CHUONG 4 e TUONG TAC HBL LBL

Chương 4. Năng lượng tương tác

I.

hidrophin và lipophin

Khái niệm Winsor về sự tương tác trong hệ nhũ tương

1.1. Sự tương tác của hệ
1948 Winsor đã đề xuất các pha của O/W/S áp dụng trong nghiên cứu nhũ tương.
-Chỉ ra sự chuyển hóa từ hệ này sang hệ khác được thực hiện như thế nào khi chú ý
đến sự tương tác của các chất hoạt động bề mặt (S), tướng hữu cơ (O) và môi trường
của sự phân tán (w)


Sự tương tác của hệ

•

Năng lượng hiđrophin (ưa nước)
Đó là tương tác tĩnh điện do các điện tích ion và các lưỡng cực thuận từ, các liên kết hiđro.

•

Năng lượng lipophin (kị nước)
Đó là tương tác điện động học do sự chuyển động của các electron trong phân tử, đó chính là tương
tác giữa các phân tử.


1.2. Tỷ số năng lượng hiđrophin và lipophin

E OO
Tỷ số R theo Winsor được định nghĩa là E
tương tác bởi một đơn vị không khí ở lớp tiếp giáp

EL CO

giữa lưỡng tính với dầu và lưỡng tính với nước:

E LL

E HH

ELcw
EH CW

E WW

ECO
R=

ELCO + EH CO -E OO -E LL
ELCW + EH CW -E WW -E HH
ECW

=

ECO
ECW

EH CO

1.3. Cấu tạo các tướng trong hệ Winsor

•

•
•
•
•

Khi trộn lẫn ba cấu tử O, W và chất HĐBM vào nhau tùy theo bản chất và tỷ lệ các cấu tử trong hỗn hợp mà có
thể thu được các hệ khác nhau :
1- Hệ WINSOR I gôm 2 pha : (O)/vi nhũ (M).
2- Hệ WINSOR II gồm 2 pha : (M)/ (W).
3- Hệ WINSOR III gồm 3 pha (O)/(M)/W.
4- Hệ WINSOR IV gồm 1 pha đồng nhất : M.

O
M
WINSOR I

O

M

M

W

W

WINSOR II

WINSOR III

M
WINSOR IV


Experimental procedure – dead oil
Seal open end

24 hr

Oil

Initial interface

Brine + surfactant
Pipette
(bottom sealed)

Winsor Type - I

micro

micro

Varying salinity

Winsor Type - III

Winsor Type - II
5

Optimal salinity


1.3. Cấu tạo các tướng trong hệ Winsor
Theo Winsor cấu tạo của các pha có mặt trong hệ phát triển theo tỷ số R của E tương tác:

R = 1, năng lượng tương tác hiđrophin và lipophin ở p

(interphase) bằng nhau, trường hợp này cho winsor

cả ba pha đều có mặt, vi nhũ tương cân bằng với pha

* R>1, lưỡng tính (amphiphile) trở nên lõm so với nước, mặt
cơ và pha nước:

lồi đối với tướng hữu cơ, thuận lợi để hình thành mixen 2
nước
R<1 màng lưỡng tính (amphiphile)
trởtrong
nên lồidầu
với nước, thuận lợi hình thành mixen O/W


1.3. Cấu tạo các tướng trong hệ Winsor

Cấu tạo hình lá
Cấu tạo phao


Thay đổi tỷ số R


Thay đổi tỷ số R

Sự thay đổi năng lượng tương tác


Tăng độ tan của O trong W (winsor I)
ECO

R

R =

EL CO + EH CO
EL CW + EH CW
ECW

Giảm lượng nước  Ecw giảm (do định luật tác dụng khối lượng)
Bổ xung thêm chất hữu cơ (có kn tạo liên kết hidro) tan trong pha dầu: ancol;
amin; EHco tăng

Tăng thêm phần kỵ nước của CHĐBM ELco tăng

Tăng độ tan của O trong W (winsor I)
R

Bổ xung muối vô cơ vào dd nước EHcw giảm
 pH thấp của môi trường
+Nếu có đủ lượng chất HĐBM, và thực hiện một trong các yếu tố trên hệ chuyển từ
winsor
I  III  II


Tăng độ tan của w trong o (winsor II)
ECO

R

Giảm lượng dầu Eco giảm (do định luật tác dụng khối lượng

R =

EL CO + EH CO
EL CW + EH CW
ECW

Bổ xung vào pha nước chất hc tan đặc trưng lipophinELcw tăng
Giảm đầu ưa dầu của chất HĐBM ELco giảm
 Thêm vào tướng dầu một hợp chất hc hòa tan, đặc trưng lipophin (ít hydrophilic)
ELcw giảm

Nếu có đủ lượng chất HĐBM, hệ chuyển từ winsor II  III  I.

ECO
R =

EL CO + EH CO
EL CW + EH CW
ECW

Thay đổi đặc trưng của hệ

Cơ chế

R

Giảm lượng nước

Ecw giảm

tăng

Thêm dung môi phân cực vào tướng dầu

EHCO tăng

tăng

Thêm dung dịch muối vào nước

EHcw

tăng

Tăng Mw của chất tạo nhũ

ELcw tăng

Giảm

Thêm vào pha nước một ít chất Lypophin

ELco giảm

Giảm

Thêm vào pha dầu một ít Hydrophin

ELcw giảm

Giảm

giảm


III. Sự lựa chọn các chất hỗ trợ hoạt động bề mặt (cotensio-actif) (chất phù trợ)
3.1. Ứng dụng của ancol và glycol:
*

Tổng E tương tác của các cặp HĐBM/ĐHĐBM = ELCO và EHCW

Ở đây Xt và Yc là tỷ lệ chất HĐBM và ĐHĐBM:
Xt + Y c = 1

ELCO

EL CO = X t ELtCO + YC ELcCO
t
EH CW = X t EH CW
+ YC EH cCW

EHCW


Sự lựa chọn các chất ĐHĐBM
(cotensio-actif) (chất phù trợ)

-

Với các ancol và glycol theo hướng lipophin, nC> 4

-

ELcco < ELtco

EHcCW < EHtCW

giảm tương tác giữa pha tiếp giáp và O,
pha tiếp giáp và W
ngay khi tăng lượng chất ĐHĐBM vào tướng tiếp giáp
Thêm ancol lipophin,

XtELtco -Yc ELcco << XtELtCW - YcELcCW
R tăng, hệ chuyển từ winsor I  III  II


-Khi sử dụng các ancol nC<4 tính hiđrophin
t
c
t
c
XE LCO - YE LCO > XE HCW – YE HCW
R giảm, hệ chuyển từ winsor II  III  I.


3.2. Ứng dụng axit hữu cơ

•
•
•
•

Axit oleic : HLB =1
Kali oleat : HLB =20,
Axit béo+ NaOH ( KOH): HLB: 1-20.
Ảnh hưởng của pH:

+ pH= 4 Chỉ có RCOOH
+ pH > 8,5 tất cả RCOOH  RCOONa
pH=6,5: thích hợp làm vi nhũ W/O
XtELtco -Yc ELcco < XtELtCW - YcELcCW
R tăng, hệ chuyển từ winsor I  III  II

3.2. Ứng dụng axit hữu cơ
* Chất HĐBM “ancolic”, thường được thêm vào hệ phục vụ hiều quả theo hướng hiđrophin hay
lipophin để làm tăng độ bền của nhũ, hoặc là độ hòa tan của các chất giữa chúng, các ancol
tan trong tất cả các axit và xà phòng cải thiện thêm bộ mặt sản phẩm và độ bền.
* Ảnh hưởng của pH: ở pH 4 không có mặt xà phòng còn ở pH lớn hơn 8,5 tất cả axit béo
chuyển thành xà phòng.


IV. Một số ví dụ đơn giản ứng dụng thực tế. Khái niệm winsor

4.1. Dầu sunfat hóa hay sunfo hóa
Dầu sunfat hóa hay sunfo hóa biểu hiện tất cả đặc trưng của sản phẩm hỗ trợ có thể cho sự phân tán
nước hay dầu theo điều kiện có thể thực hiện; dầu sunfat hóa hay sunfo hóa chứa đựng tất cả các yếu tố
cần thiết để điều chế một hệ phân tán
- Chất hoạt động bề mặt: Phân tử dầu có gắn nhóm SO 3 hay –O–SO3 thể hiện ra ở hàm lượng SO3
liên hợp, phần trăm của sản phẩm cuối, lượng phân tử sunfo hóa trong dầu thương mại là 10-20% của
hỗn hợp