Gaya penyusutan setiap satuan panjang pada permukaan cairan disebut tegangan permukaan, dan satuannya adalah N.·m-1.
Sifat mengurangi tegangan permukaan pelarut disebut aktivitas permukaan, dan zat dengan sifat ini disebut zat aktif permukaan.
Zat aktif permukaan yang dapat mengikat molekul dalam larutan berair dan membentuk misel dan asosiasi lainnya, dan memiliki aktivitas permukaan yang tinggi, sementara juga memiliki efek membasahi, mengemulsi, berbusa, mencuci, 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 umum yaitu mengandung dua kelompok sifat yang berbeda dalam molekulnya.Di satu ujung adalah rantai panjang gugus non-polar, larut dalam minyak dan tidak larut dalam air, juga dikenal sebagai gugus hidrofobik atau gugus anti air.Gugus penolak air tersebut umumnya rantai panjang hidrokarbon, kadang-kadang juga untuk fluor organik, silikon, organofosfat, rantai organotin, dll. Di ujung lain adalah gugus larut air, gugus hidrofilik atau gugus anti minyak.Gugus hidrofilik harus cukup hidrofilik untuk memastikan bahwa seluruh surfaktan larut dalam air dan memiliki kelarutan yang diperlukan.Karena surfaktan mengandung gugus hidrofilik dan hidrofobik, mereka dapat larut dalam setidaknya satu fase cair.Sifat hidrofilik dan lipofilik dari surfaktan ini disebut amfifilisitas.
Surfaktan adalah sejenis molekul amfifilik dengan gugus hidrofobik dan hidrofilik.Gugus hidrofobik surfaktan umumnya terdiri dari hidrokarbon rantai panjang, seperti alkil C8 ~ C20 rantai lurus, alkil C8 ~ C20 rantai bercabang, alkilfenil (nomor tom karbon alkil adalah 8 ~ 16) dan sejenisnya.Perbedaan yang kecil antara gugus hidrofobik terutama terletak pada perubahan struktur rantai hidrokarbon.Dan jenis gugus hidrofilik lebih banyak, sehingga sifat surfaktan terutama terkait dengan gugus hidrofilik selain ukuran dan bentuk gugus hidrofobik.Perubahan struktural gugus hidrofilik lebih besar daripada gugus hidrofobik, sehingga klasifikasi surfaktan umumnya didasarkan pada struktur gugus hidrofilik.Klasifikasi ini didasarkan pada apakah gugus hidrofilik bersifat ionik atau tidak, dan dibagi menjadi jenis surfaktan anionik, kationik, nonionik, zwitterionik, dan jenis khusus lainnya.
① Adsorpsi surfaktan di antarmuka
Molekul surfaktan adalah molekul amfifilik yang memiliki gugus lipofilik dan hidrofilik.Ketika surfaktan dilarutkan dalam air, gugus hidrofiliknya tertarik ke air dan larut dalam air, sedangkan gugus lipofiliknya ditolak oleh air dan meninggalkan air, menghasilkan adsorpsi molekul surfaktan (atau ion) pada antarmuka dua fase. , yang mengurangi tegangan antarmuka antara dua fase.Semakin banyak molekul surfaktan (atau ion) yang teradsorpsi pada antarmuka, semakin besar penurunan tegangan antar muka.
② Beberapa sifat membran adsorpsi
Tekanan permukaan membran adsorpsi: Adsorpsi surfaktan pada antarmuka gas-cair untuk membentuk membran adsorpsi, seperti menempatkan lembaran apung yang dapat dilepas tanpa gesekan pada antarmuka, lembaran apung mendorong membran adsorben di sepanjang permukaan larutan, dan membran menghasilkan tekanan pada lembaran mengambang, 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 dengan viskositas penghalang air, amplitudo secara bertahap membusuk, yang menurutnya viskositas permukaan dapat diukur.Metodenya adalah: pertama, percobaan dilakukan pada permukaan air murni untuk mengukur peluruhan amplitudo, dan kemudian peluruhan setelah pembentukan membran permukaan diukur, dan viskositas membran permukaan diturunkan dari perbedaan antara keduanya. .
Viskositas permukaan terkait 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 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 dengan konsentrasi larutan, dan ketika konsentrasi mencapai atau melebihi nilai tertentu, jumlah adsorpsi tidak lagi meningkat, dan molekul surfaktan yang berlebih ini berada dalam larutan secara serampangan. cara atau dengan cara 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 hydrophile lipophile balance, yang menunjukkan keseimbangan hidrofilik dan lipofilik dari gugus hidrofilik dan lipofilik dari surfaktan, yaitu nilai HLB dari 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 relatif, sehingga ketika nilai HLB dikembangkan sebagai standar, nilai HLB lilin parafin yang tidak memiliki sifat hidrofilik ditetapkan menjadi 0, sedangkan nilai HLB natrium dodesil sulfat yaitu lebih larut dalam air, adalah 40. Oleh karena itu, nilai HLB surfaktan umumnya berada dalam kisaran 1 sampai 40. Secara umum, pengemulsi dengan nilai HLB kurang dari 10 bersifat lipofilik, sedangkan yang lebih besar dari 10 bersifat hidrofilik.Jadi, titik balik dari lipofilik menjadi hidrofilik adalah sekitar 10.
Berdasarkan nilai HLB surfaktan, gambaran umum kemungkinan penggunaannya dapat diperoleh, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1-3.
Dua cairan yang tidak larut satu sama lain, yang satu terdispersi ke yang lain sebagai partikel (tetesan atau kristal cair) membentuk sistem yang disebut emulsi.Sistem ini secara termodinamika tidak stabil karena bertambahnya luas batas dua cairan ketika emulsi terbentuk.Untuk membuat emulsi stabil, perlu ditambahkan komponen ketiga - pengemulsi untuk mengurangi energi antarmuka sistem.Pengemulsi milik surfaktan, fungsi utamanya adalah memainkan peran emulsi.Fase emulsi yang ada sebagai tetesan disebut fase terdispersi (atau fase dalam, fase terputus-putus), dan fase lain yang dihubungkan bersama disebut media dispersi (atau fase luar, fase kontinu).
① Pengemulsi dan emulsi
Emulsi umum, satu fase adalah air atau larutan berair, fase lainnya adalah zat organik yang tidak dapat larut dengan air, seperti minyak, lilin, dll. Emulsi yang dibentuk oleh air dan minyak dapat dibagi menjadi dua jenis sesuai dengan situasi dispersinya: minyak terdispersi dalam air untuk membentuk emulsi tipe minyak dalam air, dinyatakan sebagai M/A (minyak/air): air terdispersi dalam minyak untuk membentuk emulsi tipe minyak dalam air, dinyatakan sebagai W/O (air/minyak).Tipe W/O/W kompleks air-dalam-minyak-dalam-air dan multi-emulsi tipe minyak-dalam-air-dalam-minyak O/W/O juga dapat dibentuk.
Pengemulsi digunakan untuk menstabilkan emulsi dengan mengurangi tegangan antarmuka dan membentuk membran antarmuka molekul tunggal.
Dalam emulsifikasi persyaratan pengemulsi:
a: Pengemulsi harus mampu menyerap atau memperkaya antarmuka antara dua fase, sehingga tegangan antar muka berkurang;
b: Pengemulsi harus memberi partikel muatan, sehingga tolakan elektrostatik antar partikel, atau membentuk membran pelindung yang sangat kental dan stabil di sekitar partikel.
Oleh karena itu, zat yang digunakan sebagai pengemulsi harus memiliki gugus amfifilik agar dapat mengemulsi, dan surfaktan dapat memenuhi persyaratan ini.
② Metode pembuatan emulsi dan faktor yang mempengaruhi stabilitas emulsi
Ada dua cara untuk menyiapkan emulsi: satu adalah dengan menggunakan metode mekanis untuk membubarkan cairan dalam partikel kecil dalam cairan lain, yang banyak digunakan dalam industri untuk membuat emulsi;yang lainnya adalah melarutkan cairan dalam keadaan molekuler dalam cairan lain, dan kemudian membuatnya berkumpul dengan benar untuk membentuk emulsi.
Stabilitas suatu emulsi adalah kemampuan anti agregasi partikel yang mengarah pada pemisahan fasa.Emulsi adalah sistem termodinamika yang tidak stabil dengan energi bebas yang besar.Oleh karena itu, apa yang disebut stabilitas 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 dan molekul organik polar lainnya, kekuatan membran secara signifikan lebih tinggi.Hal ini karena, pada lapisan adsorpsi antarmuka molekul pengemulsi dan alkohol, asam dan amina dan molekul polar lainnya membentuk "kompleks", sehingga kekuatan membran antarmuka meningkat.
Pengemulsi yang terdiri dari 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 diserap pada antarmuka meningkat secara signifikan, pembentukan kerapatan membran antarmuka meningkat, kekuatan meningkat.
Muatan manik-manik cair memiliki pengaruh yang signifikan terhadap stabilitas emulsi.Emulsi stabil, yang manik-manik cairnya umumnya diisi.Ketika pengemulsi ionik digunakan, ion pengemulsi yang teradsorpsi pada antarmuka memiliki gugus lipofiliknya yang dimasukkan ke dalam fase minyak dan gugus hidrofilik berada di fase air, sehingga membuat manik-manik cair terisi.Sebagai manik-manik emulsi dengan muatan yang sama, mereka saling tolak, tidak mudah menggumpal, sehingga stabilitasnya meningkat.Dapat dilihat bahwa semakin banyak ion pengemulsi yang teradsorpsi pada manik-manik, semakin besar muatannya, semakin besar kemampuan untuk mencegah manik-manik dari aglomerasi, sistem emulsi lebih stabil.
Viskositas media dispersi emulsi memiliki pengaruh tertentu terhadap stabilitas emulsi.Umumnya, semakin tinggi viskositas media dispersi, semakin tinggi stabilitas emulsi.Ini karena viskositas media dispersi besar, yang memiliki efek kuat pada gerak Brown dari manik-manik cair dan memperlambat tumbukan antar manik-manik cair, sehingga sistem tetap stabil.Biasanya zat polimer yang dapat larut 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 menjadi lebih stabil.
Pada beberapa kasus, penambahan serbuk padat juga dapat membuat emulsi cenderung stabil.Serbuk padat ada di dalam air, minyak atau antarmuka, tergantung pada minyaknya, air pada kapasitas pembasahan bedak padat, jika bedak padat tidak sepenuhnya basah dengan air, tetapi juga dibasahi oleh minyak, akan tetap berada di air dan minyak antarmuka.
Serbuk padat tidak membuat emulsi stabil karena serbuk yang berkumpul di antarmuka meningkatkan membran antarmuka, yang mirip dengan adsorpsi antar muka molekul pengemulsi, sehingga semakin dekat bahan bubuk padat diatur pada antarmuka, semakin stabil. 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 berair, dan larutannya transparan saat ini.Efek misel ini disebut solubilisasi.Surfaktan yang dapat menghasilkan solubilisasi disebut solubilizer, dan bahan organik yang larut disebut solubilized matter.
Busa memegang peranan penting dalam proses pencucian.Busa adalah sistem dispersi di mana gas terdispersi dalam cairan atau padat, dengan gas sebagai fase terdispersi dan cairan atau padat sebagai media pendispersi, yang pertama disebut busa cair, sedangkan yang kedua 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 perbedaan kerapatan yang besar antara fase terdispersi (gas) dan media dispersi (cair), dikombinasikan dengan viskositas cairan yang rendah.
Proses pembentukan gelembung adalah membawa sejumlah besar gas ke dalam cairan, dan gelembung dalam cairan dengan cepat kembali ke permukaan, membentuk kumpulan gelembung yang dipisahkan oleh sejumlah kecil gas cair.
Busa memiliki dua karakteristik yang signifikan dari segi morfologi yaitu gelembung sebagai fase terdispersi seringkali berbentuk polihedral, hal ini dikarenakan pada perpotongan gelembung terdapat kecenderungan lapisan film cair menjadi tipis sehingga gelembung menjadi polyhedral, ketika film cair menipis sampai batas tertentu, itu menyebabkan pecahnya gelembung;yang kedua adalah cairan murni tidak dapat membentuk busa yang stabil, cairan yang dapat membentuk busa setidaknya terdiri dari dua komponen atau lebih.Larutan surfaktan berair adalah tipikal sistem yang cenderung menghasilkan busa, dan kemampuannya menghasilkan busa juga terkait dengan sifat lainnya.
Surfaktan dengan daya buih yang baik disebut bahan pembusa.Meskipun foaming agent memiliki kemampuan berbusa yang baik, namun busa yang terbentuk belum tentu dapat bertahan lama, yaitu stabilitasnya belum tentu baik.Untuk menjaga stabilitas busa, sering kali dalam foaming agent ditambahkan zat-zat yang dapat meningkatkan stabilitas busa, zat tersebut dinamakan foam stabilizer, bahan penstabil yang biasa digunakan adalah lauryl dietanolamina dan dodesil dimetilamina oksida.
(2) Stabilitas busa
Busa adalah sistem yang tidak stabil secara termodinamika dan tren terakhirnya adalah luas permukaan total cairan di dalam sistem berkurang setelah gelembung pecah dan energi bebas berkurang.Proses defoaming adalah proses dimana membran cair yang memisahkan gas menjadi lebih kental dan lebih tipis hingga pecah.Oleh karena itu, tingkat stabilitas busa terutama ditentukan oleh kecepatan pelepasan cairan dan kekuatan film cairan.Faktor-faktor berikut juga mempengaruhi hal ini.
(3) Penghancuran busa
Prinsip dasar penghancuran busa adalah untuk mengubah kondisi yang menghasilkan busa atau untuk menghilangkan faktor penstabil busa, sehingga ada metode defoaming fisik dan kimiawi.
Penghilang busa fisik berarti mengubah kondisi produksi busa sambil mempertahankan komposisi kimiawi larutan busa, seperti gangguan eksternal, perubahan suhu atau tekanan, dan perawatan ultrasonik adalah semua metode fisik yang efektif untuk menghilangkan busa.
Metode penghilang busa kimiawi adalah menambahkan zat tertentu untuk berinteraksi dengan zat pembusa untuk mengurangi kekuatan film cair dalam busa dan dengan demikian mengurangi stabilitas busa untuk mencapai tujuan penghilang busa, zat tersebut disebut penghilang busa.Sebagian besar penghilang busa adalah surfaktan.Oleh karena itu, menurut mekanisme defoaming, defoamer harus memiliki kemampuan yang kuat untuk mengurangi tegangan permukaan, mudah teradsorpsi pada permukaan, dan interaksi antara molekul adsorpsi permukaan lemah, molekul adsorpsi tersusun dalam struktur yang lebih longgar.
Ada berbagai jenis pencegah busa, tetapi pada dasarnya semuanya adalah surfaktan non-ionik.Surfaktan non-ionik memiliki sifat anti-busa di dekat atau di atas titik awannya dan sering digunakan sebagai penghilang busa.Alkohol, terutama alkohol dengan struktur bercabang, asam lemak dan ester asam lemak, poliamida, ester fosfat, minyak silikon, dll. Juga biasa digunakan sebagai penghilang busa yang sangat baik.
(4) Busa dan cuci
Tidak ada hubungan langsung antara busa dan keefektifan pencucian dan jumlah busa tidak menunjukkan keefektifan pencucian.Misalnya, surfaktan nonionik memiliki sifat berbusa yang jauh lebih sedikit daripada sabun, tetapi dekontaminasinya jauh lebih baik daripada sabun.
Dalam beberapa kasus, busa dapat membantu menghilangkan kotoran dan kotoran.Misalnya, saat mencuci piring di rumah, busa deterjen mengangkat tetesan minyak dan saat menggosok karpet, busa membantu mengangkat debu, bedak, dan kotoran padat lainnya.Selain itu, busa terkadang dapat digunakan sebagai indikasi keefektifan suatu detergen.Karena minyak berlemak memiliki efek menghambat busa deterjen, bila terlalu banyak minyak dan terlalu sedikit deterjen, tidak akan ada busa yang dihasilkan atau busa asli akan hilang.Busa terkadang juga dapat digunakan sebagai indikator kebersihan bilasan, karena jumlah busa dalam larutan bilasan cenderung berkurang dengan berkurangnya detergen, sehingga jumlah busa dapat digunakan untuk menilai derajat pembilasan.
Dalam arti luas, pencucian adalah proses menghilangkan 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 bahan pembawa dilemahkan atau dihilangkan oleh aksi beberapa bahan kimia (misalnya detergen, dll.), sehingga kombinasi kotoran dan bahan pembawa berubah menjadi kombinasi kotoran dan deterjen, dan akhirnya kotoran dipisahkan dari pembawa.Karena objek yang akan dicuci dan kotoran yang akan dihilangkan berbeda-beda, 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 aksi deterjen, kotoran dipisahkan dari pembawanya;kedua, kotoran yang terlepas disebarkan dan tersuspensi dalam media.Proses pencucian merupakan proses reversibel dan kotoran yang terdispersi dan tersuspensi dalam media juga dapat mengendap kembali dari media ke objek yang dicuci.Oleh karena itu, deterjen yang baik harus memiliki kemampuan untuk membubarkan dan menahan kotoran serta mencegah pengendapan kembali kotoran, selain kemampuan untuk menghilangkan kotoran dari media pembawa.
(1) Jenis kotoran
Bahkan untuk barang yang sama, jenis, komposisi, dan jumlah kotorannya bisa berbeda-beda tergantung lingkungan tempat barang itu digunakan.Kotoran tubuh minyak terutama beberapa minyak hewani dan nabati dan minyak mineral (seperti minyak mentah, minyak bakar, tar batubara, dll.), Kotoran padat terutama jelaga, abu, karat, karbon hitam, dll. Dalam hal kotoran pakaian, ada kotoran dari tubuh manusia, seperti keringat, sebum, darah, dll;kotoran dari makanan, seperti noda buah, noda minyak goreng, noda bumbu, kanji, dll;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 termasuk partikel abu, lumpur, tanah, karat dan karbon hitam.Sebagian besar partikel ini memiliki muatan listrik pada permukaannya, sebagian besar bermuatan negatif dan dapat dengan mudah diserap pada benda serat.Kotoran padat umumnya sulit larut dalam air, tetapi dapat terdispersi dan tersuspensi oleh larutan detergen.Kotoran padat dengan titik massa lebih kecil lebih sulit dihilangkan.
② Kotoran cair
Kotoran cair sebagian besar larut dalam minyak, termasuk minyak nabati dan hewani, asam lemak, alkohol berlemak, minyak mineral dan oksidanya.Diantaranya, minyak nabati dan hewani, asam lemak dan saponifikasi alkali dapat terjadi, sedangkan alkohol lemak, minyak mineral tidak disaponifikasi oleh alkali, tetapi dapat larut dalam alkohol, eter dan pelarut organik hidrokarbon, dan emulsifikasi dan dispersi larutan air deterjen.Kotoran cair yang larut dalam minyak umumnya memiliki kekuatan yang kuat dengan produk serat, dan lebih kuat terserap pada serat.
③ Kotoran khusus
Kotoran khusus termasuk protein, pati, darah, sekresi manusia seperti keringat, sebum, urin dan jus buah dan jus teh.Sebagian besar jenis kotoran ini dapat terserap secara kimiawi dan kuat pada benda-benda berserat.Karena itu, sulit untuk dicuci.
Berbagai jenis kotoran tersebut jarang ditemukan sendiri-sendiri, tetapi sering bercampur dan terserap ke dalam benda.Kotoran terkadang dapat teroksidasi, terurai atau membusuk di bawah pengaruh luar, sehingga menimbulkan kotoran baru.
（2） Adhesi kotoran
Pakaian, tangan dll dapat ternoda karena ada semacam interaksi antara benda dan kotoran.Kotoran menempel pada objek dengan berbagai cara, tetapi tidak lebih dari adhesi fisik dan kimiawi.
①Adhesi jelaga, debu, lumpur, pasir, dan arang pada pakaian adalah adhesi fisik.Secara umum, melalui adhesi kotoran ini, dan peran antara benda bernoda relatif lemah, penghilangan kotoran juga relatif mudah.Menurut kekuatan yang berbeda, adhesi fisik kotoran dapat dibagi menjadi adhesi mekanik 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 lebih lemah dan dapat dihilangkan hampir dengan cara mekanis murni, tetapi jika kotorannya kecil (<0,1um), lebih sulit untuk dihilangkan.
B：Adhesi elektrostatik
Adhesi elektrostatik terutama dimanifestasikan dalam aksi partikel kotoran bermuatan pada benda bermuatan berlawanan.Sebagian besar benda berserat bermuatan negatif dalam air dan dapat dengan mudah menempel pada kotoran bermuatan positif tertentu, seperti jenis kapur.Beberapa kotoran, meskipun bermuatan negatif, seperti partikel karbon hitam dalam larutan berair, dapat melekat pada serat melalui jembatan ionik (ion antara beberapa benda bermuatan berlawanan, bekerja bersama dengan mereka dengan cara seperti jembatan) yang dibentuk oleh ion positif dalam air (misalnya , Ca2+, Mg2+ dll.).
Tindakan elektrostatik lebih kuat daripada tindakan mekanis sederhana, membuat pembuangan kotoran relatif sulit.
② Adhesi kimia
Adhesi kimia mengacu pada fenomena kotoran yang bekerja pada suatu objek melalui ikatan kimia atau hidrogen.Misalnya, kotoran padat polar, protein, karat dan adhesi lainnya pada item serat, serat mengandung gugus karboksil, hidroksil, amida dan lainnya, gugus ini dan asam lemak kotoran berminyak, alkohol lemak mudah membentuk ikatan hidrogen.Gaya kimia umumnya kuat dan oleh karena itu kotoran terikat lebih kuat pada objek.Kotoran jenis ini sulit dihilangkan dengan cara biasa dan memerlukan cara khusus untuk mengatasinya.
Tingkat daya rekat kotoran berhubungan dengan sifat kotoran itu sendiri dan sifat benda yang ditempelinya.Umumnya, partikel mudah menempel pada benda berserat.Semakin kecil tekstur kotoran padat, 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 daripada kotoran polar, seperti lemak polar, debu dan tanah liat, dan kurang mudah untuk dihilangkan dan dibersihkan.
(3) Mekanisme pembuangan kotoran
Pencucian bertujuan untuk menghilangkan kotoran.Dalam media dengan suhu tertentu (terutama air).Menggunakan berbagai efek fisik dan kimia deterjen untuk melemahkan atau menghilangkan efek kotoran dan benda yang dicuci, di bawah aksi kekuatan mekanis tertentu (seperti menggosok 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 barang berserat dan menyebar kurang lebih sebagai lapisan minyak pada permukaan bahan berserat.Langkah pertama dalam tindakan pencucian adalah membasahi permukaan dengan cairan pencuci.Demi ilustrasi, permukaan serat dapat dianggap sebagai permukaan padat yang halus.
B: Pelepasan oli - mekanisme pengeritingan
Langkah kedua dalam tindakan pencucian adalah penghilangan minyak dan lemak, penghilangan kotoran cair dilakukan dengan semacam gulungan.Kotoran cair awalnya ada di permukaan dalam bentuk film minyak yang tersebar, dan di bawah efek pembasahan preferensial dari cairan pencuci pada permukaan padat (yaitu permukaan serat), kotoran itu menggulung menjadi manik-manik minyak selangkah demi selangkah, yang mana digantikan oleh cairan pencuci dan akhirnya meninggalkan permukaan di bawah kekuatan eksternal tertentu.
② Mekanisme pembuangan kotoran padat
Penghapusan kotoran cair terutama melalui pembasahan preferensial pembawa kotoran dengan larutan pencuci, sedangkan mekanisme penghilangan kotoran padat berbeda, di mana proses pencucian terutama tentang pembasahan massa kotoran dan permukaan pembawanya dengan pencucian. larutan.Karena adsorpsi surfaktan pada kotoran padat dan permukaan pembawanya, interaksi antara kotoran dan permukaan berkurang dan kekuatan adhesi massa kotoran pada permukaan berkurang, sehingga massa kotoran mudah dihilangkan dari permukaan. pembawa.
Selain itu, adsorpsi surfaktan, terutama surfaktan ionik, pada permukaan kotoran padat dan pembawanya berpotensi meningkatkan potensi permukaan pada permukaan kotoran padat dan pembawanya, yang lebih kondusif untuk menghilangkan kotoran.Permukaan padat atau umumnya berserat biasanya bermuatan negatif dalam media berair dan karenanya dapat membentuk lapisan elektronik ganda yang menyebar pada massa tanah atau permukaan padat.Karena tolakan muatan homogen, daya rekat partikel kotoran di air ke permukaan padat melemah.Ketika surfaktan anionik ditambahkan, karena secara bersamaan dapat meningkatkan potensial permukaan negatif dari partikel kotoran dan permukaan padat, tolakan di antara mereka lebih ditingkatkan, kekuatan adhesi partikel lebih berkurang, dan kotoran lebih mudah dihilangkan. .
Surfaktan non-ionik teradsorpsi pada permukaan padat bermuatan umum dan meskipun tidak mengubah potensial antarmuka secara signifikan, surfaktan non-ionik teradsorpsi cenderung membentuk ketebalan tertentu dari lapisan teradsorpsi pada permukaan yang membantu mencegah pengendapan ulang kotoran.
Dalam kasus surfaktan kationik, adsorpsinya mengurangi atau menghilangkan potensi permukaan negatif dari massa kotoran dan permukaan pembawanya, yang mengurangi tolakan antara kotoran dan permukaan dan oleh karena itu tidak kondusif untuk pembuangan kotoran;selanjutnya, setelah adsorpsi pada permukaan padat, surfaktan kationik cenderung mengubah permukaan padat menjadi hidrofobik dan karena itu tidak kondusif untuk pembasahan permukaan dan karena itu pencucian.
③ Pembuangan tanah khusus
Protein, pati, sekresi manusia, jus buah, jus teh, dan kotoran lainnya sulit dihilangkan dengan surfaktan normal dan memerlukan perawatan 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.Kotoran 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, yang lain seperti kuah, lem dll. Amilase memiliki efek katalitik pada hidrolisis noda pati, menyebabkan pati terurai menjadi gula.
Lipase mengkatalisasi 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 dengan reaksi redoks dengan zat pengoksidasi atau pereduksi seperti pemutih, yang menghancurkan struktur gugus penghasil warna atau gugus pembantu warna dan menurunkannya menjadi komponen larut air yang lebih kecil.
（4） Mekanisme penghilangan noda pada dry cleaning
Di atas sebenarnya untuk air sebagai media cuci.Faktanya, karena perbedaan jenis pakaian dan strukturnya, beberapa pakaian yang menggunakan pencucian air tidak nyaman atau tidak mudah dicuci hingga bersih, beberapa pakaian setelah dicuci bahkan berubah bentuk, memudar, dll., Misalnya: sebagian besar serat alami menyerap air dan mudah membengkak, dan kering serta 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;Perasaan tangan beberapa sutera menjadi lebih buruk setelah dicuci dan kehilangan kilau.Untuk pakaian ini sering menggunakan metode dry-cleaning untuk dekontaminasi.Apa yang disebut dry cleaning umumnya mengacu pada metode pencucian dalam pelarut organik, terutama dalam pelarut non-polar.
Cuci kering adalah bentuk pencucian yang lebih lembut daripada pencucian air.Karena pembersihan kering tidak memerlukan banyak tindakan mekanis, tidak menyebabkan kerusakan, kerutan dan perubahan bentuk pada pakaian, sedangkan bahan pembersih kering, tidak seperti air, jarang menghasilkan pemuaian dan penyusutan.Selama teknologinya ditangani dengan benar, pakaian dapat dicuci kering tanpa distorsi, pemudaran warna, dan masa pakai yang lebih lama.
Dalam hal dry cleaning, ada tiga jenis kotoran.
①Kotoran larut minyak Kotoran larut minyak mencakup semua jenis minyak dan lemak, yang cair atau berminyak dan dapat larut dalam pelarut pembersih kering.
②Kotoran yang larut dalam air Kotoran yang larut dalam air larut dalam larutan berair, tetapi tidak dalam bahan pembersih kering, diserap pada pakaian dalam keadaan berair, air menguap setelah pengendapan padatan butiran, seperti garam anorganik, pati, protein, dll.
③Kotoran yang tidak larut dalam minyak dan air Kotoran yang tidak larut dalam air dan minyak tidak larut dalam air atau larut dalam pelarut pembersih kering, seperti karbon hitam, silikat dari berbagai logam dan oksida, dll.
Karena sifat yang berbeda dari berbagai jenis kotoran, ada berbagai cara untuk menghilangkan kotoran dalam proses dry-cleaning.Tanah yang larut dalam minyak, seperti minyak hewani dan nabati, minyak mineral dan gemuk, mudah larut dalam pelarut organik dan lebih mudah dihilangkan dengan dry cleaning.Kelarutan yang sangat baik dari pelarut pembersih kering untuk minyak dan gemuk 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 sulit dihilangkan dari pakaian.Namun, air sulit larut dalam bahan pembersih kering, sehingga untuk menambah jumlah air, Anda juga perlu menambahkan surfaktan.Adanya air pada bahan pembersih kering dapat membuat permukaan kotoran dan pakaian terhidrasi, sehingga mudah berinteraksi dengan gugus polar surfaktan, yang kondusif untuk adsorpsi surfaktan di permukaan.Selain itu, ketika surfaktan membentuk misel, kotoran dan air yang larut dalam air dapat larut ke dalam misel.Selain meningkatkan kadar air pelarut pembersih kering, surfaktan juga dapat berperan dalam mencegah pengendapan ulang kotoran untuk meningkatkan efek dekontaminasi.
Kehadiran sedikit air diperlukan untuk menghilangkan kotoran yang larut dalam air, tetapi terlalu banyak air dapat menyebabkan distorsi dan kerutan pada beberapa pakaian, sehingga jumlah air dalam bahan pembersih kering harus sedang.
Kotoran yang tidak larut dalam air atau larut dalam minyak, partikel padat seperti abu, lumpur, tanah dan karbon hitam, umumnya melekat pada garmen dengan gaya elektrostatik atau dalam kombinasi dengan minyak.Dalam dry cleaning, aliran pelarut, benturan dapat membuat adsorpsi gaya elektrostatik dari kotoran lepas, dan bahan pembersih kering dapat melarutkan minyak, sehingga kombinasi minyak dan kotoran dan partikel padat yang menempel pada pakaian terlepas dalam keadaan kering. -agen pembersih, agen pembersih kering dalam jumlah kecil air dan surfaktan, sehingga partikel kotoran padat dapat menjadi suspensi yang stabil, dispersi, untuk mencegah pengendapan kembali ke pakaian.
（5） Faktor-faktor yang mempengaruhi tindakan pencucian
Adsorpsi terarah surfaktan pada antarmuka dan pengurangan tegangan permukaan (antarmuka) adalah faktor utama dalam menghilangkan kotoran cair atau padat.Namun, proses pencuciannya rumit dan efek pencuciannya, meskipun dengan jenis detergen yang sama, dipengaruhi oleh banyak faktor lain.Faktor-faktor ini meliputi konsentrasi detergen, suhu, sifat kekotoran, jenis serat, dan struktur kain.
① Konsentrasi surfaktan
Misel surfaktan dalam larutan memainkan peran 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, ketika konsentrasi surfaktan lebih tinggi dari nilai CMC, peningkatan tambahan efek pencucian tidak jelas dan tidak perlu meningkatkan konsentrasi surfaktan terlalu banyak.
Saat menghilangkan minyak dengan pelarutan, efek pelarutan meningkat dengan meningkatnya konsentrasi surfaktan, bahkan ketika konsentrasinya di atas CMC.Saat ini, disarankan untuk menggunakan detergen secara lokal terpusat.Misalnya, jika ada banyak kotoran pada ujung baju dan kerah pakaian, selapis deterjen dapat dioleskan selama pencucian untuk meningkatkan efek pelarutan surfaktan pada minyak.
②Suhu memiliki pengaruh yang sangat penting pada tindakan dekontaminasi.Secara umum, peningkatan suhu memudahkan pembuangan kotoran, namun terkadang suhu yang terlalu tinggi juga dapat menimbulkan kerugian.
Peningkatan suhu memfasilitasi difusi kotoran, lemak padat mudah teremulsi pada suhu di atas titik lelehnya dan serat meningkat pembengkakan karena kenaikan suhu, yang semuanya memfasilitasi pembuangan kotoran.Namun, untuk kain yang padat, celah mikro di antara serat berkurang saat serat mengembang, yang merugikan untuk menghilangkan kotoran.
Perubahan temperatur juga mempengaruhi kelarutan, nilai CMC dan ukuran misel surfaktan, sehingga mempengaruhi efek pencucian.Kelarutan surfaktan dengan rantai karbon panjang rendah pada suhu rendah dan terkadang kelarutannya bahkan lebih rendah dari nilai CMC, sehingga suhu pencucian harus dinaikkan dengan tepat.Pengaruh suhu terhadap nilai CMC dan ukuran misel berbeda untuk surfaktan ionik dan nonionik.Untuk surfaktan ionik, peningkatan suhu umumnya meningkatkan nilai CMC dan mengurangi 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 yang signifikan, sehingga jelas bahwa peningkatan suhu yang tepat akan membantu surfaktan non-ionik untuk mengerahkan efek aktif permukaannya. .Namun, suhunya tidak boleh melebihi titik awannya.
Singkatnya, suhu pencucian yang optimal bergantung pada formula deterjen dan benda yang dicuci.Beberapa detergen memiliki efek detergen yang baik pada suhu kamar, sementara yang lain memiliki detergensi yang jauh berbeda antara pencucian dingin dan panas.
③ Busa
Merupakan kebiasaan untuk mengacaukan daya berbusa dengan efek mencuci, percaya bahwa deterjen dengan daya berbusa tinggi memiliki 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.
Meskipun busa tidak berhubungan langsung dengan mencuci, 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 sebagian besar debu, jadi bahan pembersih karpet harus memiliki kemampuan berbusa tertentu.
Kekuatan berbusa juga penting untuk shampo, di mana busa halus yang dihasilkan oleh cairan selama 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 penghilangan kotoran, penampilan serat dan pengaturan benang dan kain berpengaruh pada kemudahan pembuangan kotoran.
Sisik serat wol dan pita datar melengkung dari serat kapas lebih cenderung menumpuk kotoran daripada serat halus.Misalnya, noda karbon hitam pada film selulosa (film viscose) mudah dihilangkan, sedangkan noda karbon hitam pada kain katun sulit untuk dicuci.Contoh lain adalah kain berserat pendek yang terbuat dari poliester lebih rentan menumpuk noda minyak daripada kain berserat panjang, dan noda minyak pada kain berserat pendek juga lebih sulit dihilangkan daripada noda minyak pada kain berserat panjang.
Benang yang dipelintir rapat dan kain yang rapat, karena celah kecil di antara serat, dapat menahan masuknya kotoran, tetapi hal yang sama juga dapat mencegah cairan pencuci untuk mengeluarkan kotoran di dalam, sehingga kain yang rapat mulai menahan kotoran dengan baik, tetapi setelah ternoda mencuci juga lebih sulit.
⑤ Kesadahan air
Konsentrasi Ca2+, Mg2+ dan ion logam lainnya di dalam air sangat berpengaruh terhadap efek pencucian, terutama ketika surfaktan anionik bertemu dengan ion Ca2+ dan Mg2+ membentuk garam kalsium dan magnesium yang kurang larut dan akan mengurangi detergensinya.Dalam air keras, meskipun konsentrasi surfaktan tinggi, detergensinya masih jauh lebih buruk daripada distilasi.Agar surfaktan memiliki efek pencucian terbaik, konsentrasi ion Ca2+ dalam air harus dikurangi menjadi 1 x 10-6 mol/L (CaCO3 menjadi 0,1 mg/L) atau kurang.Ini membutuhkan penambahan berbagai pelembut ke deterjen.
Waktu posting: Feb-25-2022