Cơ chế của sự tẩy rửa

Sự tẩy rửa được định nghĩa là “làm sạch mặt của một vật thể rắn, với một tác nhân riêng biệt, chất tẩy rửa, theo một tiến trình lý hóa khác hẳn với việc hòa tan thông thường

Quá trình tẩy rửa xảy ra theo các bước như sau:

• Dung dịch tẩy rửa trong nước làm giảm sức căng của nước, nước thấm sâu vào xơ sợi.
• Quá trình lấy bẩn ra.
• Quá trình chống tái bám chất bẩn.
• Chất hoạt động bề mặt tạo bọt, chất bẩn không tan tập trung lên bề mặt bọt và bị đẩy ra ngoài hay phân tán vào trong dung dịch ở dạng huyền phù, treo lơ lửng.

Chất tẩy rửa là chất hoạt động bề mặt làm giảm sức căng bề mặt của nước làm cho vải được thấm ướt hoàn toàn.Mỗi phân tử của chất hoạt động bề mặt có 1 đầu ưa nước, đầu này bị các phân tử nước hút và 1 đầu không ưa nước (kị nước) – đầu này đồng thời vừa đẩy nước vừa hút vào các chất dầu mỡ bẩn. Các lực ngược nhau này đã kéo các chất bẩn ra và làm chúng treo lơ lửng trong nước ở dạng hòa tan, nhũ hoặc huyền phù. Khuấy đảo của tay hay máy giặt đã giúp kéo hẳn các chất bẩn ra khỏi bề mặt cần làm sạch.
Các vết bẩn phân cực thì dùng chất hoạt động bề mặt anion, các vết bẩn không phân cực thì dùng chất hoạt động bền mặt không ion.
VD: Cơ chế tẩy rửa dầu mỡ của xà phòng

Ban đầu, sợi có dính vết bẩn dạng dầu mỡ được ngâm trong môi trường nước. Do sức căng bề mặt của nước lớn nên nước không thể tách hoặc hòa tan vết bẩn.

Khi hòa tan chất tẩy rửa vào nước, dung dịch chất tẩy rửa này có sức căng bề mặt nhỏ hơn nước. Dung dịch có thể thấm sâu vào sợi vải và lôi các vết dầu mỡ ra, các vết dầu mỡ được lấy ra và treo lơ lửng ở dạng nhũ tương hoặc dung dịch đồng nhất.

Chất tẩy rửa có tác dụng chống bám bẩn trở lại. Các vết bẩn trong dung dịch tẩy có thể ưa hoặc kỵ nước. Các hạt ưa nước sẽ phân tán vào trong nước và không bị tái bám. Ngược lại các hạt kỵ nước lại có khuynh hướng bám trơ lại vải. Trong dung dịch tẩy rửa, phần lớn bề mặt vải và hạt bẩn tích điện âm.

• Các chất hoạt động bề mặt anion bị hút vào hạt bẩn và sợi làm tăng hàng rào tĩnh điện giữa chúng và các hạt giúp sự phân tán các hạt bẩn ổn định, ngăn sự tái bám. Nhưng đến một nồng độ nào đó của vết bẩn và chất hoạt động bề mặt nhất định, khi nồng độ anion càng cao thì sự tái bám càng tăng do sự nén ép lớp điện tích kép bao bọc bề mặt sợi và hạt.
• Các chất hoạt động bề mặt nonion có dây kỵ nước của phân tử càng dài thì tính chống tái bám càng lớn. Các chất nonion hấp phụ vào bề mặt sợi và các hạt bẩn hướng phần ưa nước ra ngoài. Hàng rào lập thể được tạo ra và cả lớp nước hydrat hóa sẽ ngăn chặn các hạt tiến lại gần sợi, chống lại sự tái bám. Nhưng thực tế chất hoạt động bền mặt nonion có khả năng chống tái bám thấp hơn các anion.
• Chất hoạt động bề mặt cation không có tác dụng chống tái bám, nó không thích hợp cho việc giặt tẩy. Chất hoạt động bề mặt cation tích điện dương, bề mặt vải tích điện âm vì vậy chúng bám vào vải nên không có tác dụng chống tái bám.

Chất hoạt động bề mặt tạo bọt làm cho chất bẩn không tan tập trung lên bề mặt bọt và bị đẩy ra ngoài. Một chất hoạt động bề mặt hay hỗn hợp chất hoạt động bề mặt có khả năng tạo bọt tối đa quanh cmc. Với một loại chất hoạt động bề mặt , cmc càng nhỏ thì khả năng tạo bọt càng lớn. Đối với alky sulfat, chiều dài dây Cacbon tăng thì độ hòa tan cmc giảm, khả năng tạo bọt tăng; khi di chuyển nhóm ưa nước vào trong dây hay dùng dây Cacbon mạch nhánh thì làm tăng cmc từ đó làm giảm khả năng tạo bọt. Chất chất hoạt động bề mặt không ion tạo bọt ít hơn ion trong nước. Để tăng khả năng tạo bọt người ta thêm vào các thành phần phụ gia, đó là các chất hữu cơ có cực có thể làm giảm cmc của chất hoạt động bề mặt. Các chất tăng cường bọt trong bột giặt, nước rửa chén, các dầu gội đầu là mono hay dietanol amid tạo bọt bền, mịn và đều.

Ảnh hưởng của môi trường nước đến sự tẩy rửa:

1. Môi trường nước cứng có chứa nhiều ion Ca2+ và Mg2+ làm kết tủa xà bông, giảm bọt. Do đó trong bột giặt có chứa các thành phần có tác dụng làm mềm nước. Ta có thể sử dụng các chất tạo phức như ortho phosphat, pyro phosphat, di phosphat, tri phosphat (tên gọi không chính xác là tripolyphosphat TPP), EDTA (etylen Diamin Tetra-acetat), NTA (Nitrilo Tri-acetic) … Nhưng do các chất tạo phức có chứa phospho sẽ cung cấp dinh dưỡng cho các thực vật sống trong nước nhất là tảo, làm cho chúng phát triển nhanh nên tiêu thụ nhiều O2 hòa tan trong nước vào ban đêm làm cá chết hàng loạt nên hạn chế dùng.
2. Sử dụng chất tạo môi trường kiềm và có tác dụng đệm để duy trì môi trường này. Các chất thường sử dụng như TPP, Na2CO3, NaHCO3, các silicat. Trước đây, người ta sử dụng TPP khá phổ biến nhưng hiện nay Zeolit (các silicat) đang từ từ thay thế các carboxylat cùng các loại polymer phân giải sinh học tăng tốc và các silicat mới đang đi vào thị trường.

Nhóm sinh viên Bộ môn công nghệ Hóa - Khoa công nghệ - Trường ĐH Cần Thơ