Lực co rút của bất kỳ đơn vị chiều dài nào trên bề mặt chất lỏng được gọi là sức căng bề mặt, và đơn vị là N.·m-1.
Tính chất làm giảm sức căng bề mặt của dung môi được gọi là hoạt động bề mặt và chất có đặc tính này được gọi là chất hoạt động bề mặt.
Chất hoạt động bề mặt có thể liên kết các phân tử trong dung dịch nước và tạo thành các mixen và các liên kết khác, đồng thời có hoạt tính bề mặt cao, đồng thời có tác dụng làm ướt, nhũ hóa, tạo bọt, rửa, v.v. được gọi là chất hoạt động bề mặt.
Chất hoạt động bề mặt là các hợp chất hữu cơ có cấu trúc và tính chất đặc biệt, có thể thay đổi đáng kể sức căng bề mặt giữa hai pha hoặc sức căng bề mặt của chất lỏng (nói chung là nước), với khả năng làm ướt, tạo bọt, nhũ hóa, rửa và các đặc tính khác.
Về cấu trúc, chất hoạt động bề mặt có đặc điểm chung là chứa hai nhóm có tính chất khác nhau trong phân tử. Ở một đầu là chuỗi dài nhóm không phân cực, tan trong dầu và không tan trong nước, còn gọi là nhóm kỵ nước hay nhóm kỵ nước. Nhóm không thấm nước như vậy thường là các chuỗi hydrocarbon dài, đôi khi cũng có flo hữu cơ, silicon, organophosphate, chuỗi organotin, v.v. Ở đầu kia là nhóm hòa tan trong nước, nhóm ưa nước hoặc nhóm thấm dầu. Nhóm ưa nước phải đủ ưa nước để đảm bảo rằng toàn bộ chất hoạt động bề mặt hòa tan trong nước và có độ hòa tan cần thiết. Vì chất hoạt động bề mặt chứa các nhóm ưa nước và kỵ nước nên chúng có thể hòa tan trong ít nhất một trong các pha lỏng. Tính chất ưa nước và ưa mỡ của chất hoạt động bề mặt được gọi là tính lưỡng tính.
Chất hoạt động bề mặt là một loại phân tử lưỡng tính có cả nhóm kỵ nước và ưa nước. Các nhóm chất hoạt động bề mặt kỵ nước thường bao gồm các hydrocacbon chuỗi dài, chẳng hạn như alkyl C8 ~ C20 chuỗi thẳng, alkyl C8 ~ C20 chuỗi nhánh, alkylphenyl (số alkyl carbon tom là 8 ~ 16) và các loại tương tự. Sự khác biệt nhỏ giữa các nhóm kỵ nước chủ yếu là ở sự thay đổi cấu trúc của chuỗi hydrocarbon. Và loại nhóm ưa nước thì nhiều hơn nên tính chất của chất hoạt động bề mặt chủ yếu liên quan đến nhóm ưa nước bên cạnh kích thước, hình dạng của nhóm kỵ nước. Sự thay đổi cấu trúc của nhóm ưa nước lớn hơn so với nhóm kỵ nước nên việc phân loại chất hoạt động bề mặt nhìn chung dựa trên cấu trúc của nhóm ưa nước. Sự phân loại này dựa trên việc nhóm ưa nước có phải là ion hay không, và nó được chia thành các chất hoạt động bề mặt anion, cation, không ion, zwitterionic và các loại chất hoạt động bề mặt đặc biệt khác.
① Sự hấp phụ của chất hoạt động bề mặt ở bề mặt
Các phân tử chất hoạt động bề mặt là các phân tử lưỡng tính có cả nhóm ưa mỡ và ưa nước. Khi chất hoạt động bề mặt hòa tan trong nước, nhóm ưa nước của nó bị hút vào nước và hòa tan trong nước, trong khi nhóm ưa mỡ của nó bị nước đẩy ra và thoát ra khỏi nước, dẫn đến sự hấp phụ của các phân tử (hoặc ion) chất hoạt động bề mặt trên bề mặt phân cách của hai pha. , làm giảm sức căng bề mặt giữa hai pha. Càng nhiều phân tử chất hoạt động bề mặt (hoặc ion) được hấp phụ ở bề mặt thì sức căng bề mặt càng giảm.
② Một số tính chất của màng hấp phụ
Áp suất bề mặt của màng hấp phụ: Sự hấp phụ chất hoạt động bề mặt ở giao diện khí-lỏng để tạo thành màng hấp phụ, chẳng hạn như đặt một tấm nổi có thể tháo rời không ma sát trên giao diện, tấm nổi đẩy màng hấp phụ dọc theo bề mặt dung dịch và màng tạo ra áp suất trên tấm nổi, được gọi là áp suất bề mặt.
Độ nhớt bề mặt: Giống như áp suất bề mặt, độ nhớt bề mặt là đặc tính được thể hiện bởi màng phân tử không hòa tan. Bị treo bởi một vòng bạch kim bằng dây kim loại mịn, để mặt phẳng của nó tiếp xúc với mặt nước của bể, làm xoay vòng bạch kim, vòng bạch kim do độ nhớt của lực cản nước, biên độ giảm dần, theo đó độ nhớt bề mặt có thể là đã đo. Phương pháp là: đầu tiên, thí nghiệm được tiến hành trên bề mặt nước tinh khiết để đo sự phân rã biên độ, sau đó đo sự phân rã sau khi hình thành màng bề mặt và độ nhớt của màng bề mặt bắt nguồn từ sự khác biệt giữa hai .
Độ nhớt bề mặt có liên quan chặt chẽ đến độ rắn chắc của màng bề mặt, và vì màng hấp phụ có áp suất bề mặt và độ nhớt nên nó phải có độ đàn hồi. Áp suất bề mặt càng cao và độ nhớt của màng hấp phụ càng cao thì mô đun đàn hồi của nó càng cao. Mô đun đàn hồi của màng hấp phụ bề mặt rất quan trọng trong quá trình ổn định bong bóng.
③ Sự hình thành các mixen
Dung dịch loãng của chất hoạt động bề mặt tuân theo các định luật, sau đó là dung dịch lý tưởng. Lượng chất hoạt động bề mặt được hấp phụ trên bề mặt dung dịch tăng theo nồng độ của dung dịch và khi nồng độ đạt hoặc vượt quá một giá trị nhất định, lượng hấp phụ không còn tăng nữa và các phân tử chất hoạt động bề mặt dư thừa này có trong dung dịch một cách hỗn loạn. cách nào đó hoặc một cách thông thường nào đó. Cả thực tiễn và lý thuyết đều chứng tỏ rằng chúng hình thành các liên kết trong dung dịch và những liên kết này được gọi là các mixen.
Nồng độ Micelle tới hạn (CMC): Nồng độ tối thiểu mà tại đó các chất hoạt động bề mặt hình thành các mixen trong dung dịch được gọi là nồng độ mixen tới hạn.
④ Giá trị CMC của chất hoạt động bề mặt thông thường.
HLB là tên viết tắt của cân bằng ưa nước và ưa mỡ, biểu thị sự cân bằng ưa nước và ưa mỡ của các nhóm ưa nước và ưa mỡ của chất hoạt động bề mặt, tức là giá trị HLB của chất hoạt động bề mặt. Giá trị HLB lớn cho thấy phân tử có tính ưa nước mạnh và tính ưa mỡ yếu; ngược lại, tính ưa mỡ mạnh và tính ưa nước yếu.
① Quy định giá trị HLB
Giá trị HLB là một giá trị tương đối, do đó, khi phát triển giá trị HLB, làm tiêu chuẩn, giá trị HLB của sáp parafin, không có đặc tính ưa nước, được chỉ định là 0, trong khi giá trị HLB của natri dodecyl sunfat, là hòa tan trong nước hơn, là 40. Do đó, giá trị HLB của chất hoạt động bề mặt thường nằm trong khoảng từ 1 đến 40. Nói chung, chất nhũ hóa có giá trị HLB nhỏ hơn 10 là ưa mỡ, trong khi những chất nhũ hóa lớn hơn 10 là ưa nước. Như vậy, bước ngoặt từ ưa mỡ sang ưa nước là khoảng 10.
Dựa trên giá trị HLB của chất hoạt động bề mặt, có thể thu được ý tưởng chung về khả năng sử dụng của chúng, như trình bày trong Bảng 1-3.
Hai chất lỏng không hòa tan lẫn nhau, một chất phân tán trong chất kia dưới dạng hạt (giọt hoặc tinh thể lỏng) tạo thành một hệ thống gọi là nhũ tương. Hệ thống này không ổn định về mặt nhiệt động do sự tăng diện tích ranh giới của hai chất lỏng khi hình thành nhũ tương. Để nhũ tương ổn định, cần thêm thành phần thứ ba - chất nhũ hóa để giảm năng lượng bề mặt của hệ thống. Chất nhũ hóa thuộc về chất hoạt động bề mặt, chức năng chính của nó là đóng vai trò nhũ tương. Pha của nhũ tương tồn tại dưới dạng giọt được gọi là pha phân tán (hoặc pha bên trong, pha không liên tục) và pha còn lại liên kết với nhau được gọi là môi trường phân tán (hoặc pha ngoài, pha liên tục).
① Chất nhũ hóa và nhũ tương
Nhũ tương thông thường, một pha là nước hoặc dung dịch nước, pha còn lại là các chất hữu cơ không trộn lẫn với nước, như dầu mỡ, sáp, v.v. Nhũ tương hình thành bởi nước và dầu có thể được chia thành hai loại tùy theo tình trạng phân tán của chúng: dầu phân tán trong nước tạo thành nhũ tương loại dầu trong nước, biểu thị bằng O/W (dầu/nước): nước phân tán trong dầu tạo thành nhũ tương loại dầu trong nước, biểu thị bằng W/O (nước/dầu). Các nhũ tương phức tạp loại nước trong dầu trong nước W/O/W và loại nhũ tương dầu trong nước trong dầu O/W/O cũng có thể được hình thành.
Chất nhũ hóa được sử dụng để ổn định nhũ tương bằng cách giảm sức căng bề mặt và hình thành màng bề mặt phân tử đơn.
Trong quá trình nhũ hóa, các yêu cầu về chất nhũ hóa:
a: Chất nhũ hóa phải có khả năng hấp phụ hoặc làm phong phú bề mặt tiếp xúc giữa hai pha, để giảm sức căng bề mặt;
b: Chất nhũ hóa phải cung cấp cho các hạt điện tích, sao cho lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt hoặc tạo thành một màng bảo vệ ổn định, có độ nhớt cao xung quanh các hạt.
Vì vậy, chất dùng làm chất nhũ hóa phải có nhóm lưỡng tính thì mới có thể nhũ hóa và chất hoạt động bề mặt có thể đáp ứng được yêu cầu này.
② Phương pháp điều chế nhũ tương và các yếu tố ảnh hưởng đến độ ổn định của nhũ tương
Có hai cách để điều chế nhũ tương: một là sử dụng phương pháp cơ học để phân tán chất lỏng thành các hạt nhỏ trong một chất lỏng khác, phương pháp này chủ yếu được sử dụng trong công nghiệp để điều chế nhũ tương; cách khác là hòa tan chất lỏng ở trạng thái phân tử trong một chất lỏng khác, sau đó làm cho nó tập hợp lại một cách thích hợp để tạo thành nhũ tương.
Tính ổn định của nhũ tương là khả năng chống kết tụ hạt dẫn đến tách pha. Nhũ tương là hệ không ổn định về mặt nhiệt động với năng lượng tự do lớn. Do đó, cái gọi là độ ổn định của nhũ tương thực sự là thời gian cần thiết để hệ thống đạt đến trạng thái cân bằng, tức là thời gian cần thiết để xảy ra sự phân tách một trong các chất lỏng trong hệ thống.
Khi màng tiếp xúc với rượu béo, axit béo, amin béo và các phân tử hữu cơ phân cực khác, độ bền của màng cao hơn đáng kể. Điều này là do, trong lớp hấp phụ bề mặt của các phân tử chất nhũ hóa và rượu, axit và amin và các phân tử phân cực khác tạo thành một "phức hợp", do đó độ bền của màng bề mặt tăng lên.
Chất nhũ hóa bao gồm nhiều hơn hai chất hoạt động bề mặt được gọi là chất nhũ hóa hỗn hợp. Chất nhũ hóa hỗn hợp được hấp phụ ở bề mặt nước/dầu; hoạt động liên phân tử có thể tạo thành phức chất. Do tác động liên phân tử mạnh mẽ, sức căng bề mặt giảm đáng kể, lượng chất nhũ hóa hấp phụ tại bề mặt phân cách tăng lên đáng kể, sự hình thành mật độ màng bề mặt tăng lên, cường độ tăng lên.
Điện tích của hạt lỏng có ảnh hưởng đáng kể đến độ ổn định của nhũ tương. Nhũ tương ổn định, có hạt lỏng thường được tích điện. Khi sử dụng chất nhũ hóa ion, ion chất nhũ hóa được hấp phụ ở bề mặt có nhóm ưa mỡ được đưa vào pha dầu và nhóm ưa nước ở pha nước, do đó làm cho các hạt lỏng tích điện. Là các hạt nhũ tương có cùng điện tích nên chúng đẩy nhau, không dễ kết tụ nên độ ổn định được tăng lên. Có thể thấy, càng nhiều ion nhũ hóa được hấp phụ trên hạt thì điện tích càng lớn, khả năng ngăn chặn sự kết tụ của hạt càng lớn, hệ nhũ tương càng ổn định.
Độ nhớt của môi trường phân tán nhũ tương có ảnh hưởng nhất định đến độ ổn định của nhũ tương. Nói chung, độ nhớt của môi trường phân tán càng cao thì độ ổn định của nhũ tương càng cao. Điều này là do độ nhớt của môi trường phân tán lớn, có tác động mạnh đến chuyển động Brown của các hạt chất lỏng và làm chậm sự va chạm giữa các hạt chất lỏng để hệ thống ổn định. Thông thường, các chất polymer có thể hòa tan trong nhũ tương có thể làm tăng độ nhớt của hệ thống và làm cho độ ổn định của nhũ tương cao hơn. Ngoài ra, polyme còn có thể tạo thành màng giao thoa bền chắc, giúp hệ thống nhũ tương ổn định hơn.
Trong một số trường hợp, việc bổ sung bột rắn cũng có thể làm cho nhũ tương có xu hướng ổn định. Bột rắn có trong nước, dầu hoặc giao diện, tùy thuộc vào dầu, nước vào khả năng làm ướt của bột rắn, nếu bột rắn không ướt hoàn toàn với nước mà còn bị ướt bởi dầu, sẽ vẫn còn trên nước và dầu giao diện.
Bột rắn không làm cho nhũ tương ổn định vì bột tập trung ở bề mặt phân cách giúp tăng cường màng giao diện, tương tự như sự hấp phụ bề mặt của các phân tử chất nhũ hóa, do đó vật liệu bột rắn được sắp xếp càng gần nhau ở bề mặt thì càng ổn định. nhũ tương là.
Chất hoạt động bề mặt có khả năng làm tăng đáng kể khả năng hòa tan của các chất hữu cơ không tan hoặc ít tan trong nước sau khi hình thành các mixen trong dung dịch nước và lúc này dung dịch trong suốt. Tác dụng này của mixen được gọi là sự hòa tan. Chất hoạt động bề mặt có thể tạo ra sự hòa tan được gọi là chất hòa tan và chất hữu cơ được hòa tan được gọi là chất hòa tan.
Bọt đóng vai trò quan trọng trong quá trình giặt. Bọt là hệ phân tán trong đó khí được phân tán trong chất lỏng hoặc chất rắn, với khí là pha phân tán và chất lỏng hoặc chất rắn là môi trường phân tán, chất trước đây được gọi là bọt lỏng, còn chất sau được gọi là bọt rắn, chẳng hạn như bọt như nhựa xốp, thủy tinh xốp, xi măng xốp, v.v.
(1) Tạo bọt
Khi nói đến bọt ở đây chúng tôi muốn nói đến một tập hợp các bọt khí được ngăn cách bởi một màng chất lỏng. Loại bong bóng này luôn nổi lên nhanh chóng trên bề mặt chất lỏng do có sự chênh lệch lớn về mật độ giữa pha phân tán (khí) và môi trường phân tán (lỏng), kết hợp với độ nhớt của chất lỏng thấp.
Quá trình hình thành bong bóng là đưa một lượng lớn khí vào chất lỏng, các bong bóng trong chất lỏng nhanh chóng quay trở lại bề mặt, tạo thành một tập hợp các bong bóng được ngăn cách bởi một lượng nhỏ khí lỏng.
Bọt có hai đặc điểm nổi bật về mặt hình thái: một là các bong bóng ở dạng pha phân tán thường có hình dạng đa diện, điều này là do tại điểm giao nhau của các bong bóng có xu hướng màng chất lỏng mỏng đi khiến các bong bóng trở thành bọt. đa diện, khi màng chất lỏng mỏng đi đến một mức độ nhất định, nó sẽ dẫn đến vỡ bong bóng; thứ hai là chất lỏng nguyên chất không thể tạo bọt ổn định, chất lỏng có thể tạo bọt phải có ít nhất hai thành phần trở lên. Dung dịch nước của chất hoạt động bề mặt là điển hình của các hệ thống có xu hướng tạo bọt và khả năng tạo bọt của chúng cũng liên quan đến các đặc tính khác.
Chất hoạt động bề mặt có khả năng tạo bọt tốt được gọi là chất tạo bọt. Mặc dù chất tạo bọt có khả năng tạo bọt tốt nhưng bọt tạo thành có thể không duy trì được lâu, tức là độ ổn định chưa chắc đã tốt. Để duy trì tính ổn định của bọt, thường trong chất tạo bọt có thêm các chất có thể làm tăng độ ổn định của bọt, chất này gọi là chất ổn định bọt, chất ổn định thường được sử dụng là lauryl dietanolamine và dodecyl dimethylamine oxit.
(2) Độ ổn định của bọt
Bọt là một hệ không ổn định về mặt nhiệt động và xu hướng cuối cùng là tổng diện tích bề mặt của chất lỏng trong hệ thống giảm sau khi bong bóng bị vỡ và năng lượng tự do giảm. Quá trình khử bọt là quá trình màng chất lỏng ngăn cách khí trở nên dày hơn và mỏng hơn cho đến khi nó bị vỡ. Do đó, mức độ ổn định của bọt chủ yếu được xác định bởi tốc độ xả chất lỏng và độ bền của màng chất lỏng. Các yếu tố sau đây cũng ảnh hưởng đến điều này.
(3) Phá hủy bọt
Nguyên lý cơ bản của việc phá hủy bọt là thay đổi các điều kiện tạo ra bọt hoặc loại bỏ các yếu tố ổn định của bọt, do đó có cả phương pháp khử bọt vật lý và hóa học.
Khử bọt vật lý có nghĩa là thay đổi điều kiện sản xuất bọt trong khi vẫn duy trì thành phần hóa học của dung dịch bọt, chẳng hạn như nhiễu loạn bên ngoài, thay đổi nhiệt độ hoặc áp suất và xử lý siêu âm đều là những phương pháp vật lý hiệu quả để loại bỏ bọt.
Phương pháp khử bọt bằng hóa học là thêm một số chất nhất định để tương tác với chất tạo bọt để làm giảm độ bền của màng chất lỏng trong bọt và do đó làm giảm độ ổn định của bọt để đạt được mục đích khử bọt, những chất như vậy được gọi là chất khử bọt. Hầu hết các chất khử bọt là chất hoạt động bề mặt. Do đó, theo cơ chế khử bọt, chất khử bọt phải có khả năng giảm sức căng bề mặt mạnh, dễ hấp phụ trên bề mặt và tương tác giữa các phân tử hấp phụ bề mặt yếu, các phân tử hấp phụ được sắp xếp theo cấu trúc lỏng lẻo hơn.
Có nhiều loại chất khử bọt khác nhau, nhưng về cơ bản, chúng đều là chất hoạt động bề mặt không chứa ion. Chất hoạt động bề mặt không ion có đặc tính chống tạo bọt ở gần hoặc trên điểm vẩn đục của chúng và thường được sử dụng làm chất khử bọt. Rượu, đặc biệt là rượu có cấu trúc phân nhánh, axit béo và este axit béo, polyamit, este photphat, dầu silicon, v.v. cũng thường được sử dụng làm chất khử bọt tuyệt vời.
(4) Tạo bọt và giặt
Không có mối liên hệ trực tiếp giữa bọt và hiệu quả giặt và lượng bọt không cho thấy hiệu quả của việc giặt. Ví dụ, chất hoạt động bề mặt không ion có đặc tính tạo bọt ít hơn nhiều so với xà phòng, nhưng khả năng khử nhiễm của chúng tốt hơn nhiều so với xà phòng.
Trong một số trường hợp, bọt có thể hữu ích trong việc loại bỏ bụi bẩn. Ví dụ, khi rửa bát ở nhà, bọt của chất tẩy rửa cuốn theo những giọt dầu và khi chà thảm, bọt giúp cuốn đi bụi, bột và các chất bẩn rắn khác. Ngoài ra, bọt đôi khi có thể được sử dụng như một dấu hiệu cho thấy hiệu quả của chất tẩy rửa. Vì dầu béo có tác dụng ức chế bọt của bột giặt nên khi cho quá nhiều dầu và quá ít bột giặt sẽ không tạo bọt hoặc mất bọt ban đầu. Bọt đôi khi cũng có thể được sử dụng như một chỉ số về độ sạch của nước xả, vì lượng bọt trong dung dịch xả có xu hướng giảm khi lượng chất tẩy rửa giảm, do đó lượng bọt có thể được sử dụng để đánh giá mức độ xả.
Theo nghĩa rộng, giặt là quá trình loại bỏ các thành phần không mong muốn khỏi đồ vật cần rửa và đạt được mục đích nào đó. Rửa theo nghĩa thông thường đề cập đến quá trình loại bỏ bụi bẩn khỏi bề mặt của chất mang. Trong quá trình giặt, sự tương tác giữa chất bẩn và chất mang bị suy yếu hoặc bị loại bỏ do tác động của một số chất hóa học (ví dụ: chất tẩy rửa, v.v.), do đó sự kết hợp giữa chất bẩn và chất mang được chuyển thành sự kết hợp giữa chất bẩn và chất tẩy rửa, và cuối cùng chất bẩn được tách ra khỏi chất mang. Vì các đồ vật cần rửa và chất bẩn cần loại bỏ rất đa dạng nên giặt là một quá trình rất phức tạp và quy trình giặt cơ bản có thể được biểu thị bằng các mối quan hệ đơn giản sau đây.
Carrie··Chất bẩn + Chất tẩy rửa= Chất mang + Chất bẩn·Chất tẩy rửa
Quá trình giặt thường có thể được chia thành hai giai đoạn: thứ nhất, dưới tác dụng của chất tẩy rửa, chất bẩn được tách ra khỏi chất mang; thứ hai, chất bẩn tách ra được phân tán và lơ lửng trong môi trường. Quá trình rửa là một quá trình có thể đảo ngược và chất bẩn phân tán và lơ lửng trong môi trường cũng có thể được kết tủa lại từ môi trường đến vật được rửa. Vì vậy, chất tẩy rửa tốt phải có khả năng phân tán, lơ lửng chất bẩn và ngăn chặn sự tái lắng đọng của chất bẩn, bên cạnh khả năng loại bỏ chất bẩn khỏi chất mang.
(1) Các loại bụi bẩn
Ngay cả đối với cùng một vật dụng, loại, thành phần và lượng chất bẩn có thể khác nhau tùy thuộc vào môi trường sử dụng nó. Bụi bẩn trên cơ thể dầu chủ yếu là một số loại dầu động vật, thực vật và dầu khoáng (như dầu thô, dầu nhiên liệu, nhựa than đá, v.v.), bụi bẩn rắn chủ yếu là bồ hóng, tro, rỉ sét, muội than, v.v. Về bụi bẩn quần áo, có chất bẩn từ cơ thể con người, chẳng hạn như mồ hôi, bã nhờn, máu, v.v.; bụi bẩn từ thực phẩm như vết trái cây, vết dầu ăn, vết gia vị, tinh bột, v.v.; bụi bẩn từ mỹ phẩm như son môi, sơn móng tay, v.v.; bụi bẩn từ khí quyển, chẳng hạn như bồ hóng, bụi, bùn, v.v.; những thứ khác, chẳng hạn như mực, trà, lớp phủ, v.v. Nó có nhiều loại khác nhau.
Các loại chất bẩn khác nhau thường có thể được chia thành ba loại chính: chất bẩn rắn, chất bẩn lỏng và chất bẩn đặc biệt.
① Chất bẩn rắn
Chất bẩn rắn thông thường bao gồm các hạt tro, bùn, đất, rỉ sét và muội than. Hầu hết các hạt này đều mang điện tích trên bề mặt, phần lớn chúng mang điện tích âm và có thể dễ dàng bị hấp phụ trên các vật liệu sợi. Chất bẩn rắn thường khó hòa tan trong nước nhưng có thể bị phân tán và lơ lửng bởi dung dịch tẩy rửa. Bụi bẩn rắn có khối lượng nhỏ hơn sẽ khó loại bỏ hơn.
② Chất bẩn dạng lỏng
Chất bẩn dạng lỏng chủ yếu hòa tan trong dầu, bao gồm dầu thực vật và động vật, axit béo, rượu béo, dầu khoáng và oxit của chúng. Trong số đó, dầu thực vật và động vật, axit béo và xà phòng hóa kiềm có thể xảy ra, trong khi rượu béo, dầu khoáng không bị xà phòng hóa bởi kiềm, nhưng có thể hòa tan trong rượu, ete và dung môi hữu cơ hydrocarbon, nhũ hóa và phân tán dung dịch nước tẩy rửa. Chất bẩn lỏng hòa tan trong dầu thường có lực hút mạnh với các chất xơ và được hấp phụ chắc chắn hơn trên sợi.
③ Chất bẩn đặc biệt
Chất bẩn đặc biệt bao gồm protein, tinh bột, máu, dịch tiết của con người như mồ hôi, bã nhờn, nước tiểu và nước trái cây, nước trà. Hầu hết loại chất bẩn này có thể bị hấp phụ mạnh về mặt hóa học trên các vật liệu sợi. Vì vậy, rất khó để rửa sạch.
Các loại chất bẩn khác nhau hiếm khi được tìm thấy đơn lẻ mà thường trộn lẫn với nhau và hấp phụ lên vật thể. Bụi bẩn đôi khi có thể bị oxy hóa, phân hủy hoặc mục nát dưới tác động từ bên ngoài, từ đó tạo ra bụi bẩn mới.
(2)Sự bám dính của bụi bẩn
Quần áo, bàn tay, v.v. có thể bị vấy bẩn do có sự tương tác nào đó giữa đồ vật và chất bẩn. Bụi bẩn bám vào đồ vật theo nhiều cách khác nhau, nhưng không có gì hơn ngoài độ bám dính vật lý và hóa học.
①Độ bám dính của bồ hóng, bụi, bùn, cát và than củi vào quần áo là độ bám dính vật lý. Nói chung, nhờ độ bám dính của bụi bẩn và vai trò giữa vật bị ố tương đối yếu nên việc loại bỏ bụi bẩn cũng tương đối dễ dàng. Theo các lực khác nhau, độ bám dính vật lý của bụi bẩn có thể được chia thành độ bám dính cơ học và độ bám dính tĩnh điện.
A: Độ bám dính cơ học
Loại bám dính này chủ yếu đề cập đến độ bám dính của một số chất bẩn rắn (ví dụ: bụi, bùn và cát). Độ bám dính cơ học là một trong những dạng bám dính yếu hơn của bụi bẩn và có thể được loại bỏ gần như hoàn toàn bằng các biện pháp cơ học, tuy nhiên khi bụi bẩn có kích thước nhỏ (<0,1um) thì việc loại bỏ sẽ khó khăn hơn.
B: Độ bám dính tĩnh điện
Độ bám dính tĩnh điện chủ yếu thể hiện ở sự tác động của các hạt bụi bẩn tích điện lên các vật mang điện tích trái dấu. Hầu hết các vật thể dạng sợi đều tích điện âm trong nước và có thể dễ dàng bị bám dính bởi một số chất bẩn tích điện dương, chẳng hạn như các loại vôi. Một số chất bẩn, mặc dù mang điện tích âm, chẳng hạn như các hạt cacbon đen trong dung dịch nước, có thể bám vào sợi thông qua các cầu nối ion (các ion giữa nhiều vật thể tích điện trái dấu, tác dụng với chúng theo kiểu giống như cầu nối) được hình thành bởi các ion dương trong nước (ví dụ: , Ca2+, Mg2+, v.v.).
Tác động tĩnh điện mạnh hơn tác động cơ học đơn giản, khiến việc loại bỏ bụi bẩn tương đối khó khăn.
② Độ bám dính hóa học
Độ bám dính hóa học dùng để chỉ hiện tượng bụi bẩn tác động lên vật thể thông qua liên kết hóa học hoặc hydro. Ví dụ, chất rắn cực, protein, rỉ sét và các chất bám dính khác trên các chất xơ, chất xơ có chứa cacboxyl, hydroxyl, amit và các nhóm khác, các nhóm này và các chất bẩn có dầu, axit béo, rượu béo dễ hình thành liên kết hydro. Các lực hóa học nhìn chung rất mạnh và do đó chất bẩn bám dính chắc chắn hơn vào vật thể. Loại bụi bẩn này khó loại bỏ bằng các phương pháp thông thường và cần có những phương pháp đặc biệt để xử lý.
Mức độ bám dính của chất bẩn có liên quan đến bản chất của chất bẩn và bản chất của vật thể mà nó bám vào. Nói chung, các hạt dễ dàng bám vào các vật liệu dạng sợi. Kết cấu của chất bẩn rắn càng nhỏ thì độ bám dính càng mạnh. Chất bẩn phân cực trên các vật thể ưa nước như bông và thủy tinh bám dính mạnh hơn chất bẩn không phân cực. Chất bẩn không phân cực bám dính mạnh hơn chất bẩn phân cực, chẳng hạn như chất béo phân cực, bụi và đất sét, đồng thời khó loại bỏ và làm sạch hơn.
(3) Cơ chế loại bỏ bụi bẩn
Mục đích của việc giặt là để loại bỏ bụi bẩn. Trong môi trường có nhiệt độ nhất định (chủ yếu là nước). Sử dụng các tác dụng vật lý và hóa học khác nhau của chất tẩy rửa để làm suy yếu hoặc loại bỏ tác dụng của bụi bẩn và đồ vật được giặt, dưới tác dụng của một số lực cơ học (như chà tay, khuấy trộn máy giặt, tác động của nước), để bụi bẩn và đồ vật được giặt với mục đích khử nhiễm.
① Cơ chế loại bỏ chất bẩn dạng lỏng
A: Làm ướt
Chất bẩn lỏng chủ yếu là gốc dầu. Vết dầu làm ướt hầu hết các vật liệu dạng sợi và ít nhiều lan ra dưới dạng màng dầu trên bề mặt vật liệu dạng sợi. Bước đầu tiên trong quá trình giặt là làm ướt bề mặt bằng chất lỏng giặt. Để minh họa, bề mặt của sợi có thể được coi là một bề mặt rắn nhẵn.
B: Cơ cấu tách dầu - uốn
Bước thứ hai trong quá trình rửa là loại bỏ dầu mỡ, việc loại bỏ chất bẩn dạng lỏng được thực hiện bằng một loại cuộn. Chất bẩn lỏng ban đầu tồn tại trên bề mặt dưới dạng màng dầu trải rộng và dưới tác dụng làm ướt ưu tiên của chất lỏng giặt trên bề mặt rắn (tức là bề mặt sợi), nó từng bước cuộn tròn thành các hạt dầu, được thay thế bằng chất lỏng giặt và cuối cùng rời khỏi bề mặt dưới tác dụng của các ngoại lực nhất định.
② Cơ chế loại bỏ chất bẩn rắn
Việc loại bỏ chất bẩn dạng lỏng chủ yếu thông qua việc làm ướt chất mang chất bẩn bằng dung dịch rửa, trong khi cơ chế loại bỏ chất bẩn rắn thì khác, trong đó quá trình rửa chủ yếu là làm ướt khối chất bẩn và bề mặt chất mang của nó bằng quá trình rửa. giải pháp. Do sự hấp phụ của chất hoạt động bề mặt trên chất bẩn rắn và bề mặt chất mang của nó nên sự tương tác giữa chất bẩn và bề mặt bị giảm và cường độ bám dính của khối chất bẩn trên bề mặt giảm nên khối chất bẩn dễ dàng bị loại bỏ khỏi bề mặt. người vận chuyển.
Ngoài ra, sự hấp phụ của chất hoạt động bề mặt, đặc biệt là chất hoạt động bề mặt ion, trên bề mặt chất bẩn rắn và chất mang của nó có khả năng làm tăng thế năng bề mặt trên bề mặt chất bẩn rắn và chất mang của nó, thuận lợi hơn cho việc loại bỏ chất rắn. bụi bẩn. Các bề mặt rắn hoặc nói chung là dạng sợi thường tích điện âm trong môi trường nước và do đó có thể hình thành các lớp điện tử kép khuếch tán trên khối bụi bẩn hoặc bề mặt rắn. Do lực đẩy của các điện tích đồng nhất, độ bám dính của các hạt bụi bẩn trong nước với bề mặt rắn bị suy yếu. Khi thêm chất hoạt động bề mặt anion, vì nó có thể đồng thời làm tăng thế năng bề mặt âm của hạt bụi bẩn và bề mặt rắn, lực đẩy giữa chúng được tăng cường hơn, cường độ bám dính của hạt giảm đi và bụi bẩn dễ dàng loại bỏ hơn. .
Các chất hoạt động bề mặt không ion được hấp phụ trên các bề mặt rắn tích điện nói chung và mặc dù chúng không làm thay đổi đáng kể điện thế bề mặt, các chất hoạt động bề mặt không ion bị hấp phụ có xu hướng tạo thành một độ dày nhất định của lớp hấp phụ trên bề mặt giúp ngăn ngừa sự tái lắng đọng của chất bẩn.
Trong trường hợp chất hoạt động bề mặt cation, sự hấp phụ của chúng làm giảm hoặc loại bỏ điện thế bề mặt âm của khối chất bẩn và bề mặt mang của nó, làm giảm lực đẩy giữa chất bẩn và bề mặt và do đó không có lợi cho việc loại bỏ chất bẩn; hơn nữa, sau khi hấp phụ trên bề mặt rắn, các chất hoạt động bề mặt cation có xu hướng làm bề mặt rắn kỵ nước và do đó không có lợi cho việc làm ướt bề mặt và do đó không được rửa sạch.
③ Loại bỏ các loại đất đặc biệt
Protein, tinh bột, dịch tiết của con người, nước trái cây, nước trà và các chất bẩn khác rất khó loại bỏ bằng chất hoạt động bề mặt thông thường và cần được xử lý đặc biệt.
Các vết protein như kem, trứng, máu, sữa, chất bài tiết từ da có xu hướng đông lại trên các sợi và thoái hóa, bám dính mạnh hơn. Chất bẩn protein có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng protease. Enzim protease phân hủy protein trong đất thành axit amin hòa tan trong nước hoặc oligopeptide.
Vết ố do tinh bột chủ yếu đến từ thực phẩm, một số khác như nước xốt, keo dán… Amylase có tác dụng xúc tác trong quá trình thủy phân vết tinh bột, khiến tinh bột bị phân hủy thành đường.
Lipase xúc tác quá trình phân hủy chất béo trung tính, khó loại bỏ bằng các phương pháp thông thường, chẳng hạn như bã nhờn và dầu ăn, đồng thời phân hủy chúng thành glycerol và axit béo hòa tan.
Một số vết bẩn màu từ nước ép trái cây, nước trà, mực in, son môi… thường khó làm sạch hoàn toàn ngay cả khi đã giặt nhiều lần. Những vết bẩn này có thể được loại bỏ bằng phản ứng oxi hóa khử với chất oxy hóa hoặc chất khử như thuốc tẩy, chất này phá hủy cấu trúc của các nhóm tạo màu hoặc nhóm hỗ trợ màu và phân hủy chúng thành các thành phần nhỏ hơn hòa tan trong nước.
(4)Cơ chế loại bỏ vết bẩn khi giặt khô
Trên thực tế, nước là phương tiện giặt rửa. Trên thực tế, do các loại quần áo và cấu trúc khác nhau nên một số quần áo sử dụng nước giặt không thuận tiện hoặc không dễ giặt sạch, một số quần áo sau khi giặt thậm chí bị biến dạng, phai màu, v.v., ví dụ: hầu hết các loại sợi tự nhiên đều hút nước và dễ phồng, khô và dễ co nên sau khi giặt sẽ bị biến dạng; khi giặt các sản phẩm len cũng thường xuất hiện hiện tượng co rút, một số sản phẩm len khi giặt bằng nước cũng dễ bị vón cục, đổi màu; Một số loại lụa có cảm giác tay trở nên tồi tệ hơn sau khi giặt và mất độ bóng. Đối với những loại quần áo này thường sử dụng phương pháp giặt khô để khử nhiễm. Cái gọi là giặt khô thường đề cập đến phương pháp giặt trong dung môi hữu cơ, đặc biệt là trong dung môi không phân cực.
Giặt khô là hình thức giặt nhẹ nhàng hơn giặt bằng nước. Vì giặt khô không cần tác động cơ học nhiều nên không gây hư hỏng, nhăn và biến dạng cho quần áo, trong khi các chất giặt khô, không giống như nước, hiếm khi tạo ra sự giãn nở và co lại. Chỉ cần xử lý đúng công nghệ, quần áo có thể được giặt khô mà không bị biến dạng, phai màu và kéo dài tuổi thọ.
Về mặt giặt khô, có ba loại chất bẩn phổ biến.
①Chất bẩn hòa tan trong dầu Chất bẩn hòa tan trong dầu bao gồm tất cả các loại dầu mỡ, ở dạng lỏng hoặc nhờn và có thể hòa tan trong dung môi giặt khô.
②Bụi bẩn hòa tan trong nước Chất bẩn hòa tan trong nước hòa tan trong dung dịch nước, nhưng không hòa tan trong chất giặt khô, được hấp phụ trên quần áo ở trạng thái nước, nước bay hơi sau khi kết tủa các chất rắn dạng hạt, như muối vô cơ, tinh bột, protein, v.v.
③Chất bẩn không tan trong dầu và nước Chất bẩn không tan trong dầu và nước không tan trong nước cũng như không tan trong dung môi giặt khô, chẳng hạn như muội than, silicat của các kim loại và oxit khác nhau, v.v.
Do tính chất khác nhau của các loại vết bẩn nên có nhiều cách khác nhau để loại bỏ vết bẩn trong quá trình giặt khô. Các loại đất hòa tan trong dầu, chẳng hạn như dầu động vật và thực vật, dầu khoáng và mỡ bôi trơn, dễ hòa tan trong dung môi hữu cơ và có thể được loại bỏ dễ dàng hơn khi giặt khô. Khả năng hòa tan tuyệt vời của dung môi giặt khô đối với dầu và mỡ bôi trơn về cơ bản là nhờ lực van der Walls giữa các phân tử.
Để loại bỏ các chất bẩn hòa tan trong nước như muối vô cơ, đường, protein và mồ hôi, lượng nước phù hợp cũng phải được thêm vào chất giặt khô, nếu không các chất bẩn hòa tan trong nước sẽ khó loại bỏ khỏi quần áo. Tuy nhiên, nước khó hòa tan trong chất giặt khô nên để tăng lượng nước, bạn cũng cần cho thêm chất hoạt động bề mặt. Sự hiện diện của nước trong chất giặt khô có thể làm cho bề mặt của chất bẩn và quần áo được ngậm nước, do đó dễ tương tác với các nhóm cực của chất hoạt động bề mặt, tạo điều kiện cho sự hấp phụ của chất hoạt động bề mặt trên bề mặt. Ngoài ra, khi chất hoạt động bề mặt hình thành các mixen, chất bẩn và nước hòa tan trong nước có thể hòa tan vào các mixen. Ngoài việc tăng hàm lượng nước trong dung môi giặt khô, chất hoạt động bề mặt còn có thể đóng vai trò ngăn chặn sự tái lắng đọng của chất bẩn để tăng cường hiệu quả khử nhiễm.
Sự có mặt của một lượng nhỏ nước là cần thiết để loại bỏ chất bẩn hòa tan trong nước, nhưng quá nhiều nước có thể gây biến dạng và nhăn trên một số quần áo, vì vậy lượng nước trong chất giặt khô phải ở mức vừa phải.
Các chất bẩn không tan trong nước hoặc không tan trong dầu, các hạt rắn như tro, bùn, đất và muội than thường bám vào quần áo bằng lực tĩnh điện hoặc kết hợp với dầu. Trong giặt khô, dòng dung môi, tác động có thể làm cho lực tĩnh điện hấp thụ bụi bẩn và chất giặt khô có thể hòa tan dầu, do đó sự kết hợp giữa dầu và bụi bẩn và bám vào quần áo của các hạt rắn trong khô. -chất tẩy rửa, chất giặt khô trong một lượng nhỏ nước và chất hoạt động bề mặt, để những hạt bụi bẩn rắn đó có thể lơ lửng, phân tán ổn định, ngăn chặn sự tái lắng đọng của nó trên quần áo.
(5)Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình giặt
Sự hấp phụ định hướng của chất hoạt động bề mặt tại bề mặt và sự giảm sức căng bề mặt (giao diện) là những yếu tố chính trong việc loại bỏ chất bẩn dạng lỏng hoặc rắn. Tuy nhiên, quá trình giặt rất phức tạp và hiệu quả giặt dù cùng loại chất tẩy rửa cũng bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác. Những yếu tố này bao gồm nồng độ chất tẩy rửa, nhiệt độ, tính chất của vết bẩn, loại sợi và cấu trúc của vải.
① Nồng độ chất hoạt động bề mặt
Các mixen của chất hoạt động bề mặt trong dung dịch đóng vai trò quan trọng trong quá trình giặt. Khi nồng độ đạt đến nồng độ mixen tới hạn (CMC), hiệu quả giặt tăng mạnh. Vì vậy, nồng độ chất tẩy trong dung môi phải cao hơn giá trị CMC để có hiệu quả giặt tốt. Tuy nhiên, khi nồng độ chất hoạt động bề mặt cao hơn giá trị CMC thì hiệu quả giặt tăng dần không rõ ràng và không cần thiết phải tăng nồng độ chất hoạt động bề mặt quá nhiều.
Khi loại bỏ dầu bằng cách hòa tan, hiệu quả hòa tan tăng lên khi tăng nồng độ chất hoạt động bề mặt, ngay cả khi nồng độ cao hơn CMC. Lúc này, nên sử dụng bột giặt tập trung cục bộ. Ví dụ, nếu có nhiều bụi bẩn trên cổ tay áo và cổ áo, có thể bôi một lớp chất tẩy rửa trong quá trình giặt để tăng hiệu quả hòa tan của chất hoạt động bề mặt trên dầu.
②Nhiệt độ có ảnh hưởng rất quan trọng đến quá trình khử nhiễm. Nhìn chung, việc tăng nhiệt độ sẽ giúp loại bỏ bụi bẩn dễ dàng hơn, nhưng đôi khi nhiệt độ quá cao cũng có thể gây ra bất lợi.
Nhiệt độ tăng tạo điều kiện cho bụi bẩn phát tán, mỡ rắn dễ bị nhũ hóa ở nhiệt độ trên điểm nóng chảy và các sợi tăng độ phồng do nhiệt độ tăng, tất cả đều tạo điều kiện thuận lợi cho việc loại bỏ bụi bẩn. Tuy nhiên, đối với các loại vải nhỏ gọn, các khe hở vi mô giữa các sợi sẽ giảm đi khi các sợi giãn nở, điều này gây bất lợi cho việc loại bỏ bụi bẩn.
Sự thay đổi nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến độ hòa tan, giá trị CMC và kích thước mixen của chất hoạt động bề mặt, do đó ảnh hưởng đến hiệu quả rửa. Độ hòa tan của chất hoạt động bề mặt có chuỗi cacbon dài thấp ở nhiệt độ thấp và đôi khi độ hòa tan thậm chí còn thấp hơn giá trị CMC nên nhiệt độ giặt cần được nâng lên phù hợp. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến giá trị CMC và kích thước mixen là khác nhau đối với chất hoạt động bề mặt ion và không ion. Đối với chất hoạt động bề mặt ion, việc tăng nhiệt độ thường làm tăng giá trị CMC và giảm kích thước mixen, điều đó có nghĩa là nồng độ chất hoạt động bề mặt trong dung dịch rửa phải tăng lên. Đối với chất hoạt động bề mặt không ion, việc tăng nhiệt độ dẫn đến giảm giá trị CMC và tăng đáng kể thể tích mixen, vì vậy rõ ràng việc tăng nhiệt độ thích hợp sẽ giúp chất hoạt động bề mặt không ion phát huy tác dụng hoạt động bề mặt của nó. . Tuy nhiên, nhiệt độ không được vượt quá điểm mây của nó.
Nói tóm lại, nhiệt độ giặt tối ưu phụ thuộc vào công thức chất tẩy rửa và vật thể được giặt. Một số chất tẩy rửa có tác dụng tẩy rửa tốt ở nhiệt độ phòng, trong khi một số chất tẩy rửa khác có tác dụng tẩy rửa khác nhau nhiều giữa giặt lạnh và giặt nóng.
③ Bọt
Người ta thường nhầm lẫn khả năng tạo bọt với tác dụng giặt, tin rằng chất tẩy rửa có khả năng tạo bọt cao sẽ có tác dụng giặt tốt. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng không có mối quan hệ trực tiếp giữa hiệu quả giặt và lượng bọt. Ví dụ, giặt bằng bột giặt ít bọt cũng không kém hiệu quả so với giặt bằng bột giặt nhiều bọt.
Mặc dù bọt không liên quan trực tiếp đến việc rửa, nhưng đôi khi nó giúp loại bỏ bụi bẩn, chẳng hạn như khi rửa bát bằng tay. Khi chà thảm, bọt xốp còn có thể lấy đi bụi bẩn và các hạt bụi bẩn rắn khác, bụi bẩn thảm chiếm tỷ lệ lớn trong bụi nên chất tẩy rửa thảm phải có khả năng tạo bọt nhất định.
Khả năng tạo bọt cũng rất quan trọng đối với dầu gội, trong đó bọt mịn do chất lỏng tạo ra trong quá trình gội đầu hoặc tắm giúp tóc có cảm giác bôi trơn và thoải mái.
④ Các loại sợi và tính chất vật lý của vật liệu dệt
Ngoài cấu trúc hóa học của sợi ảnh hưởng đến độ bám dính và loại bỏ bụi bẩn, hình thức bên ngoài của sợi và tổ chức của sợi và vải cũng ảnh hưởng đến việc dễ dàng loại bỏ bụi bẩn.
Các vảy của sợi len và các dải ruy băng phẳng cong của sợi bông có nhiều khả năng tích tụ bụi bẩn hơn các sợi mịn. Ví dụ, vết cacbon đen trên màng xenlulo (màng viscose) rất dễ loại bỏ, trong khi vết cacbon đen trên vải cotton rất khó giặt sạch. Một ví dụ khác là vải sợi ngắn làm từ polyester dễ bị tích tụ vết dầu hơn vải sợi dài và vết dầu trên vải sợi ngắn cũng khó loại bỏ hơn vết dầu trên vải sợi dài.
Sợi xoắn chặt và vải chật, do khe hở nhỏ giữa các sợi, có thể chống lại sự xâm nhập của bụi bẩn, nhưng cũng có thể ngăn nước giặt loại bỏ bụi bẩn bên trong, vì vậy vải chật bắt đầu chống bám bẩn tốt, nhưng một khi bị ố màu việc giặt giũ cũng khó khăn hơn.
⑤ Độ cứng của nước
Nồng độ Ca2+, Mg2+ và các ion kim loại khác trong nước ảnh hưởng lớn đến hiệu quả giặt rửa, đặc biệt khi chất hoạt động bề mặt anion gặp ion Ca2+, Mg2+ tạo thành muối canxi, magie kém tan và sẽ làm giảm khả năng tẩy rửa. Trong nước cứng, ngay cả khi nồng độ chất hoạt động bề mặt cao thì khả năng tẩy rửa vẫn kém hơn nhiều so với khi chưng cất. Để chất hoạt động bề mặt có tác dụng rửa sạch tốt nhất, nồng độ ion Ca2+ trong nước nên giảm xuống 1 x 10-6 mol/L (CaCO3 đến 0,1 mg/L) hoặc thấp hơn. Điều này đòi hỏi phải bổ sung nhiều chất làm mềm khác nhau vào chất tẩy rửa.
Thời gian đăng: Feb-25-2022