Thiết bị đo sức căng bề mặt

Sức căng bề mặt là gì và tại sao các kỹ sư R&D cần quan tâm?

Trong hóa học, vật lý và kỹ thuật vật liệu, sức căng bề mặt là một khái niệm nền tảng nhưng lại ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và hiệu suất của nhiều sản phẩm quen thuộc như sơn, mực in, sữa tắm hay thuốc trừ sâu.

Bản chất sức căng bề mặt là gì?

Có thể hình dung đơn giản như thế này: bề mặt chất lỏng giống như được phủ bởi một lớp màng mỏng và đàn hồi. Lớp màng tưởng tượng đó chính là sức căng bề mặt.

Về bản chất khoa học, sức căng bề mặt (gamma) là năng lượng cần thiết để tăng diện tích bề mặt chất lỏng thêm một đơn vị diện tích. Đơn vị đo phổ biến là mN/m.

Sức căng bề mặt hình thành từ sự mất cân bằng lực liên kết giữa các phân tử. Bên trong chất lỏng, phân tử bị kéo đều từ mọi phía. Trên bề mặt, chúng chỉ bị kéo vào trong và sang hai bên, không có lực kéo từ phía trên. Sự lệch nhau của các lực này tạo nên xu hướng bề mặt co lại để đạt diện tích nhỏ nhất có thể. Vì vậy giọt nước luôn có dạng hình cầu.

Một vài ví dụ dễ thấy: giọt nước tụ trên lá sen hoặc những loài côn trùng có thể đứng trên mặt nước mà không bị chìm.

Vì sao kỹ sư R&D cần quan tâm đến hiện tượng này

Với người làm R&D, sức căng bề mặt không những là lý thuyết. Đây là một thông số kỹ thuật quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng vận hành và chất lượng sản phẩm. Hiểu và kiểm soát tốt sức căng bề mặt giúp xử lý nhiều vấn đề trong quá trình phát triển công thức.

1. Tối ưu khả năng làm ướt và bám dính

Đây là ứng dụng quan trọng nhất. Để một chất lỏng như sơn, mực in hay keo có thể bám tốt lên bề mặt rắn, sức căng bề mặt của chất lỏng cần thấp hơn năng lượng bề mặt của vật liệu.

Trong ngành sơn, nếu sức căng bề mặt quá cao, lớp sơn sẽ không lan đều, dễ bị vón hoặc tạo hố trên bề mặt. Kỹ sư R&D thường bổ sung chất hoạt động bề mặt để giảm sức căng, giúp sơn trải đều và bám chắc.

2. Kiểm soát tạo bọt và nhũ hóa

Trong mỹ phẩm như dầu gội, sữa tắm hay trong thực phẩm như sữa và sốt, quá trình nhũ hóa giữ vai trò quan trọng. Chất nhũ hóa hoạt động bằng cách giảm sức căng tại bề mặt phân chia giữa hai chất lỏng không hòa tan. Đo sức căng bề mặt là cách đánh giá hiệu quả của chất nhũ hóa và độ ổn định của công thức.

3. Đánh giá chất lượng và nồng độ nguyên liệu

Sức căng bề mặt thay đổi chỉ với một lượng rất nhỏ tạp chất hoặc chất hoạt động bề mặt. Người làm R&D dựa vào đó để kiểm soát chất lượng nguyên liệu đầu vào hoặc kiểm tra nồng độ trong quá trình pha chế. Máy đo chất hoạt động bề mặt là công cụ hỗ trợ đắc lực cho việc này.

Kiến thức về sức căng bề mặt là yêu cầu bắt buộc đối với các kỹ sư làm việc với sản phẩm dạng lỏng. Việc trang bị thiết bị đo phù hợp, chẳng hạn như các dòng máy tự động như Máy đo sức căng bề mặt chất lỏng Laryee JYW-200A hay các máy có dải đo rộng như Bonnin BZY100 (0-1000mN/m) là công cụ đắc lực, giúp xác định hiệu quả của các chất hoạt động bề mặt và kiểm tra nồng độ nguyên liệu một cách nhanh chóng.