Inleiding:

Water is het belangrijkste reinigingsmiddel op aarde. In zeer veel reinigingsprocessen speelt water een belangrijke rol. Bij nadere beschouwing van het reinigingsproces kunnen er in het algemeen vier fasen worden onderscheiden:

  1. bevochtigen van het bevuilde oppervlak
  2. verwijderen van het vuil van het oppervlak door middel van oplossen, verzepen, emulgeren of suspenderen.
  3. dispengeren van het vuil en het stabiliseren van de dispersie (dispergeren is verstrooien van vuil in oplossing)
  4. verwijderen van het gebruikte reinigingsmiddel tezamen met het vuil

Water en reiniging

Bij ieder reinigingsproces probeert men water te brengen tussen het oppervlak van het te reinigen voorwerp en de verontreiniging. Bij de water oplosbare verontreinigingen is dat geen probleem. Voordat echter de water onoplosbare verontreinigingen kunnen worden weggespoeld, zal het water de kans moeten krijgen ze te bevochtigen. Hiervoor is een mechanische kracht nodig, immers de oppervlaktespanning verhindert het doordringen van het water in de uiterst nauwe of “capillaire” openingen.

Ditzelfde geldt in sterkere mate voor de hydrofobe verontreinigingen. Na het doordringen van het water in alle openingen zal het in staat moeten worden gesteld het vuil in zo klein mogelijke deeltjes te verdelen en weg te spoelen. Hiervoor is weer kracht nodig. Wanneer alle vuildeeltje zich in het water bevinden, moeten ze daarin zwevend worden gehouden en moet worden verhinderd dat ze zich weer op het oppervlak vasthechten. Kortom, voor dit alles is “kracht” nodig.
De kracht die nodig is om de oppervlaktespanning te overwinnen en een druppel water te verdelen lijkt klein, maar het kunnen aanwenden van deze kracht om een druppel in een capillaire opening te krijgen, vraagt om hulpmiddelen. Water dient bij de reiniging als oplosmiddel en zwelmedium voor onder meer zouten, zuren, suikers en eiwitten. Daarnaast zorgt water ervoor dat de gebruikte chemicaliën hun werkzaamheid krijgen. Water wordt bij de reiniging ook gebruikt als transportmiddel om het vuil weg te voeren. Het moet, indien mogelijk, daartoe het vuil oplossen; het onoplosbare vuil zwevend (in suspensie) houden; en met onmengbare vloeistoffen in de vorm van kleine bolletjes zwevend (in emulsie) houden. na de reiniging worden de achtergebleven resten van de reinigingsoplossing van de materialen weggespoeld.
Omdat water een goede overbrenger van warmte is, wordt heet water gebruikt om de voorwerpen te verwarmen. Hierdoor wordt het reinigingsproces bevorderd, immers de meeste stoffen lossen in warm water beter op dan in koud water. Vetten worden zacht of vloeibaar gemaakt en zullen daardoor gemakkelijk emulgeren.

Desinfectie wordt pas bereikt als een temperatuur van ten minste 80˚C wordt toegepast. Een reinigingsproces, waarbij ook desinfectie wordt beoogd, zal echter in fasen dienen te geschieden omdat temperaturen boven 45˚C coagulerend werken op de eiwitten en de verontreiniging zich daardoor vast kan zetten. Allereerst moet dan met water kouder dan 45 ˚C krachtig worden voorgespoeld, alvorens tot de reinigingsfase boven 45˚C over te gaan. De eiwitten dienen voor de desinfectiefase vernietigd te zijn door het reinigingsmiddel of verwijderd te zijn uit het waswater.
Daarnaast dient het water in instrumentenwasmachines, zoals gezegd, om de arbeid te verrichten die nodig is voor het dispengeren en emulgeren van de verontreinigingen. Het wordt daartoe met behulp van een pomp onder druk naar spuitnippels gevoerd. Door dat de druk voor de spuitnippels veel hoger is dan erachter, zal de snelheid van het water achter de nippel zeer hoog zijn. Het water wordt met grote kracht tegen de verontreinigingen gespoten. Hierdoor wordt het vuil in meer of minder fijn verdeelde vorm van het instrument losgeslagen en weggespoeld. Water is als verbinding van waterstof (H) met zuurstof (O) een polair oplosmiddel.
Om het effect van de reinigende werking van water te verhogen zijn er verschillende mogelijkheden:

  1. verhogen van de temperatuur
  2. verhogen of verlagen van de pH (zuurgraad)
  3. verlagen van de oppervlaktespanning
  4. verlengen van de contacttijd.

Uit de 4 mogelijkheden hierboven hebben we er 2 uitgekozen om iets meer over te vertellen

Verhogen op verlagen pH waarde.
De reinigende werking van water wordt verhoogd door het verhogen van de pH-waarde. Het vuil- en vetlosmakend effect wordt door het verhogen van de pH verbeterd. Voor het reinigen van instrumenten in een wasmachine is een pH van circa 11 gebruikelijk. Een goed reinigingsmiddel bevat onder andere corrosie-inhibbitoren waarmee corrosie op instrumenten wordt voorkomen. Het wassen van instrumenten met deze pH is dan ook absoluut geen probleem.
Net zo goed als door een verhogen van de pH de reinigende werking toeneemt, geldt hetzelfde voor een verlagen van de pH. Afhankelijk van de aard van de verontreiniging kiest men voor verhogen of verlagen van de pH. In de zogenaamde wasstraten met een aantal kamers waarin de instrumenten worden gewassen, kan er een zure voorreiniging plaatsvinden met een pH van circa 3. in de loop der jaren is gebleken dat met name bij bloedverontreinigingen deze zure voorreiniging goede resultaten oplevert.

Verlagen van de oppervlaktespanning.
Een belangrijke eigenschap van water is de oppervlaktespanning. De oppervlaktespanning van water bedraagt circa 72 mN/m (millinewton per meter). Die van melk bedraagt circa 50 mN/m en van bier circa 40 mN/m. Hieruit blijkt dat reinigen van met melk- of bierresten vervuilde oppervlakken met water alleen niet mogelijk is doordat melk en bier een lagere oppervlaktespanning hebben dan water, penetreren ze dieper in het oppervlak en dringen in spleten en kieren door. De bevochtiging van oppervlakken wordt verbeterd naarmate de oppervlaktespanning van de vloeistof wordt verlaagd. (raadpleeg voor verder werking van oppervlaktespanning het internet)

Om een extra dimensie toe te voegen aan de oppervlaktespanningverlaging kan men zeep gaan toevoegen aan het water. De toevoeging van zeep en andere oppervlakactieve stoffen gaan we nu bespreken.
In het grensvlak van twee niet met elkaar mengbare vloeistoffen kunnen alleen die stoffen aanwezig zijn, die wat bouw betreft op beide vloeistoffen lijken. Keukenzout heeft bijvoorbeeld geen affiniteit tot olie, hexaan niet tot water. Stoffen als keukenzout (NaCl) en hexaan (C6H14) zullen dus in het grensvlak tussen water en olie niet voorkomen.


Hydrofiel       /   waterminnend
Hydrofoob    /   waterafstotend
Lipofiel         /   vetminnend
Lipofoob      /   vetafstotend

In hun werking zijn water en vet elkaars tegenpolen. Een stof die hydrofiel is, is altijd lipofoob en een stof die lipofiel is, is altijd hydrofoob.

De termen polair en a-polair slaan op de elektrische ladingen die in het ene geval wel (polair) en in het andere geval niet (a-polair) aanwezig zijn.
Deze termen staan aan de hand van twee stoffen hieronder weergegeven:

Keukenzout   hexaan
Hydrofiel        hydrofoob
Lipofoob        lipofiel
Polair             a-polair

Een stof die in het grensvlak tussen water en olie kan voorkomen moet eigenschappen van beide stoffen hebben. Zo’n stof is zeep. Zeep heeft nog een eigenschap die voor reinigende werking van belang is: zeep behoort tot de colloïden (colle = lijm) deze groep stoffen heeft de eigenschap zich in een oplossing tot aggregaten te verenigingen ("aaneen te lijmen"). Deze aggregaten worden micellen genoemd.
De vorming van micellen door een oppervlakactieve stof als zeep heeft een grote invloed op een aantal eigenschappen van water (onder ander op de oppervlaktespanning) waardoor een zeepoplossing een goed reinigingsmiddel is.
Er zijn verschillende soorten zeep informeer bij jullie productleverancier naar de specifieke eigenschappen en laat je dit goed uitleggen.

Schuimvorming:
Schuim is een dispers systeem van gasbellen in een vloeistof. Hoe het tot stand komt en onder bepaalde omstandigheden in een stabiele toestand kan blijven, is nog niet volledig duidelijk. Aangenomen wordt dat er een ‘film’ van een ingewikkelde samenstelling wordt gevormd, zoals ook bij een emulsie het geval is. Het schuim is stabieler naarmate de film stijver en steviger is. Vermoedelijk treden deze eigenschappen pas op als de film een bepaalde dikte heeft bereikt. Ook de mate van concentratie van de oppervlakteactieve stof in de grenslaag ten opzichte van de rest van de vloeistof speelt een rol. Daarnaast verbeteren viscositeitverhogende stoffen, evenals vaste stoffen, de stabiliteit van het schuim. Dit laatste is bijvoorbeeld het geval bij de aanwezigheid van eiwit dat door denaturering aan de lucht coaguleert en daardoor schuimvorming veroorzaakt. De aanwezigheid van schuim heeft over het algemeen een nadelige invloed op het reinigend effect, terwijl een grote hoeveelheid schuim op zich al een probleem kan vormen. Waar schuim is kan geen reinigingsmiddel komen en vindt dus geen reiniging plaats.
Belangrijk voor de reinigingsprocessen zijn vooral de anti-schuimmiddelen. Dit zijn in het algemeen stoffen, die zeer weinig in water oplossen en sterker lipofiel zijn dan de stof die de veroorzaker is van het schuimen. Het anti-schuimmiddel moet die stof uit het grensvlak kunnen verdrijven. Op het moment dat dat gebeurt, treedt er een plotselinge wijziging in de verhouding van de oppervlaktespanning op en het schuim verdwijnt danzeer snel. De anti-schuimmiddelen hebben veelal siliconolie als basis. Speciale weinig schuimende reinigingssmiddelen, die worden gebruikt in de instrumentenwasmachines, hebben een zeer complexe samenstelling, die door de fabrikant geheim wordt gehouden.

Emulsievorming:
Een emulsie is een dispers systeem van twee niet met elkaar mengbare vloeistoffen. Hierbij is de ene vloeistof als fijne druppeltjes in de andere gedispergeerd. De vloeistof die zich in de vorm van druppeltjes bevindt, noemt men de disperse of binnenste fase van de emulsie. De vloeistof waarin de druppeltjes zweven is het dispergeermiddel of de buitenste fase. Omdat het gaat om vloeistoffen die niet met elkaar mengbaar zijn, zullen ze zich in hun chemische eingenschappen op dezelfde wijze van elkaar onderschieden als het keukenzout en hexaan. Als voorbeeld dienen hier water en olie. Wanneer men een fles half vult me water en er wordt wat olie op gegoten, ziet men het bekende beeld van twee lagen vloeistof (zie afbeelding)
Wanneer men krachtig schudt, zal de olie als druppels in het water worden verdeeld. De meeste druppels zijn groot, maar er zijn ook, afhankelijk van de kracht waarmee is geschud, wat kleinere bij. Wordt de fles neergezet, dan zullen de druppels zich al snel door de oppervlaktespanning met elkaar verenigen. Door het verschil in dichtheid zal de olie ook opstijgen en na korte tijd is de oorspronkelijke toestand hersteld. Wanneer er echter een emulgator wordt toegevoegd, kan er een stabiele emulsie worden gevormd. Als emulgator wordt natrium-palmitaat gekozen. Natrium-palmitaat is grensvlakactief en zal zich dus vooral begeven naar de scheiding tussen de water- en de olielaag. Het in het water opgeloste palmitaat zal voornamelijk in de vorm van micellen verkeren. Op het scheidingsvlak olie/water zullen de vetzuurketens van de losse moleculen zich in de oliefase bevinden, terwijl de carboxylgroep in de waterfase is. Bij de micellen zullen de vetzuurketens naar binnen en de carboxylgroepen naar buiten zijn gericht.
Wanneer voldoende zeep is toegevoegd en er wordt nogmaals geschud, zullen er weer oliedruppels worden gevormd en nu zullen de zeepmoleculen verhinderen dat de oliedruppels opnieuw samenvloeien. (Zie afbeelding). De oliedruppels die zijn gevormd, zullen niet samenvloeien, omdat de carboxylgroepen nu de buitenzijde vormen. Deze stoten elkaar af door de ladingen van gelijke teken. Ook zullen de druppeltjes kleiner zijn dan bij de eerste proef, omdat de kracht die nodig is om de oppervlaktespanning te overwinnen veel kleiner is. Er moet met het oog op een goed begrip van het reinigingsproces wel worden opgemerkt dat er bij kort schudden altijd weinig maar grote druppels ontstaan, zelfs na de zeeptoevoeging. Langdurig en krachtig schudden geeft altijd meer, dus kleinere druppels.
Wanneer de emulsie goed is gemaakt, kan er meer water worden toegevoegd, zonder dat dit gevolgen heeft voor de geëmulgeerde toestand van de olie. De olie is nu in de disperse fase of binnenste fase. Het water is het dispergeermiddel of de buitenste fase. De zeep is de emulgator. Een voorbeeld van zo’n emulsie is melk. Bij melk is ook water de buitenste fase; daarom kan melk gemakkelijk met water worden verdund.
Verdunnen en kijken wat er gebeurt is een van de methoden om vast te stellen wat de buitenste fase is. Bij reinigingsprocessen in de CSA gaat het altijd om emulsies waarbij water de buitenste fase vormt.
Een voorbeeld waarbij olie de buitenste fase vormt, is magarine; die kan niet met water worden verdund. Margarine bevat wel water, maar in de vorm van geëmulgeerde kleine druppeltjes toch kan men margarine net als olie weer emulgeren tot een vet-in-water emulsie. Dat gebeurt dagelijks bij het afwassen van de vaat.

 

 
Banner

Inloggen



We hebben 4 gasten online