35 Tại Sao Phải Giảm Sức Căng Bề Mặt Trong Quá Trình Điều Chế Nước Rửa Chén mới nhất

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.Bạn đang xem: Tại sao phải giảm sức căng bề mặt trong quá trình điều chế nước rửa chén

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).Bạn đang xem: Tại sao phải giảm sức căng bề mặt trong quá trình điều chế nước rửa chén

Chất tẩy rửa phải có khả năng nhũ hóa chuyển dẫu mỡ thành các hạt nhỏ phân tán trong nước.

Bạn đang xem: Tại sao phải giảm sức căng bề mặt trong quá trình điều chế nước rửa chén

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 .

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.

 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 / 7,35,44/

Chất hoạt động bề mặt

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) /7,37,38,41/.

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:

*

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.

Tiêu biểu cho loại này gồm có:

*

 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 –

Các dẫn xuất sunfonat: Các chất sunfonat của dầu hỏa, các chất lignosunfat, các chất alkylarysunfonat .

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.

*

*

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:

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 amit: Dùng trong công nghiệp mỹ phẩm và bột giặt.

Ngoài các hợp chất chứa oxy, các nonionic còn có loại có nhóm phân cực chứa nguyên tử nitơ, lưu huỳnh.

Xem thêm: ” Make A Point Là Gì ? Make A Point Có Nghĩa Là Gì

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 hợp chất vô cơ:

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 /7, 44,45,48/.

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 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.

Bài viết liên quan