Tổng quan chất hoạt động bề mặt

LỜI MỞ ĐẦU
Trong cuộc sống hiện nay, nhu cầu về các chất tẩy rửa ngày càng được quan
tâm và trở thành một nhu cầu không thể thiếu được đối với con người. Ở bất kì
đâu, bất kì ai cũng đều sử dụng những sản phẩm như kem đánh răng, sữa tắm, xà
phòng tắm, xà phòng giặt… Tất cả đã hình thành nên ngành công nghiệp sản xuất
các chất tẩy rửa. Ngành công nghiệp này đặt trên việc sử dụng và phát triển các
chất hoạt động bề mặt và phụ gia cho các chất hoạt động bề mặt. Việc nghiên cứu
các tính chất, ứng dụng, phân loại các chất hoạt động bề mặt ngày càng được chú ý
và quan tâm nhiều hơn. Chất hoạt động bề mặt không những được ứng dụng nhiều
trong lĩnh vực tẩy rửa mà cón nhiều ứng dụng khác:
Các chất tẩy rửa chăm sóc cá nhân như: chất tẩy rửa. chất tạo bọt…
Công nghiệp dệt nhuộm: chất làm mềm cho vải sợi , chất trợ nhuộm.
Công nghiệp thực phẩm: chất nhũ hóa cho bánh kẹo, bơ, sữa và đồ ngọt.
Công nghiệp mỹ phẩm: chất tẩy rửa, nhũ hóa và chất tạo bọt.
Công nghiệp in: chất trợ ngấm và phân tán vật in.
Trong nông nghiệp: chất để gia công thuốc bảo vệ thực vật
Trong xây dựng: dùng để nhũ hóa nhựa đường, tăng cường độ đóng rắn của
bê tông.
Trong dầu khí: chất nhũ hóa dung dịch khoan.
Trong công nghiệp khoáng sản: làm thuốc tuyển nổi, chất nhũ hóa chất tạo
bọt để làm giàu khoáng sản.
Ở đây chỉ xin giới thiệu sơ lược về các chất hoạt động bề mặt, tính chất,
phân loại, ứng dụng của chất hoạt động bề mặt trong sản xuất và trong lĩnh vực
tiêu độc, tẩy xạ.


Phần I
TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
Chất hoạt động bề mặt
Định nghĩa

Chất hoạt động bề mặt là các chất có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt của
chất lỏng. Phân tử chất hoạt động bề mặt gồm hai phần: Đầu kỵ nước (Hydrophop)
và đầu ưa nước (Hydrophyl). Và tính chất hoạt động bề mặt phụ thuộc vào hai
phần này.
Đầu kỵ nước phải đủ dài, mạch Carbon từ 8 – 21, ankyl thuộc mạch ankal,
anken mạch thẳng hay có gắn vòng cylo hoặc vòng benzene…
Đầu ưa nước phải là một nhóm phân cực mạnh như cacboxyl (COO-),
Hydroxyl (-OH), amin (-NH2), sulfat (-OSO3)…
Sự hình thành Micell
Các phân tử của chất hoạt động bề mặt gồm một phần kị nước và một phần
ưa nước. Micell được hình thành khi ở một nồng độ nhất đinh, các phân tử chất
hoạt động bề mặt tập hợp lại với nhau, đầu ưa nước được bao quanh bởi các phân
tử nước sẽ hướng ra ngoài và đầu kỵ nước tụ vào bên trong hình thành các Micelle
có dạng hình cầu, hình trụ hay màng.
Nồng độ phù hợp với việc hình thành các Micell được gọi là nồng độ Micell
tới hạn (CMC)
I.
1.

Micell hình cầu


2.

Đối với một số hợp chất hữu cơ thực tế không tan trong nước nhưng lại hòa
tan trong Micelle của các chất hoạt động bề mặt hay gọi là sự hòa tan hóa. Như
vậy, chất hoạt động bề mặt là chất trung gian hòa tan giữa chất hữu cơ và nước.
Các Micelle hỗn hợp hình thành khi các chất hữu cơ bị hòa tan vào trong
micelle và được chia làm ba loại: phân tử không cực, phân tử bán cực và phân tử
có cực.

Sự hòa tan chất hữu cơ của các Micelle phụ thuộc vào số lượng và kích
thước của các Micelle. Số lượng các Micelle càng nhiều, độ hòa tan càng tốt. kích
thước Micelle càng lớn, độ hòa tan các chất hữu cơ càng dễ dàng.
Độ hoạt động bề mặt
Độ hoạt động bề mặt –dσ/dc là biến thiên sức căng bề mặt theo nồng độ
CHĐBM còn gọi là đại lượng Gibbs G* = –dσ/dc
Độ hoạt động bề mặt của các chất trong dãy đồng đẳng biến đổi có quy luật
Ví dụ: trong dãy đồng đẳng acid có 2 ≤ n ≤ 6, khi nồng độ tăng lên thì sức
căng bề mặt của phân tử có mạch carbon dài hơn sẽ giảm nhanh hơn .
Sức căng bề mặt
Định nghĩa
Sức căng bề mặt được định nghĩa là lực căng trên một đơn vị chiều dài cắt
ngang bề mặt. Hay có thể định nghĩa là lực tương tác giữa các phân tử trên bề mặt
và trong lòng pha lỏng.
Trong hệ đo lường quốc tế, sức căng bề mặt được đo bằng Newton trên mét
-1
(N·m ).
Cũng có thể định nghĩa sức căng bề mặt là công cơ học thực hiện khi lực
căng làm cho diện tích bề mặt thay đổi một đơn vị đo diện tích. Như vậy nó cũng
là mật độ diện tích của năng lượng; ý nghĩa này mang lại tên gọi năng lượng bề
mặt cho đại lượng vật lý này. Như vậy, trong hệ đo lường quốc tế, đơn vị đo sức
căng bề mặt tương đương Jul trên mét vuông.
Nhiều khi sức căng bề mặt của một chất lỏng được xác định tại một điều
kiện nhất định (nhiệt độ, áp suất, ...) khi bề mặt tiếp xúc với chân không. Sức căng
bề mặt của chất lỏng thay đổi theo nhiệt độ; đối với nhiều chất lỏng, sức căng bề
mặt giảm khi nhiệt độ tăng. Khi bề mặt là tiếp giáp giữa hai chất lỏng khác nhau,
sức căng bề mặt tổng cộng bằng hiệu (cộng véctơ) của sức căng bề mặt từng chất
lỏng.

Sức căng bề mặt phụ thuộc vào bản chất của chất tiếp xúc
Bảng: Sức căng bề mặt của các chất lỏng tiếp xúc với không khí (σ x) và của chất
lỏng tiếp xúc với nước (σ1) ở 20°C (dyne/cm)
Chất lỏng
σx
σ1
Chất lỏng
σx
σ1
Nước
72,75
Ethanol
22,30
Benzene
28,88
35,00
n-octanol
27,50
8,50
Acetic acid
27,60
n-hexane
18,40
51,10
Chloroform
26,80
45,10
n-octane
21,80
50,80

Glycerine
66,00
Aniline
42,90
Nếu 2 chất lỏng chỉ hòa tan 1 phần vào nhau thì σ trên giới hạn L – L gần bằng
hiệu số giữa σ của mỗi chất (đã bão hòa chất kia) so với không khí.
Sức căng bề mặt L – L
Nhiệt Sức căng bề mặt L – KK
Bề mặt
(dyne/cm)
(dyne/cm)
độ
chất lỏng
0
( C)
Lớp hữu cơ Lớp nước Tính toán Thực nghiệm
Benzene/nước
19
28,8
72,79
43,99
43,99
Aniline/nước
26
42,2
71,9
29,7
30,3
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sức căng bề mặt
W. Ramsay và J. Shields sau khi hiệu chỉnh phương trình của R. Eotvos:

σ.V2/3 = k(Tc – T – 6)
Trong đó:
V: thể tích mol của chất lỏng
Tc: nhiệt độ tới hạn
k: hằng số, đa số chất lỏng có k ≈ 2,1 (erg/độ)
Ngoài ra: σ = σx(1 – T/Tc)n
Với chất hữu cơ n = 11/9, với kim loại n ≈ 1
Quan hệ giữa khối lượng riêng và sức căng bề mặt
Theo phương trình McLeod:
σ = K.(D – d)4
Trong đó:
D: khối lượng riêng pha lỏng (g/cm3)
d: khối lượng riêng pha khí (g/cm3)
K: là hằng số phụ thuộc nhiệt độ và tính chất của chất lỏng
II.

PHÂN LOẠI CÁC CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT


Có nhiều cách phân loại chất hoạt động bề mặt nhưng cách phân loại theo
cấu tạo hóa học là hợp lý nhất. Phân loại theo cấu tạo hóa học chia chất hoạt động
bề mặt ra làm 2 loại: chất sinh ra ion và chất không sinh ra ion. Chất sinh ra ion
được chia làm ba loại: hoạt tính anion, hoạt tính caction và lưỡng tính.
1. Chất hoạt động bề mặt không sinh ion (NI)
Các chất tẩy rửa khi hòa tan vào trong nước không phân ly thành ion gọi là
chất tẩy rửa không sinh ion.
NI có khả năng hoạt động bề mặt không cao. Êm dịu với da, lấy dầu ít. Làm
bền bọt, tạo nhũ tốt. Có khả năng phân giải sinh học. Ít chịu ảnh hưởng của nước
cứng và pH của môi trường, tuy nhiên có khả năng tạo phức với một số ion kim
loại nặng trong nước....

Hiện nay để tổng hợp chúng, phương pháp được dùng phổ biến nhất là quá
trình etoxy hóa từ rượu béo với oxyt etylen.
Công thức chung: R-O-(CH2-CH2-O-)nH.
Các rượu béo này có nguồn gốc thiên nhiên như dầu thực vật, mỡ động vật
thông qua phản ứng H2 hóa các axit béo tương ứng.
Hoặc bằng con đường từ rượu tổng hợp: bằng cách cho olefin-1 phản ứng
với H2SO4, rồi thủy phân (thu được rượu bậc 2). Trong thương mại, loại này có
tên gọi: tecitol 15-s-7, union caride 15-s-9...
Chất hoạt động bề mặt không sinh ion được phân loại thành các dạng cơ bản
sau:
Copolimer có công thức chung: HO-(OE)n-(OP)m-(OE)n-H, hoặc
HO-(OP)n-(OE)m-(EP)n-H. Tỷ số PO/OE có thể thay đổi: 4 - 1 hoặc 9 - 1. Trọng
lượng phân tử thấp nhất: 2000đvC, thông dụng nhất hiện nay là loại n = 2 và
m = 30, chúng tạo bọt kém nên dùng phổ biến trong các sản phẩm tẩy rửa chuyên
dùng cho máy: máy rửa chén, máy giặt, không gây hại cho môi trường, độc tính
yếu. Tuy nhiên dùng lượng không lớn vì khả năng phân hủy sinh học chậm.
Các oxit amin, ankyl amin, rượu amit, polyglycerol ete, polyglucosit
(APG)... Nhóm này có tính chất nổi trội là rất ổn định với chất tẩy có clo, nước
javel, chất oxy hóa... thường dùng làm tác nhân nền, tăng tính ổn định bọt, làm sệt,
tạo ánh ánh xà cừ cho sản phẩm ... đặc biệt dễ bị phân hủy sinh học, đó là oxit
amin, ankyl amin, ankylmonoetanolamit, polyglycerol ete, ankyl polyglucosit
(APG), sunfonat Betain, ankylaminopropylsunfo betain, betain etoxy hóa.

2.

Chất hoạt động bề mặt anion


Chất hoạt động bề mặt mà khi hòa tan vào nước phân ly ra ion hoạt động bề
mặt âm, chiếm phần lớn kích thước toàn bộ phân tử hay chính là mạch

Hidrocacbon khá dài, và ion thứ hai không có tính hoạt động bề mặt. Đó là chất
hoạt động bề mặt anion
Có khả năng hoạt động bề mặt mạnh nhất so với các loại khác. Làm tác động
tẩy rửa chính trong khi phối liệu. Khả năng lấy dầu cao. Tạo bọt to nhưng kém
bền... Bị thụ động hóa hay mất khả năng tẩy rửa trong nước cứng, cứng tạm thời,
các ion kim loại nặng (Fe3+, Cu2+...)
Chất hoạt động bề mặt anion rất đa dạng và từ rất lâu con người đã biết sử
dụng trong công việc giặt giũ. Chia làm hai loại chính.
Có nguồn gốc thiên nhiên: Đó chính là sản phẩm từ phản ứng xà phòng hóa
của các estec axit béo với glyxerin (dầu cọ, dầu dừa, dầu nành, dầu lạc, dầu cao
su... mỡ heo, mỡ cừu, mỡ bò, mỡ hải cẩu, mỡ cá voi...)
Có nguồn gốc từ dầu mỏ: Thông qua phản ứng ankyl hóa, sunfo hóa các dẫn
xuất anlkyl, aryl, ankylbenzen sunfonic.
3. Chất hoạt động bề mặt cation
Chất hoạt động bề mặt mà khi hòa tan vào nước phân ly ra ion hoạt động bề
mặt dương, chiếm phần lớn kích thước toàn bộ phân tử hay chính là mạch
Hidrocacbon khá dài, và ion thứ hai không có tính hoạt động bề mặt.
Có khả năng hoạt động bề mặt không cao. Chất hoạt động bề mặt cation có
nhóm ái nước là ion dương, ion dương thông thường là các dẫn xuất của muối
amin bậc bốn của clo.
Êm dịu với da, tẩy dầu ít, không dùng với mục đích tạo bọt. Làm bền bọt,
tạo nhũ tốt... Có khả năng phân giải sinh học kém, hiện nay người ta dùng clorua
ditearyl diamin amoni bậc bốn vì khả năng phân giải sinh học tốt hơn.
Tương lai trên thị trường, sẽ có các cation dạng nhóm chức este dễ phân giải
sinh học hơn cho môi trường, và giảm khả năng gây dị ứng khi sử dụng. Chủ yếu
làm triệt tiêu tĩnh điện cho tóc, vải sợi... nên lượng dùng rất ít.
4. Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính
Những chất hoạt động bề mặt mà tùy theo môi trường là axit hay bazo mà có
hoạt tính cation với axit hay anion với bazo, hay nói cách khác là chất hoạt động bề
mặt có các nhóm lưỡng cực vừa tích điện âm vừa tích điện dương (amin, este).

Có khả năng hoạt động bề mặt không cao, Ở pH thấp chúng là chất hoạt
động bề mặt cationic và là anionic ở pH cao. Có khả năng phân hủy sinh học.
Lượng dùng khoảng 0,2% - 1% trong các sản phẩm tẩy rửa.
Phân loại:


Trong nhóm các chất hoạt động bề mặt lưỡng tính, hiện nay các dẫn xuất từ
betain được sử dụng rộng rãi nhất. Chúng gồm các nhóm chính sau: Ankylamino
propyl betain.
Khi R là gốc lauryl thì có tính tẩy rửa rất tốt, khả năng tạo bọt mạnh, không
là khô da, dịu cho da... hiện nay trên thị trường thường thấy phối trong: dầu gội,
sữa tắm, nước rửa chén... với tên gọi: cocoamino propyl betain (CAPB).
III.
1.

2.

CẤU TẠO, TÍNH CHẤT CỦA CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
Cấu tạo chất hoạt động bề mặt
Cấu trúc chất hoạt động bề mặt gồm có một đầu phân cực và một đầu không
phân cực:

Đầu phân cực hay phần ưa nước đảm bảo chất hoạt động bề mặt có thể hòa
tan được vào trong nước.
Đầu không phân cực hay phần kỵ nước đảm bảo hòa tan các phân tử không
phân cực là các chất bẩn cần được loại bỏ
Các tính chất cơ bản
Tính thầm ướt
Tính thấm ướt tạo điều kiện để vật cần giặt rửa, các vết bẩn tiếp xúc với
nước một cách dễ dàng nên đóng vai trò rất quan trọng.

Vải sợi có khả năng thấm ướt dễ dàng nhưng nước khó thấm sâu vào bên
trong cấu trúc vì sức căng bề mặt rất lớn, nhất là khi vải sợi bị dây bẩn bằng dầu
mỡ. Vì thế, dùng xà phòng để làm giảm sức căng bề mặt của nước và vải sợi–nước.
Khả năng tạo bọt
Bọt được hình thành do sự phân tán khí trong môi trường lỏng. Hiện tượng
này làm cho bề mặt dung dịch chất tẩy rửa tằng lên.
Khả năng tạo bọt và độ bền bọt phụ thuộc vào cấu tạo của chính chất đó,
nồng độ, nhiệt độ của dung dịch, độ pH và hàm lượng ion Ca 2+, Mg2+ trong dung
dịch chất tẩy rửa.
Khả năng hòa tan
Tình hòa tan phụ thuộc vào các yếu tố: Bản chất và vị trí của nhóm ưa nước.
Nhóm ưa nước ở đầu mạch dễ hòa tan hơn nhóm ở giữa mạch.
Chiều dài của mạch Hydrocacbon. Nhóm kỵ nước mạch thẳng dễ hòa tan
hơn mạch nhánh.


Nhiệt độ
Bản chất của ion kim loại: với ion Na +, K+ dễ hòa tan hơn các ion Ca 2+, Mg2+
…
Khả năng hoạt động bề mặt
Nước có sức căng bề mặt lớn. Khi hòa tan xà phòng vào nước, sức căng bề
mặt của nước giảm. Một lớp hấp thụ định hướng hình thành trên bề mặt nhóm ưa
nước hướng vào nước, nhóm kỵ nước hướng ra ngoài. Nhờ có lớp hấp thụ đó mà
sức căng bề mặt của nước giảm vì bề mặt nước – không khí được thay bằng kỵ
nước – không khí (giữa các pha)

Khả năng hoạt động bề mặt
Khả năng nhũ hóa
Nhũ tương là hệ phân tán không bền vững nên muốn thu được hệ bền vững
thì phải cho thêm chất nhũ hóa.

Xà phòng thường được dùng làm chất ổn định nhũ tương. Tác dụng của
chúng là làm giảm sức căng bề mặt của hai hướng dầu – nước. sau đó, làm cho hệ
nhũ tương dễ dàng ổn định.
Điểm Kraft – điểm đục
Khả năng hòa tan của các chất hoạt động bề mặt anion tăng lên theo nhiệt
độ. Khả năng hòa tan này tăng trưởng đột ngột khi tác nhân bề mặt hòa tan đủ để
tạo thành Micell. Điểm Kraft là điểm mà tại nhiệt độ đó các Micell có thể hòa tan
được.
Độ tan của các chất hoạt động bề mặt NI phụ thuộc vào lien kết hydro trong
nước với chuỗi polyoxyetylen. Năng lượng của liên kết hydro rất lớn khi tăng nhiệt
độ vì khi đó sự mất nước làm giảm độ tan. Điểm đục là điểm tại nhiệt độ đó các
chất hoạt động bề mặt NI không hòa tan được.
HLB (tính ưa nước – tính ưa dầu – cân bằng)


3.

HLB là một đơn vị đo lường lưỡng tính đối cực của phân tử
Giá trị của HLB
1–4
không phân tán trong nước
3–6
ít phân tán
8 – 10
phân tán đục nhưng ổn định
13
dung dịch trong
Tính chất vật lý của dung dịch CHĐBM
Cấu tạo lớp bề mặt trên giới hạn lỏng – khí
Sự hấp phụ tăng tỷ lệ với chiều dài mạch carbon trong một dãy đồng đẳng và

các đường này đều đạt giá trị giới hạn Γ m khi nồng độ chất hoạt động bề mặt đủ
lớn.
Trạng thái phân tử CHĐBM trong dung dịch
Khi tăng nồng độ CHĐBM tăng đến một độ nào đó thì nó tồn tại dạng tập
hợp với nhau, hướng các đầu kỵ nước lại với nhau tạo thành micell (trong môi
trường nước)
Các yếu tố ảnh hưởng đến các tính chất của chất hoạt động bề mặt
Nhiệt độ
Nhiệt độ càng cao, độ hòa tan của các chất hoạt động bề mặt càng tốt, độ
nhớt của các chất bẩn dạng lỏng càng giảm, độ hòa tan của chất bẩn càng lớn, phản
ứng trung hòa chất bẩn có tính axit và phản ứng xà phòng hóa chất béo xảy ra càng
dễ dàng, làm tăng hiệu suất giặt tẩy.
Tuy nhiên, nhiệt độ cao cũng làm giảm hoạt tính của một số chất hoạt động
bề mặt dễ hòa tan, giảm độ bền của hệ nhũ. Một số loại vải không thể chịu được
nhiệt độ dung dịch cao.
Đối với các chất hoạt động bề mặt NI, sự hấp phụ tăng theo nhiệt độ và sau
điểm đục, sức căng bề mặt và giao diện của các chất NI có thay đổi.
Loại phân tử
Sức căng bề mặt hay giao diện phụ thuộc vào loại phân tử cấu thành nên
chất hoạt động bề mặt.
Đối với chất hoạt động bề mặt Anion, khi thêm gốc –CH2 vào trong dãy
chất béo, sức căng bề mặt giảm đi (giảm nồng độ). Có thể làm giảm độ hình thành
Micell bằng cách làm mất tính đối xứng trong phân tử bằng cách phân nhánh hoặc
thay thế hai nhánh ngắn hơn thành một nhánh dài duy nhất. Độ hấp phụ cũng tăng
lên theo độ dài của dãy kỵ nước.


Đối với chất hoạt động bề mặt NI, khi tăng dây béo C12 – C14 sức căng bề
mặt giảm vì khi đó khả năng phân cực của đầu phân cực giảm. Sự hấp phụ giảm
khi tăng số oxyetylen ưa nước.

Chất điện ly
Sự hấp phụ: thêm chất điện ly sẽ làm giảm độ hòa tan của các tác nhân bề
mặt dẫn đến làm tăng sự hấp phụ ở các giao diện.
Các chất điện ly sẽ làm giảm CMC vì các chất điện ly trong dung dich chất
tẩy rửa sẽ ngăn cản khả năng hình thành các Micell.

Phần II
ỨNG DỤNG CỦA CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
I.

ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT
Như ta đã biết trong phần mở đầu chất hoạt động bề mặt có rất nhiều ứng
dụng trong đời sống thực tế và trong sản xuất như: Trong công nghiệp sản xuất
chất tẩy rửa; các chất tẩy rửa chăm sóc cá nhân; công nghiệp dệt nhuộm; công
nghiệp thực phẩm; công nghiệp mỹ phẩm; công nghiệp in; trong nông nghiệp;
trong xây dựng; trong dầu khí; trong công nghiệp khoáng sản…
Đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất chất tẩy rửa, chất hoạt động bề mặt được sử
dụng nhiều nhất và thu được hiêu quả cao. Ở đây tôi nghiên cứu sâu vào ứng dụng
tẩy rửa của chất hoạt động bề mặt.
1. Định nghĩa sự tẩy rửa
Sự tẩy rửa được định nghĩa là “làm sạch mặt của một vật thể rắn, với một
tác nhân riêng biệt, chất tẩy rửa, theo một tiến trình lý hóa khác hẳn với việc hòa
tan thông thường”
2. Cơ chế tẩy rửa:
Quá trình tẩy rửa xảy ra theo các bước như sau:
Dung dịch tẩy rửa trong nước làm giảm sức căng của nước, nước thấm sâu
vào xơ sợi.
Quá trình lấy bẩn ra.
Quá trình chống tái bám chất bẩn.
CHĐBM tạo bọt, chất bẩn không tan tập trung lên bề mặt bọt và bị đẩy ra

ngoài hay phân tán vào trong dung dịch ở dạng huyền phù, treo lơ lửng.
3. Vai trò của các chất hoạt động bề mặt


Giảm sức căng bề mặt của nước và lấy bẩn ra
CHĐBM làm giảm sức căng bề mặt của nước làm cho vải được thấm ướt
hoàn toàn. Mỗi phân tử của CHĐBM có 1 đầu ái nước, đầu này bị các phân tử
nước hút và 1 đầu không ưa nước – đầu này đồng thời vừa đẩy nước vừa hút vào
các chất dầu mỡ bẩn. Các lực ngược nhau này đã kéo các chất bẩn ra và làm chúng
treo lơ lửng trong nước ở dạng hòa tan, nhũ hoặc huyền phù. Khuấy đảo của tay
hay máy giặt đã giúp kéo hẳn các chất bẩn ra khỏi bề mặt cần làm sạch.
Các vết bẩn phân cực thì dùng CHĐBM anion, các vết bẩn không phân cực
thì dùng CHĐBM không ion.
VD : Cơ chế tẩy rửa vết bẩn có chất béo:

Ban đầu, sợi có dính vết bẩn dạng dầu mỡ được ngâm trong môi trường
nước. Do sức căng bề mặt của nước lớn nên nước không thể tách hoặc hòa tan vết
bẩn.
Khi hòa tan chất tẩy rửa vào nước, dung dịch chất tẩy rửa này có sức căng bề
mặt nhỏ hơn nước. Dung dịch có thể thấm sâu vào sợi vải và lôi các vết dầu mỡ ra,
các vết dầu mỡ được lấy ra và treo lơ lửng ở dạng nhũ tương hoặc dung dịch đồng
nhất.
Chống chất bẩn tái bám
Các vết bẩn trong dung dịch tẩy có thể ưa hoặc kỵ nước. Các hạt ưa nước sẽ
phân tán vào trong nước và không bị tái bám. Ngược lại các hạt kỵ nước lại có
khuynh hướng bám trơ lại vải. Trong dung dịch tẩy rửa, phần lớn bề mặt vải v à hạt
bẩn tích điện âm.
Các CHĐBM anion bị hút vào hạt bẩn và sợi làm tăng hàng rào tĩnh điện
giữa chúng và các hạt giúp sự phân tán các hạt bẩn ổn định, ngăn sự tái bám.
Nhưng đến một nồng độ nào đó của vết bẩn và CHĐBM nhất định, khi nồng độ

anion càng cao thì sự tái bám càng tăng do sự nén ép lớp điện tích kép bao bọc bề
mặt sợi và hạt.


Các CHĐBM nonion có dây kỵ nước của phân tử càng dài thì tính chống tái
bám càng lớn. Các chất nonion hấp phụ vào bề mặt sợi và các hạt bẩn hướng phần
ưa nước ra ngoài. Hàng rào lập thể được tạo ra và cả lớp nước hydrat hóa sẽ ngăn
chặn các hạt tiến lại gần sợi, chống lại sự tái bám. Nhưng thực tế CHĐBM nonion
có khả năng chống tái bám thấp hơn các anion.
CHĐBM cation không có tác dụng chống tái bám, nó không thích hợp cho
việc giặt tẩy. CHĐBM cation tích điện dương, bề mặt vải tích điện âm vì vậy
chúng bám vào vải nên không có tác dụng chống tái bám.
Là chất tạo bọt
CHĐBM tạo bọt làm cho chất bẩn không tan tập trung lên bề mặt bọt và bị
đẩy ra ngoài. Một CHĐBM hay hỗn hợp CHĐBM có khả năng tạo bọt tối đa
quanh CMC. Với một loại CHĐBM, cmc càng nhỏ thì khả năng tạo bọt càng lớn.
Đối với alkysulfat, chiều dài dây Cacbon tăng thì độ hòa tan cmc giảm, khả năng
tạo bọt tăng; khi di chuyển nhóm ưa nước vào trong dây hay dùng dây Cacbon
mạch nhánh thì làm tăng CMC từ đó làm giả khả năng tạo bọt. Chất HDBM không
ion tạo bọt ít hơn ion trong nước. Để tăng khả năng tạo bọt người ta thêm vào các
thành phần phụ da, đó là các chất hữu cơ có cực có thể làm giảm CMC của
CHĐBM. Các chất tăng cường bọt trong bột giặt, nước rửa chén, các dầu gội đầu
là mono hay dietanol amid tạo bọt bền, mịn và đều.
Ảnh hưởng của môi trường nước đến sự tẩy rửa
Môi trường nước cứng có chứa nhiều ion Ca 2+ và Mg2+ làm kết tủa xà bông,
giảm bọt. Do đó trong bột giặt có chứa các thành phần có tác dụng làm mềm nước.
Ta có thể sử dụng các chất tạo phức như ortho phosphat, pyro phosphat, di
phosphat, triphosphat (tên gọi không chính xác là tripolyphosphat TPP), EDTA
(etylen DiaminTetra-acetat), NTA (Nitrilo Tri-acetic) … Nhưng do các chất tạo
phức có chứa photpho sẽ cung cấp dinh dưỡng cho các thực vật sống trong nước

nhất là tảo, làm cho chúng phát triển nhanh nên tiêu thụ nhiều O2 hòa tan trong
nước vào ban đêm làm cá chết hàng loạt nên hạn chế dùng.
Sử dụng chất tạo môi trường kiềm và có tác dụng đệm để duy trì môi trường
này. Các chất thường sử dụng như TPP, Na2CO3, NaHCO3, các silicat. Trước đây,
người ta sử dụng TPP khá phổ biến nhưng hiện nay Zeolit (các silicat) đang từ từ
thay thế các carboxylat cùng các loại polyme phân giải sinh học tăng tốc và các
silicat mới đang đi vào thị trường.
II.

ỨNG DỤNG CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT TRONG TIÊU ĐỘC, TẨY XẠ
Chất hoạt động bề mặt được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực quân sự, đặc
biệt trong tiêu độc, tẩy xạ. Tác dụng của các chất hoạt động bề mặt chủ yếu phát
huy hiệu quả ở trên bề mặt vật nhiễm độc.
Trong tiêu độc việc sử dụng chất hoạt động bề mặt không thực sự thu được
hiệu quả cao và hoàn toàn. Bởi vì các chất độc không chỉ tác động trên bề măt đối
tượng nhiễm độc mà chủ yếu thấm sâu vào bên trong. Vì vậy để tiêu độc hoàn toàn
phải dùng các chất tiêu độc đặc biệt. Tuy nhiên với sự có mặt của các chất hoạt
động bề mặt giúp tăng cường hiệu quả tiêu độc cao hơn nên chất hoạt động bề mặt
vẫn được ưu tiên sử dụng trong một số trường hợp.
Trong tẩy xạ, các nguồn gây nhiễm xạ chủ yếu tồn tại trên bề mặt ở dạng
bụi, mây phóng xạ hay các mảnh vỡ phóng xạ. Vì vậy việc sử dụng các chất hoạt
động bề mặt để tẩy xạ thu được hiệu quả tác dụng cao và được sử dụng phổ biến.
Sau đây là ứng dụng của chất hoạt động bề mặt trong tẩy xạ.
Bản chất quá trình tẩy rửa của chất hoạt động bề mặt
Trong môi trường nước lực liên kết (kết dính) của các hạt bụi kém hơn từ
hàng chục lần tới hàng trăm lần so với lực liên kết trong môi trường không khí.
Điều đó được giải thích là do nước ở mức độ nào đó sẽ thấm ướt bề mặt các hạt bụi
tạo nên lớp mỏng (độ dày 10 -4 cm - 10-5cm), lớp này có tác dụng làm giảm lực liên

kết.
Tuy nhiên tác dụng tẩy rửa chỉ riêng của nước là không đủ, vì nước có sức
căng bề mặt khá lớn (sức căng bề mặt là lực làm giảm diện tích bề mặt) và do đó
khó thấm ướt các bề mặt khác nhau. Chất lỏng có sức căng bề mặt càng nhỏ càng
dễ thấm ướt các bề mặt rắn. Có thể làm giảm sức căng bề mặt của nước bằng hai
cách:
Đun nước lên hay cho vào nước một số chất hữu cơ, các chất hữu cơ này
được gọi là các chất HĐBM. Sức căng bề mặt của nước giảm ít khi đun nóng. Ví
dụ, đun nước nóng từ 20 0C - 80 0C sức căng bề mặt của nước chỉ giảm 15%.


Hoà tan vào nước một lượng nhỏ các chất HĐBM như xà phòng hay các
chất OP - 10 sẽ làm giảm đáng kể sức căng bề mặt của nước (khi dùng chất OP 10 sức căng bề mặt của nước giảm 2 lần). Kết quả của quá trình này là hoạt tính bề
mặt của dung dịch tăng lên và như vậy khả năng thấm ướt của dung dịch tăng, tức
là dung dịch dễ chảy loang theo bề mặt nhiễm xạ và xuyên thấm vào các lỗ khác
nhau. Điều đó dẫn đến hiệu ứng “thấm loang” và việc tẩy rửa các chất phóng xạ trở
lên dễ dàng hơn.
Các HĐBM là các chất với hàm lượng nhỏ có khả năng làm giảm rõ rệt sức
căng bề mặt các dung dịch nước và hấp phụ lên các bề mặt khác nhau, tạo thành
các lớp màng bền vững bảo đảm khả năng thấm ướt tốt các bề mặt này.
Khả năng của các chất HĐBM làm giảm sức căng bề mặt của nước được
giải thích bằng cấu tạo và tính chất của các phần tử HĐBM.
Như ta đa biết các phân tử chất HĐBM gồm hai phần: phần phân cực và
phần không phân cực.

Phần phân cực của phân tử là nhóm nguyên tử có ái lực liên kết với các phân
tử nước, phần này sẽ bị các phân tử nước lôi kéo về nó. Phần phân cực là phần ưa
nước và đảm bảo khả năng hoà tan của các chất HĐBM vào nước. Phần không
phân cực của phân tử chất HĐBM thông thường là gốc của mạch hiđrocacbon dài
có tính chất hoàn toàn khác nước. Phần này của phân tử là phần không ưa nước.

Các loại xà phòng béo thông thường là thí dụ điển hình của chất HĐBM. Đó
là muối natri của axit pamitic C15H31COONa, phân tử của nó cấu tạo như sau:
CH3- CH2-CH2- . . . - CH2- C-OONa
Phần không phân cực
Phần phân cực
Khi hoà tan vào nước phần phân cực của phân tử chất HĐBM sẽ hướng về
phía nước, phần không phân cực của nước sẽ hướng về phía bề mặt phân pha như
không khí hay bề mặt chất rắn, đẩy các phân tử nước khỏi bề mặt và chiếm chỗ các
phân tử nước trên bề mặt.


Sự phân bố các phân tử chất hoạt động bề mặt trong nước
Những hiện tượng tương tự như vậy xảy ra trên bất kỳ bề mặt phân chia nào
giữa nước và bề mặt kỵ nước bị nhiễm phóng xạ khi có mặt các chất HĐBM.
Kết quả của các hiện tượng đó là trên bề mặt nước tạo thành lớp chất mới có
sức căng bề mặt nhỏ hơn nhiều và khả năng thấm ướt của bề mặt (mà theo nó dung
dịch các chất HĐBM chảy loang) tăng.
Do khả năng HĐBM tăng, các dung dịch tẩy rửa (dung dịch các chất HĐBM
trong nước) dễ thấm nước bề mặt của bất kỳ chất bẩn không ưa nước nào (mỡ, dầu,
bơ, các bụi kim loại) và làm tăng khả năng thấm ướt các bề mặt ưa nước, thấm ướt
chậm (các hạt silicat, các ôxit kim loại, các lớp gỉ).
Có thể hình dung quá trình thấm ướt như sau: các phân tử các chất HĐBM
xâm nhập vào hạt bẩn không ưa nước bằng đầu không phân cực. Đầu phân cực của
phân tử hướng ra ngoài làm cho nó có ái lực đối với nước và các dung dịch tẩy rửa
thấm ướt tốt các chất bẩn.
Trên bề mặt của các chất bẩn ưa nước, lớp hấp phụ kép của chất HĐBM tạo
thành và cũng hướng về dung dịch bằng đầu phân cực.

Các lớp hấp phụ của chất hoạt động bề mặt
Sự thấm ướt làm cho dung dịch chất HĐBM thâm nhập vào giữa chất bẩn

(chất phóng xạ) và bề mặt cần tẩy rửa, xâm nhập vào các khe hở, chỗ nứt mà các
chất bẩn bám vào và phân tách ra thành những hạt nhỏ có kích thước các hạt keo
hay thành các dạng phân tán thô bao lấy các hạt bẩn (bụi phóng xạ) và tạo lên trên


bề mặt chúng một lớp chất HĐBM bền. Chính vì vậy liên kết giữa chất bẩn với bề
mặt bị phá vỡ ngay cả khi chỉ dùng một lực tác dụng cơ học nhỏ (lau chùi bằng bàn
chải, sự đối lưu của dung dịch,...) các hạt bẩn tách khỏi bề mặt và chuyển vào dung
dịch ở dạng nhũ tương, nếu chúng là chất lỏng hay ở dạng huyền phù, nếu chúng là
chất rắn hoặc ở dạng dung dịch keo có độ phân tán các hạt cao.
Các hạt bẩn lơ lửng tạo thành trong dung dịch tẩy rửa phải bền theo thời
gian để tránh sự liên kết các hạt bẩn lại với nhau và hấp phụ lần thứ 2 trên bề mặt
đã được tẩy xạ. Điều này cho phép chúng ta loại được các chất bẩn cùng với dung
dịch các chất HĐBM được sử dụng.
Các chất bẩn không có tính liên kết lại với nhau và không hấp phụ lại trên bề
mặt được tẩy xạ (tức là huyền phù và nhũ tương bền theo thời gian) làm cho các
phần phân cực cùng tên của phân tử chất HĐBM đẩy lẫn nhau.

Các giai đoạn của quá trình tẩy rửa khi dùng các chất hoạt động bề mặt
a- Sự thấm ướt bề mặt chất bẩn và bề mặt cần tẩy xạ bằng dung dịch chất
HĐBM.
b- Sự phân nhỏ và tách các chất bẩn khỏi bề mặt cần tẩy xạ.
c- Phần chất bẩn nằm trong dung dịch tẩy xạ trước khi loại bỏ.
Như vậy, một cách ngắn gọn có thể mô tả vai trò các chất hoạt động trong
quá trình tẩy rửa như sau:
Làm ướt chất bẩn và bề mặt cần tẩy rửa bằng dung dịch tẩy rửa.
Phá vỡ chất bẩn, tách chất bẩn khỏi bề mặt tẩy xạ và chuyển chúng vào dung
dịch.
Giữ chất bẩn trong dung dịch trước khi loại bỏ.
Tất cả chất tẩy rửa là những hạt như hạt keo HĐBM, tức là khi hoà tan các

chất tẩy rửa tạo lên các dung dịch gần với dung dịch keo chứ không phải dung dịch
thật. Trong dung dịch nước các phân tử của các chất HĐBM liên kết với nhau
bằng đầu không phân cực tạo lên các trạng thái tập hợp to hay nhỏ khác nhau
gọi là mixen, các hạt mixen chứa đến 1000 phân tử riêng biệt. Sự hình thành


mixen xảy ra chỉ khi nồng độ đạt đến một giá trị nhất định nào đó, nồng độ này
gọi là nồng độ giới hạn tạo mixen (C gh).
Khi nồng độ vượt quá nồng độ giới hạn trong dung dịch đồng thời có
mặt các ion, các phân tử và mixen của chất tẩy rửa, giữa chúng thiết lập cân
bằng động. Các ion và phân tử HĐBM làm giảm sức căng bề mặt và tăng khả
năng thấm ướt của dung dịch khi hấp phụ trên các hạt bẩn và bề mặt cần tẩy
rửa, chúng làm cho các chất bẩn dễ tách khỏi bề mặt. Các chất bẩn đã được
tách khỏi bề mặt được các ion và các phân tử của chất tẩy rửa bao quanh, nhờ
đó các chất bẩn không liên kết với bề mặt nữa. Lớp ion và phân tử chất tẩy rửa
bao quanh hạt bẩn càng chặt càng dày thì chất bẩn càng được tồn tại lâu hơn
trong dung dịch. Tuy các lớp này chỉ có thể tạo thành khi trong dung dịch có
các mixen, các mixen này bù đắp lại các ion và các phân tử chất tẩy rửa trong
dung dịch bị giảm. Do đó tính chất tẩy rửa tốt nhất thể hiện khi nồng độ chất
tẩy rửa trong dung dịch hơi lớn hơn nồng độ giới hạn C gh

KẾT LUẬN
Trong điều kiện kinh tế xã hội hiện nay, việc sử dụng các chất tẩy rửa cũng
như việc sử dụng các chất hoạt động bề mặt là nhu cầu rất cần thiết. Càng ngày
người ta càng nghiên cứu, phát hiện ra nhiều ứng dụng của chất hoạt động bề mặt
hơn cũng như hiệu quả của nó trong thực tiễn. Trong đó, việc tăng cường các trang
thiết bị kỹ thuật, hiện đại hóa quá trình sản xuất các chất hoạt động bề mặt sẽ góp
phần rút ngắn được thời gian sản xuất, tăng sản lượng và hiệu quả kinh tế cao hơn.
Trong lĩnh vực quân sự, trước tình hình hiện nay, việc sử dụng các các chất
độc quân sự không còn phổ biến. Tuy nhiên, không thể không có công tác dự

phòng, canh gác. Bên cạnh việc tăng cường công tác quan trắc, giám sát phát hiện
chất độc chúng ta cần phải tiếp tục nghiên cứu các phương pháp tiêu độc, tẩy xạ
mà yếu tố không thể thiếu đó là sự có mặt của các chất hoạt động bề mặt.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.
2.
3.
4.

5.
6.

Nguyễn Minh Thảo, tổng hợp hữu cơ, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà
Nội 2005.
Mai Hữu Ích, “Phương pháp tiêu độc, tẩy xạ, diệt trùng”, Nxb QĐND, Hà
Nội, 2001.
Chất và dung dịch tiêu độc, tẩy xạ, diệt trùng, Bộ tư lệnh hóa học, 1989.
S.Franke hóa học các chất độc quân sự, Nhà xuất bản quân sự nước cộng
hòa dân chủ Đức, 1977. Học viện kỹ thuật quân sự dịch và in 1984.
Tập 1/1 và tập 1/ 2 do tiến sĩ Cao Hùng Thái dịch.
Tập 2 do TS Nguyễn Hữu Vị dịch từ tiếng Nga
Tẩy xạ, TS Nguyễn Hữu Vị dịch từ tiếng Nga, Học viện kỹ thuật quân sự in
1984.
Các tài liệu thu thập trên mạng khác