Kotoran dan noda: kategori, cara menempel, dan mekanisme lepas

Di laundry sebuah rumah sakit, seprai bernoda darah keluar dari mesin dengan bercak cokelat kekuningan, padahal programnya memakai cuci utama panas dengan alkali penuh. Log program menunjukkan sebabnya: bilas awal mengambil air dari jalur air panas, sehingga darah dapat menggumpal sebelum terangkat. Kasus ini memperlihatkan prinsip dasar pencucian: mengetahui kategori noda lebih penting daripada mengetahui pH noda itu. Setiap kategori punya mekanisme lepas yang paling efektif, dan mekanisme itu tidak selalu berupa penetralan asam atau basa. Sebelum memilih alkali, surfaktan, enzim, atau pemutih, operator harus tahu apa yang menempel di kain dan dengan cara apa ia menempel.

Batas pembahasan

Bab ini membahas kotoran pada linen dan seragam di laundry komersial dan menjelaskan mekanisme lepas dari sisi kotoran. Bab 2 tentang tekstil membahas benda yang harus dijaga, sedangkan bab ini membahas yang harus dilepas. Alatnya dibahas di bab lain, yaitu kimia pembersih di Bab 6, enzim di Bab 7, dan oksidator di Bab 8; di sini bahan itu disebut menurut fungsinya saja. Bab ini tidak memberi prosedur pemakaian bahan pekat pada kain: prosedur spotting, termasuk uji di bagian tersembunyi dan kondisi berhentinya, ada di Bab 13.

Kotoran sebagai campuran

Kotoran jarang datang sebagai satu zat murni. Kerah kemeja berisi minyak kulit, sel kulit mati, keringat, dan debu. Seragam dapur berisi lemak masak, protein daging dan telur, pati, saus berwarna, dan jelaga. Karena itu, pembagian berikut adalah pembagian menurut komponen, dan satu noda nyata hampir selalu memuat lebih dari satu komponen.

Gaya yang menahan kotoran

Kotoran bertahan di kain karena ada gaya yang menahannya. Mengetahui gaya itu memberi tahu jenis energi atau bahan yang diperlukan untuk memutusnya.

• Gaya antarmolekul nonpolar. Minyak yang menyebar di permukaan serat ditahan oleh gaya van der Waals. Gaya ini lemah per molekul, tetapi kontaknya dapat sangat rapat dan menyeluruh, dan lapisan minyak itu dapat menjadi pengikat bagi komponen kotoran lain.
• Ikatan hidrogen saat mengering. Kotoran yang menempel dalam keadaan basah lalu mengering dapat membentuk ikatan hidrogen dengan permukaan selulosa, sehingga daya lekatnya naik. Karena itu, noda yang dibiarkan kering lebih sulit dilepas daripada noda segar.
• Jebakan mekanis. Partikel halus masuk ke sela serat dan benang, terutama pada kain berbulu dan handuk terry.
• Jembatan ion kalsium. Permukaan serat dan sebagian besar kotoran bermuatan negatif dalam air. Ion kalsium dan magnesium dari air sadah dapat menjembatani keduanya, sehingga kesadahan dilaporkan luas berdampak buruk pada kinerja deterjen.
• Perekat protein. Protein dapat bertindak sebagai perekat alami yang membuat berbagai kotoran lain menempel kuat pada serat.
• Ikatan kimia dengan serat. Sebagian noda, terutama pewarna, membentuk ikatan kimia dengan permukaan serat sehingga warnanya dapat menetap.

Mekanisme lepas

Pasangan dari setiap gaya penahan adalah mekanisme lepas. Tujuh mekanisme berikut mencakup hampir semua pekerjaan pencucian.

Pembasahan dan penggulungan. Kotoran minyak cair lepas dari serat bila larutan cuci membasahi serat lebih baik daripada minyak. Surfaktan menurunkan tegangan antarmuka sehingga lapisan minyak menarik diri menjadi tetesan dan terlepas. Penggulungan (roll-up) adalah mekanisme lepas ini, yang dianggap penting untuk permukaan hidrofilik seperti selulosa. Keefektifan pencucian sering berkorelasi dengan sudut kontak larutan cuci pada permukaan: makin mendekati nol, makin baik.

Emulsifikasi dan pelarutan dalam misel. Minyak yang sudah lepas harus ditahan di dalam air. Surfaktan membungkus tetesan minyak (emulsifikasi) atau menampungnya di bagian dalam misel (pelarutan). Pelepasan kotoran dari permukaan pada prinsipnya mirip dengan pembentukan emulsi.

Penetralan dan saponifikasi. Dua reaksi alkali perlu dibedakan. Penetralan mengubah asam lemak bebas menjadi sabun dengan cepat; alkali juga mengubah garam kalsium dari asam lemak, bentuk kotoran yang umum, menjadi garam natrium yang larut air. Saponifikasi (saponification) dalam arti sempit adalah pemutusan ikatan ester lemak oleh alkali; pada suhu, pH, dan waktu cuci biasa reaksi ini hanya berlangsung sebagian. Kedua reaksi hanya bekerja pada zat yang memiliki gugus ester atau karboksil.

Hidrolisis enzimatis. Enzim memotong molekul besar menjadi bagian kecil yang larut. Protease memutus ikatan peptida pada protein. Amilase memotong pati dan lipase memotong lemak; syarat kerja semuanya dibahas di Bab 7.

Oksidasi. Pemutih memecah struktur pemberi warna (kromofor) pada noda pigmen dan tanin sehingga noda tidak lagi menyerap cahaya tampak. Oksidasi mengubah warna noda; ia tidak selalu mengangkat zat nodanya.

Pelarutan oleh pelarut. Noda yang tidak larut air, seperti sebagian tinta, cat, dan minyak mineral murni, dilarutkan oleh pelarut organik menurut prinsip "yang sejenis melarutkan yang sejenis".

Dispersi dan tolak-menolak muatan. Partikel padat lepas bila gaya tolak antara partikel dan serat lebih besar daripada gaya tariknya. Menaikkan pH membantu pelepasan berbagai jenis kotoran dari katun maupun poliester. Salah satu penjelasannya adalah permukaan serat dan partikel menjadi lebih bermuatan negatif sehingga saling tolak.

Semua mekanisme ini membutuhkan energi. Suhu yang lebih tinggi umumnya membuat pencucian lebih efektif dan mempercepat reaksi, sedangkan pada air dingin sebagian komponen kotoran cenderung lebih padat. Untuk hidrolisis enzimatis, percepatan itu hanya berlaku sampai batas suhu kerja enzimnya. Aksi mekanik menyediakan energi untuk melepas tetesan dan partikel; dari aliran, lenturan kain, dan gesekan, gesekan ditemukan paling berpengaruh. Hubungan antara suhu, kimia, aksi mekanik, dan waktu dibahas di Bab 5 tentang lima faktor pencucian.

Kotoran minyak: tidak semuanya dapat disabunkan

Saponifikasi memerlukan ikatan ester atau gugus asam lemak. Minyak nabati dan lemak hewani adalah trigliserida, yaitu ester gliserol dengan asam lemak, sehingga dapat disabunkan. Oli mesin, gemuk pelumas, dan minyak mineral sebagian besar berupa hidrokarbon tanpa gugus ester, dan bagian itu tidak diubah alkali menjadi sabun. Kotoran jenis ini hanya dapat dilepas melalui penggulungan, emulsifikasi, pelarutan dalam misel, atau pelarut.

Minyak tubuh (sebum) juga tidak seluruhnya dapat disabunkan. Sebum yang dihasilkan kelenjar kulit manusia terdiri atas trigliserida 57%, ester lilin 25%, skualena 15%, ester kolesterol 2%, dan kolesterol 1%. Di permukaan kulit komposisinya bergeser, karena sebagian trigliserida sudah terhidrolisis menjadi asam lemak bebas. Skualena dan kolesterol tidak dapat disabunkan. Ester lilin memang ester, tetapi penyabunannya jauh lebih lambat daripada trigliserida pada kondisi cuci. Artinya, noda kerah dan sarung bantal tidak dapat diselesaikan dengan menaikkan alkali saja.

Noda protein dan panas

Protein adalah rantai asam amino yang terlipat menjadi bentuk tiga dimensi tertentu. Denaturasi (denaturation) adalah terbukanya lipatan itu oleh panas atau pH ekstrem; rantai-rantai yang terbuka lalu saling mengikat dan menggumpal. Protein yang terkena panas "matang" dan menempel permanen, sehingga noda protein ditangani pada suhu dingin, di bawah 40 °C, dan tanpa alkali kuat pada tahap awal. Angka 40 °C ini adalah acuan praktik laundry; suhu denaturasi berbeda untuk setiap protein.

Darah, telur, susu, dan sel kulit mati di kerah adalah sumber protein yang paling sering ditemui. Kotoran keringat dan noda rumput juga membawa komponen protein, dan protein pada umumnya merekatkan kotoran lain ke serat. Karena itu, urutan tahap menentukan hasil: air dingin atau hangat lebih dahulu untuk melepas protein yang masih larut, enzim protease bila perlu, baru kemudian suhu tinggi untuk lemak.

Darah membawa masalah tambahan. Noda darah yang tertinggal setelah proses panas sering tampak cokelat kekuningan, dan besi dalam hemoglobin diduga ikut memberi warna. Pemutih klorin pada noda protein juga dapat mengubahnya menjadi kuning permanen; mekanisme yang lazim dijelaskan adalah reaksi klorin dengan gugus nitrogen protein.

Noda pigmen, tanin, dan noda khusus

Teh, kopi, anggur merah, jus buah, dan saus tomat berwarna karena mengandung senyawa yang menyerap cahaya tampak. Pada teh, kopi, dan anggur sebagian besar berupa polifenol seperti tanin. Warna tomat berasal dari karotenoid yang larut dalam minyak, sehingga sebagian besar ikut terangkat bersama minyak dan hanya sisanya yang memerlukan pemutih. Zat ini menempel pada serat, sering bersama sisa gula dan protein.

Surfaktan dan alkali dapat mengangkat sebagian zat berwarna, tetapi sisa warnanya biasanya dihilangkan dengan oksidasi. Pemutih oksigen adalah pilihan utama untuk noda jenis ini, pada tahap pemutihan setelah pembersihan dasar selesai. Urutan itu masuk akal: kotoran minyak dan protein yang menutupi noda warna diangkat lebih dahulu, sehingga pemutih bekerja langsung pada kromofor dan tidak habis bereaksi dengan kotoran lain. Kondisi kerja pemutih dan batasnya terhadap serat dan warna dibahas di Bab 8.

Beberapa noda tidak tunduk pada mekanisme pencucian biasa:

• Tinta dan cat memerlukan pelarut yang sesuai sebelum dicuci, misalnya penghilang berbasis pelarut atau alkohol isopropil yang diaplikasikan dengan ditepuk ringan, lalu kain segera dicuci.
• Karat adalah oksida besi. Pemutih oksidator tidak menghilangkannya, dan besi justru mempercepat kerusakan serat oleh pemutih peroksida, seperti dibahas di Bab 2. Karat dilepas dengan agen penghilang karat khusus yang melarutkan dan mengompleks oksida besi, sebagai agen spotting tersendiri.
• Getah, lilin, dan permen karet umumnya dikeraskan atau dilunakkan lebih dahulu, lalu diangkat secara mekanis sebelum pelarut atau deterjen dipakai; rinciannya ada di Bab 13.

Partikel dan redeposisi

Partikel padat seperti tanah, debu, dan jelaga lepas terutama oleh aksi mekanik dan tolak-menolak muatan. Setelah lepas, partikel harus tetap tersebar di air sampai air dibuang. Redeposisi (redeposition) adalah menempelnya kembali partikel yang sudah lepas pada kain; akibatnya linen putih perlahan menjadi abu-abu walaupun setiap siklus tampak bersih.

Tiga keadaan mempercepat redeposisi. Pertama, air sadah yang menjembatani partikel dengan serat. Kedua, surfaktan yang terlalu sedikit, karena kemampuan larutan menahan kotoran berkaitan dengan konsentrasi surfaktan di sekitar konsentrasi misel kritis. Ketiga, kain yang menyukai minyak, seperti poliester, yang mudah mengikat kembali partikel berminyak, seperti dibahas di Bab 2. Bahan antiredeposisi dalam deterjen dibahas di Bab 6.

Peta kategori, mekanisme, fungsi, dan tahap

Semua bagian di atas dapat dirangkum menjadi peta kerja.

Peta ini belum memuat dosis, suhu, dan pH. Angka-angka itu ditetapkan menurut Bab 6 tentang kimia pembersih, Bab 9 tentang pH, dan Bab 11 tentang arsitektur program, di dalam batas tekstil dari Bab 2.

Contoh kerja

Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya.

Contoh 1: berapa bagian minyak tubuh yang dapat disabunkan. Satu beban sarung bantal membawa 50 g sebum. Dengan komposisi di atas, trigliserida berjumlah $0{,}57 \times 50 = 28{,}5$ g, ester lilin $0{,}25 \times 50 = 12{,}5$ g, dan skualena $0{,}15 \times 50 = 7{,}5$ g. Bagian yang jelas tidak dapat disabunkan adalah skualena 15% dan kolesterol 1%. Bila ester lilin dianggap tidak sempat tersabunkan selama satu tahap cuci, bagian yang harus diangkat dengan mekanisme lain menjadi sekitar 41%.

Berapa natrium hidroksida yang habis bila seluruh trigliserida itu tersabunkan, keadaan yang jarang tercapai dalam satu tahap cuci? Satu mol trigliserida bereaksi dengan tiga mol natrium hidroksida. Bila trigliserida didekati dengan tripalmitin, massa molarnya sekitar 807 g/mol:

$$n_{TG} = \frac{28{,}5}{807} \approx 0{,}0353\ \text{mol}, \qquad n_{NaOH} = 3 \times 0{,}0353 \approx 0{,}106\ \text{mol}$$

Massanya $0{,}106 \times 40{,}0 \approx 4{,}2$ g natrium hidroksida. Bab 6 tentang kimia pembersih menghitung bahwa 200 L air pada pH 12 berisi sekitar 80 g natrium hidroksida, sehingga penyabunan seluruh trigliserida dalam contoh ini hanya memakai sekitar 5% alkali. Kesimpulannya ada dua. Pertama, kebutuhan alkali di cuci utama tidak terutama ditentukan oleh penyabunan; kotoran asam, kesadahan, dan kebutuhan pH untuk tolak-menolak muatan ikut menentukan. Kedua, bila noda kerah tetap tertinggal pada pH yang sudah tercapai, menambah alkali hampir tidak menyentuh sekitar 41% bagian yang tidak tersabunkan; yang perlu diperiksa adalah kapasitas surfaktan, suhu, dan waktu.

Contoh 2: serbet restoran hotel. Satu beban serbet restoran hotel membawa sekitar 120 g minyak goreng yang dianggap seluruhnya trigliserida dengan massa molar 870 g/mol, seperti pada Latihan 1. Bila seluruhnya tersabunkan:

$$n_{NaOH} = 3 \times \frac{120}{870} \approx 0{,}414\ \text{mol}, \qquad m = 0{,}414 \times 40{,}0 \approx 16{,}6\ \text{g}$$

Angka itu sekitar 21 persen dari 80 g natrium hidroksida di dalam 200 L air ber-pH 12 yang dihitung Bab 6. Pada beban taplak yang sangat berminyak, misalnya 400 g minyak, kebutuhannya naik ke sekitar 55 g atau hampir 70 persen. Pada beban seperti itu kapasitas alkali ikut dipertimbangkan, dan emulsifier tetap diperlukan untuk minyak yang tidak sempat tersabunkan, seperti kasus taplak di Bab 6.

Contoh 3: lap bengkel bagian teknik hotel. Lap bengkel dari bagian teknik hotel membawa sekitar 200 g kotoran berminyak, kira-kira 70 persen oli mesin dan 30 persen lemak masak. Hanya lemak masak yang dapat disabunkan:

$$m_\text{tersabunkan} = 0{,}30 \times 200 = 60\ \text{g}, \qquad m_\text{tak tersabunkan} = 0{,}70 \times 200 = 140\ \text{g}$$

Dengan massa molar 870 g/mol seperti Contoh 2, penyabunan 60 g lemak memerlukan sekitar 8,3 g natrium hidroksida. Menaikkan alkali dua kali lipat tidak menyentuh 140 g oli, yang hanya lepas melalui penggulungan, emulsifikasi, dan pelarutan dalam misel, atau pelarut pada tahap spotting bila nodanya berat. Lap bengkel juga dicuci terpisah dari linen tamu, karena minyak yang lepas dapat menempel kembali, terutama pada kain poliester.

Contoh 4: urutan suhu untuk seprai bernoda darah di rumah sakit. Log program seprai bernoda darah di pembuka bab mencatat bilas awal 45 °C karena program mengambil air dari jalur air panas, lalu pracuci 50 °C dan cuci utama panas dengan alkali penuh. Acuan praktik untuk noda protein adalah suhu di bawah 40 °C tanpa alkali kuat pada tahap awal:

$$T_\text{bilas awal} = 45\ ^\circ\text{C} > 40\ ^\circ\text{C}$$

Bilas awal sudah 5 °C di atas acuan dan pracuci lebih tinggi lagi, sehingga darah dapat menggumpal sebelum terangkat dan meninggalkan noda cokelat kekuningan. Petugas yang berwenang atas program mesin memperbaiki urutannya: bilas awal air dingin, pracuci di bawah 40 °C dengan enzim protease sesuai data produk, lalu cuci utama panas. Disinfeksi termal, misalnya 71 °C sekurang-kurangnya 3 menit pada seluruh beban menurut pedoman Inggris yang dikutip Bab 14 tentang higiene linen, dilakukan setelah protein terangkat.

Contoh 5: memetakan beban seragam dapur. Sebuah laundry menerima seragam dapur katun-poliester dengan noda lemak masak, noda telur dan daging, saus tomat, dan jelaga di bagian lengan. Langkah pertama memisahkan komponen: lemak masak adalah minyak tersabunkan yang sebagian padat pada suhu ruang, telur dan daging adalah protein, saus tomat membawa karotenoid yang larut minyak bersama gula, dan jelaga adalah partikel yang terikat minyak.

Langkah kedua menyusun urutan menurut kepekaan. Protein peka panas, sehingga ditangani pertama pada suhu rendah: bilas awal dingin untuk membuang kotoran lepas, lalu pracuci hangat dengan enzim protease dan surfaktan. Lemak masak membutuhkan suhu yang cukup untuk mencair, alkali, dan emulsifier, sehingga ditempatkan di cuci utama panas setelah protein terangkat. Jelaga ikut lepas di cuci utama begitu minyak pengikatnya teremulsi, dengan dukungan pH basa dan antiredeposisi. Warna saus tomat sebagian besar ikut terangkat bersama minyak; sisanya ditangani pemutih pada tahap sesudahnya, dengan jenis pemutih yang diizinkan label.

Langkah ketiga memeriksa pagar dari Bab 2. Kain campuran poliester menuntut pendinginan bertahap sebelum peras dan pemisahan dari beban lain yang sangat berminyak, sehingga seragam dapur dicuci sebagai kelompok tersendiri, bukan dicampur dengan seprai hotel. Susunan tahap dan angkanya diselesaikan di Bab 11 tentang arsitektur program dan Bab 12 tentang sortir.

Contoh 6: bercak karat pada seprai hotel. Beberapa seprai putih di laundry sebuah hotel membawa bercak karat, dan program seprai putih memakai pemutih peroksida. Langkah pertama menetapkan kategori: karat adalah oksida besi, noda khusus yang tidak tunduk pada mekanisme pencucian biasa. Langkah kedua memeriksa mekanisme: pemutih oksidator tidak menghilangkan karat, dan besi justru mempercepat kerusakan serat oleh pemutih peroksida, sehingga seprai itu tidak boleh langsung masuk program berpemutih. Langkah ketiga menetapkan tahap: bercak ditangani di spotting dengan agen penghilang karat yang melarutkan dan mengompleks oksida besi, menurut prosedur dan uji tersembunyi di Bab 13, sebelum seprai dicuci.

Kondisi berhenti

Bab ini menjelaskan mekanisme, bukan prosedur pemakaian bahan pekat. Pada keadaan berikut, program tidak dijalankan atau tidak dilanjutkan sampai petugas yang berwenang atas program mesin atau pengawas memperbaikinya.

1. Linen bernoda protein, seperti darah, telur, atau susu, akan masuk tahap awal di atas 40 °C atau dengan alkali kuat, misalnya karena bilas awal mengambil air dari jalur air panas. Urutan diperbaiki lebih dahulu: bilas awal dingin, pracuci di bawah 40 °C, baru cuci utama panas.
2. Pemutih klorin hendak dipakai pada noda protein yang belum terangkat. Klorin tidak dipakai sebelum protein terangkat, karena noda dapat menjadi kuning permanen.
3. Perubahan urutan tahap pada linen rumah sakit menggeser atau menghilangkan tahap disinfeksi termal. Disinfeksi termal tetap dilakukan sesuai standar yang berlaku setelah protein terangkat (Bab 14).
4. Bercak karat, tinta, atau cat akan masuk program biasa. Karat tidak diberi pemutih, tinta dan cat tidak diberi panas sebelum nodanya hilang, dan ketiganya ditangani di spotting menurut Bab 13 sebelum dicuci.
5. Peta kategori bab ini hendak dipakai untuk menetapkan dosis, suhu, atau pH. Angka itu ditetapkan menurut Bab 6, Bab 9, dan Bab 11 di dalam batas Bab 2, dan enzim dipakai sesuai data produk.

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

Bab 8 · Kimia tentang larutan dan pH memberi dasar saponifikasi dan tolak muatan, Bab 1 · Air & Pengolahan Air tentang mutu air menjelaskan kesadahan sebagai parameter mutu air, dan Bab 1 menempatkan kotoran sebagai beban yang dibawa masuk ke sistem laundry. Di rak Laundry, bab ini menjadi dasar kimia pembersih di Bab 6, enzim di Bab 7, oksidator di Bab 8, sortir di Bab 12, spotting di Bab 13, dan katalog gejala di Bab 19; pasangannya, tekstil yang harus dijaga, ada di Bab 2, dan air sebagai bahan baku di Bab 4.

Latihan dan pembahasan

Tuliskan asumsi yang dipakai pada setiap soal. Angka dalam soal adalah data latihan.

Referensi