Hdbm nl tdt 2014 chuong 2 tinh chat dung dich chat hdbm

CƠNG NGHỆ
CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
Chương 2: Tính chất hóa lý của chất hoạt
động bề mặt trong dung dịch

PGS. TS. Lê Thị Hồng Nhan
Đại học Bách Khoa TP.HCM
2014
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
2


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
• Giá trị tới hạn Γm

3


Độ hoạt động bề mặt
• Độ hoạt động bề mặt = biến thiên sức căng bề mặt theo

nồng độ

d
d

; hay 
dc
da

• Đại lượng Gibbs G* = -d/dc
Dd nước: chất tan có độ phân cực giảm -> G* tăng

4


Độ hoạt động bề mặt
Trong dãy đồng đẳng, độ hoạt động bề mặt biến đổi theo quy
luật
, dyn/cm

(1)
(2)

65

(3)
50

(1)HCOOH
(2) CH3COOH

(3) CH3CH2COOH
(4) CH3(CH2) 2COOH
(5)(CH3)2CHCH2 COOH

(4)
(5)
35
0,16

0,36

0,54

C, mol/l

• Quy tắc Traube: Độ hoạt động bề mặt tăng 3-3.5 lần khi
chiều dài mạch carbon tăng thêm 1 nhóm CH2

5


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
6

Micelle

Micelle trong các hệ khác nhau: O/W, W/O

7


Micelle

8


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
Ap suất thẩm thấu

Độ đục

Sức căng bề mặt

Độ dẫn điện

CMC

Nồng độ

9

Yếu tố ảnh hưởng đến 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
• Chất hữu cơ: tùy thuộc bản chất -> CMC tăng hay giảm

10


Yếu tố ảnh hưởng đến CMC
CMC của dung dịch sodium alkyl sulphate trong nước ở 40oC
Số nguyên tử C

CMC x 103 mol/L

8

10

12

14

16

18

140

33

8,6

2,2

0,58

0,23

CMC của dung dịch sodium lauryl sulphate trong dd NaCl ở
25oC
Nồng độ NaCl (mol/L)
CMC x 103 mol/L

0

0,01

0,03

0,1

0,3

8,1

5,6

3,1

1,5

0,7
11


Điểm Kraft
• Điểm Kraft: là nhiệt độ ở đó độ hịa 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

Điểm Kraft (oC)

8

16

30

45

56
12


Điểm đục

• Điểm đục: là nhiệt độ ở đó chất HĐBM khơng ion trở nên
khơng thể hịa tan, tách ra khỏi dung dịch
• Liên quan chất HĐBM khơng ion
• Độ dài gốc akyl tăng -> điểm đục giảm
• Lượng nhóm oxide ethylene giảm -> điểm đục giảm

13


HLB
• Hydrophile-Lipophile Balance -HLB: Mối tương quan ái
nước- ái dầu
• Thang đo HLB: 1-20

• HLB lớn: tính ái nước cao, tính ái dầu thấp
• Gia tăng HLB -> gia tăng tính ái nước

• Độ phân tán khác nhau trong dd nước -> HLB khác nhau

14


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
15


HLB
Cơng thức tính HLB:
+Cơng thức của Davies:
HLB = 7 +  HLB nhóm ái nước - 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

+ Cơng thức tính ester của acid béo và rượu đa chức:
HLB = 20 ( 1 – S/A)
S: Chỉ số xà phịng hóa của ester
A: Chỉ số acid của acid béo
16


HLB

Cơng thức tính HLB:
Nếu ester khơng đo được chỉ số xà phịng thì có cơng thức
sau:
HLB = (E + P) / 5
E, P: phần trăm khối lượng của EO và rượu đa chức
trong phân tử.

+Cơng thức Griffin: hỗn hợp có nhiều chất hoạt động bề
mặt thì
HLB hh =  xi HLBi
xi :phần khối lượng trong tổng lượng chất họat động bề mặt
17


HLB

Chất hoạt động bề
mặt

Tween 18
Tween 81
Span 20
Span 40
Span 60
Span 80
Glycerol Stearat
Span 65

Giá trị thực

Giá trị tính tốn

15
10
8,6
6,7
4,7

4,3
3,8
2,1

15,8
10,9
8,5
7,0
5,7
5,0
3,7
2,1
18


HLB
Để tạo nhũ O/W, mỗi thành phần dầu đều cần có giá trị
HLB “cần thiết”
Giá trị HLB “cần thiết” là giá trị HLB của chất nhũ hóa
để có thể giảm sức căng bề mặt giữa thành phần dầu
và nước
Nhóm
Dầu thực vật
Silicone oils
Petroleum oils
Các ester làm mềm da
Acid và rượu béo

HLB “cần thiết”
6

8-12
10
12
14-15

19


HLB
Chất hoạt động bề mặt nonionic sử dụng làm bộ HLB chuẩn:
HLB 2

8% SPAN®80 / 92% SPAN 85

HLB 4

88% SPAN80 / 12% SPAN 85

HLB 6

83% SPAN 80 / 17% TWEEN® 80

HLB 8

65% SPAN 80 / 35% TWEEN 80

HLB 10

46% SPAN 80 / 54% TWEEN 80

HLB 12

28% SPAN 80 / 72% TWEEN 80

HLB 14

9% SPAN 80 / 91% TWEEN 80

HLB 16

60% TWEEN 20 / 40% TWEEN 80

20