Gaya susut setiap satuan panjang pada permukaan zat cair disebut tegangan permukaan, dan satuannya adalah N.·m-1.
Sifat menurunkan tegangan permukaan pelarut disebut aktivitas permukaan, dan zat yang memiliki sifat ini disebut zat aktif permukaan.
Zat aktif permukaan yang dapat mengikat molekul dalam larutan air dan membentuk misel dan asosiasi lainnya, serta memiliki aktivitas permukaan yang tinggi, sekaligus memiliki efek pembasahan, pengemulsi, pembusaan, pencucian, dll disebut surfaktan.
Surfaktan adalah senyawa organik dengan struktur dan sifat khusus, yang secara signifikan dapat mengubah tegangan antarmuka antara dua fase atau tegangan permukaan cairan (umumnya air), dengan sifat pembasahan, pembusaan, pengemulsi, pencucian dan lainnya.
Dari segi struktur, surfaktan memiliki ciri yang sama yaitu mengandung dua kelompok yang berbeda sifat dalam molekulnya. Di salah satu ujungnya terdapat rantai panjang gugus non-polar, larut dalam minyak dan tidak larut dalam air, juga dikenal sebagai gugus hidrofobik atau gugus anti air. Kelompok penolak air tersebut umumnya merupakan rantai panjang hidrokarbon, kadang-kadang juga untuk fluor organik, silikon, organofosfat, rantai organotin, dll. Di ujung yang lain adalah kelompok yang larut dalam air, kelompok hidrofilik atau kelompok pengusir minyak. Gugus hidrofilik harus cukup hidrofilik untuk menjamin bahwa seluruh surfaktan dapat larut dalam air dan memiliki kelarutan yang diperlukan. Karena surfaktan mengandung gugus hidrofilik dan hidrofobik, surfaktan dapat larut dalam setidaknya satu fase cair. Sifat hidrofilik dan lipofilik surfaktan disebut amfifilisitas.
Surfaktan adalah sejenis molekul amfifilik dengan gugus hidrofobik dan hidrofilik. Kelompok surfaktan hidrofobik umumnya terdiri dari hidrokarbon rantai panjang, seperti alkil C8~C20 rantai lurus, alkil C8~C20,alkilfenil rantai bercabang (nomor tom alkil karbon adalah 8~16) dan sejenisnya. Perbedaan kecil antar gugus hidrofobik terutama terletak pada perubahan struktur rantai hidrokarbon. Dan jenis gugus hidrofiliknya lebih banyak, sehingga sifat surfaktan terutama berkaitan dengan gugus hidrofilik selain ukuran dan bentuk gugus hidrofobik. Perubahan struktur gugus hidrofilik lebih besar dibandingkan dengan gugus hidrofobik, sehingga klasifikasi surfaktan umumnya didasarkan pada struktur gugus hidrofilik. Klasifikasi ini didasarkan pada apakah gugus hidrofilik itu ionik atau tidak, dan dibagi menjadi jenis surfaktan anionik, kationik, nonionik, zwitterionik, dan jenis surfaktan khusus lainnya.
① Adsorpsi surfaktan pada antarmuka
Molekul surfaktan adalah molekul amfifilik yang memiliki gugus lipofilik dan hidrofilik. Ketika surfaktan dilarutkan dalam air, gugus hidrofiliknya tertarik pada air dan larut dalam air, sedangkan gugus lipofiliknya ditolak oleh air dan meninggalkan air, sehingga terjadi adsorpsi molekul (atau ion) surfaktan pada antarmuka kedua fase. , yang mengurangi tegangan antarmuka antara dua fase. Semakin banyak molekul (atau ion) surfaktan yang teradsorpsi pada antarmuka, semakin besar penurunan tegangan antarmuka.
② Beberapa sifat membran adsorpsi
Tekanan permukaan membran adsorpsi: Adsorpsi surfaktan pada antarmuka gas-cair untuk membentuk membran adsorpsi, seperti menempatkan lembaran mengambang yang dapat dilepas tanpa gesekan pada antarmuka, lembaran mengambang mendorong membran adsorben sepanjang permukaan larutan, dan membran menghasilkan tekanan pada lembaran terapung, yang disebut tekanan permukaan.
Viskositas permukaan: Seperti tekanan permukaan, viskositas permukaan adalah sifat yang ditunjukkan oleh membran molekul yang tidak larut. Ditangguhkan oleh cincin platinum kawat logam halus, sehingga bidangnya menyentuh permukaan air tangki, memutar cincin platinum, cincin platinum oleh viskositas hambatan air, amplitudo secara bertahap membusuk, yang sesuai dengan viskositas permukaan dapat diukur. Caranya adalah: pertama, percobaan dilakukan pada permukaan air murni untuk mengukur peluruhan amplitudo, kemudian peluruhan setelah pembentukan membran permukaan diukur, dan viskositas membran permukaan diturunkan dari selisih keduanya. .
Viskositas permukaan berkaitan erat dengan soliditas membran permukaan, dan karena membran adsorpsi memiliki tekanan permukaan dan viskositas, maka harus memiliki elastisitas. Semakin tinggi tekanan permukaan dan semakin tinggi viskositas membran yang teradsorpsi, semakin tinggi pula modulus elastisitasnya. Modulus elastisitas membran adsorpsi permukaan penting dalam proses stabilisasi gelembung.
③ Pembentukan misel
Larutan encer surfaktan mematuhi hukum yang diikuti oleh larutan ideal. Jumlah surfaktan yang teradsorpsi pada permukaan larutan meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi larutan, dan ketika konsentrasi mencapai atau melebihi nilai tertentu, jumlah adsorpsi tidak lagi meningkat, dan kelebihan molekul surfaktan tersebut berada dalam larutan secara sembarangan. cara atau dengan cara yang biasa. Baik praktik maupun teori menunjukkan bahwa mereka membentuk asosiasi dalam larutan, dan asosiasi ini disebut misel.
Konsentrasi Misel Kritis (CMC): Konsentrasi minimum di mana surfaktan membentuk misel dalam larutan disebut konsentrasi misel kritis.
④ Nilai CMC dari surfaktan umum.
HLB adalah singkatan dari keseimbangan hidrofil lipofilik, yang menunjukkan keseimbangan hidrofilik dan lipofilik dari gugus hidrofilik dan lipofilik surfaktan, yaitu nilai HLB surfaktan. Nilai HLB yang besar menunjukkan molekul dengan hidrofilisitas kuat dan lipofilisitas lemah; sebaliknya, lipofilisitas kuat dan hidrofilisitas lemah.
① Ketentuan nilai HLB
Nilai HLB merupakan nilai yang relatif, sehingga ketika nilai HLB dikembangkan maka sebagai standar nilai HLB lilin parafin yang tidak mempunyai sifat hidrofilik ditetapkan 0, sedangkan nilai HLB natrium dodesil sulfat yaitu lebih larut dalam air adalah 40. Oleh karena itu, nilai HLB surfaktan umumnya berkisar antara 1 hingga 40. Secara umum, pengemulsi dengan nilai HLB kurang dari 10 bersifat lipofilik, sedangkan pengemulsi yang lebih besar dari 10 bersifat hidrofilik. Jadi, titik balik dari lipofilik menjadi hidrofilik adalah sekitar 10.
Berdasarkan nilai HLB surfaktan, gambaran umum kemungkinan kegunaannya dapat diperoleh, seperti ditunjukkan pada Tabel 1-3.
Dua cairan yang saling tidak larut, yang satu terdispersi dalam yang lain sebagai partikel (tetesan atau kristal cair) membentuk suatu sistem yang disebut emulsi. Sistem ini secara termodinamika tidak stabil karena bertambahnya luas batas kedua cairan ketika emulsi terbentuk. Untuk membuat emulsi stabil, perlu ditambahkan komponen ketiga - pengemulsi untuk mengurangi energi antarmuka sistem. Pengemulsi termasuk dalam surfaktan, fungsi utamanya berperan sebagai emulsi. Fase emulsi yang berbentuk tetesan disebut fase terdispersi (atau fase dalam, fase diskontinu), dan fase lain yang terikat bersama disebut medium pendispersi (atau fase luar, fase kontinu).
① Pengemulsi dan emulsi
Emulsi umum, satu fasa adalah air atau larutan berair, fasa lainnya adalah zat organik yang tidak dapat bercampur dengan air, seperti minyak, lilin, dll. Emulsi yang dibentuk oleh air dan minyak dapat dibagi menjadi dua jenis menurut situasi dispersinya: minyak terdispersi dalam air membentuk emulsi tipe minyak dalam air, dinyatakan sebagai O/W (minyak/air): air terdispersi dalam minyak membentuk emulsi tipe minyak dalam air, dinyatakan sebagai W/O (air/minyak). Multi-emulsi tipe W/O/W air-dalam-minyak-dalam-air dan multi-emulsi minyak-dalam-air-dalam-minyak O/W/O yang kompleks juga dapat terbentuk.
Pengemulsi digunakan untuk menstabilkan emulsi dengan mengurangi tegangan antarmuka dan membentuk membran antarmuka molekul tunggal.
Dalam emulsifikasi persyaratan pengemulsi:
a: Pengemulsi harus mampu mengadsorpsi atau memperkaya antarmuka antara dua fase, sehingga tegangan antarmuka berkurang;
b: Pengemulsi harus memberikan muatan pada partikel, sehingga terjadi tolakan elektrostatis antar partikel, atau membentuk membran pelindung yang stabil dan sangat kental di sekitar partikel.
Oleh karena itu, zat yang digunakan sebagai pengemulsi harus mempunyai gugus amfifilik agar dapat teremulsi, dan surfaktan dapat memenuhi persyaratan tersebut.
② Metode pembuatan emulsi dan faktor-faktor yang mempengaruhi stabilitas emulsi
Ada dua cara untuk membuat emulsi: pertama adalah dengan menggunakan metode mekanis untuk mendispersikan cairan dalam partikel-partikel kecil dalam cairan lain, yang banyak digunakan dalam industri untuk membuat emulsi; cara lainnya adalah dengan melarutkan cairan dalam keadaan molekuler dalam cairan lain, dan kemudian membuatnya berkumpul dengan baik untuk membentuk emulsi.
Stabilitas suatu emulsi adalah kemampuan anti agregasi partikel yang menyebabkan pemisahan fasa. Emulsi adalah sistem yang tidak stabil secara termodinamika dengan energi bebas yang besar. Oleh karena itu, yang disebut kestabilan suatu emulsi sebenarnya adalah waktu yang diperlukan sistem untuk mencapai kesetimbangan, yaitu waktu yang diperlukan untuk terjadinya pemisahan salah satu cairan dalam sistem.
Ketika membran antarmuka dengan alkohol lemak, asam lemak dan amina lemak serta molekul organik polar lainnya, kekuatan membran jauh lebih tinggi. Hal ini disebabkan pada lapisan adsorpsi antarmuka molekul pengemulsi dan alkohol, asam dan amina serta molekul polar lainnya membentuk “kompleks”, sehingga kekuatan membran antarmuka meningkat.
Pengemulsi yang terdiri lebih dari dua surfaktan disebut pengemulsi campuran. Pengemulsi campuran teradsorpsi pada antarmuka air/minyak; aksi antarmolekul dapat membentuk kompleks. Karena aksi antarmolekul yang kuat, tegangan antarmuka berkurang secara signifikan, jumlah pengemulsi yang teradsorpsi pada antarmuka meningkat secara signifikan, pembentukan kepadatan membran antarmuka meningkat, dan kekuatan meningkat.
Muatan butiran cair mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap stabilitas emulsi. Emulsi stabil, yang butiran cairnya umumnya bermuatan. Ketika pengemulsi ionik digunakan, ion pengemulsi yang teradsorpsi pada antarmuka memiliki gugus lipofilik yang dimasukkan ke dalam fase minyak dan gugus hidrofilik berada dalam fase air, sehingga membuat manik-manik cair terisi. Karena butiran emulsi dengan muatan yang sama, saling tolak menolak, tidak mudah menggumpal, sehingga kestabilannya meningkat. Terlihat bahwa semakin banyak ion pengemulsi yang teradsorpsi pada butiran, semakin besar muatannya, semakin besar kemampuannya untuk mencegah penggumpalan butiran, dan semakin stabil sistem emulsi.
Viskositas media pendispersi emulsi mempunyai pengaruh tertentu terhadap kestabilan emulsi. Secara umum, semakin tinggi viskositas media pendispersi, semakin tinggi pula stabilitas emulsi. Hal ini dikarenakan viskositas medium pendispersi yang besar mempunyai pengaruh yang kuat terhadap gerak Brown butiran cair dan memperlambat tumbukan antar butiran cair, sehingga sistem tetap stabil. Biasanya zat polimer yang dapat dilarutkan dalam emulsi dapat meningkatkan viskositas sistem dan membuat stabilitas emulsi menjadi lebih tinggi. Selain itu, polimer juga dapat membentuk membran antar muka yang kuat sehingga membuat sistem emulsi lebih stabil.
Dalam beberapa kasus, penambahan serbuk padat juga dapat membuat emulsi cenderung stabil. Bubuk padat ada di dalam air, minyak atau antarmuka, tergantung pada minyaknya, air pada kapasitas pembasahan bubuk padat, jika bubuk padat tidak sepenuhnya basah dengan air, tetapi juga basah oleh minyak, akan tetap berada di air dan minyak antarmuka.
Serbuk padat tidak membuat emulsi stabil karena serbuk yang terkumpul pada antarmuka memperkuat membran antarmuka, yang mirip dengan adsorpsi antarmuka molekul pengemulsi, sehingga semakin dekat susunan bahan serbuk padat pada antarmuka, semakin stabil emulsi tersebut. emulsi adalah.
Surfaktan memiliki kemampuan untuk secara signifikan meningkatkan kelarutan zat organik yang tidak larut atau sedikit larut dalam air setelah membentuk misel dalam larutan air, dan larutan saat ini transparan. Efek misel ini disebut solubilisasi. Surfaktan yang dapat menghasilkan kelarutan disebut zat pelarut, dan bahan organik yang dapat larut disebut zat terlarut.
Busa memegang peranan penting dalam proses pencucian. Busa adalah sistem dispersi di mana gas didispersikan dalam cairan atau padatan, dengan gas sebagai fase terdispersi dan cairan atau padatan sebagai media pendispersi, yang pertama disebut busa cair, sedangkan yang terakhir disebut busa padat, seperti seperti plastik berbusa, kaca berbusa, semen berbusa dll.
(1) Pembentukan busa
Yang kami maksud dengan busa di sini adalah kumpulan gelembung udara yang dipisahkan oleh membran cair. Gelembung jenis ini selalu naik dengan cepat ke permukaan cairan karena adanya perbedaan densitas yang besar antara fase terdispersi (gas) dan media pendispersi (cairan), ditambah dengan rendahnya viskositas cairan.
Proses pembentukan gelembung adalah memasukkan sejumlah besar gas ke dalam cairan, dan gelembung-gelembung dalam cairan dengan cepat kembali ke permukaan, membentuk kumpulan gelembung-gelembung yang dipisahkan oleh sejumlah kecil gas cair.
Busa mempunyai dua ciri yang penting ditinjau dari morfologinya: pertama, gelembung-gelembung sebagai fasa terdispersi seringkali berbentuk polihedral, hal ini karena pada perpotongan gelembung-gelembung tersebut terdapat kecenderungan lapisan film cair menjadi tipis sehingga gelembung-gelembung tersebut menjadi polihedral, bila lapisan cairan menipis sampai batas tertentu, hal ini menyebabkan pecahnya gelembung; yang kedua adalah cairan murni tidak dapat membentuk busa yang stabil, cairan yang dapat membentuk busa paling sedikit terdiri dari dua komponen atau lebih. Larutan surfaktan dalam air merupakan tipikal sistem yang rentan terhadap pembentukan busa, dan kemampuannya menghasilkan busa juga terkait dengan sifat lainnya.
Surfaktan dengan daya berbusa yang baik disebut bahan pembusa. Walaupun bahan pembusa mempunyai kemampuan berbusa yang baik, namun busa yang terbentuk belum tentu dapat bertahan lama, artinya kestabilannya belum tentu baik. Untuk menjaga kestabilan busa, seringkali pada bahan pembusa ditambahkan zat yang dapat meningkatkan kestabilan busa, zat tersebut disebut penstabil busa, penstabil yang umum digunakan adalah lauril dietanolamin dan dodesil dimetilamina oksida.
(2) Stabilitas busa
Busa adalah sistem yang tidak stabil secara termodinamika dan tren terakhirnya adalah total luas permukaan cairan di dalam sistem berkurang setelah gelembung pecah dan energi bebas berkurang. Proses defoaming adalah proses dimana membran cairan pemisah gas menjadi lebih tebal dan tipis hingga pecah. Oleh karena itu, tingkat stabilitas busa terutama ditentukan oleh kecepatan pelepasan cairan dan kekuatan lapisan film cair. Faktor-faktor berikut juga mempengaruhi hal ini.
(3) Penghancuran busa
Prinsip dasar penghancuran busa adalah dengan mengubah kondisi yang menghasilkan busa atau menghilangkan faktor penstabil busa, sehingga ada metode penghilangan busa secara fisik dan kimia.
Penghilangan busa secara fisik berarti mengubah kondisi produksi busa dengan tetap menjaga komposisi kimia larutan busa, seperti gangguan eksternal, perubahan suhu atau tekanan, dan perawatan ultrasonik merupakan metode fisik yang efektif untuk menghilangkan busa.
Metode penghilangan busa secara kimiawi adalah dengan menambahkan zat tertentu untuk berinteraksi dengan bahan pembusa untuk mengurangi kekuatan lapisan cair dalam busa sehingga mengurangi kestabilan busa untuk mencapai tujuan penghilangan busa, zat tersebut disebut pencegah busa. Sebagian besar pencegah busa adalah surfaktan. Oleh karena itu, menurut mekanisme penghilang busa, pencegah busa harus memiliki kemampuan yang kuat untuk mengurangi tegangan permukaan, mudah teradsorpsi pada permukaan, dan interaksi antar molekul adsorpsi permukaan lemah, molekul adsorpsi tersusun dalam struktur yang lebih longgar.
Ada berbagai macam jenis pencegah busa, namun pada dasarnya semuanya merupakan surfaktan nonionik. Surfaktan non-ionik memiliki sifat anti-busa di dekat atau di atas titik awannya dan sering digunakan sebagai pencegah busa. Alkohol, terutama alkohol dengan struktur bercabang, asam lemak dan ester asam lemak, poliamida, ester fosfat, minyak silikon, dll. juga biasa digunakan sebagai pencegah busa yang sangat baik.
(4) Busa dan cucian
Tidak ada hubungan langsung antara busa dan efektivitas pencucian, dan jumlah busa tidak menunjukkan efektivitas pencucian. Misalnya, surfaktan nonionik memiliki sifat berbusa yang jauh lebih sedikit dibandingkan sabun, namun dekontaminasinya jauh lebih baik dibandingkan sabun.
Dalam beberapa kasus, busa dapat membantu menghilangkan kotoran dan kotoran. Misalnya, saat mencuci piring di rumah, busa deterjen menyerap tetesan minyak, dan saat menggosok karpet, busa membantu mengangkat debu, bubuk, dan kotoran padat lainnya. Selain itu, busa terkadang dapat digunakan sebagai indikasi efektivitas suatu deterjen. Karena minyak lemak memiliki efek penghambatan pada busa deterjen, jika minyak terlalu banyak dan deterjen terlalu sedikit, busa tidak akan dihasilkan atau busa asli akan hilang. Busa terkadang juga dapat digunakan sebagai indikator kebersihan bilasan, karena jumlah busa dalam larutan bilas cenderung berkurang seiring dengan berkurangnya deterjen, sehingga jumlah busa dapat digunakan untuk mengevaluasi derajat pembilasan.
Dalam arti luas, pencucian adalah proses menghilangkan komponen-komponen yang tidak diinginkan dari benda yang akan dicuci dan mencapai suatu tujuan. Mencuci dalam pengertian biasa mengacu pada proses menghilangkan kotoran dari permukaan media pembawa. Dalam pencucian, interaksi antara kotoran dan pembawa dilemahkan atau dihilangkan oleh aksi beberapa zat kimia (misalnya deterjen, dll), sehingga kombinasi kotoran dan pembawa diubah menjadi kombinasi kotoran dan deterjen, dan akhirnya kotoran terlepas dari pembawanya. Karena benda yang akan dicuci dan kotoran yang akan dibuang bermacam-macam, maka mencuci merupakan proses yang sangat kompleks dan proses dasar mencuci dapat dinyatakan dalam hubungan sederhana berikut.
Carrie··Kotoran + Deterjen= Pembawa + Kotoran·Deterjen
Proses pencucian biasanya dapat dibagi menjadi dua tahap: pertama, di bawah pengaruh deterjen, kotoran dipisahkan dari pembawanya; kedua, kotoran yang terlepas tersebar dan tersuspensi dalam medium. Proses pencucian merupakan proses yang dapat dibalik dan kotoran yang tersebar dan tersuspensi dalam media juga dapat diendapkan kembali dari media ke benda yang dicuci. Oleh karena itu, deterjen yang baik harus mempunyai kemampuan untuk membubarkan dan menahan kotoran serta mencegah pengendapan kembali kotoran, di samping kemampuan untuk menghilangkan kotoran dari pembawanya.
(1) Jenis kotoran
Bahkan untuk barang yang sama, jenis, komposisi dan jumlah kotoran dapat berbeda-beda tergantung lingkungan penggunaannya. Kotoran badan minyak terutama berupa minyak hewani dan nabati serta minyak mineral (seperti minyak mentah, bahan bakar minyak, tar batubara, dll.), Kotoran padat terutama berupa jelaga, abu, karat, karbon hitam, dll. Dalam hal kotoran pakaian, terdapat kotoran dari tubuh manusia, seperti keringat, sebum, darah, dll; kotoran dari makanan, seperti noda buah, noda minyak goreng, noda bumbu, pati, dan lain-lain; kotoran dari kosmetik, seperti lipstik, cat kuku, dll; kotoran dari atmosfer, seperti jelaga, debu, lumpur, dll; lainnya, seperti tinta, teh, pelapis, dll. Tersedia dalam berbagai jenis.
Berbagai jenis kotoran biasanya dapat dibagi menjadi tiga kategori utama: kotoran padat, kotoran cair, dan kotoran khusus.
① Kotoran padat
Kotoran padat yang umum meliputi partikel abu, lumpur, tanah, karat, dan karbon hitam. Sebagian besar partikel ini mempunyai muatan listrik pada permukaannya, sebagian besar bermuatan negatif dan dapat dengan mudah teradsorpsi pada benda serat. Kotoran padat umumnya sulit larut dalam air, namun dapat tersebar dan tersuspensi dengan larutan deterjen. Kotoran padat dengan titik massa lebih kecil lebih sulit dihilangkan.
② Kotoran cair
Kotoran cair sebagian besar larut dalam minyak, termasuk minyak tumbuhan dan hewan, asam lemak, alkohol lemak, minyak mineral dan oksidanya. Diantaranya, minyak tumbuhan dan hewan, saponifikasi asam lemak dan alkali dapat terjadi, sedangkan alkohol lemak, minyak mineral tidak disabunkan oleh alkali, tetapi dapat larut dalam alkohol, eter dan pelarut organik hidrokarbon, serta emulsifikasi dan dispersi larutan air deterjen. Kotoran cair yang larut dalam minyak umumnya memiliki kekuatan yang kuat dengan bahan serat, dan lebih kuat teradsorpsi pada serat.
③ Kotoran khusus
Kotoran khusus meliputi protein, pati, darah, sekresi manusia seperti keringat, sebum, urin dan jus buah serta jus teh. Sebagian besar jenis kotoran ini dapat teradsorpsi secara kimia dan kuat pada bahan serat. Oleh karena itu, sulit untuk mencucinya.
Berbagai jenis kotoran tersebut jarang ditemukan sendiri-sendiri, namun seringkali tercampur dan terserap pada suatu benda. Kotoran terkadang dapat teroksidasi, terurai atau membusuk karena pengaruh luar, sehingga menimbulkan kotoran baru.
（2）Adhesi kotoran
Pakaian, tangan dll bisa ternoda karena ada interaksi antara benda tersebut dengan kotoran. Kotoran menempel pada benda dengan berbagai cara, namun yang ada hanyalah adhesi fisik dan kimia.
①Adhesi jelaga, debu, lumpur, pasir dan arang pada pakaian merupakan adhesi fisik. Secara umum, melalui adhesi kotoran ini, dan peran antar benda yang ternoda relatif lemah, pembuangan kotoran juga relatif mudah. Menurut gaya yang berbeda, adhesi fisik kotoran dapat dibagi menjadi adhesi mekanis dan adhesi elektrostatik.
A: Adhesi mekanis
Jenis adhesi ini terutama mengacu pada adhesi beberapa kotoran padat (misalnya debu, lumpur dan pasir). Adhesi mekanis adalah salah satu bentuk adhesi kotoran yang paling lemah dan dapat dihilangkan hampir dengan cara mekanis murni, tetapi jika kotoran berukuran kecil (<0,1um), maka lebih sulit untuk dihilangkan.
B: Adhesi elektrostatik
Adhesi elektrostatik terutama dimanifestasikan dalam aksi partikel kotoran bermuatan pada benda bermuatan berlawanan. Kebanyakan benda berserat bermuatan negatif di dalam air dan dapat dengan mudah menempel pada kotoran tertentu yang bermuatan positif, seperti jenis kapur. Beberapa kotoran, meskipun bermuatan negatif, seperti partikel karbon hitam dalam larutan air, dapat menempel pada serat melalui jembatan ionik (ion-ion antara beberapa benda bermuatan berlawanan, bertindak bersama-sama seperti jembatan) yang dibentuk oleh ion positif dalam air (misalnya , Ca2+, Mg2+ dll.).
Tindakan elektrostatik lebih kuat daripada tindakan mekanis sederhana, membuat penghilangan kotoran menjadi relatif sulit.
② Adhesi kimia
Adhesi kimia mengacu pada fenomena kotoran yang bekerja pada suatu benda melalui ikatan kimia atau hidrogen. Misalnya kotoran padat polar, protein, karat dan adhesi lainnya pada bahan serat, serat mengandung karboksil, hidroksil, urea dan gugus lain, gugus ini dan kotoran berminyak asam lemak, alkohol lemak mudah membentuk ikatan hidrogen. Gaya kimia umumnya kuat dan oleh karena itu kotoran terikat lebih kuat pada benda. Kotoran jenis ini sulit dihilangkan dengan cara biasa dan memerlukan cara khusus untuk mengatasinya.
Derajat daya rekat kotoran berkaitan dengan sifat kotoran itu sendiri dan sifat benda yang ditempelnya. Umumnya, partikel mudah menempel pada benda berserat. Semakin kecil tekstur kotoran padat maka semakin kuat daya rekatnya. Kotoran polar pada benda hidrofilik seperti kapas dan kaca melekat lebih kuat dibandingkan kotoran non polar. Kotoran non-polar melekat lebih kuat dibandingkan kotoran polar, seperti lemak polar, debu, dan tanah liat, serta lebih sulit dihilangkan dan dibersihkan.
(3) Mekanisme penghilangan kotoran
Tujuan mencuci adalah untuk menghilangkan kotoran. Dalam media dengan suhu tertentu (terutama air). Menggunakan berbagai efek fisik dan kimia dari deterjen untuk melemahkan atau menghilangkan efek kotoran dan benda yang dicuci, di bawah pengaruh kekuatan mekanis tertentu (seperti gesekan tangan, agitasi mesin cuci, benturan air), sehingga kotoran dan benda yang dicuci dari tujuan dekontaminasi.
① Mekanisme pembuangan kotoran cair
A：Membasahi
Kotoran cair sebagian besar berbahan dasar minyak. Noda minyak membasahi sebagian besar benda berserat dan menyebar kurang lebih sebagai lapisan minyak pada permukaan bahan berserat. Langkah pertama dalam tindakan pencucian adalah membasahi permukaan dengan cairan pencuci. Sebagai gambaran, permukaan serat dapat dianggap sebagai permukaan padat yang halus.
B: Pelepasan minyak - mekanisme pengeritingan
Langkah kedua dalam tindakan pencucian adalah penghilangan minyak dan lemak, penghilangan kotoran cair dilakukan dengan semacam penggulungan. Kotoran cair awalnya ada di permukaan dalam bentuk lapisan minyak yang menyebar, dan di bawah efek pembasahan yang disukai dari cairan pencuci pada permukaan padat (yaitu permukaan serat), kotoran tersebut menggulung menjadi butiran minyak selangkah demi selangkah, yang mana digantikan oleh cairan pencuci dan akhirnya meninggalkan permukaan di bawah pengaruh kekuatan eksternal tertentu.
② Mekanisme pembuangan kotoran padat
Penghilangan kotoran cair terutama melalui pembasahan pembawa kotoran dengan larutan pencuci, sedangkan mekanisme penghilangan kotoran padat berbeda-beda, dimana proses pencucian terutama mengenai pembasahan massa kotoran dan permukaan pembawanya dengan pencucian. larutan. Akibat adsorpsi surfaktan pada kotoran padat dan permukaan pembawanya, interaksi antara kotoran dengan permukaan berkurang dan kekuatan adhesi massa kotoran pada permukaan berkurang, sehingga massa kotoran mudah dihilangkan dari permukaan. pembawa.
Selain itu, adsorpsi surfaktan, khususnya surfaktan ionik, pada permukaan padatan kotoran dan pembawanya berpotensi meningkatkan potensial permukaan pada permukaan padatan kotoran dan pembawanya, sehingga lebih kondusif untuk menghilangkan surfaktan. kotoran. Permukaan padat atau umumnya berserat biasanya bermuatan negatif dalam media berair dan oleh karena itu dapat membentuk lapisan elektronik ganda yang menyebar pada massa tanah atau permukaan padat. Karena adanya gaya tolak menolak muatan homogen, daya rekat partikel kotoran di dalam air ke permukaan padat melemah. Ketika surfaktan anionik ditambahkan, karena secara bersamaan dapat meningkatkan potensial permukaan negatif partikel kotoran dan permukaan padat, tolakan di antara keduanya semakin meningkat, kekuatan adhesi partikel semakin berkurang, dan kotoran lebih mudah dihilangkan. .
Surfaktan non-ionik teradsorpsi pada permukaan padat yang umumnya bermuatan dan meskipun tidak mengubah potensial antarmuka secara signifikan, surfaktan non-ionik yang teradsorpsi cenderung membentuk lapisan teradsorpsi dengan ketebalan tertentu pada permukaan yang membantu mencegah pengendapan kembali kotoran.
Dalam kasus surfaktan kationik, adsorpsinya mengurangi atau menghilangkan potensial permukaan negatif dari massa kotoran dan permukaan pembawanya, sehingga mengurangi gaya tolak menolak antara kotoran dan permukaan dan oleh karena itu tidak kondusif untuk pembuangan kotoran; lebih jauh lagi, setelah adsorpsi pada permukaan padat, surfaktan kationik cenderung mengubah permukaan padat menjadi hidrofobik dan oleh karena itu tidak kondusif terhadap pembasahan permukaan dan pencucian.
③ Penghapusan tanah khusus
Protein, pati, sekresi manusia, sari buah, sari teh, dan kotoran sejenis lainnya sulit dihilangkan dengan surfaktan biasa dan memerlukan perlakuan khusus.
Noda protein seperti krim, telur, darah, susu, dan kotoran kulit cenderung menggumpal pada serat dan mengalami degenerasi serta mendapatkan daya rekat yang lebih kuat. Kekotoran protein dapat dihilangkan dengan menggunakan protease. Enzim protease memecah protein dalam kotoran menjadi asam amino atau oligopeptida yang larut dalam air.
Noda pati terutama berasal dari bahan makanan, lain-lain seperti kuah daging, lem dll. Amilase memiliki efek katalitik pada hidrolisis noda pati sehingga menyebabkan pati terurai menjadi gula.
Lipase mengkatalisis penguraian trigliserida, yang sulit dihilangkan dengan metode normal, seperti sebum dan minyak nabati, dan memecahnya menjadi gliserol dan asam lemak yang larut.
Beberapa noda berwarna dari jus buah, jus teh, tinta, lipstik, dll. seringkali sulit dibersihkan secara menyeluruh bahkan setelah dicuci berulang kali. Noda ini dapat dihilangkan melalui reaksi redoks dengan zat pengoksidasi atau pereduksi seperti pemutih, yang menghancurkan struktur gugus penghasil warna atau gugus pembantu warna dan mendegradasinya menjadi komponen lebih kecil yang larut dalam air.
（4）Mekanisme penghilangan noda pada dry cleaning
Hal di atas sebenarnya untuk air sebagai media pencucian. Faktanya, karena jenis pakaian dan strukturnya berbeda, beberapa pakaian yang menggunakan pencucian air tidak nyaman atau tidak mudah untuk dicuci bersih, beberapa pakaian setelah dicuci bahkan berubah bentuk, memudar, dll., Misalnya: sebagian besar serat alami menyerap air dan mudah membengkak, kering, dan mudah menyusut, sehingga setelah dicuci akan berubah bentuk; dengan mencuci produk wol juga sering muncul fenomena penyusutan, beberapa produk wol dengan pencucian air juga mudah menumpuk, berubah warna; Beberapa sutra terasa lebih buruk setelah dicuci dan kehilangan kilaunya. Untuk pakaian ini sering menggunakan metode dry-cleaning untuk dekontaminasi. Yang disebut dry cleaning umumnya mengacu pada metode pencucian dengan pelarut organik, terutama pelarut non-polar.
Cuci kering adalah bentuk pencucian yang lebih lembut dibandingkan pencucian air. Karena dry cleaning tidak memerlukan banyak tindakan mekanis, maka tidak menyebabkan kerusakan, kerutan, dan perubahan bentuk pada pakaian, sedangkan bahan pembersih kering, tidak seperti air, jarang menghasilkan pemuaian dan kontraksi. Selama teknologinya ditangani dengan benar, pakaian dapat dicuci kering tanpa distorsi, warna memudar, dan masa pakai lebih lama.
Dalam istilah dry cleaning, ada tiga jenis kotoran.
①Kotoran yang larut dalam minyak Kotoran yang larut dalam minyak mencakup semua jenis minyak dan lemak, yang berbentuk cair atau berminyak dan dapat dilarutkan dalam pelarut pembersih kering.
②Kotoran yang larut dalam air Kotoran yang larut dalam air larut dalam larutan air, tetapi tidak dalam bahan pembersih kering, teradsorpsi pada pakaian dalam keadaan berair, air menguap setelah pengendapan padatan granular, seperti garam anorganik, pati, protein, dll.
③Kotoran yang tidak larut dalam minyak dan air Kotoran yang tidak larut dalam minyak dan air tidak larut dalam air atau larut dalam pelarut pembersih kering, seperti karbon hitam, silikat dari berbagai logam dan oksida, dll.
Karena perbedaan sifat berbagai jenis kotoran, terdapat berbagai cara menghilangkan kotoran dalam proses dry-cleaning. Tanah yang larut dalam minyak, seperti minyak hewani dan nabati, minyak mineral dan lemak, mudah larut dalam pelarut organik dan dapat dihilangkan dengan lebih mudah melalui dry cleaning. Kelarutan yang sangat baik dari pelarut pembersih kering untuk minyak dan lemak pada dasarnya berasal dari gaya van der Walls antar molekul.
Untuk menghilangkan kotoran yang larut dalam air seperti garam anorganik, gula, protein dan keringat, jumlah air yang tepat juga harus ditambahkan ke bahan pembersih kering, jika tidak, kotoran yang larut dalam air akan sulit dihilangkan dari pakaian. Namun air sulit larut dalam bahan pembersih kering, sehingga untuk menambah jumlah air perlu juga menambahkan surfaktan. Adanya air pada bahan pembersih kering dapat membuat permukaan kotoran dan pakaian terhidrasi, sehingga mudah berinteraksi dengan gugus polar surfaktan, sehingga kondusif bagi adsorpsi surfaktan pada permukaan. Selain itu, ketika surfaktan membentuk misel, kotoran yang larut dalam air dan air dapat dilarutkan ke dalam misel. Selain meningkatkan kadar air dalam pelarut pembersih kering, surfaktan juga berperan dalam mencegah pengendapan kembali kotoran untuk meningkatkan efek dekontaminasi.
Kehadiran sedikit air diperlukan untuk menghilangkan kotoran yang larut dalam air, namun terlalu banyak air dapat menyebabkan distorsi dan kerutan pada beberapa pakaian, sehingga jumlah air dalam bahan pembersih kering harus secukupnya.
Kotoran yang tidak larut dalam air atau tidak larut dalam minyak, partikel padat seperti abu, lumpur, tanah dan karbon hitam, umumnya menempel pada pakaian melalui gaya elektrostatis atau dikombinasikan dengan minyak. Dalam dry cleaning, aliran pelarut, benturan dapat membuat gaya elektrostatis menyerap kotoran, dan bahan pembersih kering dapat melarutkan minyak, sehingga kombinasi minyak dan kotoran serta partikel padat yang menempel pada pakaian terlepas dalam keadaan kering. -bahan pembersih, bahan pembersih kering dalam sedikit air dan surfaktan, sehingga partikel kotoran padat dapat menjadi suspensi yang stabil, dispersi, untuk mencegah pengendapan kembali pada pakaian.
（5）Faktor-faktor yang mempengaruhi tindakan mencuci
Adsorpsi terarah surfaktan pada antarmuka dan penurunan tegangan permukaan (antarmuka) merupakan faktor utama dalam penghilangan kotoran cair atau padat. Namun, proses pencuciannya rumit dan efek pencuciannya, meskipun dengan jenis deterjen yang sama, dipengaruhi oleh banyak faktor lainnya. Faktor-faktor tersebut meliputi konsentrasi deterjen, suhu, sifat kekotoran, jenis serat dan struktur kain.
① Konsentrasi surfaktan
Misel surfaktan dalam larutan berperan penting dalam proses pencucian. Ketika konsentrasi mencapai konsentrasi misel kritis (CMC), efek pencucian meningkat tajam. Oleh karena itu, konsentrasi deterjen dalam pelarut harus lebih tinggi dari nilai CMC agar memiliki efek pencucian yang baik. Namun, bila konsentrasi surfaktan lebih tinggi dari nilai CMC, peningkatan efek pencucian tidak terlihat jelas dan konsentrasi surfaktan tidak perlu ditingkatkan terlalu banyak.
Ketika menghilangkan minyak melalui pelarutan, efek pelarutan meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi surfaktan, bahkan ketika konsentrasinya di atas CMC. Saat ini, disarankan untuk menggunakan deterjen secara lokal dan terpusat. Misalnya, jika terdapat banyak kotoran pada bagian manset dan kerah pakaian, lapisan deterjen dapat diaplikasikan selama pencucian untuk meningkatkan efek pelarutan surfaktan pada minyak.
②Suhu mempunyai pengaruh yang sangat penting terhadap tindakan dekontaminasi. Secara umum, peningkatan suhu memudahkan pembuangan kotoran, namun terkadang suhu yang terlalu tinggi juga dapat menimbulkan kerugian.
Peningkatan suhu memudahkan penyebaran kotoran, minyak padat mudah teremulsi pada suhu di atas titik lelehnya, dan pembengkakan serat meningkat karena kenaikan suhu, yang semuanya memudahkan pembuangan kotoran. Namun, untuk kain kompak, celah mikro di antara serat berkurang seiring dengan mengembangnya serat, sehingga mengganggu pembuangan kotoran.
Perubahan suhu juga mempengaruhi kelarutan, nilai CMC dan ukuran misel surfaktan sehingga mempengaruhi efek pencucian. Kelarutan surfaktan dengan rantai karbon panjang rendah pada suhu rendah dan kadang-kadang kelarutan bahkan lebih rendah dari nilai CMC, sehingga suhu pencucian harus dinaikkan secara tepat. Pengaruh suhu terhadap nilai CMC dan ukuran misel berbeda antara surfaktan ionik dan nonionik. Untuk surfaktan ionik, peningkatan suhu umumnya meningkatkan nilai CMC dan memperkecil ukuran misel, yang berarti konsentrasi surfaktan dalam larutan pencuci harus ditingkatkan. Untuk surfaktan non-ionik, peningkatan suhu menyebabkan penurunan nilai CMC dan peningkatan volume misel secara signifikan, sehingga jelas bahwa peningkatan suhu yang tepat akan membantu surfaktan non-ionik mengerahkan efek aktif permukaannya. . Namun, suhunya tidak boleh melebihi titik awannya.
Singkatnya, suhu pencucian optimal bergantung pada formulasi deterjen dan benda yang dicuci. Beberapa deterjen memiliki efek deterjen yang baik pada suhu kamar, sementara deterjen lainnya memiliki daya deterjen yang jauh berbeda antara pencucian dingin dan panas.
③ Busa
Daya berbusa sering dikacaukan dengan efek pencucian, karena diyakini bahwa deterjen dengan daya berbusa tinggi mempunyai efek mencuci yang baik. Penelitian menunjukkan bahwa tidak ada hubungan langsung antara efek pencucian dan jumlah busa. Misalnya, mencuci dengan deterjen berbusa rendah tidak kalah efektifnya dengan mencuci dengan deterjen berbusa tinggi.
Meski busa tidak berhubungan langsung dengan pencucian, ada kalanya busa membantu menghilangkan kotoran, misalnya saat mencuci piring dengan tangan. Saat menggosok karpet, busa juga dapat menghilangkan debu dan partikel kotoran padat lainnya. Kotoran karpet merupakan penyumbang sebagian besar debu, sehingga bahan pembersih karpet harus memiliki kemampuan berbusa tertentu.
Kekuatan berbusa juga penting untuk sampo, karena busa halus yang dihasilkan cairan saat keramas atau mandi membuat rambut terasa terlumasi dan nyaman.
④ Varietas serat dan sifat fisik tekstil
Selain struktur kimia serat, yang mempengaruhi daya rekat dan pembuangan kotoran, tampilan serat serta susunan benang dan kain mempunyai pengaruh terhadap kemudahan pembuangan kotoran.
Sisik serat wol dan pita datar melengkung dari serat kapas lebih cenderung menumpuk kotoran dibandingkan serat halus. Misalnya, noda karbon hitam pada film selulosa (film viscose) mudah dihilangkan, sedangkan noda karbon hitam pada kain katun sulit dihilangkan. Contoh lainnya adalah kain serat pendek yang terbuat dari poliester lebih rentan menumpuk noda minyak dibandingkan kain serat panjang, dan noda minyak pada kain serat pendek juga lebih sulit dihilangkan dibandingkan noda minyak pada kain serat panjang.
Benang yang dipilin rapat dan kain yang rapat, karena jarak antar serat yang kecil, dapat menahan serbuan kotoran, namun hal yang sama juga dapat mencegah cairan pencuci untuk mengeluarkan kotoran di bagian dalam, sehingga kain yang rapat mulai tahan terhadap kotoran dengan baik, tetapi setelah diwarnai. mencuci juga lebih sulit.
⑤ Kesadahan air
Konsentrasi Ca2+, Mg2+ dan ion logam lainnya di dalam air mempunyai pengaruh yang besar terhadap efek pencucian, terutama bila surfaktan anionik bertemu dengan ion Ca2+ dan Mg2+ membentuk garam kalsium dan magnesium yang kurang larut dan akan mengurangi detergensinya. Dalam air sadah, meskipun konsentrasi surfaktannya tinggi, daya detergensinya masih jauh lebih buruk dibandingkan dengan distilasi. Agar surfaktan mempunyai efek pencucian terbaik, konsentrasi ion Ca2+ dalam air harus dikurangi menjadi 1 x 10-6 mol/L (CaCO3 hingga 0,1 mg/L) atau kurang. Hal ini memerlukan penambahan berbagai pelembut pada deterjen.
Waktu posting: 25 Februari-2022