Tính năng kĩ thuật của các chất hoạt động bề mặt

Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Khoa Công nghệ Hóa

CÔNG NGHỆ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
Chương 2: Tính năng kĩ thuật của các chất hoạt động bề
mặt

1


Nội dung

Phần 1: Khả năng tạo nhũ
Phần 2: Khả năng tẩy rửa
Phần 3: Khả năng tạo bọt
Phần 4: Các chỉ tiêu đánh giá khác

2


Phần 1:

Khả năng tạo nhũ

1.1. Phân loại nhũ tương:
• Định nghĩa: Nhũ tương là một hệ phân tán cao
của hai hay nhiều chất lỏng không trộn lẫn vào
nhau, pha phân tán là những giọt nhỏ, pha còn
lại dưới dạng pha liên tục

Nhũ tương dầu trong dấm

3


Phần 1:

Khả năng tạo nhũ

• Đặc điểm:
- Sức căng bề mặt liên pha càng nhỏ thì nhũ tương
thu được càng dễ dàng.
- Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo nhũ: kiểu thiết
bị, cường độ năng lượng cung cấp, nhiệt độ, pH,
lực ion, sự có mặt của chất hoạt động bề mặt, sự có
mặt của oxy, bản chất của dầu…

4


Phần 1:

Khả năng tạo nhũ

• Phân loại:
- Theo tính chất của pha phân tán và môi trường phân tán:
Pha phân cực (w) và pha không phân cực (o)
+) Nhũ tương w/o (nước trong dầu): nhũ tương loai 1 hay
nhũ tương thuận
+) Nhũ tương o/w (dầu trong nước): nhũ tương loại 2 hay
nhũ tương nghịch

Nhũ tương w/o và o/w
5


Phần 1:

Khả năng tạo nhũ

- Theo kích thước của pha phân tán:
+) Macroemulsions: >400 nm
+) Microemulsions: 100 – 400 nm
+) Nanoemulsions: < 100 nm
- Theo nồng độ pha phân tán
+) Nhũ tương loãng: nồng độ pha phân tán < 0,1% thể tích, đường
kính khoảng 10 µm, có tích điện
+) Nhũ tương đậm đặc: pha phân tán có thể đến 74% thể tích,
đường kính hạt khoảng 1 µm  
+) Nhũ tương rất đậm đặc: pha phân tán > 74% thể tích, có hình đa
diện ngắn cách nhau như tổ ong, có tính chất cơ học giống như gel
 

6


Phần 1:

Khả năng tạo nhũ

1.2.Độ bền vững tập hợp nhũ tương
• Chất nhũ hóa: là chất làm giảm sức căng bề mặt

và duy trì sự ổn định cấu trúc của hệ nhũ tương
• Phân loại:
+) Theo tính chất của phần kị nước gồm: chiều dài,
độ bất bão hòa, sự phân nhánh, sự có mặt và vị trí
của vòng thơm trong gốc hydrocacbon
+) Theo điện tích của nhóm phân cực: cation, anion,
không ion và lưỡng tính
7


Phần 1:

Khả năng tạo nhũ

• Vai trò của chất nhũ hóa trong sự hình thành nhũ
+) Chất nhũ hóa là các CHĐBM.
HLB từ 3-6 cho nhũ W/O
HLB từ 7-17 cho nhũ O/W
+) Nó tồn tại giống như một lớp film CHĐBM. Tạo ra ra 2 sức căng bề
mặt nội là Tos và Tws. Nếu giá trị HLB cao (lớn hơn 10) thì Tos sẽ dài
hơn Tws. Lực bên trong mạng lưới tương ứng có xu hướng làm cong bề
mặt pha dầu, pha dầu trở thành pha phân tán

8


Phần 1:

Khả năng tạo nhũ

cần thiết phải có đủ chất nhũ
hóa hiện diện để hình thành ít nhất
một lớp đơn CHĐBM bao phủ lên bề
mặt giọt lỏng của pha phân tán

9


Phần 1:

Khả năng tạo nhũ

• Độ bền vững của tập hợp nhũ tương
- Hệ nhũ tương là hệ không bền nhiệt động, có thể xẩy ra sự
phá hủy như sau :
+) Sự nổi lên hay lắng xuống của pha phân tán dưới ảnh
hưởng của trọng lực
+) Sự kết tụ của pha phân tán do lực đẩy tĩnh điện giữa các
giọt giảm, có thể dẫn đến phân chia thành hai lớp.

Các hiện tượng phá
hủy nhũ tương
10


Phần 1:

Khả năng tạo nhũ

- Bản chất và hàm lượng chất nhũ hóa có ảnh hưởng

nhiều đến độ bền và loại nhũ tương
Độ bền vững của nhũ tương do :
+) Sự giảm sức căng bề mặt phân chia pha
+) Sự hấp phụ của chất nhũ hóa lên bề mặt phân
chia pha
+) Sự tồn tại của lớp điện tích kép
+) Tỷ lệ pha phân tán và môi trường phân tán
11


Phần 1:

Khả năng tạo nhũ

Sự ổn định về điện tích

Sự ổn định cấu trúc không gian

Sự ổn định bởi lực hydrat hóa

Sự ổn định điện tích không gian
12


Phần 1:

Khả năng tạo nhũ

1.3. Điều chế và phá vỡ nhũ tương
- Điều chế nhũ tương: Sử dụng lực cơ học

khuấy trộn hoặc sóng siêu âm kết hợp với
chất nhũ hóa

13


Điều chế mayone

14


Phần 1:

Khả năng tạo nhũ

- Phá vỡ nhũ tương :
+) Thêm chất điện ly hóa trị cao có tác dụng ngược
đối với hệ. Nhũ tương o/w: với CHĐBM anionic thì
sử dụng ion kim loại nặng, với CHĐBM nonionic thì
sử dụng muối điện ly nồng độ cao
+) Sử dụng thêm chất nhũ hóa có tác dụng ngược
lại với chất nhũ hóa ban đầu
+) Nhũ tương có thể phá vỡ bằng ly tâm, lọc, điện
ly, đun nóng.

15


Phần 1:

Khả năng tạo nhũ

• Một số CHĐBM được ứng dụng làm chất nhũ hóa
của hệ o/w

16


Phần 1:

Khả năng tạo nhũ

• Một số CHĐBM được ứng dụng làm chất nhũ hóa
của hệ o/w

17


Phần 2:

Khả năng tẩy rửa

2.1. Cơ chế tẩy rửa:
- Sự tẩy rửa là quá trình làm sạch bề mặt rắn (bao gồm cả
vải sợi) trong một dung dịch trong đó có các quá trình hóa lý
xẩy ra. Quá trình này bao gồm :
+) Lấy đi các vết bẩn khỏi bề mặt rắn
+) Giữ các vết bẩn đã lấy đi lơ lửng để tránh chúng tái bám
trên bề mặt rắn
Vết bẩn bao gồm vết bẩn không phân cực (vết bẩn dầu mỡ)

hoặc vết bẩn dạng hạt (các hạt mịn). Các vết bẩn chất béo
và dạng hạt này có thể tồn tại độc lập hay hòa lẫn với nhau
18


Phần 2:

Khả năng tẩy rửa

• Cơ chế tẩy rửa với các vết bẩn có chất béo 

Minh họa cơ chế tẩy rửa của CHĐBM theo thuyêt nhiệt
động (a) và theo cơ chế rolling up (b)

19


Phần 2:

Khả năng tẩy rửa

- Theo thuyết nhiệt động – phương pháp lanza : Khi thêm
CHĐBM vào nước, do sự hấp phụ của chúng trên sợi và vết bẩn
làm giảm sức căng bề mặt của chúng (so với nước) cho đến khi
tổng của chúng trở nên nhỏ hơn sức căng bề mặt của giao diện
sợi/vết bẩn, lúc đó vết bẩn tự tẩy đi.
- Cơ chế rolling up (cuốn đi) : CHĐBM do chúng hấp phụ lên
sợi vết bẩn làm giảm sức căng bề mặt giao diện sợi/nước và
bẩn/nước, lúc đó màng dầu sẽ cuốn lại và tách ra khỏi sợi do
lực cơ học như chà xát.

20


Phần 2:

Khả năng tẩy rửa

-Cơ chế hòa tan: Các phân tử CHĐBM kết hợp với
nhau hình thành mixen ở nồng độ CMC. Khi đó các
chất béo được hòa tan bên trong các mixen.
+) Ở cơ chế này không những cần giảm sức căng bề
mặt mà còn phải tăng nồng độ hoạt chất để hình thành
mixen và có được một số mixen đủ tùy theo lượng vết
bẩn có trong dung dịch giặt rửa.

21


Phần 2:

Khả năng tẩy rửa

• Cơ chế tẩy rửa với các vết bẩn dạng hạt
- Thuyết nhiệt động và điện học : CHĐBM bị hấp phụ
trên các hạt và bề mặt rắn làm cho hạt và bề mặt cùng
phân cực cùng dấu (tích điện giống nhau) làm gia tăng
lực đẩy và do đó làm cho quá trình tẩy rửa xẩy ra.
- Các dung dịch chất tẩy rửa có khả năng tạo bọt cao,
một phần chất bẩn sẽ tách vào bọt, ngăn không cho
vết bẩn bám trở lại trên bề mặt đã được tẩy rửa.

 

22


Phần 2:

Khả năng tẩy rửa

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tẩy rửa
• Bản chất CHĐBM sử dụng :
- Đối với CHĐBM anion, khi thêm gốc –CH2 vào trong
dẫy chất béo, sức căng bề mặt giảm. Có thể làm
giảm độ hình thành mixen bằng cách làm mất tính đối
xứng trong phân tử như thêm nhánh
- Đối với CHĐBM không ion, khi tăng mạch cacbon
C12 – C14 sức căng bề mặt giảm. Sự hấp phụ giảm khi
tăng nhóm etylen oxit ưa nước .

23


Phần 2:

Khả năng tẩy rửa

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tẩy rửa
• Nhiệt độ:
- Nhiệt độ càng cao, độ hòa tan của các CHĐBM càng tốt,
độ nhớt của các chất bẩn dạng lỏng càng giảm, độ hòa tan

của chất bẩn càng lớn, làm tăng hiệu suất giặt tẩy.
- Tuy nhiên, nhiệt độ cao cũng làm giảm hoạt tính của một
số CHĐBM dễ hòa tan, giảm độ bền của hệ nhũ.
- Đối với CHĐBM không ion, sự hấp phụ tăng theo nhiệt độ
và sau điểm đục, sức căng bề mặt có thay đổi.
24


Phần 2:

Khả năng tẩy rửa

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tẩy rửa
• Nước : có thể hòa tan một số chất điện ly làm thay
đổi khả năng tẩy rửa của CHĐBM
• pH: dung dịch tẩy rửa mang tính kiềm tốt cho quá
trình tẩy rửa (9,0 – 11,5)
• Loại vết bẩn : các vết bẩn từ dầu mỡ động thực vật,
mầu…
•Loại vải sợi : sợi thiên nhiên, sợi tổng hợp, sợi nhân
tạo, …

25