1. แรงตึงผิว
แรงหดตัวต่อหน่วยความยาวบนพื้นผิวของของเหลวเรียกว่าแรงตึงผิว วัดเป็นหน่วย N • m-1
2. กิจกรรมพื้นผิวและสารลดแรงตึงผิว
คุณสมบัติที่สามารถลดแรงตึงผิวของตัวทำละลายได้ เรียกว่า กิจกรรมพื้นผิว และสารที่มีกิจกรรมพื้นผิว เรียกว่า สารออกฤทธิ์พื้นผิว
สารลดแรงตึงผิวหมายถึงสารลดแรงตึงผิวที่สามารถสร้างไมเซลล์และสารรวมตัวอื่นๆ ในสารละลายในน้ำ มีกิจกรรมพื้นผิวสูง และยังมีคุณสมบัติในการทำให้เปียก เกิดอิมัลชัน เกิดฟอง ล้าง และหน้าที่อื่นๆ อีกด้วย
3. ลักษณะโครงสร้างโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิว
สารลดแรงตึงผิวเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่มีโครงสร้างและคุณสมบัติพิเศษที่สามารถเปลี่ยนแรงตึงผิวระหว่างสองเฟสหรือแรงตึงผิวของของเหลว (โดยปกติคือน้ำ) ได้อย่างมีนัยสำคัญ และมีคุณสมบัติ เช่น การทำให้เปียก การเกิดฟอง การสร้างอิมัลชัน และการซักล้าง
ในเชิงโครงสร้าง สารลดแรงตึงผิวมีคุณสมบัติร่วมกันคือมีหมู่ฟังก์ชันสองหมู่ที่แตกต่างกันอยู่ในโมเลกุล ปลายด้านหนึ่งเป็นหมู่ไม่มีขั้วสายยาวที่ละลายได้ในน้ำมันแต่ไม่ละลายในน้ำ เรียกว่าหมู่ไฮโดรโฟบิกหรือหมู่ไฮโดรโฟบิก โดยทั่วไปหมู่ไฮโดรโฟบิกเหล่านี้จะเป็นไฮโดรคาร์บอนสายยาว บางครั้งอาจมีฟลูออรีนอินทรีย์ ออร์แกโนซิลิคอน ออร์แกโนฟอสฟอรัส ออร์แกโนทิน เป็นต้น ปลายอีกด้านหนึ่งเป็นหมู่ฟังก์ชันที่ละลายน้ำได้ คือ หมู่ไฮโดรฟิลิกหรือหมู่ไฮโดรฟิลิก หมู่ไฮโดรฟิลิกต้องมีคุณสมบัติชอบน้ำเพียงพอเพื่อให้มั่นใจว่าสารลดแรงตึงผิวทั้งหมดสามารถละลายน้ำได้และมีความสามารถในการละลายที่จำเป็น เนื่องจากสารลดแรงตึงผิวมีทั้งหมู่ไฮโดรฟิลิกและหมู่ไฮโดรโฟบิก จึงสามารถละลายได้อย่างน้อยหนึ่งเฟสของเฟสของเหลว คุณสมบัติชอบน้ำและโอเลโอฟิลิกของสารลดแรงตึงผิวเรียกว่า แอมฟิฟิลิซิตี้
4.ประเภทของสารลดแรงตึงผิว
สารลดแรงตึงผิวเป็นโมเลกุลแอมฟิฟิลิกที่มีทั้งหมู่ไฮโดรโฟบิกและหมู่ไฮโดรฟิลิก โดยทั่วไปหมู่ไฮโดรโฟบิกของสารลดแรงตึงผิวประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนสายยาว เช่น อัลคิล C8-C20 สายตรง อัลคิล C8-C20 สายกิ่ง อัลคิลฟีนิล (มีอะตอมคาร์บอนอัลคิล 8-16 อะตอม) เป็นต้น ความแตกต่างของหมู่ไฮโดรโฟบิกส่วนใหญ่อยู่ที่การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของสายคาร์บอนไฮโดรเจน ซึ่งมีความแตกต่างกันค่อนข้างน้อย ในขณะที่หมู่ไฮโดรโฟบิกมีหลายประเภท ดังนั้น คุณสมบัติของสารลดแรงตึงผิวจึงสัมพันธ์กับหมู่ไฮโดรโฟบิกเป็นหลัก นอกเหนือจากขนาดและรูปร่างของหมู่ไฮโดรโฟบิก การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของหมู่ไฮโดรโฟบิกมีมากกว่าหมู่ไฮโดรโฟบิก ดังนั้นการจำแนกประเภทของสารลดแรงตึงผิวโดยทั่วไปจึงขึ้นอยู่กับโครงสร้างของหมู่ไฮโดรโฟบิก การจำแนกประเภทนี้ขึ้นอยู่กับว่ากลุ่มที่ชอบน้ำนั้นเป็นไอออนิกหรือไม่ โดยแบ่งออกเป็นสารลดแรงตึงผิวประเภทแอนไอออนิก แคตไอออนิก นอนไอออนิก สวิตเตอร์ไอออนิก และสารลดแรงตึงผิวประเภทพิเศษอื่นๆ
5. ลักษณะของสารละลายลดแรงตึงผิวในน้ำ
① การดูดซับสารลดแรงตึงผิวที่ส่วนต่อประสาน
โมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวมีหมู่ไลโปฟิลิกและหมู่ไฮโดรฟิลิก ทำให้เป็นโมเลกุลแอมฟิฟิลิก น้ำเป็นของเหลวที่มีขั้วสูง เมื่อสารลดแรงตึงผิวละลายในน้ำ ตามหลักการความคล้ายคลึงของขั้วและแรงผลักของขั้วที่แตกต่างกัน หมู่ไฮโดรฟิลิกของสารจะถูกดึงดูดเข้าสู่เฟสน้ำและละลายในน้ำ ในขณะที่หมู่ไลโปฟิลิกของสารจะผลักน้ำและออกจากน้ำ ผลที่ตามมาคือ โมเลกุลของสารลดแรงตึงผิว (หรือไอออน) จะดูดซับที่รอยต่อระหว่างเฟสทั้งสอง ส่งผลให้แรงตึงผิวระหว่างเฟสทั้งสองลดลง ยิ่งโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิว (หรือไอออน) ถูกดูดซับที่รอยต่อมากเท่าใด แรงตึงผิวระหว่างเฟสก็จะยิ่งลดลงเท่านั้น
② คุณสมบัติบางประการของเมมเบรนดูดซับ
แรงดันพื้นผิวของเยื่อดูดซับ: สารลดแรงตึงผิวจะดูดซับที่บริเวณรอยต่อระหว่างก๊าซและของเหลวเพื่อสร้างเยื่อดูดซับ หากวางแผ่นลอยแบบเคลื่อนที่ได้ที่ไม่มีแรงเสียดทานบนรอยต่อ และแผ่นลอยดันเยื่อดูดซับไปตามพื้นผิวของสารละลาย เยื่อจะออกแรงดันบนแผ่นลอย ซึ่งเรียกว่าแรงดันพื้นผิว
ความหนืดพื้นผิว: เช่นเดียวกับความดันพื้นผิว ความหนืดพื้นผิวเป็นสมบัติที่แสดงโดยฟิล์มโมเลกุลที่ไม่ละลายน้ำ แขวนวงแหวนแพลตตินัมด้วยลวดโลหะบางๆ ให้ระนาบสัมผัสกับผิวน้ำของอ่าง หมุนวงแหวนแพลตตินัม วงแหวนแพลตตินัมจะถูกขัดขวางโดยความหนืดของน้ำ และแอมพลิจูดจะค่อยๆ ลดลง ซึ่งจะสามารถวัดความหนืดพื้นผิวได้ วิธีการคือ: ขั้นแรกให้ทำการทดลองบนผิวน้ำบริสุทธิ์ วัดค่าการลดทอนแอมพลิจูด จากนั้นวัดค่าการลดทอนหลังจากการสร้างมาส์กหน้าบนพื้นผิว แล้วคำนวณหาค่าความหนืดของมาส์กหน้าบนพื้นผิวจากความแตกต่างระหว่างทั้งสอง
ความหนืดของพื้นผิวสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความแน่นของแผ่นมาส์กหน้า เนื่องจากฟิล์มดูดซับมีแรงกดและความหนืดบนพื้นผิว จึงจำเป็นต้องมีความยืดหยุ่น ยิ่งแรงกดและความหนืดบนพื้นผิวของเมมเบรนดูดซับสูง โมดูลัสยืดหยุ่นก็จะยิ่งสูงขึ้น โมดูลัสยืดหยุ่นของฟิล์มดูดซับมีความสำคัญอย่างยิ่งในกระบวนการปรับเสถียรภาพของโฟม
③ การก่อตัวของไมเซลล์
สารละลายเจือจางของสารลดแรงตึงผิวเป็นไปตามกฎของสารละลายอุดมคติ ปริมาณการดูดซับของสารลดแรงตึงผิวบนพื้นผิวของสารละลายจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของสารละลาย เมื่อความเข้มข้นถึงหรือเกินกว่าค่าที่กำหนด ปริมาณการดูดซับจะไม่เพิ่มขึ้นอีก โมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวส่วนเกินเหล่านี้ในสารละลายจะเกิดการเรียงตัวหรือมีอยู่เป็นปกติ ทั้งในทางปฏิบัติและทฤษฎีแสดงให้เห็นว่าโมเลกุลเหล่านี้รวมตัวกันเป็นก้อนในสารละลาย ซึ่งเรียกว่าไมเซลล์
ความเข้มข้นวิกฤตของไมเซลล์: ความเข้มข้นต่ำสุดที่สารลดแรงตึงผิวสร้างไมเซลล์ในสารละลายเรียกว่าความเข้มข้นวิกฤตของไมเซลล์
④ ค่า CMC ของสารลดแรงตึงผิวทั่วไป
6. ค่าสมดุลความชอบน้ำและความชอบน้ำมัน
HLB ย่อมาจาก hydrophilic lipophilic balance ซึ่งแสดงถึงค่าสมดุล hydrophilic และ lipophilic ของกลุ่ม hydrophilic และ lipophilic ของสารลดแรงตึงผิว กล่าวคือ ค่า HLB ของสารลดแรงตึงผิว ค่า HLB ที่สูงบ่งชี้ว่าโมเลกุลนั้นมีความสามารถในการชอบน้ำสูงแต่มีความสามารถในการชอบน้ำต่ำ ในทางตรงกันข้าม โมเลกุลนั้นมีความสามารถในการชอบน้ำสูงแต่มีความสามารถในการชอบน้ำต่ำ
① กฎระเบียบเกี่ยวกับค่า HLB
ค่า HLB เป็นค่าสัมพัทธ์ ดังนั้นในการกำหนดค่า HLB ตามมาตรฐาน ค่า HLB ของพาราฟินที่ไม่มีคุณสมบัติชอบน้ำจะถูกตั้งค่าเป็น 0 ในขณะที่ค่า HLB ของโซเดียมโดเดซิลซัลเฟตที่มีความสามารถในการละลายน้ำสูงจะถูกตั้งค่าเป็น 40 ดังนั้น ค่า HLB ของสารลดแรงตึงผิวโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 1-40 โดยทั่วไปแล้ว อิมัลซิไฟเออร์ที่มีค่า HLB น้อยกว่า 10 จะเป็นสารที่ละลายในไขมัน ในขณะที่อิมัลซิไฟเออร์ที่มีค่า HLB มากกว่า 10 จะเป็นสารที่ละลายในน้ำ ดังนั้น จุดเปลี่ยนจากคุณสมบัติชอบน้ำเป็นคุณสมบัติชอบน้ำอยู่ที่ประมาณ 10
7. ผลของอิมัลชันและการละลาย
ของเหลวสองชนิดที่ผสมกันไม่ได้ ซึ่งชนิดหนึ่งเกิดจากอนุภาคที่กระจายตัว (หยดของเหลวหรือผลึกเหลว) ในของเหลวอีกชนิดหนึ่ง เรียกว่า อิมัลชัน เมื่อเกิดอิมัลชัน พื้นที่ระหว่างของเหลวทั้งสองจะเพิ่มขึ้น ทำให้ระบบไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์ เพื่อทำให้อิมัลชันเสถียร จำเป็นต้องเติมส่วนประกอบที่สาม คือ อิมัลซิไฟเออร์ เพื่อลดพลังงานระหว่างของเหลวในระบบ อิมัลซิไฟเออร์จัดอยู่ในกลุ่มสารลดแรงตึงผิว และหน้าที่หลักของอิมัลซิไฟเออร์คือทำหน้าที่เป็นอิมัลซิไฟเออร์ เฟสที่หยดของเหลวอยู่ในอิมัลชันเรียกว่า เฟสกระจาย (หรือเฟสภายใน เฟสไม่ต่อเนื่อง) และเฟสอีกเฟสหนึ่งที่เชื่อมต่อกันเรียกว่า ตัวกลางกระจาย (หรือเฟสภายนอก เฟสต่อเนื่อง)
① อิมัลซิไฟเออร์และอิมัลชัน
อิมัลชันทั่วไปประกอบด้วยเฟสหนึ่งของน้ำหรือสารละลายในน้ำ และอีกเฟสหนึ่งของสารประกอบอินทรีย์ที่ไม่สามารถผสมกับน้ำได้ เช่น น้ำมัน ขี้ผึ้ง เป็นต้น อิมัลชันที่เกิดจากน้ำและน้ำมันสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภทตามการกระจายตัว ได้แก่ อิมัลชันน้ำมันที่กระจายตัวในน้ำจะกลายเป็นอิมัลชันน้ำในน้ำมัน แสดงด้วย O/W (น้ำมัน/น้ำ) และอิมัลชันน้ำที่กระจายตัวในน้ำมันจะกลายเป็นอิมัลชันน้ำในน้ำมัน แสดงด้วย W/O (น้ำ/น้ำมัน) นอกจากนี้ อิมัลชันเชิงซ้อนของน้ำในน้ำมันในน้ำ W/O/W และอิมัลชันน้ำมันในน้ำในน้ำน้ำมัน O/W/O ก็สามารถเกิดขึ้นได้เช่นกัน
อิมัลซิไฟเออร์ช่วยทำให้สารอิมัลชันคงตัวโดยการลดแรงตึงของส่วนต่อประสานและสร้างมาส์กหน้าแบบชั้นเดียว
ข้อกำหนดสำหรับอิมัลซิไฟเออร์ในอิมัลซิไฟเออร์: ก. อิมัลซิไฟเออร์ต้องสามารถดูดซับหรือเพิ่มความเข้มข้นที่รอยต่อระหว่างเฟสทั้งสอง ซึ่งจะช่วยลดแรงตึงผิวที่รอยต่อระหว่างเฟส ข. อิมัลซิไฟเออร์ต้องให้ประจุไฟฟ้าแก่อนุภาค ทำให้เกิดแรงผลักกันทางไฟฟ้าสถิตระหว่างอนุภาค หรือสร้างฟิล์มป้องกันที่มีความหนืดสูงที่เสถียรรอบอนุภาค ดังนั้น สารที่ใช้เป็นอิมัลซิไฟเออร์ต้องมีหมู่แอมฟิฟิลิกจึงจะมีฤทธิ์เป็นอิมัลซิไฟเออร์ได้ และสารลดแรงตึงผิวสามารถตอบสนองข้อกำหนดนี้ได้
② วิธีการเตรียมอิมัลชันและปัจจัยที่มีผลต่อเสถียรภาพของอิมัลชัน
มีสองวิธีในการเตรียมอิมัลชัน วิธีหนึ่งคือใช้วิธีการทางกลเพื่อกระจายของเหลวให้เป็นอนุภาคเล็กๆ ในของเหลวอีกชนิดหนึ่ง ซึ่งโดยทั่วไปแล้วใช้ในอุตสาหกรรมเพื่อเตรียมอิมัลชัน อีกวิธีหนึ่งคือการละลายของเหลวในสถานะโมเลกุลในของเหลวอีกชนิดหนึ่ง จากนั้นปล่อยให้รวมตัวกันอย่างเหมาะสมเพื่อสร้างอิมัลชัน
เสถียรภาพของอิมัลชันหมายถึงความสามารถในการต้านทานการรวมตัวของอนุภาคและทำให้เกิดการแยกเฟส อิมัลชันเป็นระบบที่ไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์และมีพลังงานอิสระจำนวนมาก ดังนั้น เสถียรภาพของอิมัลชันจึงหมายถึงเวลาที่ระบบต้องใช้ในการเข้าสู่ภาวะสมดุล นั่นคือเวลาที่ของเหลวในระบบต้องใช้ในการแยกตัว
เมื่อมีโมเลกุลอินทรีย์ที่มีขั้ว เช่น แอลกอฮอล์ไขมัน กรดไขมัน และเอมีนไขมันอยู่ในแผ่นมาส์กหน้า ความแข็งแรงของแผ่นมาส์กจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก เนื่องจากโมเลกุลอิมัลซิไฟเออร์ในชั้นการดูดซับแบบอินเทอร์เฟซจะทำปฏิกิริยากับโมเลกุลที่มีขั้ว เช่น แอลกอฮอล์ กรด และเอมีน ทำให้เกิด "สารประกอบเชิงซ้อน" ซึ่งจะช่วยเพิ่มความแข็งแรงของแผ่นมาส์กหน้าแบบอินเทอร์เฟซ
อิมัลซิไฟเออร์ที่ประกอบด้วยสารลดแรงตึงผิวตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปเรียกว่าอิมัลซิไฟเออร์แบบผสม อิมัลซิไฟเออร์แบบผสมจะดูดซับบนผิวสัมผัสระหว่างน้ำและน้ำมัน และปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลสามารถก่อตัวเป็นสารเชิงซ้อนได้ เนื่องจากปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลที่รุนแรง แรงตึงผิวของผิวสัมผัสจึงลดลงอย่างมาก ปริมาณอิมัลซิไฟเออร์ที่ดูดซับบนผิวสัมผัสจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก และเพิ่มความหนาแน่นและความแข็งแรงของมาส์กหน้าแบบผิวสัมผัสที่ได้
ประจุของหยดมีผลกระทบอย่างมากต่อเสถียรภาพของอิมัลชัน อิมัลชันที่เสถียรโดยทั่วไปจะมีหยดที่มีประจุไฟฟ้า เมื่อใช้อิมัลซิไฟเออร์แบบไอออนิก ไอออนของอิมัลซิไฟเออร์ที่ดูดซับบนผิวสัมผัสจะแทรกกลุ่มไลโปฟิลิกเข้าไปในเฟสน้ำมัน ในขณะที่กลุ่มไฮโดรฟิลิกจะอยู่ในเฟสน้ำ ทำให้หยดมีประจุ เนื่องจากหยดของอิมัลชันมีประจุเท่ากัน พวกมันจึงผลักกันและจับตัวกันได้ยาก ส่งผลให้มีเสถียรภาพมากขึ้น จะเห็นได้ว่ายิ่งมีไอออนของอิมัลซิไฟเออร์ดูดซับบนหยดมากเท่าใด ประจุของไอออนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และความสามารถในการป้องกันการรวมตัวของหยดก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ทำให้ระบบอิมัลชันมีเสถียรภาพมากขึ้น
ความหนืดของตัวกลางกระจายตัวของอิมัลชันมีผลกระทบต่อเสถียรภาพของอิมัลชัน โดยทั่วไป ยิ่งตัวกลางกระจายตัวมีความหนืดสูงเท่าใด ความเสถียรของอิมัลชันก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น เนื่องจากความหนืดของตัวกลางกระจายตัวสูง จึงขัดขวางการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนของหยดของเหลวได้อย่างมาก ชะลอการชนกันระหว่างหยดของเหลว และรักษาเสถียรภาพของระบบ สารพอลิเมอร์ที่ละลายได้ในอิมัลชันโดยทั่วไปสามารถเพิ่มความหนืดของระบบและเพิ่มเสถียรภาพของอิมัลชัน นอกจากนี้ พอลิเมอร์ยังสามารถสร้างแผ่นมาส์กหน้าแบบเชื่อมต่อแข็ง ทำให้ระบบอิมัลชันมีเสถียรภาพมากขึ้น
ในบางกรณี การเติมผงของแข็งลงไปก็สามารถทำให้อิมัลชันคงตัวได้เช่นกัน ผงของแข็งจะไม่อยู่ในน้ำ น้ำมัน หรือบริเวณรอยต่อ ขึ้นอยู่กับความสามารถในการทำให้น้ำและน้ำมันบนผงของแข็งเปียก หากผงของแข็งไม่เปียกน้ำจนหมดและสามารถเปียกน้ำมันได้ ผงของแข็งจะยังคงอยู่ที่รอยต่อระหว่างน้ำและน้ำมัน
เหตุผลที่ผงแข็งไม่สามารถทำให้อิมัลชันคงตัวได้นั้น เป็นเพราะผงที่เกาะอยู่บริเวณรอยต่อไม่ได้ทำให้มาส์กหน้าบริเวณรอยต่อแข็งแรงขึ้น ซึ่งคล้ายกับโมเลกุลอิมัลซิไฟเออร์ที่ทำหน้าที่ดูดซับบริเวณรอยต่อ ดังนั้น ยิ่งอนุภาคผงแข็งเรียงตัวอยู่ใกล้กับรอยต่อมากเท่าไหร่ อิมัลชันก็จะยิ่งเสถียรมากขึ้นเท่านั้น
สารลดแรงตึงผิวมีความสามารถในการเพิ่มความสามารถในการละลายของสารประกอบอินทรีย์ที่ไม่ละลายน้ำหรือละลายได้เล็กน้อยในน้ำได้อย่างมีนัยสำคัญหลังจากเกิดไมเซลล์ในสารละลายน้ำ และสารละลายจะใสในเวลานี้ ผลของไมเซลล์นี้เรียกว่า การละลาย สารลดแรงตึงผิวที่สามารถสร้างฤทธิ์ในการละลายได้เรียกว่า สารละลาย และสารประกอบอินทรีย์ที่ถูกละลายแล้วเรียกว่า สารประกอบที่ถูกละลายแล้ว
8. โฟม
โฟมมีบทบาทสำคัญในกระบวนการซักล้าง โฟมหมายถึงระบบการกระจายตัวที่ก๊าซกระจายตัวในของเหลวหรือของแข็ง ก๊าซคือเฟสการกระจายตัว และของเหลวหรือของแข็งคือตัวกลางการกระจายตัว โฟมเหลวเรียกว่าโฟมเหลว ส่วนโฟมแข็งเรียกว่าโฟม เช่น โฟมพลาสติก โฟมแก้ว โฟมซีเมนต์ เป็นต้น
(1) การเกิดโฟม
โฟมในที่นี้หมายถึงการรวมตัวของฟองอากาศที่แยกออกจากกันด้วยฟิล์มของเหลว เนื่องจากความหนาแน่นที่แตกต่างกันมากระหว่างเฟสที่กระจายตัว (ก๊าซ) และตัวกลางที่กระจายตัว (ของเหลว) และความหนืดต่ำของของเหลว โฟมจึงสามารถลอยขึ้นสู่ระดับของเหลวได้อย่างรวดเร็ว
กระบวนการสร้างโฟมคือการนำก๊าซจำนวนมากเข้าไปในของเหลว และฟองอากาศในของเหลวจะกลับคืนสู่พื้นผิวของเหลวอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดการรวมตัวของฟองอากาศที่แยกจากกันโดยของเหลวและก๊าซจำนวนเล็กน้อย
โฟมมีลักษณะทางสัณฐานวิทยาที่โดดเด่นสองประการ ประการแรกคือฟองอากาศในเฟสที่กระจายตัวมักมีลักษณะหลายหน้า เนื่องจากบริเวณจุดตัดของฟองอากาศ มักมีแนวโน้มที่ฟิล์มของเหลวจะบางลง ทำให้ฟองอากาศมีลักษณะหลายหน้า เมื่อฟิล์มของเหลวบางลงถึงระดับหนึ่ง ฟองอากาศจะแตกออก ประการที่สอง ของเหลวบริสุทธิ์ไม่สามารถสร้างโฟมที่เสถียรได้ แต่ของเหลวที่สามารถสร้างโฟมได้นั้นประกอบด้วยส่วนประกอบอย่างน้อยสองส่วนหรือมากกว่า สารละลายน้ำของสารลดแรงตึงผิวเป็นระบบทั่วไปที่สามารถสร้างโฟมได้ง่าย และความสามารถในการสร้างโฟมของสารนี้ยังสัมพันธ์กับคุณสมบัติอื่นๆ อีกด้วย
สารลดแรงตึงผิวที่มีฤทธิ์ในการเกิดฟองที่ดีเรียกว่าสารก่อฟอง แม้ว่าสารก่อฟองจะมีฤทธิ์ในการเกิดฟองที่ดี แต่โฟมที่เกิดขึ้นอาจไม่สามารถคงสภาพไว้ได้นาน ซึ่งหมายความว่าโฟมอาจมีเสถียรภาพไม่ดีนัก เพื่อรักษาเสถียรภาพของโฟม มักมีการเติมสารที่ช่วยเพิ่มเสถียรภาพของโฟมลงในสารก่อฟอง ซึ่งเรียกว่า สารคงสภาพโฟม สารคงสภาพโฟมที่นิยมใช้กันคือ ลอโรอิลไดเอทาโนลามีน และ โดเดซิลไดเมทิลเอมีนออกไซด์
(2) ความเสถียรของโฟม
โฟมเป็นระบบที่ไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์ และแนวโน้มสุดท้ายคือพื้นที่ผิวรวมของของเหลวในระบบจะลดลง และพลังงานอิสระจะลดลงหลังจากฟองแตก กระบวนการลดฟองเป็นกระบวนการที่ฟิล์มของเหลวที่แยกก๊าซออกจากกันมีความหนาเปลี่ยนแปลงจนกระทั่งแตกออก ดังนั้น ความเสถียรของโฟมจึงถูกกำหนดโดยความเร็วในการปล่อยของเหลวและความแข็งแรงของฟิล์มของเหลวเป็นหลัก นอกจากนี้ยังมีปัจจัยอื่นๆ ที่มีอิทธิพลอีกมากมาย
① แรงตึงผิว
จากมุมมองด้านพลังงาน แรงตึงผิวต่ำเอื้อต่อการเกิดโฟมมากกว่า แต่ไม่สามารถรับประกันความเสถียรของโฟมได้ แรงตึงผิวต่ำ ความแตกต่างของแรงดันต่ำ ความเร็วในการระบายของเหลวช้า และฟิล์มของเหลวบางลงช้า ล้วนเอื้อต่อความเสถียรของโฟม
② ความหนืดของพื้นผิว
ปัจจัยสำคัญที่กำหนดเสถียรภาพของโฟมคือความแข็งแรงของฟิล์มของเหลว ซึ่งส่วนใหญ่พิจารณาจากความแน่นของฟิล์มดูดซับบนพื้นผิว ซึ่งวัดจากความหนืดของพื้นผิว การทดลองแสดงให้เห็นว่าโฟมที่เกิดจากสารละลายที่มีความหนืดของพื้นผิวสูงจะมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น เนื่องจากปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลที่ถูกดูดซับบนพื้นผิวจะช่วยเพิ่มความแข็งแรงของเมมเบรน จึงทำให้โฟมมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น
③ ความหนืดของสารละลาย
เมื่อความหนืดของของเหลวเพิ่มขึ้น ของเหลวในฟิล์มของเหลวก็ไม่สามารถระบายออกได้ง่าย และความเร็วในการบางลงของความหนาของฟิล์มของเหลวก็จะช้าลง ซึ่งทำให้ระยะเวลาที่ฟิล์มของเหลวแตกออกช้าลง และเพิ่มความเสถียรของโฟม
④ ผลของแรงตึงผิวในการ ‘ซ่อมแซม’
สารลดแรงตึงผิวที่ดูดซับบนพื้นผิวของฟิล์มของเหลวมีความสามารถในการต้านทานการขยายตัวหรือการหดตัวของพื้นผิวฟิล์มของเหลว ซึ่งเราเรียกว่า "ผลการซ่อมแซม" เนื่องจากมีฟิล์มของเหลวของสารลดแรงตึงผิวดูดซับอยู่บนพื้นผิว การขยายพื้นที่ผิวของฟิล์มจะลดความเข้มข้นของโมเลกุลที่ถูกดูดซับบนพื้นผิวและเพิ่มแรงตึงผิว การขยายพื้นผิวต่อไปจะต้องใช้ความพยายามมากขึ้น ในทางกลับกัน การหดตัวของพื้นที่ผิวจะเพิ่มความเข้มข้นของโมเลกุลที่ถูกดูดซับบนพื้นผิว ลดแรงตึงผิวและขัดขวางการหดตัวเพิ่มเติม
⑤ การแพร่ของก๊าซผ่านฟิล์มของเหลว
เนื่องจากความดันแคปิลลารี ความดันของฟองอากาศขนาดเล็กในโฟมจึงสูงกว่าความดันของฟองอากาศขนาดใหญ่ ซึ่งจะทำให้ก๊าซในฟองอากาศขนาดเล็กแพร่กระจายเข้าสู่ฟองอากาศขนาดใหญ่ที่มีความดันต่ำผ่านฟิล์มของเหลว ทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่ฟองอากาศขนาดเล็กมีขนาดเล็กลง ฟองอากาศขนาดใหญ่มีขนาดใหญ่ขึ้น และในที่สุดโฟมจะแตกออก หากเติมสารลดแรงตึงผิว โฟมจะมีความสม่ำเสมอและหนาแน่นเมื่อเกิดฟอง และไม่ง่ายที่จะลดฟอง เนื่องจากสารลดแรงตึงผิววางตัวชิดกันบนฟิล์มของเหลว จึงทำให้ระบายอากาศได้ยาก ซึ่งทำให้โฟมมีเสถียรภาพมากขึ้น
⑥ อิทธิพลของประจุพื้นผิว
หากฟิล์มของเหลวโฟมมีสัญลักษณ์เดียวกัน พื้นผิวทั้งสองด้านของฟิล์มของเหลวจะผลักกัน ป้องกันไม่ให้ฟิล์มของเหลวบางลงหรือถูกทำลาย สารลดแรงตึงผิวไอออนิกสามารถให้ผลการรักษาเสถียรภาพนี้ได้
สรุปได้ว่า ความแข็งแรงของฟิล์มของเหลวเป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดเสถียรภาพของโฟม ในฐานะสารลดแรงตึงผิวสำหรับสารเพิ่มฟองและสารคงตัวของโฟม ความแน่นและความแน่นของโมเลกุลที่ดูดซับบนพื้นผิวเป็นปัจจัยสำคัญที่สุด เมื่อปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลที่ดูดซับบนพื้นผิวมีความแข็งแรง โมเลกุลที่ดูดซับจะเรียงตัวกันอย่างแน่นหนา ซึ่งไม่เพียงแต่ทำให้แผ่นมาส์กหน้ามีความแข็งแรงสูงเท่านั้น แต่ยังทำให้สารละลายที่อยู่ติดกับแผ่นมาส์กหน้าไหลได้ยากเนื่องจากความหนืดของพื้นผิวสูง ทำให้ฟิล์มของเหลวไหลออกได้ยาก และรักษาความหนาของฟิล์มของเหลวได้ง่าย นอกจากนี้ โมเลกุลที่เรียงตัวกันอย่างแน่นหนายังช่วยลดการซึมผ่านของโมเลกุลก๊าซและเพิ่มเสถียรภาพของโฟมอีกด้วย
(3) การทำลายโฟม
หลักการพื้นฐานในการทำลายโฟมคือการเปลี่ยนแปลงเงื่อนไขในการผลิตโฟมหรือกำจัดปัจจัยเสถียรภาพของโฟม ดังนั้นจึงมีวิธีการกำจัดโฟมอยู่ 2 วิธี คือ ทางกายภาพและทางเคมี
การกำจัดโฟมทางกายภาพคือการเปลี่ยนแปลงสภาวะที่เกิดโฟม โดยยังคงรักษาองค์ประกอบทางเคมีของสารละลายโฟมไว้เช่นเดิม ตัวอย่างเช่น การรบกวนจากแรงภายนอก การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหรือความดัน และการใช้คลื่นอัลตราโซนิก ล้วนเป็นวิธีทางกายภาพที่มีประสิทธิภาพในการกำจัดโฟม
วิธีการลดฟองทางเคมีคือการเติมสารบางชนิดลงไปเพื่อทำปฏิกิริยากับสารก่อฟอง ลดความแข็งแรงของฟิล์มของเหลวในโฟม และลดความเสถียรของโฟมเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการลดฟอง สารเหล่านี้เรียกว่าสารลดฟอง สารลดฟองส่วนใหญ่เป็นสารลดแรงตึงผิว ดังนั้น ตามกลไกของการลดฟอง สารลดฟองควรมีคุณสมบัติในการลดแรงตึงผิวได้ดี สามารถดูดซับบนพื้นผิวได้ง่าย และมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลที่ดูดซับบนพื้นผิวได้น้อย ส่งผลให้โครงสร้างการจัดเรียงตัวของโมเลกุลที่ดูดซับค่อนข้างหลวม
สารลดฟองมีหลายประเภท แต่ส่วนใหญ่เป็นสารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุ สารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุมีคุณสมบัติต้านการเกิดฟองที่จุดขุ่นหรือสูงกว่าจุดขุ่น และมักถูกใช้เป็นสารลดฟอง แอลกอฮอล์ โดยเฉพาะแอลกอฮอล์ที่มีโครงสร้างแบบกิ่ง กรดไขมันและเอสเทอร์ โพลีเอไมด์ ฟอสเฟต น้ำมันซิลิโคน ฯลฯ ก็นิยมใช้เป็นสารลดฟองชั้นเยี่ยมเช่นกัน
(4) โฟมและการซักล้าง
ไม่มีความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างโฟมและประสิทธิภาพในการซัก และปริมาณโฟมก็ไม่ได้หมายความว่าประสิทธิภาพในการซักจะดีหรือไม่ดี ตัวอย่างเช่น ประสิทธิภาพในการทำให้เกิดฟองของสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุไอออนนั้นด้อยกว่าสบู่มาก แต่พลังการทำความสะอาดนั้นดีกว่าสบู่มาก
ในบางกรณี โฟมมีประโยชน์ในการขจัดคราบสกปรก ตัวอย่างเช่น เมื่อล้างภาชนะบนโต๊ะอาหารที่บ้าน โฟมของผงซักฟอกสามารถขจัดคราบน้ำมันที่ตกลงมาได้ เมื่อขัดพรม โฟมจะช่วยขจัดคราบสกปรกแข็งๆ เช่น ฝุ่นผงและผง นอกจากนี้ บางครั้งโฟมยังสามารถใช้เป็นตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพของผงซักฟอกได้ เนื่องจากคราบน้ำมันเหนียวๆ สามารถยับยั้งการทำงานของโฟมของผงซักฟอกได้ เมื่อมีคราบน้ำมันมากเกินไปและผงซักฟอกน้อยเกินไป โฟมก็จะไม่มีอยู่หรือโฟมเดิมก็จะหายไป บางครั้งโฟมยังสามารถใช้เป็นตัวบ่งชี้ว่าการล้างสะอาดหรือไม่ เนื่องจากปริมาณโฟมในน้ำยาล้างมีแนวโน้มลดลงเมื่อปริมาณผงซักฟอกลดลง ดังนั้นระดับการล้างจึงสามารถประเมินได้จากปริมาณโฟม
9. ขั้นตอนการซัก
ในความหมายกว้าง การล้างคือกระบวนการกำจัดส่วนประกอบที่ไม่ต้องการออกจากวัตถุที่จะล้างและบรรลุวัตถุประสงค์บางอย่าง การล้างโดยทั่วไปหมายถึงกระบวนการกำจัดสิ่งสกปรกออกจากพื้นผิวของตัวพา ในระหว่างการล้าง ปฏิกิริยาระหว่างสิ่งสกปรกและตัวพาจะอ่อนลงหรือถูกกำจัดออกโดยการทำงานของสารเคมีบางชนิด (เช่น ผงซักฟอก) ซึ่งเปลี่ยนส่วนผสมของสิ่งสกปรกและตัวพาให้กลายเป็นส่วนผสมของสิ่งสกปรกและผงซักฟอก ซึ่งในที่สุดทำให้สิ่งสกปรกและตัวพาหลุดออกจากกัน เนื่องจากวัตถุที่จะล้างและสิ่งสกปรกที่จะกำจัดมีความหลากหลาย การล้างจึงเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนมาก และกระบวนการพื้นฐานของการล้างสามารถแสดงได้ด้วยความสัมพันธ์ง่ายๆ ดังต่อไปนี้
ตัวพา • สิ่งสกปรก + ผงซักฟอก = ตัวพา + สิ่งสกปรก • ผงซักฟอก
กระบวนการซักโดยทั่วไปสามารถแบ่งออกเป็นสองขั้นตอน ขั้นตอนแรกคือการแยกสิ่งสกปรกและสารพาหะภายใต้การทำงานของผงซักฟอก ขั้นตอนที่สองคือการกระจายและแขวนลอยของสิ่งสกปรกที่หลุดออกมาในสารซักฟอก กระบวนการซักเป็นกระบวนการที่สามารถย้อนกลับได้ และสิ่งสกปรกที่กระจายหรือแขวนลอยอยู่ในสารซักฟอกอาจตกตะกอนจากสารซักฟอกไปยังผ้าที่ซัก ดังนั้น ผงซักฟอกที่ดีจึงไม่เพียงแต่ต้องสามารถแยกสิ่งสกปรกออกจากสารพาหะได้เท่านั้น แต่ยังต้องสามารถกระจายและแขวนลอยสิ่งสกปรกได้ดี และป้องกันไม่ให้สิ่งสกปรกตกค้างอีกด้วย
(1) ประเภทของสิ่งสกปรก
แม้แต่สิ่งของเดียวกัน ประเภท องค์ประกอบ และปริมาณของสิ่งสกปรกก็จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมการใช้งาน สิ่งสกปรกจากตัวน้ำมันส่วนใหญ่ประกอบด้วยน้ำมันจากสัตว์และพืช รวมถึงน้ำมันแร่ (เช่น น้ำมันดิบ น้ำมันเชื้อเพลิง น้ำมันดิน ฯลฯ) ในขณะที่สิ่งสกปรกที่เป็นของแข็งส่วนใหญ่ประกอบด้วยควัน ฝุ่น สนิม คาร์บอนแบล็ก ฯลฯ ในแง่ของสิ่งสกปรกจากเสื้อผ้า มีสิ่งสกปรกจากร่างกายมนุษย์ เช่น เหงื่อ ไขมัน เลือด ฯลฯ สิ่งสกปรกจากอาหาร เช่น คราบผลไม้ คราบน้ำมันพืช คราบเครื่องปรุงรส แป้ง ฯลฯ สิ่งสกปรกที่เกิดจากเครื่องสำอาง เช่น ลิปสติกและยาทาเล็บ สิ่งสกปรกจากบรรยากาศ เช่น ควัน ฝุ่น ดิน ฯลฯ วัสดุอื่นๆ เช่น หมึก ชา สี ฯลฯ เรียกได้ว่ามีหลายประเภท
โดยทั่วไปสิ่งสกปรกประเภทต่างๆ สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่ สิ่งสกปรกแข็ง สิ่งสกปรกเหลว และสิ่งสกปรกพิเศษ
① สิ่งสกปรกที่เป็นของแข็งทั่วไป ได้แก่ อนุภาคต่างๆ เช่น เถ้า โคลน ดิน สนิม และคาร์บอนแบล็ก อนุภาคเหล่านี้ส่วนใหญ่มีประจุพื้นผิว ส่วนใหญ่เป็นประจุลบ และดูดซับลงบนวัตถุที่มีเส้นใยได้ง่าย โดยทั่วไปสิ่งสกปรกที่เป็นของแข็งละลายน้ำได้ยาก แต่สามารถกระจายตัวและแขวนลอยอยู่ในสารละลายผงซักฟอกได้ สิ่งสกปรกที่เป็นของแข็งที่มีอนุภาคขนาดเล็กจะกำจัดออกได้ยาก
② คราบของเหลวส่วนใหญ่ละลายในน้ำมันได้ ซึ่งรวมถึงน้ำมันจากสัตว์และพืช กรดไขมัน แอลกอฮอล์ไขมัน น้ำมันแร่ และออกไซด์ของน้ำมันเหล่านั้น ในบรรดาคราบของเหลวเหล่านี้ น้ำมันจากสัตว์และพืช และกรดไขมันสามารถเกิดปฏิกิริยาสะพอนิฟิเคชันกับด่างได้ ในขณะที่แอลกอฮอล์ไขมันและน้ำมันแร่ไม่สามารถเกิดปฏิกิริยาสะพอนิฟิเคชันกับด่างได้ แต่สามารถละลายในแอลกอฮอล์ อีเทอร์ และตัวทำละลายอินทรีย์ไฮโดรคาร์บอน และเกิดอิมัลชันและกระจายตัวในสารละลายน้ำของผงซักฟอก โดยทั่วไปคราบของเหลวที่ละลายในน้ำมันจะมีแรงกระทำกับวัตถุที่มีเส้นใยสูง และดูดซับบนเส้นใยได้อย่างแน่นหนา
③ สิ่งสกปรกพิเศษ ได้แก่ โปรตีน แป้ง เลือด สารคัดหลั่งจากร่างกาย เช่น เหงื่อ ไขมัน ปัสสาวะ รวมถึงน้ำผลไม้ น้ำชา ฯลฯ สิ่งสกปรกเหล่านี้ส่วนใหญ่สามารถดูดซับเข้าสู่เส้นใยได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านปฏิกิริยาทางเคมี ดังนั้นการซักจึงค่อนข้างยาก
สิ่งสกปรกหลายประเภทมักไม่อยู่โดดเดี่ยว มักผสมปนเปกันและถูกดูดซับเข้าด้วยกันบนวัตถุ บางครั้งสิ่งสกปรกอาจเกิดออกซิเดชัน สลายตัว หรือสลายตัวภายใต้อิทธิพลภายนอก ส่งผลให้เกิดสิ่งสกปรกใหม่
(2) ผลการยึดเกาะของสิ่งสกปรก
สาเหตุที่เสื้อผ้า มือ ฯลฯ เปื้อนได้นั้น เป็นเพราะมีปฏิสัมพันธ์บางอย่างระหว่างวัตถุกับสิ่งสกปรก สิ่งสกปรกมีผลต่อการยึดเกาะวัตถุได้หลากหลาย แต่ส่วนใหญ่แล้วคือการยึดเกาะทางกายภาพและการยึดเกาะทางเคมี
① การยึดเกาะทางกายภาพของขี้เถ้าบุหรี่ ฝุ่น ตะกอน เขม่าดำ และสารอื่นๆ บนเสื้อผ้า โดยทั่วไปแล้ว ปฏิกิริยาระหว่างสิ่งสกปรกที่เกาะติดกับวัตถุที่ปนเปื้อนค่อนข้างอ่อน และการกำจัดสิ่งสกปรกก็ค่อนข้างง่ายเช่นกัน การยึดเกาะทางกายภาพของสิ่งสกปรกสามารถแบ่งออกได้เป็น การยึดเกาะเชิงกล และการยึดเกาะไฟฟ้าสถิต ตามแรงยึดเกาะที่แตกต่างกัน
ตอบ: การยึดเกาะเชิงกลส่วนใหญ่หมายถึงการยึดเกาะของสิ่งสกปรกที่เป็นของแข็ง เช่น ฝุ่นและตะกอน การยึดเกาะเชิงกลเป็นวิธีการยึดเกาะที่อ่อนแอสำหรับสิ่งสกปรก ซึ่งแทบจะกำจัดออกได้ด้วยวิธีการทางกลแบบง่ายๆ อย่างไรก็ตาม เมื่อขนาดของอนุภาคของสิ่งสกปรกมีขนาดเล็ก (<0.1 ไมโครเมตร) การกำจัดออกจะยากขึ้น
B: การยึดเกาะด้วยไฟฟ้าสถิตส่วนใหญ่เกิดจากอนุภาคสิ่งสกปรกที่มีประจุบนวัตถุที่มีประจุตรงข้าม วัตถุเส้นใยส่วนใหญ่มีประจุลบในน้ำ และเกาะติดกับสิ่งสกปรกที่มีประจุบวก เช่น ปูนขาวได้ง่าย สิ่งสกปรกบางชนิดถึงแม้จะมีประจุลบ เช่น อนุภาคคาร์บอนแบล็กในสารละลายน้ำ ก็สามารถเกาะติดกับเส้นใยผ่านสะพานไอออนที่เกิดจากไอออนบวก (เช่น Ca2+, Mg2+ เป็นต้น) ในน้ำ (ไอออนจะทำงานร่วมกันระหว่างประจุตรงข้ามหลายตัว ทำหน้าที่เป็นสะพาน)
ไฟฟ้าสถิตมีความรุนแรงมากกว่ากลไกทางกลธรรมดา ทำให้การกำจัดสิ่งสกปรกออกค่อนข้างยาก
③ การกำจัดสิ่งสกปรกพิเศษ
โปรตีน แป้ง สารคัดหลั่งของมนุษย์ น้ำผลไม้ น้ำชา และสิ่งสกปรกประเภทอื่นๆ ยากที่จะกำจัดออกด้วยสารลดแรงตึงผิวทั่วไป และต้องใช้วิธีการบำบัดพิเศษ
คราบโปรตีน เช่น ครีม ไข่ เลือด นม และสิ่งสกปรกบนผิวหนัง มีแนวโน้มที่จะเกิดการแข็งตัวและเสียสภาพบนเส้นใย และเกาะติดแน่นยิ่งขึ้น สำหรับคราบโปรตีน สามารถใช้โปรตีเอส (protein fouling) เพื่อกำจัดคราบโปรตีนได้ โปรตีเอสสามารถย่อยสลายโปรตีนในสิ่งสกปรกให้เป็นกรดอะมิโนที่ละลายน้ำได้หรือโอลิโกเปปไทด์
คราบแป้งส่วนใหญ่มักมาจากอาหาร ในขณะที่คราบอื่นๆ เช่น น้ำเนื้อ กากเนื้อ ฯลฯ เอนไซม์ของแป้งมีผลเร่งปฏิกิริยาการไฮโดรไลซิสของคราบแป้ง โดยสลายแป้งให้เป็นน้ำตาล
ไลเปสสามารถเร่งปฏิกิริยาการสลายไตรกลีเซอไรด์บางชนิดที่กำจัดออกได้ยากด้วยวิธีการทั่วไป เช่น ซีบัมที่ร่างกายหลั่งออกมา น้ำมันที่รับประทานได้ เป็นต้น เพื่อย่อยไตรกลีเซอไรด์ให้เป็นกลีเซอรอลและกรดไขมันที่ละลายน้ำได้
คราบสีบางชนิดจากน้ำผลไม้ น้ำชา หมึก ลิปสติก ฯลฯ มักทำความสะอาดได้ยากแม้จะซักหลายครั้ง คราบประเภทนี้สามารถขจัดออกได้ด้วยปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน โดยใช้สารออกซิแดนท์หรือสารรีดักชัน เช่น สารฟอกขาว ซึ่งจะสลายโครงสร้างของโครโมโฟร์หรือกลุ่มโครโมโฟร์ และย่อยสลายให้กลายเป็นส่วนประกอบที่ละลายน้ำได้ขนาดเล็กลง
จากมุมมองของการซักแห้ง มีสิ่งสกปรกอยู่ประมาณ 3 ประเภท
① สิ่งสกปรกที่ละลายในน้ำมัน ได้แก่ น้ำมันและไขมันต่างๆ ที่เป็นของเหลวหรือเป็นมันและละลายได้ในตัวทำละลายในการซักแห้ง
② สิ่งสกปรกที่ละลายน้ำได้จะละลายในสารละลายน้ำ แต่ไม่ละลายในน้ำยาซักแห้ง สิ่งสกปรกจะดูดซับลงบนเสื้อผ้าในรูปของสารละลายน้ำ และเมื่อน้ำระเหยไป ของแข็งที่เป็นเม็ด เช่น เกลืออนินทรีย์ แป้ง โปรตีน ฯลฯ จะตกตะกอน
③ สิ่งสกปรกที่ไม่ละลายน้ำในน้ำมันจะไม่ละลายทั้งในน้ำและตัวทำละลายในการซักแห้ง เช่น คาร์บอนแบล็ก ซิลิเกตโลหะต่างๆ และออกไซด์
เนื่องจากสิ่งสกปรกแต่ละประเภทมีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน จึงมีวิธีการกำจัดสิ่งสกปรกที่แตกต่างกันระหว่างขั้นตอนการซักแห้ง สิ่งสกปรกที่ละลายในน้ำมัน เช่น น้ำมันสัตว์และน้ำมันพืช น้ำมันแร่ และไขมัน สามารถละลายได้ง่ายในตัวทำละลายอินทรีย์และสามารถขจัดออกได้ง่ายในระหว่างการซักแห้ง ความสามารถในการละลายที่ดีเยี่ยมของตัวทำละลายสำหรับซักแห้งสำหรับน้ำมันและจาระบีนั้น เป็นผลมาจากแรงแวนเดอร์วาลส์ระหว่างโมเลกุล
เพื่อขจัดคราบสกปรกที่ละลายน้ำได้ เช่น เกลืออนินทรีย์ น้ำตาล โปรตีน เหงื่อ ฯลฯ จำเป็นต้องเติมน้ำในปริมาณที่เหมาะสมลงในน้ำยาซักแห้ง มิฉะนั้นคราบสกปรกที่ละลายน้ำได้จะขจัดออกจากเสื้อผ้าได้ยาก แต่น้ำในน้ำยาซักแห้งนั้นละลายได้ยาก ดังนั้นหากต้องการเพิ่มปริมาณน้ำจึงจำเป็นต้องเติมสารลดแรงตึงผิว น้ำที่มีอยู่ในน้ำยาซักแห้งสามารถให้ความชุ่มชื้นแก่คราบสกปรกและพื้นผิวของเสื้อผ้า ทำให้ทำปฏิกิริยากับกลุ่มขั้วของสารลดแรงตึงผิวได้ง่าย ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการดูดซับสารลดแรงตึงผิวบนพื้นผิว นอกจากนี้ เมื่อสารลดแรงตึงผิวก่อตัวเป็นไมเซลล์ คราบสกปรกที่ละลายน้ำได้และน้ำจะละลายเข้าไปในไมเซลล์ สารลดแรงตึงผิวไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มปริมาณน้ำในน้ำยาซักแห้งเท่านั้น แต่ยังช่วยป้องกันการสะสมของคราบสกปรกเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการทำความสะอาดอีกด้วย
การเติมน้ำในปริมาณเล็กน้อยเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการขจัดคราบสกปรกที่ละลายน้ำได้ แต่การใช้น้ำมากเกินไปอาจทำให้เสื้อผ้าเสียรูปทรง ยับ ฯลฯ ดังนั้นปริมาณน้ำในผงซักฟอกแบบแห้งจึงต้องอยู่ในระดับปานกลาง
อนุภาคของแข็ง เช่น เถ้า โคลน ดิน และคาร์บอนแบล็ก ซึ่งไม่ละลายน้ำและไม่ละลายในน้ำมัน มักเกาะติดเสื้อผ้าด้วยการดูดซับไฟฟ้าสถิตหรือการรวมตัวกับคราบน้ำมัน ในการซักแห้ง การไหลและแรงกระแทกของตัวทำละลายสามารถทำให้สิ่งสกปรกที่ถูกดูดซับด้วยไฟฟ้าสถิตหลุดออก ในขณะที่น้ำยาซักแห้งสามารถละลายคราบน้ำมัน ทำให้อนุภาคของแข็งที่รวมตัวกับคราบน้ำมันและเกาะติดเสื้อผ้าหลุดออกจากน้ำยาซักแห้ง น้ำและสารลดแรงตึงผิวในปริมาณเล็กน้อยในน้ำยาซักแห้งสามารถแขวนลอยและกระจายอนุภาคของแข็งที่หลุดออกได้อย่างเสถียร ป้องกันไม่ให้ตกค้างบนเสื้อผ้าอีก
(5) ปัจจัยที่มีผลต่อผลการซัก
การดูดซับสารลดแรงตึงผิวแบบมีทิศทางที่บริเวณรอยต่อและการลดแรงตึงผิว (บริเวณรอยต่อ) เป็นปัจจัยหลักในการกำจัดคราบสกปรกที่เป็นของเหลวหรือของแข็ง อย่างไรก็ตาม กระบวนการซักค่อนข้างซับซ้อน และแม้แต่ประสิทธิภาพของผงซักฟอกชนิดเดียวกันก็ยังได้รับผลกระทบจากปัจจัยอื่นๆ อีกมากมาย ปัจจัยเหล่านี้ประกอบด้วยความเข้มข้นของผงซักฟอก อุณหภูมิ ลักษณะของสิ่งสกปรก ชนิดของเส้นใย และโครงสร้างของผ้า
① ความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิว
ไมเซลล์ของสารลดแรงตึงผิวในสารละลายมีบทบาทสำคัญในกระบวนการซัก เมื่อความเข้มข้นของไมเซลล์ถึงค่าความเข้มข้นวิกฤต (CMC) ประสิทธิภาพการซักจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ดังนั้น ความเข้มข้นของผงซักฟอกในตัวทำละลายจึงควรสูงกว่าค่า CMC เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการซักที่ดี อย่างไรก็ตาม เมื่อความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวสูงกว่าค่า CMC ประสิทธิภาพการซักที่เพิ่มขึ้นจะลดลง และไม่จำเป็นต้องเพิ่มความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวมากเกินไป
เมื่อใช้สารลดแรงตึงผิวเพื่อขจัดคราบน้ำมัน แม้ว่าความเข้มข้นจะสูงกว่าค่า CMC ประสิทธิภาพการละลายจะยังคงเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวที่เพิ่มขึ้น ในขั้นตอนนี้ แนะนำให้ใช้ผงซักฟอกเฉพาะจุด เช่น บริเวณข้อมือและปกเสื้อที่มีคราบสกปรกมาก ในการซัก สามารถทาผงซักฟอกบางชั้นก่อน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการละลายของสารลดแรงตึงผิวบนคราบน้ำมัน
② อุณหภูมิมีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพการทำความสะอาด โดยรวมแล้ว การเพิ่มอุณหภูมิมีประโยชน์ในการกำจัดสิ่งสกปรก แต่บางครั้งอุณหภูมิที่สูงเกินไปก็อาจก่อให้เกิดผลเสียได้เช่นกัน
การเพิ่มอุณหภูมิเป็นประโยชน์ต่อการแพร่กระจายของสิ่งสกปรก คราบน้ำมันแข็งจะเกิดการอิมัลชันได้ง่ายเมื่ออุณหภูมิสูงกว่าจุดหลอมเหลว และเส้นใยยังขยายตัวเพิ่มขึ้นเนื่องจากอุณหภูมิที่สูงขึ้น ปัจจัยเหล่านี้ล้วนเป็นประโยชน์ต่อการกำจัดสิ่งสกปรก อย่างไรก็ตาม สำหรับผ้าเนื้อแน่น ช่องว่างระหว่างเส้นใยจะลดลงหลังจากเส้นใยขยายตัว ซึ่งไม่เอื้อต่อการกำจัดสิ่งสกปรก
การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิยังส่งผลต่อความสามารถในการละลาย ค่า CMC และขนาดไมเซลล์ของสารลดแรงตึงผิว ซึ่งส่งผลต่อผลการชะล้าง สารลดแรงตึงผิวที่มีสายโซ่คาร์บอนยาวมีความสามารถในการละลายต่ำกว่าที่อุณหภูมิต่ำ และบางครั้งอาจต่ำกว่าค่า CMC ในกรณีนี้ ควรเพิ่มอุณหภูมิในการชะล้างให้เหมาะสม ผลของอุณหภูมิต่อค่า CMC และขนาดไมเซลล์จะแตกต่างกันสำหรับสารลดแรงตึงผิวแบบไอออนิกและแบบไม่มีไอออนิก สำหรับสารลดแรงตึงผิวแบบไอออนิก โดยทั่วไปการเพิ่มอุณหภูมิจะทำให้ค่า CMC เพิ่มขึ้นและขนาดไมเซลล์ลดลง ซึ่งหมายความว่าควรเพิ่มความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวในสารละลายชะล้าง สำหรับสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีไอออนิก การเพิ่มอุณหภูมิจะทำให้ค่า CMC ลดลงและขนาดไมเซลล์เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ จะเห็นได้ว่าการเพิ่มอุณหภูมิอย่างเหมาะสมช่วยให้สารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีไอออนิกแสดงฤทธิ์บนพื้นผิวได้ แต่อุณหภูมิไม่ควรเกินจุดขุ่น
สรุปแล้ว อุณหภูมิการซักที่เหมาะสมที่สุดนั้นสัมพันธ์กับสูตรของผงซักฟอกและวัตถุที่จะซัก ผงซักฟอกบางชนิดมีประสิทธิภาพการซักที่ดีที่อุณหภูมิห้อง ในขณะที่ผงซักฟอกบางชนิดมีประสิทธิภาพการซักที่แตกต่างกันอย่างมากสำหรับการซักด้วยน้ำเย็นและน้ำร้อน
③ โฟม
ผู้คนมักสับสนระหว่างความสามารถในการเกิดฟองกับประสิทธิภาพในการซัก โดยเชื่อว่าผงซักฟอกที่มีความสามารถเกิดฟองสูงจะมีประสิทธิภาพในการซักที่ดีกว่า ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพในการซักไม่ได้เกี่ยวข้องโดยตรงกับปริมาณฟอง ตัวอย่างเช่น การใช้ผงซักฟอกที่มีฟองน้อยในการซักไม่ได้มีประสิทธิภาพในการซักที่แย่กว่าผงซักฟอกที่มีฟองมาก
แม้ว่าโฟมจะไม่ได้เกี่ยวข้องโดยตรงกับการซัก แต่โฟมก็ยังมีประโยชน์ในการขจัดสิ่งสกปรกในบางสถานการณ์ ตัวอย่างเช่น โฟมของน้ำยาซักผ้าสามารถขจัดคราบน้ำมันเมื่อล้างจานด้วยมือได้ นอกจากนี้ โฟมยังสามารถขจัดคราบสกปรกที่เป็นของแข็ง เช่น ฝุ่นผง ได้อีกด้วย ฝุ่นผงเป็นสาเหตุหลักของคราบสกปรกบนพรม ดังนั้นน้ำยาทำความสะอาดพรมจึงควรมีคุณสมบัติในการทำให้เกิดฟองในระดับหนึ่ง
พลังแห่งฟองก็สำคัญต่อแชมพูเช่นกัน ฟองละเอียดที่ได้จากน้ำยาสระผมหรืออาบน้ำทำให้รู้สึกสบายตัว
④ ประเภทของเส้นใยและคุณสมบัติทางกายภาพของสิ่งทอ
นอกเหนือจากโครงสร้างทางเคมีของเส้นใยที่ส่งผลต่อการยึดเกาะและการกำจัดสิ่งสกปรกแล้ว ลักษณะของเส้นใยและโครงสร้างการจัดระเบียบของเส้นด้ายและผ้ายังส่งผลต่อความยากในการกำจัดสิ่งสกปรกอีกด้วย
สะเก็ดของเส้นใยขนสัตว์และโครงสร้างแบบแถบแบนของเส้นใยฝ้ายมีแนวโน้มที่จะสะสมสิ่งสกปรกมากกว่าเส้นใยเรียบ ตัวอย่างเช่น คาร์บอนแบล็กที่ติดอยู่กับฟิล์มเซลลูโลส (ฟิล์มกาว) นั้นล้างออกได้ง่าย ในขณะที่คาร์บอนแบล็กที่ติดอยู่กับผ้าฝ้ายนั้นล้างออกยาก ตัวอย่างเช่น ผ้าโพลีเอสเตอร์เส้นใยสั้นมีแนวโน้มที่จะสะสมคราบน้ำมันมากกว่าผ้าเส้นใยยาว และคราบน้ำมันบนผ้าเส้นใยสั้นก็กำจัดออกยากกว่าผ้าเส้นใยยาวเช่นกัน
เส้นด้ายที่บิดแน่นและผ้าเนื้อแน่น เนื่องจากมีช่องว่างเล็กๆ ระหว่างเส้นใย จึงสามารถต้านทานการบุกรุกของสิ่งสกปรกได้ แต่ก็ป้องกันไม่ให้น้ำยาทำความสะอาดขจัดสิ่งสกปรกภายในออกไปด้วย ดังนั้น ผ้าเนื้อแน่นจึงทนทานต่อสิ่งสกปรกได้ดีในช่วงแรก แต่เมื่อเกิดการปนเปื้อนแล้ว การทำความสะอาดก็ยากเช่นกัน
⑤ ความกระด้างของน้ำ
ความเข้มข้นของไอออนโลหะ เช่น Ca2+ และ Mg2+ ในน้ำมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพการซัก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อสารลดแรงตึงผิวประจุลบพบไอออน Ca2+ และ Mg2+ เพื่อสร้างเกลือแคลเซียมและแมกนีเซียมที่มีความสามารถในการละลายต่ำ ซึ่งอาจทำให้ประสิทธิภาพการทำความสะอาดลดลง แม้ว่าความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวในน้ำกระด้างจะสูง แต่ประสิทธิภาพการทำความสะอาดก็ยังแย่กว่าการกลั่นมาก เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการซักที่ดีที่สุดของสารลดแรงตึงผิว ควรลดความเข้มข้นของไอออน Ca2+ ในน้ำให้ต่ำกว่า 1 × 10-6 โมล/ลิตร (CaCO3 ควรลดลงเหลือ 0.1 มิลลิกรัม/ลิตร) ซึ่งจำเป็นต้องเติมน้ำยาปรับผ้านุ่มหลายชนิดลงในผงซักฟอก
เวลาโพสต์: 16 ส.ค. 2567