1.6.1. Khả năng tạo nhũ
Nhũ tương là hệ phõn tỏn khụng bền vững nờn muốn thu được hệ bền vững thỡ phải cho thờm chất nhũ húa.
Để cho nhũ tương bền, thường sử dụng thờm chất hoạt động bề mặt. Trong cả hệ cú nước và khụng cú nước, cỏc hiện tượng xảy ra cũng như vại trũ của chất hoạt động bề mặt trong việc bền húa hệ gần giống nhau. Vớ dụ : huyền phự gồm cỏc hạt rắn ưa nước . Trong mụi trường nước chỳng sẽ tự hỡnh thành lớp vỏ hydrat húa bảo vệ nờn rẻ bền. Khi đưa vào mụi trường kỵ nước, cú chất hoạt động bề mặt, cỏc phõn tử chất hoạt động bề mặt sẽ hỡnh thành lớp vỏ bảo vệ bằng cỏch định hướng ra ngồi, phần ỏi nước hấp phụ lờn hạt rắn.
Nhũ tương cú nhiều ứng dụng quan trọng trong cụng nghiệp. Vớ dụ: huyền phự khụng nước: sơn dầu, verni, mực in, hệ cú nước: sơn nước, mực viết, dung dịch thuốc nhuộm phõn tỏn….Cỏc hệ này đều cú sử dụng chất hoạt động bề mặt .
Để đỏnh giỏ khả năng tạo huyền phự của chất hoạt động bề mặt , cú nhiều phương phỏp, đơn giản nhất là phương phỏp đo độ đục hổn hợp than hoặc CaCO3 phõn tỏn trong dung dịch chất hoạt động bề mặt, hoặc đo thời gian lắng tủa của huyền phự để đỏnh giỏ.
1.6.2 Khả năng tẩy rửa
Sự tẩy rửa được định nghĩa là “ làm sạch mặt của một vật thể rắn, với một tỏc nhõn riờng biệt- chất tẩy rửa- theo một tiến trỡnh lý húa khỏc hẳn việc hũa tan đơn thuần”
Trong trường hợp này, tẩy rửa bao gồm: • Lấy đi cỏc vết bẩn khỏi vải vúc
• Giữ cho cỏc vết bẩn này lơ lửng để trỏnh cho chỳng bỏm lại trờn bề mặt vải vúc. Trờn quần ỏo thụng thường, người ta thường thấy những vết bẩn cú chất bộo ( dầu,mỡ) và cỏc vết bẩn dạng hạt (hạt mịn). Cỏc vết bẩn này cú thể tồn tại độc lập
hay hũa lẫn vào nhau với cỏc tỷ lệ khỏc nhau.
Chất hoạt động bề mặt trong là tỏc nhõn chớnh cho quỏ trỡnh tẩy rửa do một số tớnh chất sau:
• Khi cú chất hoạt động bề mặt trong nước thỡ sức căng bề mặt dung dịch giảm làm tăng tớnh thấm ướt đối với vải sợi.
Cỏc phõn tử chất hoạt động bề mặt hấp phụ lờn bề mặt sợi và lờn cỏc hạt chất bẩn rắn hay lỏng và khi đú, dưới ảnh hưởng của sức căng bề mặt khụng đổi trờn ranh giới chất bẩn – vải, chất bẩn se lại thành giọt và dễ dàng tỏch ra khỏi bề mặt sợi dưới tỏc dụng cơ học.
Chất hoạt động bề mặt tạo cỏc màng hấp phụ trờn bề mặt cỏc hạt chất bẩn làm cho chỳng cú độ bền vững tập hợp cao và ngăn ngừa chỳng liờn kết trở lại lờn bề mặt sợi.
Bọt được hỡnh thành từ chất hoạt động bề mặt làm tăng thờm sự tỏch cơ học của cỏc chất bẩn hay sự nổi của chỳng ( do cỏc hạt chất bẩn liờn kết vào cỏc búng khớ)
a) Tẩy vết bẩn cú chất bộo
Xột một chất bộo H ( dầu) và một bề mặt rắn F ( sợi). Việc tẩy bẩn F bởi H được biểu diễn như sau:
Cỏc tỏc nhõn bề mặt hấp phụ lờn sợi và vết bẩn làm giảm sức căng giao diện của chỳng so với nước đến mức nhỏ hơn sức căng giao diện sợi- vết bẩn lỳc đú vết bẩn sẽ tự tẩy đi.
b) Tẩy vết bẩn dạng hạt
Cỏc hiện tượng bỏm và tẩy cỏc vết bẩn dạng hạt dựa trờn lý thuyết về điện và thuyết hấp phụ.
Xột một bề mặt F và một hạt P. ở một khoảng cỏch δ, F và P đều chịu tỏc động của lực hỳt Van der Waals và lực đẩy tĩnh điện. Khi P và F tiếp xỳc với nhau ( δ=0), chỳng sẽ gắn liền nhau do lực hỳt. Việc tỏch hạt P ra khỏi bề mặt F cú thể được biểu diễn bằng sơ đồ sau:
Sự tỏch hạt P ra khỏi bề mặt F đi từ I đến II rồi đến III. Trong giai đoạn I, ta phải cung cấp một cụng để tỏch hạt P ra khỏi bề mặt F một khoảng cỏch. Trong giai đoạn II, dung dịch tẩy len vào giữa hạt P và bề mặt F và tỏch hạt P ra khỏi bề mặt F.
Chỳng ta cú thể vận dụng cỏc lý thuyết khỏc nhau cho cỏc loại vết bẩn cụ thể khỏc nhau như thuyết “ Rolling up” tẩy vết bẩn thể lỏng cú chất bộo hay thuyết nhiệt động học để tẩy vết bẩn cú chất bộo hay dạng hạt hay hỗn hợp của cả hai…
c) Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tẩy rửa:
• Khả năng tẩy rửa chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố: bản chất chất hoạt động bề mặt sử dụng, pH, phụ gia, nhiệt độ….Ở đõy chỉ đề cập về ảnh hưởng của pH, cịn ảnh hưởng của cc yếu tố khc sẽ được trỡnh by ở cc chương tiếp theo.
• Ảnh hưởng của pH:
Từ lõu người ta nhận thấy rằng thờm cỏc chất kiềm nhẹ như soda sẽ làm tăng khả năng tẩy rửa của xà phũng, bởi vỡ xà phũng sẽ bị thủy phõn thành acid bộo ngay cả ở pH trung tớnh, cỏc acid bộo tạo thành cú khả năng tẩy rửa kộm, sự thủy phõn của xà phũng làm giảm lượng chất hoạt động bề mặt làm giảm khả năng tẩy rửa. Thờm kềm làm giảm sự thủy phõn xà phũng. Kiềm là phụ gia quan trọng trong xà phũng cũng như cỏc sản phẩm tẩy rửa khỏc, giỳp duy trỡ pH thớch hợp. Thực nghiệm cho thấy xà phũng cho khả năng tẩy rửa khi pH 10,5-11.
pH khụng chỉ ảnh hưởng đến khả năng tẩy rửa xà phũng mà cũn ảnh hưởng đến chất tẩy rửa tổng hợp khỏc. PH tối ưu cho chất tẩy rửa tổng hợp là 9,0-11,5. Để duy trỡ
pH thớch hợp cần sử dụng cỏc chất dự trữ kiềm như soda, tripolyphosphỏt, silicat… vỡ trong quỏ trỡnh tẩy rửa , pH cú xu hướng giảm do cỏc vết bẩn acid (acid bộo) hay do sự giải phúng H+ do quỏ trỡnh tạo phức.
Ảnh hửụỷng cuỷa nhieọt ủoọ:
Nhiệt độ càng cao, độ hũa tan của cỏc chất hoạt động bề mặt càng tốt, độ nhớt của cỏc chất bẩn dạng lỏng càng giảm, độ hũa tan của chất bẩn càng lớn, phản ứng trung hũa chất bẩn cú tớnh axit và phản ứng xà phũng húa chất bộo xảy ra càng dễ dàng, làm tăng hiệu suất giặt tẩy.
Tuy nhiờn, nhiệt độ cao cũng làm giảm hoạt tớnh của một số chất hoạt động bề mặt dễ hũa tan, giảm độ bền của hệ nhũ. Một số loại vải khụng thể chịu được nhiệt độ dung dịch cao.
Đối với cỏc chất hoạt động bề mặt NI, sự hấp phụ tăng theo nhiệt độ và sau điểm đục, sức căng bề mặt và giao diện của cỏc chất NI cú thay đổi.
Ảnh hưởng của chất điện ly:
Sự hấp phụ: thờm chất điện ly sẽ làm giảm độ hũa tan của cỏc tỏc nhõn bề mặt dẫn đến làm tăng sự hấp phụ ở cỏc giao diện.
Cỏc chất điện ly sẽ làm giảm CMC vỡ cỏc chất điện ly trong dung dich chất tẩy rửa sẽ ngăn cản khả năng hỡnh thành cỏc Micell.
Việc nghiờn cứu đỏnh giỏ quỏ trỡnh tẩy rửa là một vấn đề phức tạp, liờn quan đến nhiều yếu tố. Khụng thể kết luận một chất hoạt động bề mặt là cú khả năng tẩy rửa là tốt hay xấu nếu khụng núi đến điều kiện thực nghiệm. Cú nhiều chất đỏnh giỏ khả năng tẩy rửa , Ở đõy chỉ trỡnh bày những nguyờn tắc tiờu biểu nhất:
- Làm bẩn vải bằng cỏc chất bẩn thường gặp như dầu mở, màu. Sau đú giặt vải, phần chất bẩn cũn lại sẽ được trớch ra bằng cỏc dung mụi thớch hợp. Đo độ màu . So sỏnh giửa mẫu thớ nghiệm và mẫu chuẩn ( giặt bằng cỏc hổn hợp tẩy rửa chuẩn).
- Khả năng tẩy rửa cũn được đỏnh giỏ bằng phương phỏp đo chỉ số phản xạ của vải bẩn, vải mới và vải bẩn được giặt. Tớnh theo cụng thức.
Khả năng tẩy rửa = (RW – RS)/(RO –RS) * 100 (%)
Rw: Chỉ số phản xạ của vải bẩn đĩ được tẩy rửa Rs: Chỉ số phản xạ của vải bẩn trước khi tẩy rửa
Ro: Chỉ số phản xạ của vải mới ban đầu ( vải kiểm chứng).
Việc đỏnh giỏ phải dựa trờn cỏc tiờu chuẩn đĩ được đề ra đối với sản phẩm tẩy rửa và phải đỳng theo nguyờn tắc xỏc suất thống kờ thỡ kết quả mới cú ý nghĩa.
1.6.3. Khả năng tạo bọt
Bọt được hỡnh thành do sự phõn tỏn khớ trong mụi trường lỏng. Hiện tượng này làm cho bề mặt dung dịch chất tẩy rửa tăng lờn.
Khả năng tạo bọt và độ bền bọt phụ thuộc vào cấu tạo của chớnh chất đú, nồng độ, nhiệt độ của dung dịch, độ pH và hàm lượng ion Ca2+, Mg2+ trong dung dịch chất tẩy rửa.
Độ bền vững cực đại của bọt ứng với chất hoạt động bề mặt cú gốc hydrocarbon trung bỡnh và với dung dịch cú nồng độ trung bỡnh. Những chất thấp hơn trong dĩy đồng đẳng cú tớnh hoạt động bề mặt kộm, những chất cao hơn cú độ hũa tan thấp.
Bờn cạnh bản chất và nồng độ của chất tạo bọt , thời gian tồn tại của bọt cũn phụ thuộc vào nhiệt độ, độ nhớt của dung dịch…..Tốc độ phỏ vở bọt thường tăng theo nhiệt độ do sự giải hấp phụ chất tạo bọt trờn bề mặt phõn chia pha và do sự bong trương chất lỏng, làm cho màng bị mỏng đi dần dần phỏ vỡ. Sự tăng độ nhớt của dung dịch làm tăng độ bền cho bọt.
Cỏc tỏc nhõn làm tăng bọt ( foam bootster):
Để làm tăng bọt cho dung dịch chất tẩy rửa cú thể đi theo hai hướng sau: - Chọn chất hoạt động bề mặt tạo bọt hay khụng tạo bọt.
- Sử dụng cỏc phụ gia làm tăng bọt.
a) Chọn lựa chất hoạt động bề mặt:
Một chất hoạt động bề mặt hay hỗn hợp chất hoạt động bề mặt cú thể làm thành hệ thống tạo bọt. Thụng thường, số lượng bọt tăng với nồng độ đạt tối đa quanh CMC. Như vậy về mặt lý thuyết cú thể tiờn đoỏn khả năng tạo bọt của một chất hoạt động bề mặt dựa trờn CMC của nú. Tuy nhiờn điều này khụng cú liờn quan đến tớnh chất ổn định của bọt.
Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến CMC cú thể tăng hoặc giảm bọt là:
- Nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng, độ hũa tan của chất hoạt động bề mặt anionic
tăng làm khả năng tạo bọt tăng.Ngược lại đối với NI, độ hũa tan ( do đú khả năng tạo bọt) giảm với nhiệt độ sau điểm đục.
- Sự cú mặt của chất điện ly: làm giảm trị số CMC của chất hoạt động bề mặt
làm thay đổi khả năng tạo bọt của chất hoạt động bề mặt đú
- Cấu trỳc phõn tử của chất hoạt động bề mặt : Theo lý thuyết khả năng tạo
phức tạp vỡ khụng cú sự tương quan trực tiếp giữa khả năng tạo bọt và sự ổn định bọt. Tuy nhiờn cú những nguyện tắc tổng quỏt như sau:
+ Chất hoạt động bề mặt NI ớt tạo bọt hơn chất hoạt động bề mặt ion trong dung dịch nước.
+ Đối với cựng một họ chất hoạt động bề mặt , CMC càng kộm thỡ khả năng tạo bọt càng cao. Vớ dụ như đối với alkyl sulfate, khi chiều dài mạch C tăng khả năng tạo bọt tăng.
+ Cation đối của chất hoạt động bề mặt anion cú liờn quan đến sự ổn định ( độ bền) của bọt. Theo Kondon và Co sự ổn định bọt của dodecyl sulfate giảm theo thứ tự sau:
NH4+ > (CH3)4N+ > (C2H5)4N+> (C4H9)4N+
b) Cỏc chất phụ gia làm tăng bọt:
Theo Schick và Fowker , việc thờm vào một số hợp chất đối cực ( ion đối) cú thể làm giảm CMC của chất hoạt động bề mặt . Khi hợp chất cú cựng mạch C với chất hoạt động bề mặt thỡ khả năng tạo bọt và ổn định bọt tăng:
Ether glycerol < Ether sulfonyl < Amide < Amide thay thế
Trong thực tế người ta sử dụng mono hay diethanol amide làm những chất tăng bọt trong bột giặt tạo bọt, nước rửa chộn hoặc dầu gội đầu.
Cỏc chất chống bọt (antifoamer):
Để giảm bớt bọt trong dung dịch chất tẩy rửa người ta dựng cỏc chất chống bọt (antifoamer):
Cỏc chất chống bọt tỏc động theo hai cỏch:
- Ngăn cản sự tạo bọt: thường là cỏc ion vụ cơ như canxi cú ảnh hưởng đến sự ổn định tĩnh điện hoặc giảm nồng độ aniion bằng kết tủa.
- Hoặc tăng tốc độ phõn hủy bọt: là cỏc chất vụ cơ hay hữu cơ sẽ đến thay thế cỏc phõn tử cỏc chất hoạt động bề mặt của màng bọt làm màng bọt ớt ổn định (khụng bền).
Khi thờm chất hoạt động bề mặt NI vào chất hoạt động bề mặt anion làm giảm bọt đỏng kể. Tuy nhiờn hệ thống anionic/ NI này vẫn cũn quỏ nhiều bọt.
1.6.4. Cỏc chỉ tiờu đỏnh giỏ khỏc a) Khả năng thấm ướt a) Khả năng thấm ướt
Hiện tượng thấm ướt bề mặt xảy ra khi gúc thấm ướt, khụng thấm ướt θ > 90o. Tuy nhiờn trong thực tế khú xỏc định được gúc thấm ướt. Người ta đưa ra một số phương phỏp đỏnh giỏ khả năng thấm ướt, chủ yếu xỏc định khả năng thấm ướt cho
nguyờn liệu vải, chẳng hạn đỏnh giỏ khả năng thấm ướt dựa vào thời gian chỡm của cuộn chỉ trong dung dịch chất hoạt động bề mặt.
Hiện tượng thấm ướt nhờ chất hoạt động bề mặt cú nhiều ứng dụng để giải quyết cỏc vấn đề thực tế trong kỹ thuật sơn, nhuộm, tẩy trắng, trung hũa cỏc chất diệt cụn trựng, sõu bọ. Cỏc bề mặt rắn ở đõy thường khụng thấm ướt, việc thờm chất hoạt động bề mặt thớch hợp sẽ làm giĩm sức căng bề mặt của nước, giỳp cho việc thấm ướt dể dàng hơn.
b) Chỉ số canxi chấp nhận
Chỉ số này đo độ cứng tối đa của nước mà chất hoạt động bề mặt vẫn cũn hiệu lực trong chức năng tẩy rửa. Chỉ số này càng lớn, chất hoạt động bề mặt càng cú khả năng tẩy rửa trong nước cứng.
Chỉ số canxi chấp nhận được xỏc định bằng cỏch chuẩn độ dung dịch chất hoạt động bề mặt bằng dung dịch canxi acetat 1 %. Tiến hành chuẩn độ dung dịch trờn cho đến khi nào dung dịch đục . Lỳc này lượng ion canxi trong dung dịch là chỉ số canxi chấp nhận được.
CÂU HỎI ễN TẬP
Cõu 1: Sức căng bề mặt là gỡ? Cú những yếu tố cỏc yếu tố ảnh hưởng tới sức căng bề mặt?
Cõu 2: Định nghĩa và phõn loại chất hoạt động bề mặt?
Cõu 3: Trỡnh bày và giải thớch trạng thỏi của chất hđbm trờn bề mặt giới hạn lỏng khớ? Cõu 4: Trỡnh bày và giải thớch trạng thỏi của chất hđbm trong lũng chất lỏng?
Cõu 5: Định nghĩa nồng độ micell tới hạn? trỡnh bày cỏc yếu tố ảnh hưởng đến CMC? Cõu 6: Định nghĩa điểm Kraft và điểm đục? Cỏc yếu tố ảnh hưởng?
Cõu 7: Phõn loại vết bẩn? Trỡnh bày cơ chế tẩy rửa vết bẩn là chất bộo theo thuyết nhiệt động ?
Cõu 8: Trỡnh bày cơ chế tẩy rửa vết bẩn dầu mỡ núi chung bằng dung dịch chất tẩy rửa?
CHƯƠNG 2: THÀNH PHẦN CỦA CÁC CHẤT TẨY RỬA TỔNG HỢP
2.1. Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến quỏ trỡnh tẩy rửa
Quỏ trỡnh tẩy rửa là một quỏ trỡnh khỏ phức tạp với sự tham gia của nhiều tỏc nhõn về húa học, vật lý cũng như cơ học. Cú thể kể đến một số yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến quỏ trỡnh tẩy rửa là:
• pH.
• Nhiệt độ giặt. • Thời gian giặt.
• Thúi quen giặt của từng địa phương, cộng đồng.
• Điều kiện giặt của từng quốc gia, khu vực, cỏ nhõn… Tuy nhiờn quan trọng nhất vẫn là cỏc yếu tố sau:
2.1.1 Nước
Nước là một chất khụng thể thiếu của quỏ trỡnh giặt giũ. Nước đúng những vai trũ quan trọng như sau:
• Nước cú thể hũa tan một số chất. • Nước cú thể dẫn nhiệt.
• Nước giỳp tạo ra cỏc phản ứng húa học. • Nước thấm ướt vải sợi.
Tuy nhiờn, bờn cạnh những ưu điểm trờn, nước cũng gõy một vấn đề khỏ khú chịu. Đú là do trong nước lỳc nào cũng tồn tại cỏc kim loại và khoỏng chất, đặc biệt