洗衣机的秘密
993字
2019-10-25 22:44
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火星译客

有各种各样的发明让生活更加现代化,但一些却没有引起大家的注意。

其中有一些,我们甚至到现在才了解它的真正原理,例如:洗衣机。

因为显然,没有一篇已发表的论文能够完全解释这些东西是如何让你的衣服变得干净的;直到2018年。

现在,需要明确的是,我们并不是对这些机器完全不了解。

与现代家用电器相似的最古老的洗衣机可以追溯到19世纪,所以这些东西还是有些年头的。

多年来,我们已经很好地了解了这些机器是如何利用肥皂

以及清洁剂清洗衣服表面的。肥皂是一种表面活性剂,全称为surface active agent。

这意味着其分子可以吸附在两种通常不相互作用的物质上,比如油和水。

通常分子的一端是疏水的,可以抵御水,另一端是亲水的,通常会与水相结合。

所以当肥皂被倒入一大浴缸的水中时,表面活性剂分子会聚集在一起形成一种叫做胶束的球状结构。

亲水的一端朝水伸出,疏水端藏在里面。

当胶束落在脏的织物上时,疏水端跳出来,吸附在脏东西上,或者任何弄脏你衣服的东西上。

然后亲水端将其余的胶束从织物表面拉出,并且胶束在其中心与“被吃掉”的脏物质发生变化。

像这样的我们用来洗衣服的洗涤剂利用的是阴离子表面活性剂,这意味着亲水端带有负电荷。

但是虽然有多种不同类型的表面活性剂,它们的原理都是一样的。

洗衣机旋转的原因是为了帮助肥皂溶液流过你的织物,把藏在缝里的污垢都洗掉。

但问题就来了:水无法穿透过衣服的每个角落。因为织物通常是由纱线制成的,而纱线本身是由多种纤维制成的。

一般肥皂进入纱线间的孔隙或纱线之间的空隙是没有问题的。

但要进入纱线内的孔隙或是单股纤维之间的空隙就有问题了。

这些孔隙至少比纱线间的孔隙小一个数量级,并且仅有约0.1%的皂溶液可以进去,但也不能完全进入。

胶束会卡在那里,且只有当它们被附近的水分子撞击时才能移动。

根据数学计算,所有的胶束最终都会被清除出去,然后皂水和脏污都会流入下水道。但这一过程需要几个小时。

洗衣机就不是这样工作的。通常不用一小时,它们就能把你衣服上的洗衣皂和污垢洗掉。

这一现象被称为“停滞的核心问题”,并且直到2018年的那篇论文发布,科学家们才能解释这一问题。

在他们的研究中,作者们了解到清洗纱线内孔隙的溶液并不是肥皂液,这挺让人惊讶的。

反而是冲洗周期和一种被称为浓度梯度泳动的过程在起作用。浓度梯度泳动由梯度引起的胶体粒子的运动。

换句话说,它是微小粒子的运动,这些粒子悬浮在液体中但不溶解。

当你把肥皂水换成干净的东西时,表面活性剂胶束在纤维孔隙中比在任何地方都集中。

当你使用阴离子表面活性剂时,这就会创造一个电场,让胶束从纱线内部的孔隙中迁移出来。

在他们的论文中,科学家通过一系列实验发现了这一点。

他们用微米大小的荧光球代替污垢,并选择了一种叫做十二烷基硫酸钠的标准洗涤剂。

也叫十二醇硫酸钠,并且你或许可以在大部分清洁用品中发现它。

团队做了一次完全不使用清洁剂的试验,只为了看看仅靠清水和搅拌,能洗得多干净。

然后,他们做了一个试验,用充满清洁剂的水冲洗涂满肥皂的织物,并且没有观察到浓度梯度泳动。

最后他们的第三次尝试模仿了常规的清洗/漂洗循环,用清水冲洗涂满肥皂的织物。

这一次,团队发现织物孔隙在仅十分钟后就冲洗干净了,清除纱线内部孔隙的速度比肥皂清洗快100多倍。

所以没错,表面活性剂可以去除衣服上的污垢,但是你需要干净的水来去除污垢。

该研究并没有回答所有关于清洗衣物的问题,例如,为什么一些污渍比其他的更加持久,但它确实有一些有价值的应用。

有了类似这样的知识,我们或许能够最大限度地提高洗涤剂的效率,并尽量节省洗衣时的水电。

这将让家用和工用洗衣机更加环保。

考虑到这个过程的用水,这一点意义重大。

另一方面,其他研究表明,更快的冲洗速度也能产生更好的浓度梯度泳动效果。

因此,未来可能会出现涡轮增压洗衣机,能更快地清洗衣物。但只要洗出来的衣服香香的,我就完全支持。

如果想了解更多关于洗衣科学的知识,大家可以看看关于织物光亮剂的那一期视频。

显然,它们不仅能让布料的颜色更有活力,还能让衣服闪闪发光。

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