CÔNG NGHỆ
SẢN XUẤT
CHẤT TẨY RỬA
PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ
CHẤT
HOẠT ĐỘNG BỀ
MẶT
TS. Lê Thị Hồng Nhan 1•Tình hình
Là một trong những nhóm hóa chất sử dụng nhiều nhất
trên thế giới
Sử dụng trong lĩnh vực: tẩy rửa, mỹ phẩm, công nghiệp
liên quan vi điện tử, môi trường, dầu khí, sinh học, ức chế
ăn mòn, …
Thị trường chất hoạt động bề mặt cao (khoảng 3 tỷ USD
trong 1997)
1.1.1.CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1.1.1. Giới thiệu
1.1.1.CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1.1.1. Giới thiệu
Thị trường chất họat động bề mặt trên thế giới 1995-2005 ( ngàn tấn) Vùng 1995 2005 % tăng /năm Nhật 565 655 1,5 Tây Âu 2100 2165 0,3 Bắc Mỹ 1800 1960 1,0 Châu Á Thái bình dương 2690 4340 6,1 Châu Mỹ la tinh 1575 1785 2,6 Các vùng còn lại 1645 2765 6,8 Tổng cộng 10220 13870 3,6Tây âu, Bắc Mỹ : khoảng 80% chất họat động bề mặt ở trên cơ
sở dầu mỏ
châu Á Thái bình dương: 55-65% chất họat động bề mặt trên cơ
sở dầu béo thiên nhiên.
3
1.1.1.CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1.1.1. Giới thiệu
Lượng chất họat động bề mặt được sử dụng ở các lĩnh vực
và các vùng khác nhau trên thế giới năm 1995)
Asia-Pacific Western Europe North America
Household Products 58 % 56% 40%
Industrial & Institutional Cleaners
All others industrial uses ( pulp and paper, textile,
construction,….. 2% 40% 9% 35% 10% 50%
% used in all industrial application 42% 43% 60% Tổng cộng (triệu tấn) 2,8 1,9 2,5 Tổng cộng trong sử dụng công nghiệp (triệu tấn) 1,18 0,82 1,50 4 4
•Tên gọi
Surfactant = Surface-active agent
Tồn tại ở nồng độ thấp trong hệ thống
Hấp thu lên bề mặt hay mặt phân chia pha => thay đổi
năng lượng tự do của bề mặt.
1.1.1.CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1.1.1. Giới thiệu
5
Phân tử chịu tương tác của các phân tử bao quanh: lưỡng
cực- lưỡng cực; ;lưỡng cực- lưỡng cực cảm ứng; Khuếch
tán => Lực liên kết Van der Walls
(B): lực cân bằng (A) lực không cân bằng
⇒lực ép vào trong lòng chất lỏng = nội áp
Nội áp kéo phân tử từ bề mặt phân chia pha => giảm bể
mặt đến mức tối thiểu A A B B B
1.1.1.CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1.1.2. Sức căng
bề
mặt
6 6•Thế năng (A) > Thế năng (B)
⇒Δ năng lượng (A) và (B) = năng lượng bề mặt
•Muốn tăng bề mặt: đưa phân tử trong lòng ra bề mặt ->
thực hiện công chống lại lực tương tác phân tử -> năng lượng dư bề mặt dEs
1.1.1.CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1.1.2. Sức căng
bề
mặt
ds
dE
s=
σ
σ= năng lượng tạo ra 1 unit bề mặt = sức căng bề mặt =Lực tác dụng trên một đơn vị chiều dài giới hạn (chu vi) bề
mặt phân chia pha và làm giảm bề mặt của chất lỏng
(dyn.cm-1,erg.cm-2 )
ds
dE
s=
σ
.
7
•Các yếu tố ảnh hưởng sức căng bề mặt
-Bản chất pha tiếp xúc
-Nhiệt độ
-Áp suất
-Độ cong bề mặt
-Sự xuất hiện của chất thứ hai trong chất lỏng
1.1.1.CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1.1.2. Sức căng
bề
mặt
-Bản chất pha tiếp xúc
• Chất lỏng phân cực mạnh-> tương tác phân tử lớn, nội áp lớn -> sức căng bề mặt lớn
• Mật độ phân tử
• Nếu hai chất lỏng chỉ hòa tan một phần vào nhau thì sức căng bề mặt trên giới hạn lỏng lỏng gần bằng hiệu số giữa sức căng bề mặt của mỗi chất ( đã bảo hòa chất kia) so với không khí.
• Dưới tác dụng của sức căng bề mặt, thể tích khối chất lỏng sẽ hướng tới dạng hình cầu ( nếu không có ngoại lực) vì bề mặt hình cầu là bề mặt bé nhất giới hạn một thể tích chất lỏng đã cho
1.1.1.CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1.1.2. Sức căng
bề
mặt
9 91.1.1.CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1.1.2. Sức căng
bề
mặt
Chất lỏng σo σI Chất lỏng σo σI
Nước 72,75 - Ethanol 22,30
-Benzen 28,88 35,00 n-octanol 27,50 8,50 Acid acetic 27,60 - n-hexan 18,40 51,10 CCl4 26,80 45,10 n-octan 21,80 50,80 Glycerin 66,00 - Anilin 42,90 -Bề mặt chất lỏng Nhiệt độ (oC) Sức căng bề mặt lỏng-không khí (dyn/cm) Sức căng bề mặt lỏng-lỏng (dyn/cm)
Lớp hữu cơ Lớp nước Tính toán Thực nghiệm
Benzen/nước 19 28,8 63,2 34,4 34,4
Anilin/nước 26 42,2 46,4 4,2 4,8
Sức căng bề mặt của các chất lỏng tiếp xúc với không khí (σo) và của chất lỏng tiếp xúc với nước (σI) ở 20oC ( dyn/cm
(1) Chất hoạt động bề mặt (2) Chất không họat động bề mặt (3) Chất không ảnh hưởng đến sức căng bề mặt
1.1.1.CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1.1.3. Chất hoạt
động
bề
mặt
Nồng độ Sức căng bề mặt (1) (2) (3) 11 11• Các chất họat động bề mặt:
-Chất có khả năng làm giảm sức căng bề mặt của dung môi
chứa chúng.
Thường là: các chất hữu cơ như các acid béo, muối của acid
béo, ester, rượu, alkyl sulfate….
• Cấu tạo: gồm hai phần:
+ Phần phân cực ( ái nước, ưa nước, háo nước=lyophilic
group)
+ Phần không phân cực ( kỵ nước, ghét nước hay ái dầu,
háo dầu, ưa dầu= lyophobic group)
1.1.1.CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1.1.3. Chất hoạt
động
bề
mặt
• Độ hoạt động bề mặt = biến thiên sức căng bề mặt theo nồng độ
1.1.1.CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1.1.4. Độ
hoạt
động
bề
mặt
da
d
dc
d
σ
−
σ
−
;
hay
• Đại lượng Gibbs G* = -dσ
/dc Dd nước: chất tan có độ phân cực giảm -> G* tăng 13 131.1.1.CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1.1.4. Độ
hoạt
động
bề
mặt
C, mol/l σ, dyn/cm (1) (2) (3) 35 50 65 0,16 0,36 0,54 (4) (5) (1)HCOOH (2) CH COOH (3) CH CH COOH (4) CH (CH ) COOH (5)(CH ) CHCH COOH 3 3 2 3 2 2 3 2 2• Quy tắc Traube: Độ hoạt động bề mặt tăng 3-3.5 lần khi
chiều dài mạch carbon tăng thêm 1 nhóm CH2
Trong dãy đồng đẳng, độ hoạt động bề mặt biến đổi theo quy
luật
14
1.2.1.LỚP BỀ
MẶT TRÊN GIỚI HẠN LỎNG KHÍ
Γ: lượng chất HĐBM/ đơn vị diện tích bề mặt (mol/cm2 hay
mol/m2)
(a)Nồng độ chất HĐBM nhỏ (b)Nồng độ chất HĐBM đủ lớn
1.3.1.LỚP BỀ
MẶT TRÊN GIỚI HẠN LỎNG KHÍ
Quan hệ giữa độ hấp phụ Γ - nồng độ C:
• Nồng độ C
• Chiều dài mạch carbon
1.3.2.SỰ
HÌNH THÀNH MICELLE
Sự hình thành micelle trong dd nước:
• Lực hút Van de Walls giữa phần kỵ nước
• Lực đẩy của nhóm điện tích cùng dấu
• Lực hút của các phân tử nước
1.3.2.SỰ
HÌNH THÀNH MICELLE
1.3.3.NỒNG ĐỘ
MICELLE TỚI HẠN (CMC)
• Nồng độ micelle tới hạn (Critical Micelle Concentration: CMC) CMC= nồng độ dung dịch chất HĐBM mà tại đó sự hình thành micelle trở nên đáng kể Apsuất thẩm thấu Độđục Sức căngbềmặt Độdẫnđiện Nồngđộ CMC 19
1.3.4.YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG CMC
• Chiều dài phần kỵ nước: tăng chiều dài-> CMC giảm
• Nhiệt độ: nhiệt độ giảm -> giảm CMC
• Chất điện ly: tăng chất điện ly -> CMC giảm
1.3.4.YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG CMC
Số nguyên tử C 8 10 12 14 16 18
CMC x 103 mol/L 140 33 8,6 2,2 0,58 0,23
CMC của dung dịch sodium alkyl sulphate trong nước ở 40oC
Nồng độ NaCl (mol/L) 0 0,01 0,03 0,1 0,3 CMC x 103 mol/L 8,1 5,6 3,1 1,5 0,7
CMC của dung dịch sodium lauryl sulphate trong dd NaCl ở 25oC
1.3.5.CÁC TÍNH CHẤT KHÁC
1.3.5.1.Điểm Kraft
• Điểm Kraft: là nhiệt độ ở đó độ hòa tan bằng CMC
(tại nồng độ 0.1-10%)
• Liên quan chất HĐBM anion
• Chiều dài mạch C tăng -> Kraft tăng
• Mạch C có xuất hiện oxide ethylene -> Kraft giảm
• Phụ thuộc nồng độ và các thành phần khác trong dd
Điểm Kraft của dung dịch alkyl sulphate trong nước
Số nguyên tử C 10 12 14 16 18
1.3.5.CÁC TÍNH CHẤT KHÁC
1.3.5.2.Điểm đục
• Điểm đục: là nhiệt độ ở đó chất HĐBM không ion trở nên
không thể hòa tan, tách ra khỏi dung dịch
• Liên quan chất HĐBM không ion
• Độ dài gốc akyl tăng -> điểm đục giảm
• Lượng nhóm oxide ethylene giảm -> điểm đục giảm
1.3.5.CÁC TÍNH CHẤT KHÁC
1.3.5.3.HLB
• Hydrophile-Lipophile Balance -HLB: Mối tương quan ái
nước- ái dầu
• Thang đo HLB: 1-40
• HLB lớn: tính ái nước cao, tính ái dầu thấp
• Gia tăng HLB -> gia tăng tính ái nước
1.3.5.CÁC TÍNH CHẤT KHÁC
1.3.5.3.HLB
Mức độ phân tán HLB
- Không phân tán trong nước 1-4
- Phân tán kém 3-6
- Phân tán như sữa sau khi lắc 6-8
- Phân tán như sữa bền 8-10
- Phân tán trong mờ đến trong 10-13
- Dung dịch trong > 13
25
1.3.5.CÁC TÍNH CHẤT KHÁC
1.3.5.3.HLB
Công thức tính HLB: +Công thức của Davies: HLB = 7 + Σ HLB nhóm ái nước -Σ HLB nhóm kỵ nước + Công thức của Kawakami: HLB = 7 + 11,7 log ( Mn/Md)Mn : Khối lượng phần tử ưa nước trong phân tử
Md : Khối lướng phần tử ưa dầu trong phân tử
+ Công thức tính ester của acid béo và rượu đa chức:
HLB = 20 ( 1 – S/A)
S: Chỉ số xà phòng hóa của ester
A: Chỉ số acid của acid béo
26
1.3.5.CÁC TÍNH CHẤT KHÁC
1.3.5.3.HLB
Công thức tính HLB:
Nếu ester không đo được chỉ số xà phòng thì có công thức
sau:
HLB = (E + P) / 5
E, P: phần trăm khối lượng của EO và rượu đa chức trong phân tử.
+Công thức Griffin: hỗn hợp có nhiều chất hoạt động bề
mặt thì
HLB hh = Σ xi HLBi
xi :phần khối lượng trong tổng lượng chất họat động bề mặt
27
1.3.5.CÁC TÍNH CHẤT KHÁC
1.3.5.3.HLB
Chất hoạt động bề mặt Giá trị thực Giá trị tính toán
Tween 18 15 15,8 Tween 81 10 10,9 Span 20 8,6 8,5 Span 40 6,7 7,0 Span 60 4,7 5,7 Span 80 4,3 5,0 Glycerol Stearat 3,8 3,7 Span 65 2,1 2,1 28
1.3.5.CÁC TÍNH CHẤT KHÁC
1.3.5.4.Đặc tính
bề
mặt lỏng-rắn và quan hệ
3 pha
• Đặc tính bề mặt lỏng-rắn và quan hệ 3 pha: (Khí) (Lỏng) (Rắn)σ
LKσ
RKΣ
LR θ θ: góc dính ướt θ < 90: σRK > σRL + σLK -> chất lỏng chảy loang trên bề mặt rắn -> dính ướt θ > 90: σRK < σRL + σLK -> chất lỏng co lại trên bề mặt rắn -> không dính ướt 29 29Chương 2: ĐÁNH GIÁ
KỸ
THUẬT CHẤT
HĐBM
• Gồm: •Khả năng tạo nhũ •Khả năng tạo bọt •Khả năng tẩy rửa •Các chỉ tiêu khác 30Khả
năng
tạo nhũ
• Nhũ tương: hệ có pha phân tán và môi trường phân tán đều
ở dạng lỏng.
• Để tạo nhũ tương hai chất lỏng đó không tan vào nhau.
• Trong nhũ tương, pha lỏng phân cực thường gọi là pha “
nước” ký hiệu n hay w (water)- pha lỏng kia không phân cực
thường gọi là “ dầu” ký hiệu d hay o (oil).
Khả
năng
tạo nhũ
Nhũ tương thường được phân làm hai loại:
•n/d (w/o : water in oil) gọi là nhũ tương nước trong dầu
gồm các giọt nước phân tán trong dầu.
•d/n (o/w) gọi là nhũ tương dầu trong nước gồm các giọt
dầu phân tán trong nước.
Nhũ tương n/d còn gọi là nhũ tương loại 1 hay nhũ tương
thuận. Nhũ tương d/n còn gọi là nhũ tương loại 2 hay nhũ
Khả
năng
tạo nhũ
Phân loại nhũ tương theo nồng độ của pha phân tán:
•Nhũ tương loãng: nồngđộ pha phân tán < 0,1 %. •Nhũ tương đậm đặc: chứa một lượng lớn pha phân tán, có thể đến 74 % thể tích •Nhũ tương rất đậm đặc( ví dụ như nhũ tương gelatin hóa) có tỷ lệ pha phân tán > 74% thể tích 33
Khả
năng
tạo nhũ
Sự nhũ hóa (emulsification): quá trình phân tán một chất
liệu vào một chất liệu khác (thường đều ở dạng lỏng) dưới
dạng những giọt cầu.
Để tăng độ bền vật lý của hệ phân tán:
•Tăng độ nhớt của pha ngoại
•Bảo đảm pha nội tồn tại ở những giọt nhỏ nhất và
hợp lý => giảm khả năng bám dính của hai giọt.
•Tăng sức bền cơ học của bề mặt, sẽ giảm lực nhiệt
Khả
năng
tạo nhũ
Chất nhũ hóa (emulsifier): giảm sức căng bề mặt giữa hai
pha dầu/nước và làm bền nhũ.
Cần thiết phải có đủ chất nhũ hoá hiện diện để hình thành ít
nhất 1 lớp đơn bao phủ lên bề mặt giọt của pha phân tán.
Khả
năng
tạo nhũ
Độ bền nhũ:
Nhũ tương có khuynh hướng tạo nên các giọt lớn hơn-> hệ
Khả
năng
tạo nhũ
Yếu tố ảnh hưởng độ bền nhũ: •Lượng chất nhũ hóa •Tỉ lệ dầu và nước •Sự định hướng của pha •Ảnh hưởng của sự tích điện •Nhiệt độ •Độ nhớt của môi trường phân tán. •Sự phối hợp các chất nhũ hóa. 37Khả
năng
tạo nhũ
Yếu tố ảnh hưởng độ bền nhũ: •Lượng chất nhũ hóa •Tỉ lệ dầu và nước •Sự định hướng của pha •Ảnh hưởng của sự tích điện •Nhiệt độ •Độ nhớt của môi trường phân tán. •Sự phối hợp các chất nhũ hóa. •Kích thước của nhũ •Sự đồng đều của nhũKhả
năng
tạo nhũ
Yếu tố ảnh hưởng độ bền nhũ: •Lượng chất nhũ hóa •Tỉ lệ dầu và nước •Sự định hướng của pha •Ảnh hưởng của sự tích điện •Nhiệt độ •Độ nhớt của môi trường phân tán. •Sự phối hợp các chất nhũ hóa. •Kích thước của nhũ •Sự đồng đều của nhũ 39Khả
năng
tạo bọt
Bọt điển hình là hệ phân tán đậm các chất thô và rất đặc của pha khí ( thường là không khí) trong chất lỏng. Kích thước bọt khí cỡ mm và trong một số trường hợp có thể lên đến cm.
Khả
năng
tạo bọt
Độ bền vững của bọt phụ thuộc: • Tính chất của màng bọt • Bản chất của chất tạo bọt • Hàm lượng chất tạo bọt • Nhiệt độ • Độ nhớt của dung dịch Các tác nhân làm tăng bọt (foam bootster) Các tác nhân chống bọt (antifoamer) 41Khả
năng
tạo bọt
Các tác nhân làm tăng bọt (foam bootster)
-Chọn chất hoạt động bề mặt tạo bọt hay
không tạo bọt
Khả
năng
tạo bọt
Chọn chất hoạt động bề mặt tạo bọt hay không tạo bọt
Các yếu tố ảnh hưởng đến CMC có thể tăng hoặc giảm bọt
là:
• Nhiệt độ
• Sự có mặt của chất điện ly
• Cấu trúc phân tử của chất hoạt động bề
mặt
Sử dụng các chất phụ gia làm tăng bọt
Thêm vào một số hợp chất đối cực ( ion đối) có
thể làm giảm CMC của chất hoạt động bề
mặt .
Khi hợp chất có cùng mạch C với chất hoạt
động bề mặt thì khả năng tạo bọt và ổn định
bọt tăng:
Ether glycerol < Ether sulfonyl < Amide <
ế
Khả
năng
tạo bọt
Các tác nhân chống bọt (antifoamer)
• Ngăn cản sự tạo bọt: thường là các ion vô cơ như canxi
có ảnh hưởng đến sự ổn định tĩnh điện hoặc giảm nồng độ aniion bằng kết tủa
• Tăng tốc độ phân hủy bọt: là các chất vô cơ hay hữu cơ
sẽ đến thay thế các phân tử các chất hoạt động bề mặt của màng bọt làm màng bọt ít ổn định ( không bền).
Khi thêm chất hoạt động bề mặt NI vào chất hoạt động bề
mặt anion làm giảm bọt đáng kể. Tuy nhiên hệ thống anionic/
NI này vẫn còn quá nhiều bọt.
Khả
năng
tạo bọt
Cơ chế phá vỡ bọt bằng các hạt kỵ nước Phim Lỏng(L) Khôngkhí(K) Phim (K) Hạt kỵ nước Lỏng(L) Khôngkhí(K) (K) Hạt kỵ nước hạt kỵ nước có thể = xà phòng canxi ( kỵ nước) không tan.Xà phòng no có hiệu quả phá bọt cao và được sắp xếp theo dãy sau: Xà phòng mỡ cá voi > xà phòng colza > stearate > xà phòng mỡ bò > xà phòng dầu dừa.
Tuy nhiên hệ thống này có các nhược điểm sau:
+ Thiếu hiệu quả ở nước ngọt ( không có sự tạo thành xà phòng canxi) + Đóng bánh ( gel hóa ) trong bộ phận phân phối bột ( khi nhiệt độ thấp)
Khả
năng
tạo bọt
Cơ chế chảy loang (spreading)
Hệ thống anionic/NI với các tác nhân chồng bọt được sử
dụng rộng rãi bao gồm:
+ Stearyl phosphate ( mono và distearyl phosphate)
+ Dầu và sáp + Các silicon ,silic kỵ nước Lỏng(L) Khôngkhí(K) Phim (K) Silicon /Dầu Lỏng(L) Khôngkhí(K) (K) Silicon /Dầu Phim 46
Khả
năng
tạo bọt
Ý nghĩa của bọt
+bọt có vai trò trong quá trình tuyển nổi quặng
+ sự tạo bọt là yếu tố tích cực trong quá trình giặt giũ
+ Nhờ sự tạo bọt và sau đó khữ bọt, có thể làm sạch một
số chất lỏng khỏi chất hoạt động bề mặt
+ Bọt có ý nghĩa to lớn trong cứu hoả, để dập tắt đám cháy
người ta dùng bọt trong đó pha phân tán là dioxýt cacbon,
ngăn không cho không khí tiếp xúc với đám cháy
+ Sự tạo bọt là cần thiết khi sản xuất các chất dẽo xốp
Khả
năng
tẩy rửa
Tẩy rửa = detergency= quá trình làm sạch (cleaning)
Chất tẩy rửa (detergent)= tác nhân khả năng
làm sạch
⇒ khái niệm tẩy rửa ở đây chỉ quá trình làm
sạch bề mặt rắn (bao gồm cả vải sợi) trong
một dung dịch trong đó có các quá trình hoá
Khả
năng
tẩy rửa
Sự tẩy rửa bao gồm:
• Lấy đi các vết bẩn khỏi các bề mặt rắn ( vật
dụng, vải vóc)
• Giữ các vết bẩn đã lấy đi đang lơ lửng để
tránh cho chúng khỏi bám lại trên các quần
áo ( hiện tượng chống tái bám ).
Khả
năng
tẩy rửa
Vết bẩn : bao gồm vết bẩn không phân cực
(vết bẩn dầu mỡ) và vết bẩn dạng hạt ( các
hạt mịn).
Các vết bẩn chất béo và dạng hạt này có thể
Khả
năng
tẩy rửa
Tẩy các vết bẩn có chất béo
Thuyết nhiệt động – phương pháp Lanza
Chấtbéo(B) Nước(N) Sợi(S) Chấtbéo(B) Nước(N) Sợi(S)
khi thêm chất hoạt động bề mặt vào nước, do sự hấp phụ
của chúng trên sợi và vết bẩn làm giảm được sức căng bề
mặt của chúng ( so với nước) cho đến khi tổng của chúng
trở nên nhỏ hơn sức săng bề mặt của giao diện sợi/vết bẩn
Khả
năng
tẩy rửa
Tẩy các vết bẩn có chất béo
Cơ chế rolling up : ( cuốn đi)
Chất hoạt động bề mặt do chúng hấp phụ lên sợi và vết bẩn
làm giảm các sức căng giao diện sợi/nước và bẩn/nước, lúc
đó màng dầu sẽ cuốn lại và tách khỏi sợi do lực cơ học như
chà xát ( giặt bằng tay hay bằng máy).
Chấtbéo(B) Nước(N) Sợi(S) Chấtbéo(B) Nước(N) Sợi(S) θ σBN σNS σBS 52
Khả
năng
tẩy rửa
Tẩy các vết bẩn có chất béo
Cơ chế hòa tan
Các phân tử chất hoạt động bề mặt kết hợp => hình thành
micell ở nồng độ CMC => hợp chất được hòa tan bên trong
các micell
Tóm lại để có sự tẩy rửa tốt, không những cần giảm sức
căng bề mặt mà còn phải tăng nồng độ hoạt chất để hình
thành các micell và có được một số micelle đủ, tùy theo
lượng vết bẩn béo hiện diện trong dung dịch giặt rửa.
Khả
năng
tẩy rửa
Tẩy các vết bẩn dạng hạt
Thuyết nhiệt động học và điện học (
Duiaguin-Landau-vervey và Overbeck (DLVO)
Công cung cấp để tách hạt P ra khỏi bề mặt S một khoảng
cách δ yếu hơn bởi vì lực đẩy quan trọng hơn, tức là hạt P
và bề mặt S cùng phân cực cùng dấu ( tích điện giống nhau).
Khi chất hoạt động bề mặt bị hấp phụ trên các hạt và bề mặt
làm cho gia tăng lực đẩy và do đó làm cho quá trình tẩy dễ
dàng hơn. P S S P P S δ 54
Khả
năng
tẩy rửa
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tẩy rửa
-bản chất chất hoạt động bề mặt sử dụng
-pH
-phụ gia
-nhiệt độ
Các
chỉ
tiêu
đánh
giá
khác
Khả năng tạo hệ huyền phù
• Huyền phù :hệ các pha rắn phân tán trong
môi trường lỏng.
• Các hạt rắn có xu hướng kết tụ và tách ra
khỏi hệ. Các hạt rắn có kích thước nhỏ hơn
thì thời gian lắng tủa sẽ dài hơn => thêm chất
hoạt động bề mặt để huyền phù bền
• Huyền phù có nhiều ứng dụng quan trọng
trong công nghiệp. Ví dụ: huyền phù không
nước: sơn dầu, verni, mực in, hệ có nước:
sơn nước, mực viết, dung dịch thuốc nhuộm
Các
chỉ
tiêu
đánh
giá
khác
Khả năng thấm ướt
Hiện tượng thấm ướt nhờ chất hoạt động bề
mặt có nhiều ứng dụng để giải quyết các vấn
đề thực tế trong kỹ thuật sơn, nhuộm, tẩy
trắng, trung hòa các chất diệt côn trùng, sâu
bọ. Các bề mặt rắn ở đây thường không
thấm ướt, việc thêm chất hoạt động bề mặt
thích hợp sẽ làm giãm sức căng bề mặt của
nước, giúp cho việc thấm ướt dễ dàng hơn.
Các
chỉ
tiêu
đánh
giá
khác
Chỉ số canxi chấp nhận
Chỉ số này đo độ cứng tối đa của nước mà chất
hoạt động bề mặt vẫn còn hiệu lực trong
chức năng tẩy rửa. Chỉ số này càng lớn, chất
hoạt động bề mặt càng có khả năng tẩy rửa
trong nước cứng.
Chỉ số canxi chấp nhận được xác định bằng
cách chuẩn độ dung dịch chất hoạt động bề
mặt bằng dung dịch canxi acatat 1 %. Tiến
hành chuẩn độ dung dịch trên cho đến khi
nào dung dịch đục. Lúc này lượng ion canxi
trong dung dịch là chỉ số canxi chấp nhận
1.1.2.PHÂN LOẠI CHẤT HĐBM
Phân loại theo:
• Cấu trúc hóa học
• Tính chất vật lý ( độ tan trong nước hoặc dung môi)
• Ứng dụng hóa học
ÎPhân loại theo bản chất nhóm háo nước
ÎPhân loại theo bản chất nhóm kỵ nước
ÎPhân loại theo bản chất liên kết giữa nhóm háo nước và
kỵ nước
1.1.2.PHÂN LOẠI CHẤT HĐBM
1.1.2.1. Phân
loại theo bản chất
nhóm
háo
nước
-+
+
-- Cationic
- Non ionic (NI) ( không phân ly)
- Lưỡng tính ( Amphoteric)
-Anionic
1.1.2.PHÂN LOẠI CHẤT HĐBM
1.1.2.1. Phân
loại theo bản chất
nhóm
háo
nước
•Anionic:
Hòa tan trong nước phân ly thành ion HĐBM điện tích âm
Bao gồm các nhóm chính:
• Acid carbocylic: RCOO(-)
• Ester sulfuric ( Sulfate): ROSO2O(-)
• Alkan sulfonic acid: RSO3(-)
• Alken sulfonic acid: R-CH=CH-CH2-SO3(-)
• Alkyl aromatic sulfonic acid: R-C6H4-SO3(-)
• Các nhóm khác: Phosphate và phosphonic acid,
persulfate, thiosulfate, sulfamic acid,
sulfosuccinate…
61
1.1.2.PHÂN LOẠI CHẤT HĐBM
1.1.2.1. Phân
loại theo bản chất
nhóm
háo
nước
C CH2 CH3 C CH3 CH3 CH3 CH2 C CH3 CH3 C H3 SO3 -SO3 (CH2)n -C H3
R O SO
3 -Sulfate rượu bậc một( PAS: Primery Alcohol Sulfate)
(CH2)n C H3 CH SO3 (CH2)m CH3 -Parafin sulfonate
( SAS: Secondary Alkyl Sulfonate)
Alkyl benzen sulfonat (ABS) ABS nhánh
ABS thẳng
(LAS: Linear Alkylbenzene Sulfonate)
62
1.1.2.PHÂN LOẠI CHẤT HĐBM
1.1.2.1. Phân
loại theo bản chất
nhóm
háo
nước
•Cationic:
Hòa tan trong nước phân ly thành ion HĐBM điện tích dương
X: halogenua, sulfate, methyl sulfate,…
R1: alkyl mạch dài
R2, R3, R4: Hydro hay nhóm alkyl mạch ngắn, alkyl aryl.
R1 N+ R3 R2 R4 X 63 63
1.1.2.PHÂN LOẠI CHẤT HĐBM
1.1.2.1. Phân
loại theo bản chất
nhóm
háo
nước
R-CH2 N+ CH3 C H3 CH3 Cl Một dây alkyl N N+ R C H3 (CH2)2NH C O R imidazolin bậc bốn O-CH2-CH2 N+ CH3 O-CH2-CH2 CH2-CH2OH CH3SO4 -C O R C O R
Dialkyl ester thế bốn lần của methosulfate triethanolamine
64
1.1.2.PHÂN LOẠI CHẤT HĐBM
1.1.2.1. Phân
loại theo bản chất
nhóm
háo
nước
•Non ionic:
Không tạo ion khi tan trong dung dịch nước
Cấu tạo:
-Phần kỵ nước: akyl phenol, alcol, acid béo, amide,…
-Phần ái nước: ethylene oxide, propylene oxide, glycerin orbitol,…
⇒Hoạt động được trong môi trường chứa chất điện ly
lớn 65
1.1.2.PHÂN LOẠI CHẤT HĐBM
1.1.2.1. Phân
loại theo bản chất
nhóm
háo
nước
R O (CH2-CH2O)n H
Các rượu béo ethoxy hóa
H (O-CH2-CH2)m O (CH2-CH-O)n (O-CH2-CH2)m-H
Copolymer oxide ethylene (OE) và oxide propylene (OP)
R C O
N H
CH2-CH2-OH
Alkyl monoethanol amide
R C O
N
CH2-CH2-OH
CH2-CH2-OH
Alkyl diethanol amide
66
1.1.2.PHÂN LOẠI CHẤT HĐBM
1.1.2.1. Phân
loại theo bản chất
nhóm
háo
nước
R CHOH-CH2-(OCH2-CHOH-CH2)n -OH Polyglycerol ester O O H O R O C H2O H O H n alkylpolyglucoside (APG) 67 67
1.1.2.PHÂN LOẠI CHẤT HĐBM
1.1.2.1. Phân
loại theo bản chất
nhóm
háo
nước
•Lưỡng tính:
Có chứa cả nhóm acid và base trong phần ái nước
Gồm 2 loại chính:
-HĐBM lưỡng tính carboxylic
-HĐBM lưỡng tính sulfate/sulfonate
1.1.2.PHÂN LOẠI CHẤT HĐBM
1.1.2.1. Phân
loại theo bản chất
nhóm
háo
nước
NH C O R (CH2)3 N+ CH2 CH3 CH3 C O O
Alkyl amido propyl betain
CH2 N+ CH3 CH3 CH OH CH2-CH2-CH2 CH2 SO3 -NH C O R
Alkyl amidopropyl sulfobetain
CH2 N+ C2H4OH C2H4OH C O O R
Betain ethoxy hóa
69
1.1.2.PHÂN LOẠI CHẤT HĐBM
1.1.2.2. Phân
loại theo bản chất
nhóm
kỵ
nước
•Gốc alkyl mạch thẳng, C8-18 •Gốc alkyl mạch ngắn C3-C12 gắn vào nhân thơm •Olefin nhánh C8-C20 •Hydrocarbon từ dầu mỏ•Hydrocarbon mạch dài thu được từ phản ứng CO và
H2
1.1.2.PHÂN LOẠI CHẤT HĐBM
1.1.2.2. Phân
loại theo bản chất
liên
kết
nhóm
kỵ
nước và ái nước
Gồm 2 loại:
•Nhóm háo nước liên kết trực tiếp nhóm kỵ nước:
RCOONa, ROSO3Na, RC6H4SO3Na
•Nhóm háo nước liên kết nhóm kỵ nước thông qua các
liên kết trung gian
Liên kết ester: RCOO-CH2CHOHCH2-OSO3Na
Liên kết amide: R-NHCOCH2SO3Na
Liên kết ether: ROC2H4OSO3Na
71