Tẩy rửa vải: Dầu thông sunfat hóa

Phần này tập trung vào việc mô tả cấu trúc vi mô của vải sợi cotton dựa trên kết quả nghiên cứu. Vải được cấu tạo từ nhiều bó sợi, mỗi bó sợi lại gồm nhiều sợi riêng lẻ. Khoảng cách trung bình giữa các sợi được xác định là 20.8 x 10³ nm. Đặc biệt, cấu trúc này tạo ra một hệ thống mao quản với đường kính trung bình khoảng 50 nm. Thêm vào đó, khoảng cách giữa các bó sợi cũng đáng kể, trung bình 128.89 x 10³ nm, và các bó sợi này xếp chồng lên nhau tạo độ dày cho vải. Sự sắp xếp ngẫu nhiên của các sợi và khoảng cách giữa chúng tạo ra một hệ thống lỗ trống, làm cho chất bẩn, đặc biệt là dầu mỡ, dễ dàng thâm nhập sâu vào cấu trúc vải. Sự hiểu biết về cấu trúc này là nền tảng để lý giải cơ chế bám dính của dầu mỡ trên vải sợi cotton, một khía cạnh quan trọng trong việc nghiên cứu hiệu quả của các chất tẩy rửa.

Đoạn này đề cập đến bề mặt của vải cotton và các tính chất vật lý ảnh hưởng đến khả năng bị bẩn. Tất cả các loại xơ, sợi dệt đều là hợp chất cao phân tử, khó hòa tan và thường bị phân hủy khi gia nhiệt. Vải cotton, với bề mặt có tính phân cực và sức căng bề mặt lớn, cho thấy khả năng chống bám dính dầu mỡ tốt hơn so với các loại sợi khác, ít bị nhiễm bẩn hơn. Tuy nhiên, các tính chất như độ mềm mại, độ bền cơ học (cao trong không khí, thấp trong nước), khả năng hút ẩm (8-12%), và độ co dọc (1,5-8%) đều được đề cập đến, cho thấy sự phức tạp trong việc xử lý và làm sạch vải cotton. Những đặc tính này cùng với cấu trúc mao quản chi phối quá trình tẩy rửa hiệu quả.

Phần này làm rõ nguồn gốc của dầu mỡ bám trên vải sợi trong quá trình dệt. Trước khi dệt, sợi được xử lý bằng các dung dịch hóa chất chứa dầu hoặc sáp để tránh bị xù lông và dính vào nhau, giảm tĩnh điện. Sau quá trình dệt, vải còn chứa thêm dầu mỡ từ máy móc. Do đó, vải thô chưa thể nhuộm in ngay mà cần được làm sạch hóa học (chuẩn bị, tiền xử lý) để loại bỏ tạp chất và dầu mỡ, giúp vải dễ thấm nước, tăng khả năng hấp thụ thuốc nhuộm, tạo màu đều và bền hơn. Lượng dầu mỡ này tuy nhỏ nhưng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm dệt may, làm giảm chất lượng nhuộm và in. Vì vậy, việc hiểu rõ nguồn gốc dầu mỡ là bước quan trọng trong việc tìm ra giải pháp tẩy rửa hiệu quả.

Để trực quan hóa sự bám dính của dầu mỡ, nghiên cứu đã sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) để chụp ảnh các mẫu vải. Hình ảnh SEM của vải sạch và vải đã bị nhiễm bẩn dầu mỡ được so sánh, cho thấy sự khác biệt rõ rệt về bề mặt. Hình ảnh này cung cấp bằng chứng trực quan về sự bám dính của dầu mỡ trên các sợi vải, hỗ trợ cho việc nghiên cứu cơ chế bám dính và tìm ra phương pháp tẩy rửa hiệu quả. Việc sử dụng hình ảnh SEM giúp xác định vị trí, hình dạng và mức độ bám dính của dầu mỡ trên bề mặt vải, từ đó hỗ trợ việc phát triển các chất tẩy rửa phù hợp.

Phần này tập trung vào cơ chế bám dính của dầu mỡ trên vải sợi, đặc biệt là dầu mỡ từ máy dệt và dầu dùng để chuốt sợi. Cơ chế này liên quan chặt chẽ đến sức căng bề mặt của cả vải và dầu mỡ. Vải cotton, với bề mặt có cực và sức căng bề mặt lớn, khó bị nhiễm bẩn dầu mỡ hơn so với các loại vải không cực. Ngược lại, các chất béo dễ dàng bám chặt vào các bề mặt không cực do sức căng bề mặt yếu. Công thức WFH = γFA + γHA - γFH được nhắc đến, cho thấy mối quan hệ giữa công gắn chất lỏng (WFH), sức căng bề mặt của vải (γFA), sức căng bề mặt của dầu (γHA) và sức căng giao diện giữa vải và dầu (γFH). Hiểu được mối quan hệ này giúp tối ưu hóa quá trình tẩy rửa bằng cách lựa chọn các chất tẩy rửa có khả năng giảm sức căng bề mặt và tăng sức căng giao diện, làm giảm lực bám dính của dầu mỡ trên vải.

Nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng dầu thực vật, đặc biệt là dầu thông, để tạo ra chất tẩy rửa thân thiện với môi trường. Dầu thông được lựa chọn vì cấu tạo tương đồng giữa các hợp chất terpen trong dầu thông và các chất bẩn trên vải sợi, cho thấy khả năng tẩy rửa cao. Dầu thông chiếm 80% sản lượng tinh dầu thế giới (khoảng 260.000 tấn/năm), là hỗn hợp phức tạp của các terpen hydrocarbon (C₅H₈)n và sesquiterpen. Việc biến tính dầu thông nhằm tăng hoạt tính bề mặt, tạo ra các chất tẩy rửa hiệu quả hơn. Các thành phần chính của dầu thông như α-pinen (68,0007%) và β-pinen (4,7036%) đóng vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp chất hoạt động bề mặt. Phương pháp biến tính chính là sulfat hóa, tạo ra các chất hoạt động bề mặt anion có độ phân cực cao, giúp tăng khả năng tẩy rửa dầu mỡ trên vải sợi.

Quá trình sulfat hóa dầu thông được nghiên cứu kỹ lưỡng, tập trung vào việc tối ưu hóa điều kiện phản ứng để đạt hiệu quả tẩy rửa cao nhất. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sulfat hóa, bao gồm nhiệt độ và thời gian phản ứng, được phân tích. Kết quả cho thấy ở nhiệt độ 30°C, sản phẩm dầu thông biến tính có hoạt tính tẩy rửa tốt nhất (90,36%). Nhiệt độ cao hơn có thể gây ra các phản ứng phụ không mong muốn, làm giảm hiệu suất tẩy rửa. Ngược lại, nhiệt độ quá thấp làm cho quá trình sulfat hóa diễn ra kém hiệu quả. Tương tự, thời gian phản ứng 5 giờ cho hiệu quả tẩy rửa tốt nhất (90,36%). Thời gian phản ứng ngắn hơn dẫn đến hiệu suất thấp, trong khi thời gian dài hơn làm tăng chi phí sản xuất và có thể gây ra phản ứng phụ. Vì vậy, việc xác định chính xác nhiệt độ và thời gian phản ứng là rất quan trọng để tối ưu hóa quá trình sulfat hóa và đạt hiệu quả tẩy rửa cao nhất.

Vì lượng cặn dầu bám trên vải sợi rất nhỏ, phương pháp đo trọng lượng không hiệu quả. Nghiên cứu lựa chọn phương pháp đo độ trắng của vải như là chỉ số đánh giá khả năng tẩy rửa hiệu quả nhất. Phương pháp này sử dụng máy đo Gretag Macbeth ColorEye 2180 UV, dựa trên nguyên lý sử dụng quả cầu tích phân. Ánh sáng chiếu vào mẫu vải, tán xạ vào quả cầu tích phân, rồi được tế bào quang điện đo cường độ ánh sáng. Dữ liệu được chuyển thành tín hiệu điện, tương ứng với các bước sóng từ 380 đến 700 nm. Từ đường cong phản xạ ánh sáng theo bước sóng, máy xác định độ trắng của vải, phản ánh trực tiếp hiệu quả tẩy rửa của chất tẩy rửa. Độ trắng cao hơn cho thấy khả năng tẩy rửa tốt hơn, loại bỏ được nhiều dầu mỡ bám trên vải.

Chất hoạt động bề mặt khi tiếp xúc với vết bẩn dầu mỡ sẽ hấp phụ lên bề mặt phân cách dầu/nước, làm giảm lực bám dính của dầu với bề mặt vải. Khả năng hấp phụ càng mạnh, sức căng bề mặt của dầu trong dung dịch chất hoạt động bề mặt càng giảm, và hiệu quả tẩy rửa càng tốt. Tính làm ướt là một chỉ số quan trọng thể hiện hiệu quả giảm sức căng giao diện. Điều này được minh họa qua việc thêm chất hoạt động bề mặt làm giảm sức căng bề mặt và tăng sức căng giao diện, giúp tách dầu mỡ khỏi vải hiệu quả hơn. Khả năng tẩy rửa phụ thuộc vào sự tương tác giữa chất hoạt động bề mặt và vết bẩn, làm giảm lực bám dính và giúp loại bỏ vết bẩn dễ dàng hơn.