粗糙度,使这情况更加严重!

这里虽然使用了洗洁精,简化为表面活性剂,降低了所有液体的表面张力,得到部分缓解。但表面活性剂也不是万能的,所以才出现了楼主的情况。话说回来你也应该感谢洗洁精,你不用这玩意儿去洗PP餐具试试,这才是一个惨剧。


PS:一个清洗PP餐具油污的好方法,先用干法——纸巾(餐巾纸)擦碗,由于纸巾更多的微孔结构,意味着更粗糙无数倍的表面结构,代表着更大的表面积,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。擦完以后再水洗,加点洗洁精,你会发现PP餐具也很容易洗干净哦。
PS:更好的表面活性剂也存在,可以将液体表面张力降低到15mM/m!其为一种氟表面活性剂,没有民用的原因是价格和毒性。
这和我从事的某项研究工作有相关,所以能说上些什么。在更加微观的吸附动力学上,现在学术界还是一个研究过程,里面涉及的知识当真是博大精深,欢迎大家提出我所论述的错误来。
纯手打!

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Joey_PP的回答很专业,但是有一点没有考虑到,那就是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。

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,着色力杠杠的,保证你搓破手皮也洗不掉 (๑ ̄ ̫  ̄๑)

真想让餐具天长地久,就老老实实用瓷器或者玻璃吧

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