Процесс мойки бутылок заключается в физическом, физико-химическом, химическом и механическом воздействии на вещества загрязнений. Водорастворимые вещества сравнительно легко удаляются с поверхности бутылки при смачивании и ополаскивании теплой водой. Щелочные растворы нейтрализуют органические кислоты и омыляют жировые загрязнения, чем облегчается переход их в раствор. Тетранатрийпирофосфат и другие полифосфаты связывают содержащиеся в воде ионы кальция и магния в водорастворимые комплексы и тем самым в процессе мойки препятствуют их оседанию на стекло в виде солей жесткости:
Осаждению кальциевых и магниевых солей на стекло препятствует также метасиликат натрия,
Коллоиды и жиры удаляются с поверхности стекла вследствие физико-химического действия моющих растворов.
Стекло в воде имеет отрицательный заряд. Такой же заряд в воде имеет большая часть обычных загрязнений. Одноименные заряды поверхности стекла и частичек загрязнений вызывают электрическое отталкивание, но оно недостаточно для преодоления сил, удерживающих загрязнения на поверхности стекла. При повышении в воде концентрации тидроксильных ионов (для этого в моющие растворы добавляют щелочные соли) вследствие ориентации ионов на частичках загрязнений увеличивается их отрицательный заряд. В результате наступает сильное электростатическое отталкивание между частицами загрязнений и стеклом, которое превосходит силы, удерживающие их на стекле (молекулярное сцепление). При этом загрязнения со стекла удаляются и легко смещаются действием струи воды.
Физико-химическое действие синтетических моющих веществ обусловливается их поверхностной активностью, т. е. способностью адсорбироваться из водных растворов на различных поверхностях раздела. Носителем поверхностной активности являются ионы молекул моющих веществ. Все поверхностно-активные вещества являются полярными соединениями, состоящими из гидрофильной и гидрофобной частей. В синтетических моющих веществах гидрофильной частью служат карбоксильная (-СОО), сульфатная (-OSО3), сульфонатная (-SО3) группы или группы, содержащие азот.
Гидрофобная часть в большинстве случаев состоит из парафиновой цепи, прямой или разветвленной, и из бензольного или нафталинового колец с алкильными радикалами. Эти вещества в водном растворе образуют коллоидные электролиты или мицеллярные коллоиды. Вследствие полярности молекул поверхностно-активные вещества адсорбируются на границе раздела вода-воздух. При накоплении на поверхности молекул поверхностно-активных веществ поверхностное натяжение воды снижается, так как поверхность раздела вода-воздух заменяется поверхностью - гидрофобная часть молекулы моющего вещества - воздух.
Поверхностно-активные вещества снижают также поверхностное натяжение на границе вода-вещества загрязнений и повышают способность моющего раствора смачивать отмываемую поверхность, пептизировать и диспергировать коллоиды, эмульгировать жировые вещества.
В моющем процессе большую роль играет смачивание. Смачивание поверхности стекла представляется как сила, которая стремится распространить жидкость по поверхности. Напряжение смачивания (адгезия) возникает вследствие притяжения молекул жидкости к поверхности твердого тела.
При смачивании поверхности стекла двумя несмешивающимися жидкостями жидкость, имеющая большую адгезию, стремится вытеснить с поверхности стекла жидкость, имеющую меньшую адгезию. Смачивание благоприятствует проникновению воды в слой загрязнений и ослаблению связи его со стеклом.
Жировые вещества имеют почти одинаковую адгезию, поэтому они со стекла водой не смываются. Удаление жировых загрязнений производится веществами, способными эмульгировать и диспергировать жиры в растворе. Эмульгирование (распределение одной жидкости в виде тончайших капель в другой) с образованием устойчивых эмульсий происходит при наличии эмульгаторов. Одной из функций эмульгаторов является уменьшение межфазового натяжения (поверхностного натяжения на границе раздела фаз) между жидкостями в результате положительной адсорбции поверхностно-активных веществ. Поверхностно-активные вещества, ориентируя свои молекулы на капельках жира, ослабляют межфазовое натяжение и образуют прочные пленки, способствующие стойкости эмульсий. Капли эмульгированной жидкости при этом прочно связываются с молекулами дисперсионной среды.
В водных растворах поверхностных веществ некоторые загрязнения коллоидной природы, например белки, вначале набухают, затем пептизируют и диспергируют, переходя из пленки, связанной со стеклом, в моющий раствор. При этом на поверхности раздела загрязнение-жидкость происходит ориентировочная адсорбция молекул моющего вещества (рис. 68), при которой гидрофобные части молекул ориентируются к загрязнению, а гидрофильные - к раствору. В результате поверхность гидрофилизируется и облегчается переход коллоидных мицелл в раствор. Смачивание, набухание, пептизация и диспергирование белковых веществ, эмульгирование жиров в совокупности определяют моющее действие растворов.
Рис. 68. Ориентировочная адсорбция молекул моющего вещества на границе фаз твердое тело (загрязнения) - жидкость (моющий раствор).
Моющие растворы воздействуют на загрязнения биологического характера. Исследованиями установлено, что при применении 2%-ного раствора каустической соды с температурой 70°С в течение 5 мин на поверхности бутылок погибают все микроорганизмы. Синтетические моющие вещества обладают большей биологической активностью. При использовании раствора алкиларилсульфоната (в соотношении вещества к воде 1:500) при температуре 37°С в течение 5 мин погибает 99% бактерий. Синтетические моющие вещества обладают также ценным качеством - устранять различные запахи.