Đặc tính hóa lý của hệ nhũ tương và vi nhũ tương. Ứng dụng tổng hợp polymer bằng phương pháp vi nhũ tương

LOGO
ĐẶC TÍNH HÓA LÝ HỆ NHŨ TƯƠNG VÀ VI NHŨ TƯƠNG
TỔNG HỢP POLYMER BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI NHŨ
TIỂU LUẬN MÔN HỌC
KỸ THUẬT NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC
Giảng viên : PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
Học viên : Đặng Văn Hân 7140786
Huỳnh Đắc Hồng Ngọc 7140792
NỘI DUNG TRÌNH BÀY
TỔNG QUAN
1
TÍNH CHẤT HÓA LÝ HỆ NHŨ TƯƠNG VÀ VI NHŨ TƯƠNG
2
ĐỘ BỀN NHIỆT ĐỘNG HỆ VI NHŨ TƯƠNG
3
TỔNG HỢP POLYMER BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI NHŨ TƯƠNG
4
5
KẾT LUẬN
2
TỔNG QUAN HỆ NHŨ TƯƠNG
Hệ nhũ tương: là một hệ phân tán cao của hai hay nhiều
chất lỏng không tan hoặc tan rất ít vào nhau.
- Những giọt nhỏ của pha bị phân tán,
- Pha còn lại tồn tại ở dạng pha liên tục.
3
PHÂN LOẠI HỆ NHŨ TƯƠNG
NHŨ
TƯƠNG
Thuận
Nghịch

O/W: giọt dầu phân tán trong nước
W/O: giọt nước phân tán trong dầu
Loại khác
Nhũ loãng, nhũ đậm đặc, nhũ phức
Theo pha
phân tán
Theo
nồng độ
4
THÀNH PHẦN HỆ NHŨ TƯƠNG

Pha dầu: Gồm những chất lỏng không phân cực và các chất
hòa tan hay đồng tan vào chúng;

Pha nước: Gồm những chất lỏng phân cực và các
chất dễ hòa tan hay đồng tan vào chúng;

Chất nhũ hóa: là phụ gia để giúp ổn định hệ nhũ
tương;

Ngoài ra, nhũ tương còn có thêm một số thành phần
khác.
5
TỔNG QUAN HỆ VI NHŨ TƯƠNG
Hệ vi nhũ tương: là hệ phân tán vi dị thể, gồm pha dầu
và pha nước phân tán đồng nhất vào nhau và được ổn định
bởi phân tử các chất diện hoạt trên bề mặt phân cách hai pha,
có tính đẳng hướng về mặt quang học, ổn định về mặt nhiệt
động học giống một dung dịch lỏng.
6

PHÂN LOẠI HỆ VI NHŨ TƯƠNG
Winsor 2
Winsor 4
Winsor 3
Winsor 3
VI NHŨ
TƯƠNG
Winsor 1
Dầu phân tán trong nước
Nước phân tán trong dầu
Micellar 1 pha (đẳng hướng)
Hệ ba pha (vi nhũ trung gian)
Winsor 2
Winsor 4
7
THÀNH PHẦN HỆ VI NHŨ TƯƠNG
Pha dầu
Chất đồng
điện hoạt
Chất điện
hoạt
Pha nước
Vi nhũ tương
8
PHÂN BIỆT TÍNH CHẤT HÓA LÝ
Tính chất hóa lý
Hệ nhũ tương
(Emulsion)
Hệ vi nhũ tương
(Microemulsion)

Kích thước
0,1-100 µm 10-100 nm
Thành phần
-
Pha phân tán
-
Pha liên tục
-
Chất nhũ hóa
-
Pha phân tán
-
Pha liên tục
-
Chất nhũ hóa
-
Chất đồng điện hoạt
Tính chiết quang
Phân tán ánh sáng Ánh sáng truyền thẳng
Sức căng bề mặt
Cao (γ > 1 mN/m) Thấp (γ ~ 0 mN/m)
Độ bền nhiệt
động
Kém, không ổn định, dễ
bị phân lớp
Bền, độ ổn định cao, có thể
để lâu mà không bị phân lớp
Ứng dụng
Mỹ phẩm, dược phẩm,
sinh học, …

Mỹ phẩm, dược phẩm, sinh
học, công nghiệp, vật liệu.
9
ĐỘ BỀN NHIỆT ĐỘNG HỆ VI NHŨ
Sự phân tán ánh sáng1
- Khi thể tích hạt (V) >> thì I
pt
>> độ phân tán ánh sáng càng
cao ⇒ Ánh sáng truyền qua dung dịch bị phân tán tạo thành
dải ánh sáng hình nón mờ đục;

- Khi thể tích hạt (V) << thì I
pt
<< độ phân tán ánh sáng càng
bé ⇒ Ánh sáng truyền qua dung dịch sẽ đẳng hướng và
truyền thẳng.

Hệ vi nhũ tương có độ truyền suốt và đẳng quang cao.
Phương trình Rayleigh xác định cường độ ánh sáng phân tán:
I
pt
= k.µ.V
2
.I
o
10
ĐỘ BỀN NHIỆT ĐỘNG HỆ VI NHŨ
Sức căng bề mặt2
Sức căng bề mặt đặc trưng:
Hệ vi nhũ tương có sức căng bề mặt rất thấp và phụ

thuộc vào sức bề mặt của chất HĐBM và đồng HĐBM.
W = dES = σ.dS

11
Phương trình hấp phụ Gibbs, liên quan giữa γ và hoá thế
μ của mỗi cấu tử trong hệ trong điều kiện đẳng nhiệt:
dγ
o/w
= -Σ
i
(Γ
i
dµ
i
) ~ - Σ
i
(Γ
i
R.T.dlnC
i
)
dγ
o/w
= -Γ
s
RTdlnC
s
– Γ
co
RTdlnC

co
Tích phân ta có: γ
o/w
= γ
0
o/w
- Γ
s
RTlnC
s
– Γ
co
RTlnC
co
ĐỘ BỀN NHIỆT ĐỘNG HỆ VI NHŨ
Độ bền hệ3
Trong chuyển động Brown, các hạt keo mang những năng
lượng xác định và có thể va chạm vào nhau ứng với một xác
suất nào đó. Điều kiện để hệ keo được bền là phải làm cho
năng lượng chuyển động Brown luôn luôn nhỏ hơn thế năng
E
max
của hệ.
Hệ vi nhũ tương có độ ổn định và bền về nhiệt động.
Hệ nhũ tương có các đặc tính:
-
Hệ có nồng độ nhỏ;
-
Bề mặt các hạt đều được hấp phụ;
-

Bề mặt các hạt đều được bảo vệ bởi các chất HĐBM
12
ĐỘ BỀN NHIỆT ĐỘNG HỆ VI NHŨ
Năng lượng tự do vi nhũ tương
4
Xét hệ vi nhũ tương gồm các thành phần:
-
Pha phân tán (dầu) có phần mol: x
1
;
-
Pha liên tục (nước) có phần mol: x
2
;
-
Chất hoạt động bề mặt có phần mol: x
3
;
-
Chất đồng hoạt động bề mặt có phần mol: x
4
;
13
ĐỘ BỀN NHIỆT ĐỘNG HỆ VI NHŨ
Để xác định độ bền nhiệt động của hệ vi nhũ tương
người ta xác định biến thiên năng lượng tự do
Helmholtz (∆F) hình thành trên 1 cm
3
hỗn hợp vi nhũ:
14

ĐỘ BỀN NHIỆT ĐỘNG HỆ VI NHŨ
Bán kính droplet
6
15
ỨNG DỤNG TỔNG HỢP POLYMER
BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI NHŨ TƯƠNG
16
ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP VI NHŨ
Chế tạo vật liệu
Chế tạo vật liệu
Các ngành
Các ngành
khác
khác
Thực phẩm
Thực phẩm
Dược phẩm
Dược phẩm
Sinh học
Sinh học
Mỹ phẩm
Mỹ phẩm
PHƯƠN
PHƯƠN
G PHÁP
G PHÁP
VI NHŨ
VI NHŨ
17
TỔNG QUAN POLYMER

Khái niệm1
Polymer là hợp chất cao phân tử được cấu tạo từ các phân tử
đơn giản (monome) nhờ liên kết hóa học và trong cấu trúc của
chúng có sự lặp đi lặp lại nhiều lần những mắt xích cơ bản.
Ví dụ: n CH
2
=CH
2
n [-CH
2
-CH
2
-] [-CH
2
-CH
2
-]
n
monomer mắt xích cơ bản polyetylen (PE)
18
TỔNG QUAN POLYMER
Cơ chế phản ứng trùng hợp2
Khơi
mào
Phát
triển
mạch
Chuyển
mạch
Ngắt

mạch
Khơi
mào
Phát
triển
mạc
h
1. GĐ1: Khơi mào
R-R → 2R
*
(hay M → M
*
)
2. GĐ2: Phát triển mạch
R
*
+ M → RM
*
……
RM
n-1
M
*
+ M → RM
n
M
*
3. GĐ3: Tắt mạch
2RM
n

M
*
→ RM
n
MM
n
R

Hình
thành các
gốc tự do,
làm trung
tâm cho
giai đoạn
phát triển
mạch
Gốc tự do
tương tác
với các
monomer
phát triển
mạch
hình
thành gốc
polymer
Bão hòa
các gốc
polymer
tự do tạo
thành các

phân tử
polymer
Sự tương
tác giữa
các gốc
polymer
tự do với
các tạp
chất hay
dung môi
trong hệ
19
TỔNG QUAN POLYMER
Các yếu tố ảnh hưởng quá trình trùng hợp3
Nhiệt độ phản ứng
4
3
2
1
Nồng độ và bản chất của chất khơi mào
Nồng độ của monomer
Áp suất hệ
20
21
TỔNG QUAN POLYMER
Các phương pháp tổng hợp polymer4
Polymer có thể được điều chế bằng phản ứng trùng
hợp hoặc trùng ngưng
Quá trình tổng hợp xảy ra trong môi trường xúc
tác, nhiệt độ cao và áp suất. Chất lượng sản phẩm thấp.

TỔNG HỢP POLYMER BẰNG VI NHŨ
Phương pháp vi nhũ tương1
Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất hiện
nay. Do đặc tính đặc biệt của hệ vi nhũ như:
-
Sức căng bề mặt cực thấp;
-
Diện tích bề mặt phân tán lớn;
-
Nhiệt động học ổn định, …
Nên trùng hợp polymer bằng phương pháp vi nhũ
tương xảy ra với tốc độ nhanh, thực hiện ở nhiệt độ tương
đối thấp, điều này cho phép thu được những polymer có
phân tử lượng lớn và hạn chế đa phân tán.
22
TỔNG HỢP POLYMER BẰNG VI NHŨ
Thành phần hệ trùng hợp vi nhũ
2
M
o
n
o
m
e
r
P
h
a

p

h
â
n

c
ự
c
Các hợp chất khác
Thành
phần
C
h
ấ
t

H
Đ
B
M
C
h
ấ
t

k
h
ơ
i

m

à
o
23
Các giai đoạn tổng hợp polymer bằng vi nhũ
3
TỔNG HỢP POLYMER BẰNG VI NHŨ
Step
Step
1
1
Step
Step
2
2
Step
Step
3
3
Step
Step
4
4
24
TỔNG HỢP POLYMER BẰNG VI NHŨ
Tổng hợp quá trình hình thành polymer
4
25