Hdbm nl tdt 2014 chuong 7 huyen phu

CÔNG NGHỆ
CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
Chương 5: Chất hoạt động bề mặt & khả
năng tạo huyền phù

PGS.TS. Lê Thị Hồng Nhan
Đại học Bách Khoa TP.HCM
2014
(bài giảng dành cho ĐH Nông Lâm & Tôn Đức Thắng)

1


7.1. Giới thiệu về hệ huyền phù
Huyền phù: hệ các pha rắn phân tán trong mơi trường lỏng

=> rất khó thu được một hệ phân tán đồng nhất
2


7.2. Cơ chế tạo huyền phù
Cách tạo hệ huyền phù: đưa các hạt rắn vào môi
trường lỏng và phân tán => tạo hệ phân tán đồng đều

Hệ thống khuấy trộn để tạo huyền phù

3


7.2. Cơ chế tạo huyền phù
Nhiều dạng cánh khuấy có thể dùng để phân tán hệ rắn

vào pha lỏng

Cánh khuấy cho hệ thống phân tán rắn-lỏng
4


7.2. Cơ chế tạo huyền phù
Hoạt động ở tốc độ cao, tạo lực xé mạnh
Thích hợp khi phối trộn pha 2 vào, tạo phân tán rắn trong
lỏng có độ nhớt cao

Cánh khuấy cho hệ thống phân tán rắn-lỏng ở độ nhớt cao
5


7.2. Cơ chế tạo huyền phù
Lưu ý: tùy thuộc hình dáng cánh khuấy và bồn thì tạo dịng
chảy khác khau => mức độ phân tán sẽ khác nhau

Các hình thái dòng chảy khác nhau khi sử dụng các dạng
cánh khuấy khác nhau

6


7.3.Các yếu tố ảnh hưởng độ bền huyền phù
Xu hướng biến đổi của huyền phù: kết tụ và sa lắng.

=> Hệ huyền phù không bền, không đồng nhất theo thời
gian

7


7.3.Các yếu tố ảnh hưởng độ bền huyền phù

Để tăng độ bền:
-Tăng mức độ chuyển động
-Ngăn cản sự kết tụ
-Giảm sự sa lắng

8


7.3.Các yếu tố ảnh hưởng độ bền huyền phù
Tăng sự chuyển động:
-Sử dụng tác động khuấy, phân tán liên tục để giữ hệ lơ
lửng
-Ứng dụng trong các bồn chờ, phân tán lại nhanh trước
khi sử dụng (khuấy sơn, lắc thuốc,…)
=> Khơng thuận tiện và khó đánh giá mức độ đồng đều

9


7.3.Các yếu tố ảnh hưởng độ bền huyền phù
Giảm sa lắng: Vận tốc lắng tính theo định luật Stoke

G: gia tốc trọng trường(9.8 m/s), rl
Khối lượng riêng chất lỏng (997 kg/m3 của nước ở 25oC),
ml độ nhớt (0.00089 Pa/s của nước ở 25oC).

=> Tốc độ lắng phụ thuộc nhiều vào kích thước hạt rắn và
độ nhớt pha lỏng
10


7.3.Các yếu tố ảnh hưởng độ bền huyền phù
Hạt rắn cịn có dao động nhiệt với độ dịch chuyển Brown

tính theo thuyết Einstein

2k BTt
x
m d
kB là hằng số Boltzman (1.38 x 10-23J/K), và T là nhiệt độ
Kelvin.

=> Tốc độ dao động phụ thuộc nhiều vào kích thước hạt
rắn và độ nhớt pha lỏng
11


7.3.Các yếu tố ảnh hưởng độ bền huyền phù
VD: Sự dịch chuyển của hạt rắn thay đổi với kích
thước khác nhau trong nước ở 25oC
Kích thước hạt (nm)
1
10
100
1,000

10,000

Tốc độ lắng
(nm/s)
0.00043
0.043
4.30
430
43,005

Chuyện động Brown (nm/s)
54,250
17,155
5,425
1,716
543

Hạt kích thước <1000 nm=> chuyển động Brown lớn hơn
tốc độ lắng => tự lơ lửng

=> Giảm kích thước hạt càng nhỏ, hệ huyền phù càng bền
12


7.3.Các yếu tố ảnh hưởng độ bền huyền phù
Độ nhớt hay tính lưu biến của pha lỏng ảnh hưởng đến sự
sa lắng
Độ lưu biến khác nhau: hệ Newton độ nhớt cao/trung
bình/thấp; hệ phi Newton; dịng chảy tự do/đặc; hệ phân
tán đục; gel; paste

Hệ phi Newton độ nhớt cao=> kem đánh răng

Hệ Newton độ nhớt thấp => nước lau bề mặt cứng

=> Cần hỗ trợ phụ gia để thay đổi đặc tính lưu biến => tác
động giảm sa lắng
13


7.3.Các yếu tố ảnh hưởng độ bền huyền phù

Sự lựa chọn phụ gia lưu biến phụ thuộc:
• Loại dịng chảy hay tính lưu biến của hệ
•Đặc tính riêng của bản thân chất phụ gia
•bản chất của cơng thức
•sự tương thích vật lý, hóa học của phụ gia và các
thành phần khác trong hệ

14


7.3.Các yếu tố ảnh hưởng độ bền huyền phù

Phân loại phụ gia hỗ trợ tính lưu biến
15


7.3.Các yếu tố ảnh hưởng độ bền huyền phù

Chất hoạt động bề mặt cũng là một dạng chất tạo đặc tính

lưu biến cho pha lỏng

16


7.3.Các yếu tố ảnh hưởng độ bền huyền phù

Dạng hữu cơ:
• Gum
• Polysaccharide thực vật
• Protein
• Dẫn xuất của cellulose
• Polymer tổng hợp
Dạng vơ cơ:
• Đất sét
• Bentonite
• Muối

17


7.3.Các yếu tố ảnh hưởng độ bền huyền phù
Kết tụ:

Hạt rắn trong q trình chuyển động có khả năng va
chạm và sự bám dính nhau xảy ra do lực hút van der
Waals

18

7.3.Các yếu tố ảnh hưởng độ bền huyền phù
Kết tụ:

=> Hạn chế kết tụ => giảm năng lượng bề mặt hoặc ngăn cản sự

tiến đến gần nhau

19


7.3.Các yếu tố ảnh hưởng độ bền huyền phù
Kết tụ:

•Thay đổi điện tích bề mặt => lực đẩy ngăn cản hạt tiến gần

•Hình thành lớp hấp phụ trên bề mặt hạt => ngăn cản hạt tiến gần nhau
và hút nhau
20


7.3.Các yếu tố ảnh hưởng độ bền huyền phù
Kết tụ:
Huyền phù gồm các hạt rắn ưa nước =>
Trong môi trường nước chúng sẽ tự hình
thành lớp vỏ hydrat hóa bảo vệ
Sự có mặt của phụ gia cũng gia tăng lớp
hydrate này

VD: Sự có mặt của chất điện ly làm gia

tăng kích thước lớp hydrat bao quanh hạt

21


7.3.Các yếu tố ảnh hưởng độ bền huyền phù
Kết tụ:
Huyền phù gồm các hạt rắn kỵ nước => chất
hoạt động bề mặt hấp phụ lên bề mặt hạt,
định hướng nhóm ái nước ra ngồi
Sự có mặt của phụ gia cũng gia tăng lớp
hydrate này

22


7.3.Các yếu tố ảnh hưởng độ bền huyền phù

VD: Sự có mặt của chất HĐBM và polymer điện ly làm gia tăng kích thước
lớp hydrat bao quanh hạt và tạo mạng lưới ngăn cách hạt
23


7.3.Các yếu tố ảnh hưởng độ bền huyền phù

VD: Sự có mặt của chất HĐBM và polymer điện ly làm gia tăng kích thước
lớp hydrat bao quanh hạt và tạo mạng lưới ngăn cách hạt
24

7.3.Các yếu tố ảnh hưởng độ bền huyền phù
Tóm tắt:

Để tăng độ bền vật lý của hệ phân tán:
•Tăng độ nhớt, thay đổi đặc tính lưu biến của pha ngoại
•Bảo đảm pha rắn tồn tại ở những kích thước nhỏ và hợp

lý => giảm sa lắng
•Tăng sức bền cơ học của bề mặt, sẽ giảm lực nhiệt động
gây ra sự kết tụ

25