đóng
Chọn nơi Mạng
Toàn
Phúc lợi xã hội
Số Duyệt:12265 CỦA:trang web biên tập đăng: 2025-10-16 Nguồn:Site
Lực co trên một đơn vị chiều dài tác dụng lên bề mặt chất lỏng được gọi là sức căng bề mặt, biểu thị bằng đơn vị N·m⁻¹.
Khả năng của một chất làm giảm sức căng bề mặt của dung môi được gọi là hoạt động bề mặt và các chất thể hiện tính chất này được gọi là chất hoạt động bề mặt.
Các chất có thể liên kết trong dung dịch nước để tạo thành các mixen hoặc các tập hợp tương tự, có hoạt tính bề mặt cao và có các chức năng như làm ướt, nhũ hóa, tạo bọt và làm sạch được gọi là chất hoạt động bề mặt.
Chất hoạt động bề mặt là một nhóm các hợp chất hữu cơ có cấu trúc và tính chất độc đáo. Chúng có thể làm thay đổi đáng kể sức căng bề mặt giữa hai pha hoặc sức căng bề mặt của chất lỏng (thường là nước) và có các chức năng như làm ướt, tạo bọt, nhũ hóa và làm sạch..
Về mặt cấu trúc, tất cả các chất hoạt động bề mặt đều có chung một đặc điểm: phân tử của chúng gồm hai phần có ái lực khác nhau..
Một đầu là nhóm không phân cực chuỗi dài , tan trong dầu nhưng không tan trong nước , được gọi là nhóm kỵ nước (hay đuôi lipophilic) . Phần kỵ nước này thường là hydrocacbon chuỗi dài nhưng cũng có thể bao gồm các chuỗi florua, gốc siloxan, chứa phốt pho hoặc organotin..
Đầu còn lại là nhóm hòa tan trong nước , được gọi là nhóm ưa nước (hoặc đầu ưa nước) , phải có đủ tính ưa nước để đảm bảo rằng toàn bộ chất hoạt động bề mặt hòa tan trong nước và duy trì độ hòa tan cần thiết.
Bởi vì các phân tử chất hoạt động bề mặt chứa cả nhóm ưa nước và kỵ nước nên chúng có thể hòa tan ít nhất trong một pha của hệ chất lỏng. Ái lực kép này - vừa ưa nước vừa ưa dầu - được gọi là tính lưỡng tính.
Chất hoạt động bề mặt là các phân tử lưỡng tính có chứa cả nhóm kỵ nước và ưa nước. Nhóm kỵ nước thường bao gồm các hydrocacbon chuỗi dài, chẳng hạn như các alkyl mạch thẳng (C ₈ –C ₂₀), các alkyl phân nhánh (C ₈ –C ₂₀) hoặc các nhóm alkylphenyl (với chuỗi alkyl gồm 8–16 nguyên tử cacbon). Sự khác biệt giữa các nhóm kỵ nước chủ yếu phát sinh từ những biến đổi trong cấu trúc chuỗi hydrocarbon và tương đối nhỏ, trong khi các nhóm ưa nước khác nhau rất nhiều về loại và cấu trúc.
Do đó, tính chất của chất hoạt động bề mặt không chỉ phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của nhóm kỵ nước mà quan trọng hơn là bản chất của nhóm ưa nước . Vì nhóm ưa nước thể hiện sự đa dạng về cấu trúc hơn nên việc phân loại chất hoạt động bề mặt thường dựa trên cấu trúc và đặc tính ion của nhóm ưa nước.
Theo đó, chất hoạt động bề mặt được phân thành các loại chính sau:
Chất hoạt động bề mặt anion
Chất hoạt động bề mặt cation
Chất hoạt động bề mặt không ion
Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính (zwitterionic)
Các loại chất hoạt động bề mặt đặc biệt khác
Các phân tử chất hoạt động bề mặt là chất lưỡng tính, chứa cả nhóm ưa nước và ưa mỡ. Nước là chất lỏng có độ phân cực cao. Khi một chất hoạt động bề mặt hòa tan trong nước, dựa trên nguyên tắc hòa tan như thế - các nhóm cực hút các chất phân cực và đẩy các chất không phân cực - nhóm ưa nước tương tác với nước và hòa tan trong đó, trong khi nhóm kỵ nước bị đẩy ra khỏi pha nước.
Kết quả là, các phân tử chất hoạt động bề mặt (hoặc ion) bị hấp phụ ở bề mặt phân cách giữa hai pha, làm giảm sức căng bề mặt. Số lượng phân tử chất hoạt động bề mặt (hoặc ion) được hấp phụ ở bề mặt càng lớn thì sức căng bề mặt càng giảm.
Áp suất bề mặt:
Khi các phân tử chất hoạt động bề mặt được hấp phụ ở bề mặt phân cách không khí-lỏng, chúng tạo thành một màng hấp phụ. Nếu một tấm di động, không ma sát được đặt trên bề mặt và đẩy qua dung dịch, màng sẽ tác dụng một lực lên tấm - lực này được gọi là áp suất bề mặt.
Độ nhớt bề mặt:
Giống như áp suất bề mặt, độ nhớt bề mặt là một đặc tính được thể hiện bởi các màng phân tử không hòa tan. Nó có thể được đo bằng cách treo một sợi dây kim loại mảnh giữ một vòng bạch kim chạm vào bề mặt chất lỏng. Khi vòng bạch kim dao động, sự giảm biên độ gây ra bởi lực cản nhớt có thể được sử dụng để xác định độ nhớt bề mặt. Đầu tiên, thử nghiệm được thực hiện trên nước tinh khiết để đo độ giảm chấn tự nhiên; sau đó, độ giảm chấn được đo lại sau khi lớp màng bề mặt được hình thành. Sự khác biệt giữa hai kết quả thể hiện độ nhớt của màng bề mặt.
Độ nhớt bề mặt có liên quan chặt chẽ đến độ ổn định và độ bền của màng bề mặt. Bởi vì màng hấp phụ có cả áp suất bề mặt và độ nhớt nên nó cũng có tính đàn hồi. Áp suất bề mặt và độ nhớt càng lớn thì mô đun đàn hồi của màng càng cao. Độ đàn hồi này đóng vai trò quan trọng trong sự ổn định của bọt.
Trong dung dịch loãng, chất hoạt động bề mặt tuân theo định luật của dung dịch lý tưởng. Khi nồng độ chất hoạt động bề mặt tăng lên thì lượng hấp phụ trên bề mặt cũng tăng lên. Khi nồng độ đạt hoặc vượt quá một ngưỡng nhất định thì khả năng hấp phụ không còn tăng nữa. Các phân tử chất hoạt động bề mặt dư thừa trong dung dịch không phân tán ngẫu nhiên mà liên kết một cách có trật tự để tạo thành các tập hợp được gọi là mixen.
Nồng độ Micelle tới hạn (CMC):
Nồng độ chất hoạt động bề mặt thấp nhất trong dung dịch mà tại đó các mixen bắt đầu hình thành được gọi là Nồng độ Micelle tới hạn (CMC).
CMC thay đổi tùy theo loại chất hoạt động bề mặt, cấu trúc phân tử và điều kiện dung dịch (nhiệt độ, hàm lượng chất điện phân, v.v.). Nhìn chung, chất hoạt động bề mặt ion có giá trị CMC thấp hơn chất hoạt động bề mặt không ion, cho thấy sự hình thành mixen dễ dàng hơn.
HLB là tên viết tắt của Hydrophile–Lipophile Balance , thể hiện sự cân bằng tương đối giữa phần ưa nước và phần ưa mỡ của một phân tử chất hoạt động bề mặt. Nói cách khác, giá trị HLB cho biết mức độ ưa nước hoặc ưa mỡ của chất hoạt động bề mặt.
Giá trị HLB cao có nghĩa là phân tử ưa nước hơn và ít ưa mỡ hơn , trong khi giá trị HLB thấp biểu thị tính ưa nước mạnh hơn và tính ưa nước yếu hơn.
Giá trị HLB là một thang đo tương đối . Để thiết lập thang đo này, parafin (không có đặc tính ưa nước) được gán giá trị HLB là 0, trong khi natri dodecyl sunfat (có khả năng hòa tan cao trong nước) được gán giá trị HLB là 40. Vì vậy, chất hoạt động bề mặt thường có giá trị HLB trong khoảng từ 1–40.
Tiêu biểu:
Các chất hoạt động bề mặt có HLB < 10 được coi là ưa mỡ và phù hợp với hệ thống W/O (nước trong dầu) .
Các chất hoạt động bề mặt có HLB > 10 là chất ưa nước , thích hợp cho hệ thống O/W (dầu trong nước) .
Điểm chuyển tiếp giữa tính ưa mỡ và tính ưa nước xảy ra ở khoảng HLB = 10.
Dựa trên giá trị HLB, các ứng dụng tiềm năng của chất hoạt động bề mặt có thể được ước tính gần đúng như minh họa dưới đây.
Bảng 1-3 Phạm vi HLB và các ứng dụng tương ứng
Phạm vi giá trị HLB | Ứng dụng điển hình | Phạm vi giá trị HLB | Ứng dụng điển hình |
1,5–3 | Chất khử bọt loại W/O | 8–18 | Chất nhũ hóa loại O/W |
3,5–6 | Chất nhũ hóa loại W/O | 13–15 | chất tẩy rửa |
7–9 | Chất làm ướt | 15–18 | chất hòa tan |
Từ bảng này, có thể thấy rằng các chất hoạt động bề mặt thích hợp cho chất nhũ hóa nước trong dầu (W/O) có giá trị HLB là 3,5–6 , trong khi các chất hoạt động bề mặt thích hợp cho chất nhũ hóa dầu trong nước (O/W) có giá trị HLB là 8–18..
(Ở đây bỏ qua các phương pháp xác định giá trị HLB.)
Khi hai chất lỏng không thể trộn lẫn được trộn lẫn và một chất được phân tán trong chất kia dưới dạng giọt mịn hoặc tinh thể lỏng, hệ thống thu được được gọi là nhũ tương . .
Vì diện tích bề mặt tiếp xúc giữa hai chất lỏng tăng đáng kể trong quá trình nhũ hóa, hệ thống như vậy không ổn định về mặt nhiệt động . Để ổn định nó, thành phần thứ ba - chất nhũ hóa - phải được thêm vào để giảm năng lượng bề mặt.
Chất nhũ hóa là một loại chất hoạt động bề mặt và chức năng chính của chúng là thúc đẩy và ổn định quá trình nhũ hóa. Trong nhũ tương, pha phân tán (hoặc pha bên trong/không liên tục) là chất lỏng tồn tại dưới dạng giọt, trong khi môi trường phân tán (hoặc pha bên ngoài/liên tục) là chất lỏng tạo thành môi trường xung quanh.
Nhũ tương thông thường bao gồm một pha nước (nước hoặc dung dịch nước) và một pha khác của các chất hữu cơ không thể trộn lẫn với nước, chẳng hạn như dầu hoặc sáp. .
Tùy thuộc vào kiểu phân tán, nhũ tương có thể được phân loại thành:
Nhũ tương dầu trong nước (O/W): Các giọt dầu được phân tán trong nước.
Nhũ tương nước trong dầu (W/O): Các giọt nước được phân tán trong dầu.
Nhiều nhũ tương: Các hệ phức tạp hơn như W/O/W (nước trong dầu trong nước) hoặc O/W/O (dầu trong nước trong dầu) cũng có thể được hình thành.
Chất nhũ hóa ổn định nhũ tương bằng cách giảm sức căng bề mặt và hình thành màng bề mặt đơn phân tử giữa hai pha.
Yêu cầu đối với chất nhũ hóa hiệu quả
Để nhũ hóa thành công, chất nhũ hóa phải đáp ứng các điều kiện sau:
Một. Hấp phụ tại bề mặt phân cách: Chất nhũ hóa phải có khả năng hấp phụ hoặc tập trung tại bề mặt phân cách giữa hai pha, do đó làm giảm sức căng bề mặt.
b. Ổn định các giọt: Chất nhũ hóa phải truyền điện tích cho các giọt để tạo ra lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt hoặc tạo thành một lớp màng bảo vệ có độ nhớt cao xung quanh mỗi giọt để ngăn chặn sự kết tụ.
Do đó, chỉ những chất chứa cả nhóm ưa nước và nhóm kỵ nước - tức là các phân tử lưỡng tính - mới có thể đóng vai trò là chất nhũ hóa hiệu quả. Chất hoạt động bề mặt đáp ứng yêu cầu về cấu trúc này và là chất nhũ hóa phổ biến và hiệu quả nhất.
Có hai phương pháp chính để chuẩn bị nhũ tương:
Phương pháp phân tán cơ học: Phương
pháp này liên quan đến việc sử dụng lực cơ học để phân tán chất lỏng này sang chất lỏng khác dưới dạng hạt mịn. Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất trong các ứng dụng công nghiệp.
Phương pháp giải pháp phân tử:
Trong phương pháp này, một chất lỏng trước tiên được hòa tan trong một chất lỏng khác ở cấp độ phân tử và sau đó được tạo ra để tổng hợp trong các điều kiện thích hợp để tạo thành nhũ tương.
Tính ổn định của nhũ tương
Độ ổn định của nhũ tương đề cập đến khả năng chống lại sự kết tụ của giọt nước và sự tách pha.
Vì nhũ tương là hệ thống không ổn định về mặt nhiệt động với năng lượng tự do tương đối cao, nên cái gọi là 'độ ổn định' thực sự mô tả thời gian cần thiết để hệ thống đạt đến trạng thái cân bằng , tức là thời gian trước khi xảy ra sự phân tách pha.
Khi các phân tử hữu cơ phân cực như rượu béo, axit béo hoặc amin béo có mặt trong màng giao thoa, độ bền màng tăng lên đáng kể. .
Điều này xảy ra do các phân tử chất hoạt động bề mặt tương tác với các hợp chất phân cực này để tạo thành phức hợp tại bề mặt phân cách, giúp tăng cường độ bền của màng giao diện.
Chất nhũ hóa hỗn hợp
Khi chất nhũ hóa bao gồm hai hoặc nhiều chất hoạt động bề mặt , nó được gọi là chất nhũ hóa hỗn hợp. .
Tại bề mặt tiếp xúc dầu-nước, các phân tử chất hoạt động bề mặt khác nhau tương tác với nhau để tạo thành các cấu trúc phức tạp , làm giảm đáng kể sức căng bề mặt, tăng khả năng hấp phụ chất hoạt động bề mặt tại bề mặt và tạo ra màng bề mặt dày đặc hơn, mạnh hơn , do đó cải thiện độ ổn định.
Ảnh hưởng của phí giọt
Điện tích của các giọt nhũ tương có ảnh hưởng đáng kể đến độ ổn định.
Trong nhũ tương ổn định, các giọt thường mang điện tích. Khi sử dụng chất hoạt động bề mặt ion , các nhóm kỵ nước của chúng nhúng vào pha dầu trong khi các nhóm ưa nước của chúng vẫn ở trong pha nước, làm cho các giọt trở nên tích điện.
Vì tất cả các giọt đều mang điện tích như nhau nên chúng đẩy nhau bằng tĩnh điện , ngăn chặn sự kết tụ và cải thiện độ ổn định.
Số lượng ion chất hoạt động bề mặt bị hấp phụ trên bề mặt giọt càng lớn thì mật độ điện tích càng cao và khả năng chống kết tụ càng mạnh - dẫn đến hệ thống nhũ tương ổn định hơn.
Ảnh hưởng của độ nhớt của môi trường phân tán
Độ nhớt của pha liên tục cũng ảnh hưởng đến độ ổn định nhũ tương.
Nói chung, độ nhớt cao hơn của môi trường phân tán dẫn đến độ ổn định cao hơn vì nó ngăn chặn chuyển động Brown của các giọt và giảm va chạm của chúng.
Các polyme hòa tan trong nhũ tương có thể làm tăng độ nhớt và do đó tăng cường độ ổn định. Ngoài ra, các polyme có thể tạo thành các màng giao thoa mạnh , giúp ổn định hệ thống hơn nữa.
Tác dụng của hạt rắn
Trong một số trường hợp, việc thêm bột rắn cũng có thể giúp ổn định nhũ tương.
Việc các hạt này cư trú trong pha nước, pha dầu hay ở bề mặt phân cách đều phụ thuộc vào khả năng thấm ướt của chúng bởi dầu và nước.
Nếu các hạt rắn được làm ướt bởi cả nước và dầu ở mức độ thích hợp, chúng sẽ tích tụ ở bề mặt tiếp xúc dầu-nước , tăng cường độ ổn định.
Cơ chế ổn định của các hạt rắn tương tự như cơ chế của các phân tử chất hoạt động bề mặt - bằng cách hình thành một lớp giao diện chắc chắn, nhỏ gọn , chúng tăng cường màng giao diện. Các hạt
càng dày đặc ở bề mặt phân cách thì nhũ tương càng ổn định.
Hòa tan
Sau khi hình thành các mixen trong dung dịch nước, chất hoạt động bề mặt thể hiện khả năng vượt trội trong việc tăng khả năng hòa tan của các chất hữu cơ mà mặt khác không hòa tan hoặc chỉ tan ít trong nước.
Ở giai đoạn này, dung dịch trở nên trong suốt và hiện tượng này được gọi là hiện tượng hòa tan.
Các chất hoạt động bề mặt có khả năng tạo ra hiệu ứng này được gọi là chất hòa tan , trong khi các hợp chất hữu cơ hòa tan trong các mixen được gọi là chất hòa tan..
Bọt đóng vai trò quan trọng trong quá trình làm sạch và giặt giũ.
Bọt là một hệ phân tán trong đó khí được phân tán trong môi trường lỏng hoặc rắn. Khí là pha phân tán , còn chất lỏng hoặc chất rắn là môi trường phân tán . Khi môi trường ở dạng lỏng, hệ thống này được gọi là bọt lỏng ; khi nó ở dạng rắn, nó được gọi là bọt rắn , ví dụ như nhựa xốp, thủy tinh xốp và bê tông bọt.
Loại bọt được thảo luận ở đây đề cập đến sự kết hợp của các bong bóng khí được ngăn cách bởi các màng chất lỏng mỏng. .
Bởi vì pha phân tán (khí) và môi trường phân tán (chất lỏng) khác nhau rất nhiều về mật độ và chất lỏng thường có độ nhớt thấp, bọt khí nhanh chóng nổi lên trên bề mặt chất lỏng.
Quá trình hình thành bọt liên quan đến việc đưa một lượng lớn khí vào chất lỏng. Trong khi hầu hết các bong bóng nhanh chóng thoát ra khỏi bề mặt, một phần khí vẫn bị giữ lại tạm thời, tạo thành một cụm bong bóng được ngăn cách bởi các màng chất lỏng mỏng..
Bọt thể hiện hai đặc điểm cấu trúc đáng chú ý:
Hình dạng bong bóng đa diện:
Bọt khí trong bọt thường có dạng đa diện. Điều này xảy ra vì tại những điểm mà các bong bóng giao nhau, màng chất lỏng có xu hướng mỏng đi, buộc các bong bóng trở thành đa diện. Khi màng chất lỏng trở nên quá mỏng, bong bóng sẽ vỡ ra.
Cần nhiều thành phần:
Chất lỏng nguyên chất không thể tạo bọt ổn định. Tạo bọt đòi hỏi một hệ thống có hai thành phần trở lên. .
Dung dịch chất hoạt động bề mặt dạng nước là hệ thống tạo bọt điển hình và khả năng tạo bọt của chúng có liên quan chặt chẽ đến các đặc tính khác như sức căng bề mặt và độ nhớt.
Chất tạo bọt và chất ổn định bọt
Chất hoạt động bề mặt có khả năng tạo bọt mạnh được gọi là chất tạo bọt. .
Mặc dù chất tạo bọt có thể dễ dàng tạo ra bọt nhưng bọt tạo thành có thể không nhất thiết phải ổn định hoặc lâu dài.
Để duy trì độ ổn định của bọt, chất ổn định bọt thường được thêm vào. Những chất này giúp tăng độ nhớt và độ bền của màng chất lỏng bao quanh bong bóng, giúp chúng không bị xẹp xuống.
Chất ổn định bọt phổ biến bao gồm:
Dầu dừa dietanolamid (lauric dietanolamid)
Lauryldimethylamine oxit
Bọt là một hệ thống không ổn định về mặt nhiệt động . Theo thời gian, xu hướng tự nhiên của nó là các bong bóng sẽ xẹp xuống, làm giảm tổng diện tích bề mặt của chất lỏng và do đó làm giảm năng lượng tự do của hệ thống.
Quá trình khử bọt liên quan đến việc làm mỏng đi và cuối cùng vỡ màng chất lỏng ngăn cách các bong bóng khí. Do đó, độ ổn định của bọt chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ thoát chất lỏng và độ bền của màng chất lỏng . Các yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến độ ổn định của bọt, như được mô tả dưới đây.
① Sức căng bề mặt
Từ góc độ năng lượng, sức căng bề mặt thấp tạo điều kiện cho sự hình thành bọt vì nó tạo điều kiện cho việc tạo bong bóng; tuy nhiên, nó không đảm bảo độ ổn định của bọt.
Khi sức căng bề mặt thấp, chênh lệch áp suất trên màng nhỏ, làm chậm quá trình thoát chất lỏng và giảm tốc độ làm mỏng của màng - do đó góp phần ổn định bọt.
② Độ nhớt bề mặt
Yếu tố chính quyết định độ ổn định của bọt là độ bền của màng , chủ yếu bị chi phối bởi độ cứng của lớp hấp phụ bề mặt , được đo bằng độ nhớt bề mặt . .
Các thí nghiệm cho thấy rằng các dung dịch có độ nhớt bề mặt cao hơn sẽ tạo ra bọt bền lâu hơn. .
Điều này là do tương tác giữa các phân tử mạnh hơn giữa các phân tử chất hoạt động bề mặt trong màng hấp phụ làm tăng độ bền của màng, do đó kéo dài tuổi thọ của bọt.
③ Độ nhớt của dung dịch
Khi độ nhớt lớn của chất lỏng tăng lên, việc thoát chất lỏng ra khỏi màng trở nên khó khăn hơn.
Kết quả là màng mỏng chậm hơn, trì hoãn hiện tượng vỡ và cải thiện độ ổn định của bọt.
④ 'Phục hồi' Tác dụng của sức căng bề mặt
Các phân tử chất hoạt động bề mặt được hấp phụ trên bề mặt màng chất lỏng có thể chống lại sự thay đổi diện tích bề mặt của màng - một đặc tính được gọi là hiệu ứng phục hồi.
Khi màng giãn nở, nồng độ bề mặt của các phân tử chất hoạt động bề mặt giảm, làm tăng sức căng bề mặt ; do đó việc mở rộng hơn nữa đòi hỏi nhiều công việc hơn.
Ngược lại, khi bề mặt co lại, nồng độ bề mặt của các phân tử chất hoạt động bề mặt tăng lên, làm giảm sức căng bề mặt , cản trở sự co lại thêm.
Sự cân bằng động này giúp duy trì độ đàn hồi và tính toàn vẹn của màng xốp.
⑤ Khuếch tán khí qua phim
Do áp suất mao dẫn nên áp suất bên trong của bong bóng nhỏ cao hơn áp suất bên trong của bong bóng lớn.
Điều này làm cho khí từ các bong bóng nhỏ hơn khuếch tán qua màng chất lỏng thành các bong bóng lớn hơn , dẫn đến sự phát triển của các bong bóng lớn và sự biến mất của các bong bóng nhỏ - cuối cùng gây ra sự sụp đổ của bọt.
Khi có chất hoạt động bề mặt , bọt sẽ trở nên mịn hơn và đồng đều hơn và quá trình khử bọt bị ức chế.
Điều này là do các phân tử chất hoạt động bề mặt tạo thành một lớp dày đặc, nhỏ gọn trên bề mặt màng, cản trở sự khuếch tán khí và do đó tăng cường độ ổn định của bọt..
⑥ Ảnh hưởng của điện tích bề mặt
Nếu màng xốp mang điện tích cùng dấu thì hai bề mặt của màng sẽ đẩy nhau , ngăn ngừa hiện tượng mỏng và vỡ.
Chất hoạt động bề mặt ion có thể mang lại hiệu quả ổn định tĩnh điện này.
Bản tóm tắt
Tóm lại, độ bền của màng là yếu tố chính quyết định độ ổn định của bọt.
Đối với các chất hoạt động bề mặt đóng vai trò là chất tạo bọt và chất ổn định bọt , độ nén và độ cứng của lớp phân tử bị hấp phụ là rất quan trọng.
Khi tương tác giữa các phân tử bị hấp phụ mạnh thì sự sắp xếp phân tử chặt chẽ dẫn đến:
Màng bề mặt chắc chắn hơn với độ bền cơ học cao hơn;
Độ nhớt bề mặt cao hơn , làm chậm quá trình thoát chất lỏng và duy trì độ dày màng;
Giảm tính thấm khí , giúp tăng cường hơn nữa độ ổn định của bọt.
Do đó, màng hấp phụ chất hoạt động bề mặt được đóng gói chặt chẽ và đàn hồi mang lại bọt ổn định, lâu dài - một đặc tính thiết yếu trong nhiều công thức làm sạch và công nghiệp.
Nguyên tắc cơ bản của việc phá hủy bọt là thay đổi các điều kiện tạo bọt hoặc loại bỏ các yếu tố ổn định bọt. .
Theo đó, có hai phương pháp khử bọt chính : vật lý và hóa học..
① Khử bọt vật lý
Khử bọt vật lý liên quan đến việc thay đổi các điều kiện thuận lợi cho sự hình thành bọt mà không làm thay đổi thành phần hóa học của dung dịch tạo bọt.
Các phương pháp vật lý hiệu quả bao gồm:
Rối loạn cơ học hoặc kích động
Sự thay đổi nhiệt độ
Điều chỉnh áp suất
Xử lý siêu âm
Những kỹ thuật này phá vỡ cấu trúc bọt, đẩy nhanh quá trình kết tụ và vỡ bong bóng, từ đó loại bỏ bọt.
② Khử bọt bằng hóa chất
Khử bọt bằng hóa chất liên quan đến việc thêm một số chất tương tác với chất tạo bọt , làm suy yếu màng chất lỏng và giảm độ ổn định của bọt.
Những chất như vậy được gọi là chất khử bọt (chất chống tạo bọt).
Hầu hết các chất khử bọt là chất hoạt động bề mặt có thể lan truyền nhanh chóng trên bề mặt bọt, làm giảm sức căng bề mặt và làm mất ổn định màng.
Theo cơ chế khử bọt, chất khử bọt hiệu quả cần có:
Khả năng giảm sức căng bề mặt mạnh mẽ,
Hoạt tính bề mặt cao với khả năng hấp phụ dễ dàng ở bề mặt và
Tương tác giữa các phân tử yếu giữa các phân tử bị hấp phụ, dẫn đến lớp phân tử bị đóng gói lỏng lẻo.
Các loại chất khử bọt phổ biến
Mặc dù nhiều chất có thể hoạt động như chất khử bọt, hầu hết là chất hoạt động bề mặt không ion. .
Chất hoạt động bề mặt không ion thể hiện đặc tính chống tạo bọt gần hoặc trên điểm vẩn đục của chúng và do đó thường được sử dụng làm chất khử bọt.
Các chất khử bọt điển hình bao gồm:
Rượu , đặc biệt là rượu mạch nhánh
Axit béo và este của axit béo
Polyamit
Este photphat
Dầu silicone (silicon)
Các hợp chất này làm giảm sức căng bề mặt một cách hiệu quả, phá vỡ tính đàn hồi của màng và thúc đẩy sự sụp đổ bong bóng nhanh chóng, đạt được hiệu suất khử bọt hiệu quả và lâu dài.
Bọt và hiệu quả giặt không liên quan trực tiếp - lượng bọt không nhất thiết cho thấy hiệu quả làm sạch.
Ví dụ, chất hoạt động bề mặt không ion tạo ra ít bọt hơn nhiều so với xà phòng, tuy nhiên khả năng tẩy rửa (khả năng làm sạch) của chúng thường vượt trội hơn.
Tuy nhiên, trong một số điều kiện nhất định, bọt có thể hỗ trợ loại bỏ chất bẩn .
. Ví dụ:
Trong quá trình rửa bát đĩa tại nhà , bọt giúp cuốn đi những giọt dầu bám trên bề mặt.
Khi làm sạch thảm , bọt giúp loại bỏ bụi, bột và các chất gây ô nhiễm rắn khác.
Ngoài ra, bọt đôi khi có thể đóng vai trò là chỉ báo trực quan về tiến trình làm sạch:
Ức chế bọt bằng đất dầu: Các chất ô nhiễm nhờn ức chế sự tạo bọt. Khi có quá nhiều dầu hoặc không đủ chất tẩy rửa, có ít hoặc không có bọt, hoặc bọt hiện có bị xẹp xuống - báo hiệu rằng cần nhiều chất tẩy rửa hơn.
Bọt làm chỉ báo xả: Trong quá trình xả, lượng bọt giảm khi chất tẩy rửa còn sót lại được loại bỏ. Do đó, lượng bọt có thể được sử dụng để ước tính mức độ hoàn thành của quá trình giặt hoặc giũ..
Tóm lại, mặc dù bản thân bọt không trực tiếp tăng cường khả năng tẩy rửa nhưng nó có thể hỗ trợ làm sạch một cách cơ học và đóng vai trò như một chỉ số thực tế về hiệu quả giặt và giũ.
Theo nghĩa rộng, rửa đề cập đến quá trình loại bỏ các thành phần không mong muốn khỏi đồ vật để đạt được mục đích cụ thể.
Theo nghĩa thông thường, nó có nghĩa là loại bỏ bụi bẩn hoặc đất bám trên bề mặt chất nền (vật liệu được làm sạch).
Trong quá trình giặt, các chất hóa học như chất tẩy rửa có tác dụng làm suy yếu hoặc loại bỏ sự tương tác giữa đất và chất nền. Điều này biến đổi liên kết giữa đất và chất nền thành liên kết giữa đất và chất tẩy rửa , cho phép đất tách ra khỏi chất nền.
Bởi vì cả chất nền và loại đất đều khác nhau nên quá trình rửa là một quá trình lý hóa phức tạp . .
Cơ chế cơ bản của quá trình rửa có thể được biểu diễn bằng mối quan hệ đơn giản sau:
Điều này cho thấy chất tẩy rửa thay thế chất nền làm đối tác liên kết của đất, loại bỏ nó một cách hiệu quả.
Các giai đoạn của quá trình giặt
Quá trình giặt thường diễn ra theo hai giai đoạn chính :
Tách:
Dưới tác dụng của chất tẩy rửa, đất tách ra khỏi chất nền.
Phân tán và huyền phù:
Đất tách ra được phân tán và lơ lửng trong môi trường rửa (thường là nước).
Tuy nhiên, quá trình rửa là một quá trình có thể đảo ngược. .
Các hạt đất phân tán hoặc lơ lửng đôi khi có thể lắng đọng lại trên bề mặt đã được làm sạch.
Do đó, chất tẩy rửa hiệu quả không chỉ phải có khả năng loại bỏ đất mạnh khỏi bề mặt mà còn phải có khả năng phân tán , huyền phù tốt và đặc tính chống lắng đọng để ngăn đất quay trở lại bề mặt đã được làm sạch.
Ngay cả đối với cùng một loại vật thể, loại, thành phần và lượng đất có thể khác nhau rất nhiều tùy thuộc vào môi trường sử dụng.
Đất dầu chủ yếu bao gồm dầu động thực vật và dầu khoáng (như dầu thô, dầu nhiên liệu và nhựa than đá).
Đất rắn bao gồm chủ yếu là bồ hóng, bụi, rỉ sét và muội than.
Đối với hàng dệt may , đất có thể có nguồn gốc từ nhiều nguồn khác nhau:
Cơ thể con người: mồ hôi, bã nhờn và máu.
Thực phẩm: vết trái cây, dầu ăn, nước sốt và cặn tinh bột.
Mỹ phẩm: son môi, sơn móng tay, v.v.
Nguồn khí quyển: khói, bụi và bùn.
Những thứ khác: mực, trà, sơn, v.v.
Tóm lại, đất rất đa dạng về chủng loại và thành phần.
Nói chung, đất có thể được chia thành ba loại chính : đất rắn , , đất lỏng và đất đặc biệt..
① Đất rắn
Các loại đất rắn phổ biến bao gồm bụi, bùn, đất sét, rỉ sét và các hạt cacbon đen.
Hầu hết các hạt này mang điện tích , thường âm , khiến chúng dễ dàng hấp phụ vào sợi hoặc bề mặt. .
Đất rắn thường không tan trong nước , nhưng có thể bị phân tán và lơ lửng bằng dung dịch tẩy rửa.
Các hạt đất càng nhỏ thì càng khó loại bỏ.
② Đất lỏng
Đất lỏng thường hòa tan trong dầu , bao gồm dầu động vật và thực vật, axit béo, rượu béo, dầu khoáng và các dẫn xuất bị oxy hóa của chúng..
Dầu động vật và thực vật, cũng như axit béo, có thể trải qua phản ứng xà phòng hóa với kiềm.
Tuy nhiên, rượu béo và dầu khoáng không xà phòng hóa nhưng có thể hòa tan trong các dung môi hữu cơ như rượu, ete và hydrocarbon, đồng thời có thể được nhũ hóa và phân tán bằng dung dịch tẩy rửa.
Đất lỏng hòa tan trong dầu có xu hướng bám dính mạnh vào sợi và do đó khó loại bỏ hơn.
③ Đất đặc biệt
Các loại đất đặc biệt bao gồm protein, tinh bột, máu, dịch tiết của con người (như mồ hôi, bã nhờn và nước tiểu), cũng như nước ép trái cây, vết trà , v.v.
Những loại đất này thường liên kết chặt chẽ với các sợi thông qua các tương tác hóa học , khiến chúng khó làm sạch hơn.
Trong thực tế, các loại đất khác nhau hiếm khi tồn tại đơn lẻ - chúng thường trộn lẫn với nhau và hấp phụ đồng thời trên bề mặt vật thể.
Hơn nữa, dưới tác động của môi trường, đất có thể trải qua quá trình oxy hóa, phân hủy hoặc phân hủy , dẫn đến hình thành các chất gây ô nhiễm mới thậm chí còn khó loại bỏ hơn.
Quần áo, da và các bề mặt khác bị bẩn do có sự tương tác giữa đất và bề mặt. .
Độ bám dính của đất có thể được chia thành bám dính vật lý và bám dính hóa học.
① Độ bám dính vật lý
Độ bám dính vật lý xảy ra khi các hạt như bồ hóng, bụi, bùn và muội than bám vào vải hoặc bề mặt.
Nhìn chung, loại bám dính này có lực tương đối yếu nên dễ dàng loại bỏ hơn so với bám dính hóa học.
Tùy thuộc vào bản chất của các lực liên quan, độ bám dính vật lý có thể được phân loại thành độ bám dính cơ học và độ bám dính tĩnh điện..
A. Độ bám dính cơ học
Loại này chủ yếu đề cập đến sự gắn kết của các hạt rắn (như bụi và cát) với bề mặt.
Đây là dạng bám dính yếu nhất và các loại đất như vậy thường có thể được loại bỏ bằng các biện pháp cơ học đơn giản (ví dụ, lắc hoặc chải).
Tuy nhiên, khi các hạt đất rất nhỏ (dưới 0,1 μm), chúng khó bị loại bỏ hơn nhiều do diện tích bề mặt cao và lực hút vật lý mạnh hơn.
B. Độ bám dính tĩnh điện
Độ bám dính tĩnh điện xảy ra khi các hạt đất tích điện bị hút vào các bề mặt mang điện tích trái dấu . .
Hầu hết các vật liệu dạng sợi trở nên tích điện âm trong nước và do đó dễ dàng thu hút các hạt tích điện dương , chẳng hạn như vôi (CaO, CaCO₃).
Một số loại đất tích điện âm, như các hạt cacbon đen trong dung dịch nước, vẫn có thể bám vào các sợi thông qua các cầu ion - nơi các ion dương (ví dụ Ca² ⁺, Mg 2 ⁺) liên kết các vị trí tích điện trái dấu trên đất và chất nền.
Độ bám dính tĩnh điện mạnh hơn độ bám dính cơ học đơn giản và do đó các vết bẩn như vậy khó loại bỏ hơn.
② Kết dính hóa học
Độ bám dính hóa học đề cập đến sự liên kết của đất với bề mặt thông qua liên kết hóa học hoặc liên kết hydro. .
Ví dụ bao gồm đất phân cực, protein và rỉ sét , bám dính mạnh vào vật liệu dạng sợi.
Sợi thường chứa các nhóm cacboxyl, hydroxyl và amit , có thể tạo liên kết hydro với các axit béo và rượu béo có trong đất dầu.
Vì lực liên kết hóa học tương đối mạnh nên các chất bẩn bám theo cách này sẽ bám chắc và khó loại bỏ bằng cách giặt thông thường .
. Thường cần phải có các phương pháp làm sạch đặc biệt hoặc xử lý bằng hóa chất.
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền bám dính của đất
Mức độ bám dính phụ thuộc vào cả bản chất của đất và đặc điểm của bề mặt mà nó bám vào.
Kích thước hạt: Các hạt rắn nhỏ hơn bám dính chặt hơn vào bề mặt.
Loại bề mặt: Đất dạng hạt có xu hướng bám dính dễ dàng hơn vào vật liệu dạng sợi.
Tính phân cực: Trên các bề mặt ưa nước (ví dụ như bông, thủy tinh), đất phân cực bám dính mạnh hơn đất không phân cực.
Đất gốc dầu: Các loại đất không phân cực (ví dụ, các chất nhờn hoặc dầu mỡ) thường có độ bám dính mạnh hơn các loại đất phân cực như bụi hoặc đất sét, và do đó khó loại bỏ hơn.
Mục tiêu chính của việc rửa là loại bỏ đất và chất gây ô nhiễm. .
Trong môi trường ở nhiệt độ nhất định (thường là nước ), tác động hóa lý của chất tẩy rửa được sử dụng để làm suy yếu hoặc loại bỏ sự tương tác giữa đất và chất nền (vật liệu bẩn).
Dưới tác động của các lực cơ học - chẳng hạn như chà xát bằng tay, khuấy trong máy giặt hoặc dòng nước - đất tách ra khỏi bề mặt, đạt được mục đích làm sạch.
A. Làm ướt
Hầu hết các loại đất lỏng là chất gây ô nhiễm dạng dầu .
Dầu có thể dễ dàng làm ướt và lan ra hầu hết các bề mặt dệt, tạo thành màng dầu mỏng trên sợi.
Do đó, bước đầu tiên của quá trình giặt là làm ướt bề mặt bằng dung dịch tẩy rửa. .
Để đơn giản, bề mặt sợi có thể được coi là một bề mặt rắn mịn , trong đó chất tẩy rửa làm giảm sức căng bề mặt của nước, cho phép chất lỏng giặt lan tỏa và thẩm thấu hiệu quả hơn.
B. Cơ chế tách và cuộn lên
Bước thứ hai là loại bỏ màng dầu , xảy ra thông qua cơ chế cuộn lên. .
Ban đầu, dầu tồn tại dưới dạng một màng mỏng liên tục trải trên bề mặt rắn.
Vì dung dịch tẩy rửa ưu tiên làm ướt bề mặt rắn (sợi) , nên màng dầu co lại dần dần thành các giọt. .
Những giọt dầu này sau đó bị chất lỏng giặt dịch chuyển và dưới lực khuấy hoặc lực cắt cơ học, chúng tách ra hoàn toàn khỏi bề mặt và bị môi trường giặt mang đi.
② Cơ chế loại bỏ đất rắn
Không giống như việc loại bỏ đất lỏng (dầu), chủ yếu phụ thuộc vào việc làm ướt bề mặt nền bằng chất lỏng rửa, việc loại bỏ đất rắn tuân theo một cơ chế hơi khác.
Trong quá trình rửa, quy trình quan trọng liên quan đến việc làm ướt cả các hạt đất và bề mặt chất nền bằng dung dịch tẩy rửa.
Chất hoạt động bề mặt được hấp phụ trên bề mặt của cả hạt đất rắn và chất nền , do đó làm giảm sự tương tác bề mặt giữa chúng.
Sự hấp phụ này làm giảm cường độ bám dính của các hạt đất trên nền, khiến đất dễ tách ra và loại bỏ hơn.
Vai trò của hiệu ứng tĩnh điện
Hơn nữa, chất hoạt động bề mặt, đặc biệt là chất hoạt động bề mặt ion , có thể ảnh hưởng đáng kể đến thế năng bề mặt của cả hạt đất rắn và chất nền.
Trong môi trường nước, hầu hết các chất rắn và bề mặt dạng sợi đều mang điện tích âm , tạo thành các lớp kép khuếch tán xung quanh bề mặt của chúng.
Vì các điện tích cùng dấu đẩy nhau nên lực đẩy tĩnh điện này làm suy yếu độ bám dính giữa các hạt đất và bề mặt.
Khi các chất hoạt động bề mặt anion được thêm vào, chúng sẽ làm tăng thêm điện thế bề mặt âm của cả hạt đất và chất nền.
Kết quả là lực đẩy giữa chúng tăng lên, cường độ bám dính giảm và đất dễ bị loại bỏ hơn..
Các chất hoạt động bề mặt không ion
Chất hoạt động bề mặt không ion cũng có thể hấp phụ trên bề mặt rắn tích điện, mặc dù chúng không làm thay đổi đáng kể điện thế bề mặt.
Tuy nhiên, lớp không ion bị hấp phụ có thể tạo thành một màng bảo vệ có độ dày có thể đo được, giúp ngăn ngừa sự tái lắng đọng của đất tách ra trên bề mặt đã được làm sạch.
Chất hoạt động bề mặt cation
Ngược lại, chất hoạt động bề mặt cation có xu hướng làm giảm hoặc trung hòa điện thế bề mặt âm của cả hạt đất và chất nền.
Điều này làm giảm lực đẩy tĩnh điện và tăng khả năng tái bám dính , điều này không thuận lợi cho việc loại bỏ bụi bẩn. .
Hơn nữa, một khi chất hoạt động bề mặt cation bị hấp phụ, chúng có thể làm cho bề mặt kỵ nước , làm giảm khả năng thấm ướt và do đó làm giảm hiệu quả giặt..
③ Loại bỏ các loại đất đặc biệt
Các loại đất như protein, tinh bột, chất tiết của con người, nước ép trái cây và vết trà rất khó loại bỏ chỉ bằng chất hoạt động bề mặt thông thường và do đó cần có các phương pháp xử lý đặc biệt..
Đất giàu đạm
Các loại đất có nguồn gốc từ protein - chẳng hạn như kem, trứng, máu, sữa và các chất tiết từ da - có xu hướng đông lại và biến tính khi tiếp xúc với các sợi, tạo thành các cặn bám dính mạnh . .
Chúng có thể được loại bỏ một cách hiệu quả bằng cách sử dụng các enzyme phân giải protein (protease) , xúc tác quá trình thủy phân protein trong đất thành các axit amin hòa tan trong nước hoặc các peptide nhỏ , cho phép chúng bị cuốn trôi.
Đất tinh bột
Đất tinh bột có nguồn gốc chủ yếu từ các nguồn thực phẩm, chẳng hạn như nước thịt, bột nhão hoặc nước sốt. .
Enzyme Amylase có thể xúc tác quá trình thủy phân tinh bột thành các phân tử đường nhỏ hơn , từ đó tạo điều kiện loại bỏ chúng trong quá trình rửa.
Đất béo
Enzym lipase được sử dụng để xúc tác quá trình phân hủy các loại đất có chứa chất béo trung tính , thường khó loại bỏ bằng các phương pháp thông thường.
Chúng bao gồm bã nhờn, dầu ăn và chất béo .
Lipase phân hủy chất béo trung tính thành glycerol và axit béo , cả hai đều hòa tan hơn và có thể dễ dàng loại bỏ bằng chất tẩy rửa.
Vết bẩn màu và sắc tố
Một số vết bẩn có màu nhất định - chẳng hạn như vết bẩn từ nước ép trái cây, trà, mực hoặc son môi - thường khó loại bỏ hoàn toàn, ngay cả sau khi rửa nhiều lần.
Những vết bẩn này có thể được xử lý bằng cách sử dụng các chất oxy hóa hoặc chất khử (ví dụ: bột tẩy trắng, hydro peroxide hoặc natri dithionite), gây ra phản ứng oxy hóa khử phá hủy các nhóm mang màu và phụ trợ trong các phân tử màu.
Phản ứng này làm phân hủy các sắc tố thành các hợp chất nhỏ hơn, hòa tan trong nước , giúp loại bỏ chúng.
Các cơ chế giặt được thảo luận ở trên chủ yếu đề cập đến giặt bằng nước , trong đó nước đóng vai trò là phương tiện làm sạch. .
Tuy nhiên, do sự khác biệt về loại và cấu trúc của vải , giặt bằng nước không phải lúc nào cũng phù hợp hoặc hiệu quả đối với tất cả các loại quần áo.
Trong một số trường hợp, giặt bằng nước thậm chí có thể gây biến dạng vải, phai màu hoặc thay đổi kết cấu..
Ví dụ:
Hầu hết các loại sợi tự nhiên đều hấp thụ nước và dễ phồng lên, sau đó co lại trong quá trình sấy, dẫn đến biến dạng hoặc biến dạng..
Vải len có xu hướng co lại và bị nhão sau khi giặt bằng nước.
Một số hỗn hợp len có thể bị vón cục hoặc mất màu.
Vải lụa thường trở nên thô ráp và kém bóng sau khi giặt bằng nước.
Vì những lý do này, những sản phẩm may mặc như vậy thường được làm sạch bằng phương pháp giặt khô..
Nguyên tắc giặt khô
Giặt khô đề cập đến quá trình giặt sử dụng dung môi hữu cơ , đặc biệt là dung môi không phân cực , thay vì nước làm môi trường.
So với giặt nước, giặt khô là quá trình giặt nhẹ nhàng hơn.
Bởi vì nó đòi hỏi ít sự khuấy trộn cơ học hơn nên giặt khô ít gây hư hại, nhăn nheo hoặc biến dạng cho quần áo.
Ngoài ra, dung môi giặt khô, không giống như nước, không gây phồng hoặc co rút sợi , giữ được hình dạng, màu sắc và kết cấu ban đầu của vải.
Khi xử lý đúng cách, giặt khô có thể đạt được kết quả giặt tuyệt vời đồng thời đảm bảo quần áo vẫn ổn định về kích thước, bền màu và bền lâu..
Các loại vết bẩn trong giặt khô và cơ chế loại bỏ chúng
Từ quan điểm giặt khô , đất nói chung có thể được phân thành ba loại dựa trên đặc tính hòa tan của chúng:
① Đất hòa tan trong dầu
Các loại đất hòa tan trong dầu bao gồm nhiều loại dầu và mỡ khác nhau — ở dạng lỏng hoặc bán rắn (dầu mỡ) — dễ hòa tan trong dung môi giặt khô. .
Chúng bao gồm dầu động vật và thực vật, dầu khoáng và chất béo. .
Khả năng hòa tan tuyệt vời của dung môi giặt khô đối với dầu và mỡ chủ yếu phát sinh từ lực liên phân tử van der Waals , cho phép hòa tan và loại bỏ các loại đất đó một cách hiệu quả.
② Đất hòa tan trong nước
Các chất bẩn hòa tan trong nước có thể hòa tan trong nước nhưng không hòa tan trong dung môi giặt khô. .
Chúng thường được hấp thụ vào vải ở dạng nước và sau khi nước bay hơi, chúng kết tủa dưới dạng cặn rắn như muối vô cơ, tinh bột và protein.
Để loại bỏ các vết bẩn này trong quá trình giặt khô, phải thêm một mặt khác, các chất gây ô nhiễm hòa tan trong nước không thể được loại bỏ một cách hiệu quả. lượng nhỏ nước vào dung môi giặt khô;
Tuy nhiên, do nước chỉ hòa trộn nhẹ với dung môi giặt khô không phân cực , nên phải thêm chất hoạt động bề mặt để cải thiện khả năng tương thích.
Sự hiện diện của nước trong dung môi giặt khô cho phép hydrat hóa cả đất và bề mặt vải, tạo điều kiện tương tác giữa các nhóm phân cực của chất hoạt động bề mặt và bề mặt. .
Hơn nữa, khi các mixen chất hoạt động bề mặt hình thành, cả đất và nước hòa tan trong nước đều có thể được hòa tan trong các mixen , cho phép chúng bị dung môi cuốn đi.
Ngoài việc tăng cường hàm lượng nước, chất hoạt động bề mặt còn ngăn chặn sự tái lắng đọng của các vết bẩn tách ra, từ đó nâng cao hiệu quả làm sạch tổng thể.
Do đó, một lượng nhỏ nước là cần thiết để loại bỏ các vết bẩn hòa tan trong nước, nhưng lượng nước dư thừa có thể gây biến dạng hoặc nhăn vải. .
Do đó, hàm lượng nước trong công thức giặt khô phải được kiểm soát cẩn thận..
③ Đất không hòa tan (Không hòa tan trong cả nước và dung môi)
Một số loại đất, chẳng hạn như bụi, bùn, đất sét và muội than , không hòa tan trong cả nước và dung môi giặt khô . .
Các hạt rắn này thường bám vào vải bằng lực hút tĩnh điện hoặc bị ràng buộc bởi cặn dầu..
Trong giặt khô, tác động cơ học của dòng dung môi và sự chuyển động hỗn loạn của dung môi giúp đánh bật các chất bẩn bị giữ bởi lực tĩnh điện.
Đồng thời, dung môi hòa tan các thành phần dầu , giải phóng các hạt rắn bị mắc kẹt trong đó.
Một lượng nhỏ nước và chất hoạt động bề mặt có trong dung môi giặt khô sau đó sẽ giúp phân tán và đình chỉ các hạt tách ra này, ngăn chặn sự tái lắng đọng của chúng trên bề mặt vải.
Tóm lại, giặt khô hiệu quả phụ thuộc vào sự tương tác cân bằng giữa khả năng hòa tan dung môi, độ ẩm được kiểm soát và hoạt tính của chất hoạt động bề mặt để loại bỏ nhiều loại vết bẩn—dù là vết bẩn hòa tan trong dầu, tan trong nước hay không tan.
Sự hấp phụ có định hướng của các phân tử chất hoạt động bề mặt tại các bề mặt và sự giảm sức căng bề mặt hoặc bề mặt là các cơ chế chính để loại bỏ đất lỏng và đất rắn.
Tuy nhiên, quy trình giặt khá phức tạp và ngay cả đối với cùng một loại chất tẩy rửa, hiệu suất làm sạch có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố bổ sung — bao gồm nồng độ chất tẩy rửa, nhiệt độ, tính chất của vết bẩn, loại sợi và cấu trúc vải.
① Nồng độ chất hoạt động bề mặt
Các mixen được hình thành bởi chất hoạt động bề mặt trong dung dịch đóng vai trò quan trọng trong quá trình giặt.
Khi nồng độ chất hoạt động bề mặt đạt tới nồng độ mixen tới hạn (CMC) , hiệu suất giặt tăng mạnh. .
Do đó, để đạt được hiệu suất làm sạch tốt, nồng độ chất tẩy rửa phải cao hơn CMC.
Tuy nhiên, khi nồng độ vượt quá CMC, việc tăng thêm nồng độ chất hoạt động bề mặt chỉ mang lại những cải thiện nhỏ về hiệu quả giặt.
Do đó, việc bổ sung quá nhiều chất hoạt động bề mặt vượt quá mức tối ưu là không cần thiết và không kinh tế..
Khi loại bỏ đất dầu thông qua quá trình hòa tan , thậm chí trên CMC, khả năng hòa tan của chất hoạt động bề mặt tiếp tục tăng theo nồng độ.
Do đó, đôi khi sẽ có lợi khi bôi chất tẩy cục bộ lên những khu vực bị bẩn nhiều (ví dụ như cổ áo và cổ tay áo), nơi mà nồng độ cục bộ cao hơn có thể tăng cường khả năng hòa tan và loại bỏ các chất gây ô nhiễm dạng dầu.
② Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình giặt.
Nhìn chung, nhiệt độ tăng sẽ thúc đẩy quá trình loại bỏ đất , nhưng nhiệt độ quá cao đôi khi có thể gây ra tác dụng phụ.
Tăng nhiệt độ giúp tăng cường khả năng khuếch tán của đất và đất rắn hoặc đất nhờn có thể dễ dàng nhũ hóa hơn khi nhiệt độ vượt quá điểm nóng chảy của chúng. .
Nhiệt độ cao hơn cũng gây ra hiện tượng trương nở của sợi , có thể giúp tách đất ra khỏi bề mặt sợi.
Những yếu tố này góp phần nâng cao hiệu quả làm sạch.
Tuy nhiên, đối với các loại vải dệt chặt , độ phồng quá mức của sợi có thể làm giảm các khe hở vi mô giữa các sợi , khiến dung dịch tẩy rửa khó thấm và loại bỏ vết bẩn hơn.
Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến độ hòa tan của chất hoạt động bề mặt , nồng độ mixen tới hạn (CMC) , kích thước và số lượng mixen , do đó ảnh hưởng đến hiệu quả giặt tổng thể.
Đối với các chất hoạt động bề mặt chuỗi dài , độ hòa tan tương đối thấp ở nhiệt độ thấp hơn—đôi khi thậm chí còn thấp hơn giá trị CMC của chúng . Trong những trường hợp như vậy, nhiệt độ giặt phải được tăng lên một cách thích hợp..
Đối với chất hoạt động bề mặt ion , nhiệt độ tăng thường làm cho CMC tăng và số lượng mixen giảm , nghĩa là cần nồng độ chất hoạt động bề mặt cao hơn để duy trì hiệu suất làm sạch.
Đối với chất hoạt động bề mặt không ion , nhiệt độ tăng có xu hướng làm giảm CMC và tăng sự hình thành các mixen , do đó tăng cường hoạt động bề mặt . Tuy nhiên, nhiệt độ không được vượt quá điểm đục , nếu vượt quá điểm đó độ hòa tan của chất hoạt động bề mặt sẽ giảm và hiệu suất sẽ giảm.
Tóm lại, nhiệt độ giặt tối ưu phụ thuộc vào cả công thức giặt và tính chất của vải được giặt.
Một số chất tẩy rửa hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ phòng , trong khi những chất tẩy rửa khác thể hiện sự khác biệt đáng kể về khả năng làm sạch giữa điều kiện giặt lạnh và giặt nóng..
③ Bọt
Mọi người thường nhầm tưởng khả năng tạo bọt với hiệu suất làm sạch , cho rằng chất tẩy rửa tạo ra nhiều bọt hơn thì phải làm sạch tốt hơn.
Tuy nhiên, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hiệu quả giặt không liên quan trực tiếp đến lượng bọt. .
Ví dụ, chất tẩy rửa ít bọt có thể làm sạch hiệu quả như chất tẩy rửa nhiều bọt.
Mặc dù bản thân bọt không góp phần trực tiếp vào việc làm sạch nhưng trong một số trường hợp nhất định, nó có thể hỗ trợ loại bỏ vết bẩn. .
Ví dụ:
Khi rửa chén bằng tay , bọt trong dung dịch tẩy rửa có thể cuốn đi những giọt dầu đã bong ra khỏi bề mặt.
Khi làm sạch thảm , bọt có thể giữ và cuốn đi bụi và các hạt bẩn rắn. .
Vì bụi chiếm một phần lớn trong vết bẩn trên thảm nên chất tẩy rửa thảm thường được pha chế để có khả năng tạo bọt vừa phải..
Khả năng tạo bọt cũng là một yếu tố quan trọng trong dầu gội và sữa tắm. .
Trong quá trình gội hoặc tắm, bọt mịn và dạng kem mang lại cảm giác dễ chịu, mịn màng và thoải mái , nâng cao trải nghiệm của người dùng.
④ Loại sợi và tính chất vật lý của vải
Bên cạnh thành phần hóa học của sợi, hình thái bề mặt , độ xoắn của sợi và cấu trúc vải cũng ảnh hưởng đến mức độ dễ dàng bám dính và loại bỏ của đất khỏi vật liệu dệt.
Sợi len , với bề mặt có vảy , và sợi bông , với hình dạng phẳng, xoắn giống như dải ruy băng , có xu hướng bám nhiều đất hơn so với sợi mịn.
Ví dụ, muội than bám vào màng xenlulo (màng viscose) có thể dễ dàng loại bỏ, trong khi muội than trên vải cotton khó giặt sạch hơn nhiều.
Vải polyester sợi ngắn tích tụ nhiều vết dầu hơn vải sợi dài và vết dầu trên vải sợi ngắn cũng khó loại bỏ hơn.
Sợi xoắn chặt và vải dệt dày đặc chống lại sự bẩn ban đầu vì khoảng cách cực nhỏ giữa các sợi nhỏ hơn , khiến đất khó thâm nhập hơn.
Tuy nhiên, một khi chúng bị bẩn, các cấu trúc chặt chẽ này cũng cản trở sự xâm nhập của dung dịch rửa , khiến việc loại bỏ đất trở nên khó khăn hơn..
Do đó, cấu trúc và kết cấu của vải vừa có thể cải thiện khả năng chống bám bẩn vừa làm phức tạp việc làm sạch , tùy thuộc vào cách sợi tương tác với đất và chất tẩy rửa.
⑤ Độ cứng của nước
Nồng độ các ion kim loại như Ca2⁺ và Mg2⁺ trong nước có tác động đáng kể đến hiệu suất giặt.
Đặc biệt, các chất hoạt động bề mặt anion có xu hướng tạo thành muối canxi và magie không hòa tan khi phản ứng với các ion này, điều này làm giảm đáng kể khả năng tẩy rửa của chúng..
Ngay cả khi nồng độ chất hoạt động bề mặt trong nước cứng tương đối cao thì hiệu quả làm sạch vẫn thấp hơn nhiều so với nước cất hoặc nước mềm..
Để đạt được hiệu suất giặt tối ưu , nồng độ ion Ca² ⁺ trong nước phải dưới 1 × 10 ⁻⁶ mol/L (tương đương dưới 0,1 mg/L tính theo CaCO ₃ ).
Vì vậy, cần bổ sung thêm chất làm mềm nước vào công thức chất tẩy rửa để loại bỏ hoặc cô lập các ion Ca2⁺ và Mg2⁺.
