tháng 3 08, 2020
CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT NGUYÊN LIỆU LÀM CHẤT TẨY RỬA
Chất tẩy rửa được tạo ra với mục đích chính là loại bỏ vết bẩn khỏi bề mặt vật thể chẳng hạn như vết bẩn trên vải. Với nhiều loại vết bẩn và nhiều loại bề mặt khác nhau thì sẽ có nhiều công thức tẩy rửa khác nhau.
I. Chất tẩy rửa có bốn chức năng cơ bản:
- Chất tẩy rửa phải có khả năng trung hòa các vết bẩn có thành phần axit (hầu hết các vết bẩn là axit trong tự nhiên).
- Chất tẩy rửa phải có khả năng nhũ hóa chuyển dẫu mỡ thành các hạt nhỏ phân tán trong nước.
- Chất tẩy rửa phải có khả năng chia tách các hạt bẩn cacbon, bụi, đất sét... thành các hạt rất nhỏ.
- Chất tẩy rửa phải giữ chất bẩn lơ lửng trong dung dịch để không xảy ra sự tái bám trở lại bề mặt đã được làm sạch trong quá trình tẩy rửa.
Khả năng của chất tẩy rửa trong việc thực hiện các chức năng đã nêu ở trên phụ thuộc vào thành phần của chất tẩy rửa, điều kiện sử dụng, trạng thái tự nhiên của bề mặt được tẩy rửa, của chất bẩn và của pha chính.
II. Thành phần chất tẩy rửa
Thành phần chính của các chất tẩy rửa trong sinh hoạt hay công nghiệp đều bao gồm: Chất hoạt động bề mặt, chất xây dựng, các chất phụ gia. |
| Hình 1: Phân tử chất hoạt động bề mặt |
Các thành phần này đều có những chức năng và vai trò quan trọng trong chất tẩy rửa đồng thời tác động qua lại với nhau.
Chất hoạt động bề mặt là hợp chất hóa học, khi hòa tan trong chất lỏng sẽ làm giảm sức căng bề mặt của chất lỏng hoặc lực căng ở mặt tiếp xúc của nó với một chất lỏng khác do quá trình hấp phụ vào chất này hay chất kia ở bề mặt tiếp xúc.
Phân tử chất hoạt động bề mặt gồm hai phần có hai ái lực trái ngược nhau:
Phần thứ nhất có một ái lực được tạo ra bởi nhóm có cực, làm cho phân tử có những tính chất háo nước (nhóm ưa nước). Phần ưa nước có thể là một ion hoặc một nhóm phân cực mạnh.
Phần thứ hai có một ái lực được tạo ra bởi một nhóm không có cực, làm cho phân tử có những tính chất háo dầu (nhóm kỵ nước). Thường là gốc hydrocacbon dạng thẳng, nhánh hoặc vòng (vòng no hoặc thơm).
III. Phân loại chất hoạt động bề mặt.
Chất hoạt động bề mặt được chia làm bốn loại chính dựa theo tính chất điện tích:- Chất hoạt động bề mặt mang điện tích âm ( anionic).
- Chất hoạt động bề mặt mang điện tích dương (cationic).
- Chất hoạt động bề mặt mang cả hai dấu điện (ampholyte).
- Chất hoạt động bề mặt không mang điện (NI).
• Anionic:
 |
| Hình 2: Phân tử Anionic |
Đây là những chất hoạt động bề mặt khi được hòa tan trong nước sẽ cung cấp những ion mang điện âm, và những ion này là nguyên nhân của hoạt tính bề mặt. Có thể được ký hiệu như sau:
- Các chất hoạt động bề mặt anion bao gồm:
Các muối của những axit béo, gọi chung là xà phòng như muối kiềm của axit béo, muối kim loại của axit béo, muối gốc hữu cơ của các axit béo. Công thức chung của các loại xà phòng anion là: RCOONa.
Trong đó: -R: mạch hydrocacbon đặc trưng của axit béo và có tính háo dầu. -COONa: phần có cực và háo nước.
Khi hòa tan vào nước (dung môi phân cực) thì các phân tử xà phòng trở nên mang điện, các ion Na+ là những ion mang dấu điện dương, bị hấp phụ vào nước, còn các ion RCOO – mang dấu điện âm thì bị hấp thụ vào các hạt nhựa nhỏ li ti.
R - COONa ⇔ R – COO – + Na+
- Các muối sunfat của các axit béo: Đây là những chất hoạt động bề mặt rất phổ biến. Chúng được dùng làm nguyên liệu gốc để chế tạo các loại nước gội đầu, các chất tạo nhũ hóa và các chất tẩy rửa.
Avirol được sản xuất ở dạng lỏng sánh, dễ tan trong nước lạnh nhưng khi để lâu dung dịch đục. Do có khả năng tẩy rửa và nhũ hóa tốt nên được dùng làm chất nhũ hoá dầu mỡ.
Sulfat rượu bậc một (PAS - primary alcohol sulfate):
R - CH2- O - SO3 - Na với R= C11 đến C12
Sulfat rượu bậc một được chế tạo bằng cách sulfat hóa các rượu béo (thiên nhiên hay nhân tạo) với hỗn hợp không khí/SO3 theo phản ứng sau:
R - OH + SO3 ⇒ R - O – SO3 –
Alkyl Ete Sulfat (LES): loại chất hoạt động này thường được sử dụng trong các công thức lỏng(nước rửa chén, dầu gội đầu).
R - O - (CH2 - CH2 - O)n – SO3 –
Trong tẩy rửa người ta thường dùng alkylbenzensunfonat (ABS). Có những ABS nhánh và ABS thẳng. ABS nhánh chỉ còn dùng ở một vài quốc gia vì tốc độ phân giải chậm bởi các vi sinh vật.
Ngoài ra người ta còn sử dụng các sunfonol, là hỗn hợp các muối natri kiểu alkylsulfonat. Sulfonol dễ hòa tan trong nước nóng, có khả năng tẩy rửa và thấm ướt nên được dùng để nấu các loại vải xenlulo và giặt len. Sulfonol có công thức tổng quát như sau:
Các chất hữu cơ photpho: Công thức của các chất này hiện nay có nhiều ứng dụng trong công nghiệp. Các loại alkylphotphat là những chất được ứng dụng nhiều nhất để làm chất nhũ hóa, đặc biệt để chế tạo vi nhũ tương.
• Cationic:
Đây là những chất hoạt động bề mặt tự ion hóa khi tan trong nước, cung cấp ion hữu cơ mang điện tích dương và chúng là nguyên nhân chính tạo nên hoạt tính bề mặt. Có thể được ký hiệu như sau:
 |
| Hình 3: Phân tử Cationic |
Với đặc tính dễ sử dụng trên bề mặt cốt liệu, khả năng tạo nhũ cao, bám dính tốt. Do đó hiện nay các chất nhũ hóa cation đang được tập trung nghiên cứu và có nhiều ứng dụng rộng rãi.
Công thức hóa học của chúng:
+ Các chất hoạt động bề mặt cation thường gặp là:
- Các muối alkylamin: Các chất này thường được dùng nhiều nhất để làm mềm sợi vải
- Các muối amoni bậc 4 alkyl: Các phân tử này có khả năng diệt khuẩn rất cao, vì vậy mà một số được sử dụng làm chất sát trùng.
- Các muối amoni bậc 4 có cấu hình phức tạp: Trong nhóm này có thể kể đến các chất như setylpyridin bromua và setylpyridin clorua.
- Các amin oxit: Các chất này được dùng chủ yếu làm mỹ phẩm.
- Các dẫn xuất không có N.
- Lưỡng tính:
Các hợp chất này cũng tương tự như các oxyt, vừa có hiệu ứng kiềm, vừa có hiệu ứng axit. Là những chất cationic ở pH thấp và là những chất anionic ở pH cao. ở pH trung gian chúng vừa tích điện âm vừa tích điện dương. Ký hiệu như sau:
 |
| Hình 4: Phân tử lưỡng tính |
Ngoài những chất được tổng hợp bằng phương pháp hóa học, trong nhóm này còn có các axit của các axit amin hay các protein thực vật (như chất lestin của đậu tương) hoặc động vật ( như casein trong sữa).
+ Loại chất hoạt động này bao gồm:
- Các dẫn xuất của alkylamin như alkylbetan, alkylaminobetan, có khả năng làm ướt, gây bọt và tẩy rửa, ít độc hại và có khả năng tự hủy, không gây ô nhiễm môi trường. Các chất này chủ yếu làm đồ mỹ phẩm.
- Các dẫn xuất từ imidazolin: Những chất này có khả năng nhũ hóa rất mạnh.
- Các dẫn xuất của các axit amin: Các chất hoạt động bề mặt này được dùng để gây bọt và diệt khuẩn.
+ Không ion NI:
Chất hoạt động bề mặt không ion có nhóm ưa nước không ion hóa trong dung dịch nước.
- Các nhóm ưa nước thường là nhóm hydroxy (- OH), và nhóm etylen oxit (-OCH2CH2-).
- Phần kị nước thường tạo bởi các nhóm alkyl hoặc alkylauryl.
Các chất này có thể hòa tan được trong nước là do thành phần của chúng có những nhóm hoạt động rất háo nước, ở bất kỳ pH nào chúng đều có thể tác dụng với các chất hoạt động bề mặt ion. Có thể được ký hiệu như sau:
Có thể phân loại theo kiểu liên kết giữa các nhóm háo nước và các nhóm háo dầu:
- Liên kết kiểu este: este glycol, este polyglycol, este polyetylenglycol, este đường sorbitol, este của các axit béo ... dùng chủ yếu làm dược phẩm, mỹ phẩm và thực phẩm.
- Liên kết kiểu ete: Thường dùng để chế tạo nhũ tương dùng trong công nghiệp sơn và công nghiệp mỹ phẩm.
- Liên kết kiểu amit: Dùng trong công nghiệp mỹ phẩm và bột giặt.
Các chất khác: Còn có một số chất hoạt động bề mặt không ion nữa như nhựa đa phân tử alkylen oxyt, mercaptan và polyoxyetyl.
Ngoài các hợp chất chứa oxy, các nonionic còn có loại có nhóm phân cực chứa nguyên tử nitơ, lưu huỳnh.
Chất hoạt động bề mặt không ion có các dạng chính sau:
- Rượu béo etoxy hóa: C12H25(OCH2CH2O)6OH
- Akyl phenol etoxy hóa:
- Những chất xây dựng
Chất xây dựng đóng vai trò như là chất làm mềm nước cứng: kết tủa hoặc tạo phức với các ion Ca2+, Mg2+... có trong nước, loại bỏ ảnh hưởng của các ion này đối với chất hoạt động bề mặt, đặc biệt là chất hoạt động bề mặt anion.
Chức năng của chất xây dựng:
- Kết tủa tạo thành muối không tan và tách ra khỏi dung dịch chất tẩy rửa.
- Tạo thành các phức bền tan trong dung dịch, ngăn không cho chúng tương tác với chất hoạt động bề mặt
- Quá trình tạo phức có ý nghĩa hơn vì muối kết tủa có xu hướng bám lại trên bề mặt cần làm sạch.
- Giữ ổn định pH của dung dịch. Các vết bẩn axit làm giảm pH của dung dịch tẩy rửa xuống thấp hơn mức tối ưu để chất hoạt động bề mặt có hoạt tính tốt nhất. Chất xây dựng tác động như chất đệm, trung hòa axit giữ pH ở mức đã định.
- Phân chia các khối vết bẩn lớn thành các phần nhỏ để quá trình tẩy rửa được dễ dàng hơn.
- Chống tái bám bẩn lên bề mặt đã làm sạch. Các chất xây dựng gia tăng điện tích âm cho các hạt bẩn, làm các hạt bẩn đẩy nhau, tránh k ết hợp lại với nhau hoặc tái bám trên bề mặt sạch.
- Phân tán các hạt bẩn hoặc giữ các hạt ở trạng thái lơ lửng trong dung dịch.
+ Các chất xây dựng bao gồm một vài loại sau:
Các polyphosphat như tripolyphosphat (P3O10), pyrophosphat, diphosphat(P2O7) không chỉ là các tác nhân phức hóa rất tốt mà còn có khả năng giữ chất bẩn lơ lửng trong dung dịch tốt. Khi vết bẩn đã bị tách khỏi vải sẽ bị giữ lơ lửng trong dung dịch bởi lực đẩy tĩnh điện, và do đó ngăn vết bẩn bám trở lại bề mặt vải. Dưới đây là một số phosphat chính có mặt trong thành phần chất tẩy rửa.
Các cacbonat như kali cacbonat, natri cacbonat được sử dụng để tăng khả năng tẩy rửa. Tác dụng của chúng dựa trên cơ sở là các chất bẩn và vải dễ nhiễm điện âm hơn khi pH tăng lên, kết quả làm tăng lực đẩy tĩnh điện. Các muối cacbonat làm kết tủa các ion nước cứng, tuy nhiên nó lại dẫn đến phá hủy vải sợi do tạo thành lớp cặn cứng bám trên vải, hiện tượng này càng rõ ràng hơn sau nhiều chu kỳ giặt trong nước cứng.
Các cacbonat có khả năng đệm pH tốt.
Các Aluminosilicat là các chất trao đổi ion làm mềm nước cứng nhưng lại không có tác dụng tạo độ kiềm cần thiết nên thường được dùng kết hợp với các cabonat. Chúng không tan trong nước, thường tồn tại ở dạng hạt rắn lơ lửng. Điển hình cho loại hợp chất này là Zeolit A, tỷ lệ Al/Si là 1:1, và có công thức là Na12(SiO2)12(AlO2)12.27H2O.
- Các hợp chất hữu cơ:
Các phosphat là các chất xây dựng rất tốt tuy nhiên chúng có nhược điểm là độc hại, khả năng phân hủy sinh học kém. Ngày nay, các phosphat dần được thay thế bằng các hợp chất hữu cơ có tác dụng tương đương và thân thiện với môi trường (khả năng phân hủy sinh học tốt).
Các aminocacboxylat như NTA (Nitrilo Tri-Axetic), EDTA (Etylen Diamin Tetra-Axetic) là những chất tạo phức tốt với hầu như tất cả các ion kim loại. Hơn nữa, chúng rất ổn định về mặt hóa học đối với quá trình oxy hóa khử, và chúng không nhạy cảm đối với các axit và bazơ. EDTA có khả năng tạo phức tốt nhưng rất khó phân hủy sinh học trong khi đó NTA thì rất nhanh phân giải sinh học.
Các hydrocacboxylat (axit citric, axit tartric, axit gluconic...) rất thân thiện với môi trường nhưng khả năng tạo phức của chúng kém hơn các aminocacboxylat. Axit citric là chất tạo phức với ion kim loại khác ngoài canxi, và thường được dùng trong trường hợp cần loại bỏ các kim loại chuyển tiếp như đồng, kẽm, sắt.
Ngày nay, các chất xây dựng phải đáp ứng được các yêu cầu ngày càng cao về khả năng phân hủy sinh học cũng như các chỉ tiêu khác về an toàn đối với người và sinh vật, phải có hiệu lực tương đương với EDTA và giá thành rẻ. MGDA (Metyl Glycin Diaxetic Axit) là một trong các sản phẩm chứa phần lớn các điều kiện đó, có khả năng phân hủy sinh học, khả năng tạo phức chỉ kém EDTA.
Việc tìm kiếm những tác nhân phức hợp mới này phải phù hợp với các điều kiện sau đây: Phân giải sinh học tốt. Có tính hiệu lực cao (cần phải ngang với hiệu lực của EDTA). Giá thành hợp lý.
Hiện nay một trong những sản phẩm chứa phần lớn các điều kiện ấy là MGDA (Methyl Glycine Diaxetic Acid). Phân tử MGDA có thể phân huỷ sinh học.
Các chất trao đổi ion.Từ nhiều năm nay, việc sử dụng những chất trao đổi ion trong nhiều sản phẩm tẩy rửa đã gia tăng đáng kể vì những lý do môi trường. Những nguyên liệu mới không tan này (các zeolit) là những silico-aluminat natri .
- Các chất phụ gia
+ Phụ gia chống tái bám.
Các tác nhân chống tái bám được đưa vào nhằm ngăn cản các loại chất bẩn đã được tẩy khỏi bề mặt tẩy rửa bị tái bám trên bề mặt tẩy rửa.
Phụ gia chống tái bám có chức năng:
- Có khả năng chống lại hiện tượng hấp phụ thuận nghịch.
- Kiểm soát sự kết tinh và ngăn không cho chúng lớn tới một cỡ tối ưu để tránh sự tái bám của chúng vào vải vóc.
- Gia tăng điện tích âm trong nước giặt tạo một lực đẩy lớn hơn giữa các hạt qua đó tránh được sự ngưng kết dẫn đến sự tái bám trên vải vóc.
Tác nhân chống tái bám được sử dụng phổ biến gồm có: cacboxy methyl cellulose (CMC, các dẫn xuất của tinh bột cacboxy), các ete celluloza, các copolyme polyetylenterephtalat polyoxyetylenterephtalat (dùng cho vải polyeste).
+ Phụ gia chống tạo bọt.
Bọt là một nhũ tương của hai pha không hoà trộn (chẳng hạn pha nước và không khí) tồn tại như một nhũ tương dầu - nước.
Các tác nhân chống tạo bọt làm giảm hoặc loại trừ bọt của sản phẩm. Chúng tác động bằng cách ngăn cản sự tạo bọt, hoặc bằng cách làm tăng tốc độ huỷ chúng. Trong trường hợp thứ nhất đó là những ion vô cơ như canxi có ảnh hưởng đến sự ổn định tĩnh điện hoặc giảm nồng độ các anion (bằng kết tủa). Trong trường hợp thứ hai đó là những chất vô cơ hoặc hữu cơ sẽ đến thay thế các phần tử của chất hoạt động bề mặt của màng bọt, như vậy làm cho bọt khí ít ổn định.
+ Phụ gia tẩy trắng.
Chất tẩy trắng chứa clo
- Natri hypoclorit NaClO: đây là tác nhân oxy hóa mạnh, ổn định ở pH >
Tốc độ tẩy trắng tăng khi thêm một lượng vừa phải axit (để pH trong khoảng 5,0 ữ 8,5) để tạo ra axit hypocloro (HClO). Sự giải phóng clo xảy ra ở pH < 5. Sự oxy hóa xenlulo lớn nhất trong khoảng pH = 5 đến 9.
Natri clorit NaClO2: là nguồn dạng rắn khá ổn định của ClO2. ClO2 không ổn định và là chất tẩy trắng oxy hóa. Quá trình tẩy trắng được thực hiện ở pH 3,5 đến 4 với chất đệm là natri dihydrophosphat.
+ Các peroxit vô cơ
Hydroperoxit: Trong quá trình tẩy, H2O2 phân ly thành H+ và HOO-, chính HOO- phân hủy cho ra một nguyên tử oxy. Nguyên tử oxy này ghép vào liên kết đôi của chất màu, phá hủy cấu trúc màu và do đó tẩy trắng vải. Phản ứng này diễn ra trong môi trường kiềm. Vải cotton bị phá hủy khá mạnh trong điều kiện này. Các chất kích hoạt và chất ổn định được đưa vào để kiểm soát quá trình tẩy trắng.
Natri perborat: Là các tinh thể trắng dạng bột, tan trong nước ở nhiệt độ thường. Khi hòa tan trong nước sẽ tạo ra hydroperoxit. Trong thực tế thường sử dụng dung dịch 1% ở pH = 10.
4NaBO2.H2O2+3H2O → NaB4O7 + H2O2 + 2NaOH
Natri percabonat Na2CO3.3H2O2: Dung dịch 1% của natri percacbonat có pH = 10,5. Nó bị phân hủy ở nhiệt độ trên 20 oC tạo ra natri cacbonat và hydroperoxit.
+ Các peroxit hữu cơ
Perborat là một tác nhân tẩy trắng tốt, nhưng chỉ có hiệu lực ở 60 oC. Nhiệt độ tẩy rửa thường thấp dưới 60 oC, có thể 40 oC, do đó các peraxit chứa các nhóm - OOH có khả năng tẩy trắng cao hơn hydroxy peroxit thường được đưa vào sản phẩm tẩy rửa.
Peraxetic axit: Là dẫn xuất axetyl của hydro peroxit, thường ở dạng dung dịch 36 đến 40% trong axit axetic. Sự ổn định của peraxetic axit kém hydro peroxit, khi phân hủy sẽ tạo ra gốc OH*, khi có mặt các ion như sắt quá trình phân hủy sẽ tăng nhanh.
CH3-C(=O)-OH Peraxetic axit
Diperoxy dodecandioic axit: Đây là peraxit không tan trong nước, hiệu quả tẩy trắng cao ở nhiệt độ thấp, khả năng tẩy trắng tức thì khi mới cho vào. Tuy nhiên nó không ổn định trong môi trường kiềm, và có thể tự bốc cháy gây nguy hiểm cho người sử dụng.
Tetra-axetyletylendiamin (TAED): TAED được sử dụng như là chất kích hoạt cho H2O2 để đạt hiệu quả tẩy trắng ở nhiệt độ thấp. Nó kích hoạt peroxit bằng cách tạo ra peraxetic axit ở nhiệt độ thấp, tại đó các peroxit thường là tác nhân tẩy trắng không hoạt động.
(CH3CO)2NCH2CH2N(COCH3)2 + 2H2O2 → 2CH3CO-OOH + H3CONHCH2CH2NHCOCH3
+ Các tác nhân khử
Sunfua dioxit, sunfit, bisunfit: Sunfua dioxit tan trong nước tạo axit sunfurơ. Khi tăng độ kiềm tồn tại dạng sunfit hoặc bisunfit. Đây là các tác nhân khử có khả năng tẩy trắng tốt nhưng cũng gây phá hủy vải.
SO32- + 2OH- → SO4 2- + H2O + e-
Natri hydrosunfit Na2S2O4: Được sử dụng trong công nghiệp, tẩy trắng giấy và bột giấy, cũng được sử dụng cho vải len mà không bị phá hủy như trường hợp dùng hydro peroxit. Ở pH thấp hoặc nhiệt độ cao, dung dịch nước không ổn định và tạo ra dạng bisunfit.
2S2O42- + H2O → 2HSO3- + S2O32-
Natri borohydrit NaBH4: Là tác nhân khử chọn lọc các nhóm aldehyt, xeton. Vải cotton khi sử dụng sẽ xảy ra quá trình hình thành các dạng oxyxenlulo và dehydro hóa kèm theo làm cho vải chuyển sang màu vàng.
Quá trình khử các nhóm aldehyt và xeton thành rượu trả lại màu trắng cho vải.
+ Phụ gia tẩy trắng quang học
Trong phân tử của chất tẩy trắng quang học có mặt một hệ thống mối liên kết nối đôi cách dài, có cấu tạo phân tử thẳng và phẳng (trong đó hợp chất có nhân benzen càng nhiều thì hiệu quả tẩy trắng quang học càng tốt). Các phân tử này có đặc tính mang một trạng thái kích thích tương ứng với sự hấp thu một bức xạ nằm trong vùng tử ngoại (UV) và phát ra một bức xạ ánh sáng nằm trong phần xanh khi phân tử đổi từ trạng thái kích thích về trạng thái cơ bản.
Nếu trên vải trắng có các vết bẩn, những vết này sẽ hấp thụ ánh sáng trong vùng xanh dương và kết quả là trong ánh sáng phản chiếu sẽ dư ánh sáng vàng. Điều này làm cho vải có vẻ vàng. Màu vàng của phải có thể loại trừ phần nào bởi chất hấp thụ phần dư ánh sáng vàng do đó vải sẽ trắng hơn, tuy nhiên sự điều chỉnh này sẽ làm giảm bớt lượng ánh sáng phản chiếu và làm cho vải trở lên kém sáng bóng. Chất tẩy trắng quang học hấp thụ các bức xạ UV của ánh sáng ban ngày và phát ra ánh sáng trông thấy trong dãy xanh dương, khi đó vật phản chiếu nhiều ánh sáng trông thấy hơn ban đầu và nó không những trắng hơn mà còn sáng hơn, bóng hơn.
Các hợp chất thích hợp nhất trong tẩy trắng quang học là các chất có cấu trúc thơm hoặc thơm không đều, liên kết trực tiếp với nhau hoặc qua trung gian là các cầu etylen.
Dưới đây là một số chất tẩy trắng quang học thường gặp:
4,4’-bis(4-anilino-6-morpholino-5triazin-2-ylamino)-2,2-stilben disunfonat natri Ngoài các dimorphilin, người ta cũng sử dụng những chất siêu tẩy quang học có đặc tính: hòa tan tốt ở nhiệt độ thấp, ổn định tốt với các tác nhân oxy hóa (kể cả nước javel), ổn định tốt với ánh sáng.
+ Phụ gia làm mềm vải
Các chất làm mềm vải có hai chức năng chính làm mềm vải sau khi phơi khô và giảm sự hút tĩnh điện. Các phụ gia này cũng đồng thời làm rút ngắn thời gian phơi và tăng thời gian sử dụng của vải nhờ làm giảm sự phá hủy cơ học. Sự mềm mại có được là do các chất này hấp phụ lên vải (mang điện tích âm) nhờ nhóm ưa nước mang điện tích dương, còn phần không ưa nước hướng ra ngoài bề mặt vải [7, 10]. Điều này làm giảm độ co của vải và cảm giác cứng khi loại bỏ nước khỏi vải. Nhờ sự hấp phụ này mà điện tích âm trên toàn bộ bề mặt vải giảm dẫn đến giảm lực hút tĩnh điện.
Các chất làm mềm vải hiện nay đều là chất hoạt động bề mặt dạng cation:Các muối Dialkyl Dimetyl Amoni:
Các Imidazolin bậc bốn:
+ Một số tính chất quan trọng của dung dịch chất tẩy rửa
- Nồng độ mixen tới hạn.
Các chất hoạt động bề mặt khác biệt với các phân tử hòa tan khác bởi những đặc tính riêng của chúng trong dung dịch nước. Quả thật, quá một nồng độ nào đó của chất hoạt động bề mặt, các phân tử hợp lại tạo nên các mixen. Sự hình thành các mixen làm phát sinh các “dạng dị thường” trong đặc tính vật lý và điện học của các dung dịch chất hoạt động bề mặt.
 |
| Hình 6: Sự hình thành mixen. |
Vì thế khi người ta tăng nồng độ các chất hoạt động bề mặt, một vài đặc tính sẽ thay đổi đột ngột. Điều đó có thể biểu diễn sơ lược qua giản đồ dưới đây:
 |
| Hình 7: Xác định nồng độ tới hạn |
Những sự thay đổi này là do các mixen được hình thành bất ngờ. Nồng độ phù hợp với việc hình thành các mixen này được gọi là nồng độ mixen tới hạn (CMC).
Đặc biệt người ta xác định được những nồng độ này bằng cách vạch ra sự biến đổi của một đặc tính vật lý theo nồng độ của chất hoạt động bề mặt. Giao điểm của hai phần thẳng của đường biểu diễn cho ta CMC.
- Sức căng bề mặt, sức căng giao diện.
Giữa các phân tử chất lỏng hay chất rắn luôn có lực liên kết. Các phân tử nằm bên trong chất lỏng có lực liên kết về mọi phía của phân tử. Các phân tử chất lỏng nằm trên bề mặt có một phía không liên kết với các phân tử chất lỏng khác, do đó có năng lượng cao hơn. Chất lỏng có xu hướng tạo thành hình cầu sao cho diện tích tiếp xúc nhỏ nhất, có năng lượng thấp nhất.
Sức căng bề mặt là khái niệm dùng để mô phỏng lực liên kết giữa các phân tử tại bề mặt. Sức căng bề mặt của một pha là do các phân tử ở bề mặt pha có năng lượng cao hơn pha kia. Lực liên kết giữa các phân tử của pha nào lớn hơn sẽ có sức căng bề mặt lớn hơn.
Năng lượng tự do tính trên một đơn vị diện tích bề mặt được gọi là sức căng bề mặt. Thật vậy, theo quan điểm toán học và thứ nguyên, năng lượng tự do được biểu diễn bằng Joule trên mét vuông tương đương với một sức căng được biểu diễn bằng Newton trên mét (công: F x d ; diện tích = d2), do đó sức căng bề mặt là:
F x d/d2 = F/d nghĩa là N/m.
- Điểm Kraft.
Một trong những đặc tính của các chất hoạt động bề mặt anionic là khả năng hoà tan của chúng tăng lên theo nhiệt độ. Khả năng hòa tan này tăng trưởng đột ngột khi tác nhân bề mặt hoà tan đủ để tạo mixen.
Người ta gọi điểm Kraft là nhiệt độ ở đó độ hòa tan bằng CMC (nồng độ mixen tới hạn) hay là nhiệt độ ở đó các mixen hòa tan được.
- Chỉ số cân bằng - tính ưa dầu - nước (HLB).
Một vài đặc tính lý - hoá của các phân tử hoạt động bề mặt, đặc biệt khả năng nhũ hoá của chúng, liên hệ mật thiết với tính đối cực của chúng. Vào năm 1950, Griffin đã nghĩ rằng có thể xác định tính đối cực này bởi vì một giá trị thực nghiệm mà ông gọi là HLB (Tính ưa nước - Tính ưa dầu - Cân bằng). Một hợp chất ít ưa nước (nghĩa là ít hòa tan trong nước) có một HLB thấp. Giá trị HLB gia tăng tương đương với sự tăng triển đặc tính ưa nước nơi phân tử. Vậy HLB chỉ là một đơn vị đo lường tính đối cực của phân tử.
Có nhiều phương trình cho phép tính giá trị của HLB: HLB = 4 đến 6 : nước/dầu.
HLB = 10 đến 16 : dầu/nước.
Dưới đây cho thấy mối liên hệ giữa độ hoà tan hoạt tính phân tán của các chất hoạt động bề mặt (chất hoạt động bề mặt) và các giá trị HLB.
Bảng 1.3 Mối quan hệ giữa khả năng phân tán trong nước và giá trị HLB
Khả năng phân tán Giá trị HLB
Không phân tán trong nước 1 đến 4
ít phân tán 3 đến 6
Phân tán đục nhưng ổn định 8 đến 10
Dung dịch trong 13
Thuyết nhiệt động - phương thức lanza.
Chúng ta hãy xét đến một chất béo H (dầu) và một bề mặt rắn F (sợi). Việc vấy bẩn F do H có thể được biểu diễn qua sơ đồ sau
 |
| Hình 8: Sự nhiễm bẩn dầu trên bề mặt sợi. |
Khi giọt dầu H (thể I) tiếp xúc với sợi F (thể II), thì giọt dầu trải ra cho đến khi đạt một thế cân bằng với một góc tiếp giáp, được xác định bởi bề mặt của sợi và đường tiếp tuyến của giao diện dầu/khí. Năng lượng tự do của thể II có thể được viết theo phương trình sau đây: EFA = EFH + EHA.cosθ
Trong đó: EFA: năng lượng tự do sợi / khí.
EFH: năng lượng tự do sợi / dầu.
EFH: năng lượng tự do dầu / khí.
Như chúng ta đã thấy trước đây, năng lượng tự do tính trên một đơn vị diện tích thì bằng sức căng giao diện hay bề mặt. Phương trình (1) trở thành:
γFA = γFH + γHA. Cosθ (2)
Mặt khác, công gắn chặt chất lỏng H vào chất nền F được biểu diễn bằng phương trình Dupré: WFH = γFA + γHA - γFH
Theo phương trình này, người ta thấy rằng gây bẩn càng dễ dàng bao nhiêu thì công gắn chặt chất lỏng WFH càng yếu đi bấy nhiêu.
Để được như thế, chỉ cần sức căng bề mặt F(γFA) hay sức căng bề mặt của H (γHA) yếu đi. Các bề mặt không cực (dầu, polyester …) có một sức căng bề mặt yếu, cho nên các chất béo bám chặt vào sợi
polyester rất dễ dàng. Trái lại, bông sợi có cực, có sức căng bề mặt lớn hơn và vì vậy nó bị dây bẩn dầu khó khăn hơn.
Gột tẩy vết bẩn có chất béo H khỏi một bề mặt F, được biểu diễn bởi sơ đồ sau: Hình 1.4. Sự gột tẩy vết bẩn béo khỏi bề mặt sợi.
Gột tẩy vết bẩn bao hàm đi từ thể II sang thể III. Chúng ta hãy tính công cần thiết để thay đổi thể này. Ở ban đầu thể II, năng lượng tự do được biểu diễn bằng: EII = γHF + γHE
Khi vết bẩn tách khỏi bề mặt F, trong thể III, năng lượng tự do được biểu diễn bằng:
EIII = γFE +2γHE
Công cần thiết để đi từ thể II sang III bằng:
WA = EIII – EII = γFE +2γHE – (γHF + γHE) hay WA = γFE + γHE – γHF
Theo phương trình này, người ta thấy rằng công càng yếu hơn (do đó gột tẩy dễ hơn), thì hai biến số đầu γFE và γHE cũng yếu hơn và biến số thứ ba γHF lại lớn hơn. Sự thêm tác nhân bề mặt là làm giảm sức căng bề mặt (vậy là giảm γFE và γHE) và gia tăng sức căng giao diện γHF nhờ sự hấp phụ của tác nhân bề mặt đó ở giao diện F, E và H/E.
Mặt khác, cũng có thể ghi nhận rằng trong trường hợp sợi polyester (không cực) bị vấy bẩn bởi một chất béo (không cực), thì sức căng giao diện γHF yếu. Việc vấy bẩn này do đó khó khăn hơn trong trường hợp bông sợi trong đó γHF lớn hơn bởi vì bông sợi gồm phân tử có cực.
Dựa vào những nhiệt động học, người ta có thể xác định những điều kiện cần thiết để “gột tẩy tự phát” vết bẩn có chất béo. Để vết bẩn tự tẩy, năng lượng tự do ở giai đoạn cuối (đã tẩy sạch ) cần phải kém hơn giai đoạn đầu (bị vấy bẩn), nghĩa là:
EIII < EII hay
γFE +2γHE < γHF + γHE hay γFE + γHE < γHF
- Cơ chế Rolling Up
Việc tẩy đi các vết bẩn béo cũng có thể được giải thích bởi thuyết “Rolling up”, được Stevenson nhắc đến vào năm 1953. Chúng ta sẽ xem xét sơ đồ sau
 |
| Hình 9: Phương thức Rolling Up. |
Việc tẩy đi các vết bẩn từ thể II sang thể IV, qua thể trung gian III. Khi cân bằng, hợp lực của ba vectơ γFE , γHE , γHF được biểu diễn bằng phương trình sau đây:
Chất hoạt động bề mặt, do chúng được hút trên sợi và vết bẩn, làm giảm các sức căng giao diện γFE và γHE theo phương trình (6) trên đây. Và lúc đó, màng dầu (vết bẩn béo) sẽ cuốn lại và tách khỏi sợi trong quá trình giặt (giặt bằng tay hay bằng máy). Đó là cơ chế “Rolling Up”.
- Hòa tan hóa
Cơ chế “Rolling up” chỉ liên quan đến các vết bẩn ở thể lỏng có chất béo và chủ yếu nhờ các chất chất hoạt động bề mặt làm giảm sức căng bề mặt giao diện. Sau khi có được CMC (nồng độ mixen tới hạn) thì không còn giảm sức căng giao diện nữa, cho nên hiệu ứng “Rolling up” không tăng khi có nồng độ này. Tuy nhiên, người ta thấy khả năng tẩy rửa vẫn gia tăng khi đạt đến nồng độ này, do đó phải nhờ đến một cơ chế khác đó là hiện tượng hoà tan hoá.
Lý thuyết này đã được đưa ra bởi Mc Bam vào năm 1942, rồi lại được Ginn, Brown và Harris khẳng định lại năm 1961. Các phân tử của chất chất hoạt động bề mặt kết hợp với nhau trong các dung dịch loãng để hình thành các mixen ở nồng độ nào đó và được gọi là nồng độ mixen tới hạn (CMC). Trong các mixen, phần kị nước của phân tử chất chất hoạt động bề mặt quay vào phía trong, trong khi phần ưa nước lại hướng về phía nước. Rất nhiều hợp chất không hoà tan trong nước như các axit béo, rượu béo, triglyxerin, hydrocacbon lại được hoà tan bên trong các mixen. Nếu các phân tử hoà tan có cực (chẳng hạn hydroxyl hay cacboxyl) thì các phân tử đó, nói chung tìm thấy ở phần ưa nước của mixen. Lưu ý rằng sự hoà tan chỉ được diễn ra khi nồng độ chất chất hoạt động bề mặt cao hơn so với CMC.
Một đặc tính hấp dẫn của những dung dịch chất chất hoạt động bề mặt là khả năng làm tăng độ hoà tan một vài chất hữu cơ thực tế không hoà tan trong nước (như hydrocacbon). Hiện tượng này được gọi là sự hoà tan hoá, diễn ra do việc thâm nhập các chất hữu cơ này vào trong các mixen của chất chất hoạt động bề mặt. Các phân tử đã được hoà tan được thâm nhập vào trong các mixen theo 3 cách khác nhau như sau:
Các phân tử không cực như heptan ở bên trong các mixen không hề tiếp xúc với nước. Các phân tử có cực như heptanol được thâm nhập vào cùng một cách thức như các phân tử của những tác nhân bề mặt. Các phân tử có cực ở trên lớp bên ngoài của mixen.
Sự hoà tan tuỳ thuộc vào số lượng và cỡ hạt các mixen. Càng có nhiều mixen trong dung dịch thì sự hoà tan hoá càng quan trọng. Mặt khác người ta giả thiết rằng các mixen cỡ lớn có khả năng lớn hơn để hoà tan các chất hữu cơ. Điểm đục của những NI (chất chất hoạt động bề mặt không ion) có thể xem như là sự báo hiệu hình thành các mixen siêu lớn. Điều này có thể giải thích tại sao hoà tan hoá là rất quan trọng xung quanh điểm đục đối với các chất NI .
Vậy để có sự tẩy rửa tốt ta không những cần giảm sức căng bề mặt (cơ chế “Rolling up”) mà còn phải tăng nồng độ các chất chất hoạt động bề mặt để hình thành các mixen, tuỳ theo lượng vết bẩn béo có mặt trong dung dịch giặt rửa.
Tóm lại để tẩy rửa tốt không những cần giảm sức căng bề mặt (phương thức Lanza, cơ chế “Rolling Up”) mà còn phải tăng nồng độ các hoạt chất để hình thành các mixen (hòa tan hóa) và có được một số mixen đủ, tùy theo lượng vết bẩn béo hiện diện trong dung dịch giặt rửa
- Các loại chất tẩy rửa vải sợi thông dụng :
- Fuman L
Fuman L là hóa chât phổ biến dùng trong giai đoạn tiền làm sạch vải sợi, tẩy các vật liệu bị ngấm dầu mỡ nặng, không có các hydrocacbon chlorinate. Fuman L có khả năng hòa tan và nhũ hóa đặc biệt với các chất bẩn dạng dầu, mỡ, các chất bẩn bôi trơn và các chất bẩn trên máy dệt.
- Vetanol T
Vetanol T là chất giặt tẩy dầu được làm bởi chất nhũ hóa, phân tán, thẩm thấu... Vetanol T là dạng hỗn hợp nhũ tương trắng, dễ tan trong nước, là loại chất tẩy NI. Vetanol có khả năng loại bỏ dầu máy dính vào vải sợi trong công nghiệp, các tạp chất dính trong vải sợi, làm cho màu vải tươi sáng hơn.
- Politex-Tai N (P-TN)
P-TN là chất chất hoạt động bề mặt không ion, có dạng kem màu trắng, có tính phân tán, nhũ hóa và khả năng thấm khử mạnh đối với các chất dầu, thuận tiện cho quá trình nhuộm. P-TN chống tái bám vết bẩn trên mặt vải, ảnh hưởng tới quá trình nhuộm, đồng thời tránh được vết bẩn để màu nhuộm đạt hiệu quả cao.
- Triremov Sor.
Triremov Sor là tác nhân khử dầu cho sợi spandex, sợi mảnh và sợi cotton. Triremov Sor là chất lỏng trong có màu vàng nhạt, mang tính không ion. Triremov Sor có thuộc tính nhũ hóa các chất dầu rất mạnh, do đó nó rất hiệu quả trong việc tẩy sạch các loại chất dầu khác nhau được sử dụng trong quá trình tạo vải như xe sợi và dệt
0 Response to "CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT NGUYÊN LIỆU LÀM CHẤT TẨY RỬA"
Đăng nhận xét