phan_1-chuong_1-ly_thuyet_co_ban_ve_chat_hdbm

CÔNG NGHỆ

SẢN XUẤT CHẤT TẨY RỬA

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ

CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ

MẶT

TS. Lê

Thị

Hồng

Nhan

1

1

•Tình

hình

Là

một

trong

những

nhóm

hóa

chất sử

dụng

nhiều nhất trên

thế

giới

Sử

dụng

trong

lĩnh

vực: tẩy rửa, mỹ

phẩm, công

nghiệp liên

quan

vi điện tử, môi

trường, dầu

khí, sinh

học, ức chế

ăn mòn, …

Thị

trường

chất hoạt

động

bề

mặt

cao

(khoảng

3 tỷ

USD trong

1997)

1.1.1.CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1.1.1. Giới thiệu

2

2


Thị

trường

chất họat

động

bề

mặt trên thế

giới

1995-2005 ( ngàn

tấn)

Vùng 1995 2005 % tăng

/nămNhật 565 655 1,5

Tây

Âu 2100 2165 0,3Bắc Mỹ 1800 1960 1,0

Châu Á Thái bình dương 2690 4340 6,1Châu

Mỹ

la tinh 1575 1785 2,6Các

vùng

còn

lại 1645 2765 6,8Tổng

cộng 10220 13870 3,6Tây

âu, Bắc Mỹ

: khoảng

80% chất họat

động

bề

mặt

ở

trên

cơ

sở

dầu mỏchâu

Á

Thái

bình

dương: 55-65% chất họat

động

bề

mặt trên cơ

sở

dầu

béo

thiên

nhiên.

3

3


Lượng

chất họat

động

bề

mặt

được sử

dụng

ở

các

lĩnh

vực và

các

vùng

khác

nhau

trên

thế

giới năm

1995)

Asia-Pacific Western Europe North America

Household Products 58 % 56% 40%

Industrial & Institutional CleanersAll others industrial uses ( pulp and paper, textile, construction,…..

2%

40%

9%

35%

10%

50%

% used in all industrial application

42% 43% 60%

Tổng

cộng

(triệu tấn) 2,8 1,9 2,5

Tổng

cộng

trong

sử

dụng

công

nghiệp (triệu tấn)

1,18 0,82 1,50

4

4

•Tên

gọi

Surfactant = Surface-active agent

Tồn tại

ở

nồng

độ

thấp

trong

hệ

thống

Hấp thu lên bề

mặt hay mặt

phân

chia

pha

=> thay

đổi năng

lượng

tự

do của bề

mặt.


5

5

Phân

tử

chịu tương

tác

của

các

phân

tử

bao

quanh: lưỡng cực-

lưỡng

cực; ;lưỡng

cực-

lưỡng

cực cảm

ứng; Khuếch

tán

=> Lực liên kết

Van der

Walls

(B): lực cân bằng (A) lực

không

cân

bằng

⇒lực

ép

vào

trong

lòng

chất lỏng

= nội áp

Nội

áp

kéo

phân

tử

từ

bề

mặt

phân

chia

pha

=> giảm bể mặt

đến mức tối thiểu

A A

B B B

1.1.1.CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1.1.2. Sức căng

bề

mặt

6

6

•Thế

năng

(A) > Thế

năng

(B)

⇒Δ

năng

lượng

(A) và

(B) = năng

lượng

bề

mặt

•Muốn tăng

bề

mặt: đưa

phân

tử

trong

lòng

ra

bề

mặt -> thực hiện

công

chống

lại lực tương

tác

phân

tử

-> năng

lượng

dư

bề

mặt dEs


bề

mặt

dsdEs=σ

σ= năng

lượng

tạo ra 1 unit bề

mặt = sức căng

bề

mặt = Lực tác dụng

trên

một

đơn vị

chiều

dài

giới hạn

(chu

vi) bề

mặt

phân

chia

pha

và

làm

giảm bề

mặt của chất lỏng

(dyn.cm-1,erg.cm-2

)

dsdEs .σ=

7

7

•Các

yếu tố ảnh

hưởng

sức căng

bề

mặt-Bản chất

pha

tiếp xúc

-Nhiệt

độ-Áp

suất

-Độ

cong bề

mặt-Sự

xuất hiện của chất thứ

hai

trong

chất lỏng


bề

mặt

8

8

-Bản chất

pha

tiếp xúc•

Chất lỏng

phân

cực mạnh-> tương

tác

phân

tử

lớn,

nội áp lớn -> sức căng

bề

mặt lớn• Mật

độ

phân

tử

•

Nếu hai chất lỏng

chỉ

hòa

tan một phần

vào

nhau

thì sức căng

bề

mặt trên giới hạn lỏng

lỏng

gần bằng

hiệu số

giữa sức căng

bề

mặt của mỗi chất ( đã bảo

hòa

chất kia) so với

không

khí.

•

Dưới tác dụng

của sức căng

bề

mặt, thể

tích

khối chất lỏng

sẽ

hướng

tới dạng

hình

cầu ( nếu

không

có

ngoại

lực) vì

bề

mặt hình cầu là bề

mặt bé nhất giới hạn một thể tích

chất lỏng

đã cho


bề

mặt

9

9


bề

mặt

Chất lỏng σo σI Chất lỏng σo σI

Nước 72,75 - Ethanol 22,30 -Benzen 28,88 35,00 n-octanol 27,50 8,50Acid acetic 27,60 - n-hexan 18,40 51,10CCl4 26,80 45,10 n-octan 21,80 50,80Glycerin 66,00 - Anilin 42,90 -

Bề

mặt chất lỏng Nhiệt

độ

(oC)

Sức căng

bề

mặt lỏng-không

khí

(dyn/cm)Sức căng

bề

mặt lỏng-lỏng(dyn/cm)

Lớp hữu cơ Lớp nước Tính

toán Thực nghiệm

Benzen/nước 19 28,8 63,2 34,4 34,4

Anilin/nước 26 42,2 46,4 4,2 4,8

Sức căng

bề

mặt của

các

chất lỏng

tiếp xúc với

không

khí

(σo) và

của chất lỏng

tiếp xúc

với nước (σI) ở

20oC ( dyn/cm

10

10

(1) Chất hoạt

động

bề

mặt(2) Chất

không

họat

động

bề

mặt

(3) Chất

không

ảnh

hưởng

đến sức căng

bề

mặt

1.1.1.CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1.1.3. Chất hoạt

động

bề

mặt

Nồng độ

Sức căng bề mặt

(1)

(2)

(3)

11

11

•

Các

chất họat

động

bề

mặt:-Chất có khả

năng

làm

giảm sức căng

bề

mặt của

dung môi

chứa

chúng. Thường

là: các

chất hữu cơ

như

các

acid béo, muối của acid

béo, ester, rượu, alkyl sulfate….

•

Cấu tạo:

gồm

hai

phần:+ Phần

phân

cực

( ái

nước, ưa nước, háo

nước=lyophilic

group) + Phần

không

phân

cực

( kỵ

nước, ghét

nước hay ái dầu,

háo

dầu, ưa dầu= lyophobic

group)

1.1.1.CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1.1.3. Chất hoạt

động

bề

mặt

12

12

•

Độ

hoạt

động

bề

mặt = biến thiên sức căng

bề

mặt theo nồng

độ

1.1.1.CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1.1.4. Độ

hoạt

động

bề

mặt

dad

dcd σσ

−− hay ;

•

Đại lượng

Gibbs G* = -dσ/dcDd

nước: chất tan có độ

phân

cực giảm -> G* tăng

13

13

1.1.1.CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1.1.4. Độ

hoạt

động

bề

mặt

C, mol/l

σ, dyn/cm

(1)

(2)

(3)

35

50

65

0,16 0,36 0,54

(4)(5)

(1)HCOOH(2) CH COOH(3) CH CH COOH(4) CH (CH ) COOH(5)(CH ) CHCH COOH

3

3 2

3 2 2

3 2 2

•

Quy

tắc

Traube: Độ

hoạt

động

bề

mặt tăng

3-3.5 lần khi chiều dài mạch

carbon tăng

thêm

1 nhóm

CH2

Trong

dãy

đồng

đẳng, độ

hoạt

động

bề

mặt biến

đổi

theo

quy luật

14

14

1.2.1.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

15

15

1.3.1.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

16

16

1.3.2.SỰ

HÌNH THÀNH 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

17

17

1.3.2.SỰ

HÌNH THÀNH MICELLE

Micelle trong

các

hệ

khác

nhau: O/W, W/O

18

18

1.3.3.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

Nồng

độCMC

19

19

1.3.4.YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 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

20

20

1.3.4.YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG CMC

Số

nguyên

tử

C 8 10 12 14 16 18

CMC x 103

mol/L 140 33 8,6 2,2 0,58 0,23

CMC của

dung dịch

sodium alkyl sulphate

trong

nước

ở

40oC

Nồng

độ

NaCl

(mol/L) 0 0,01 0,03 0,1 0,3

CMC x 103

mol/L 8,1 5,6 3,1 1,5 0,7

CMC của

dung dịch

sodium lauryl

sulphate

trong

dd

NaCl

ở 25oC

21

21

1.3.5.CÁC TÍNH CHẤT KHÁC 1.3.5.1.Điểm Kraft

•

Điểm Kraft: là

nhiệt

độ

ở

đó

độ

hòa

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

22

22

1.3.5.CÁC TÍNH CHẤT KHÁC 1.3.5.2.Điểm đục

•

Điểm

đục:

là

nhiệt

độ

ở

đó chất HĐBM không

ion trở

nên không

thể

hòa

tan, tách

ra

khỏi

dung dịch

•

Liên

quan

chất HĐBM không

ion•

Độ

dài

gốc

akyl

tăng

-> điểm

đục giảm

•

Lượng

nhóm

oxide ethylene giảm -> điểm

đục giảm

23

23

1.3.5.CÁC TÍNH CHẤT KHÁC 1.3.5.3.HLB

•

Hydrophile-Lipophile

Balance -HLB:

Mối tương

quan

ái nước-

ái

dầu

•

Thang

đo

HLB: 1-40•

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

24

24


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

25

25


Công

thức tính HLB:+Công

thức của Davies:

HLB = 7 + Σ

HLB nhóm

ái

nước -Σ

HLB nhóm

kỵ

nước

+ Công

thức của

Kawakami:HLB = 7 + 11,7 log ( Mn/Md)

Mn

: Khối lượng

phần tử ưa nước

trong

phân

tửMd

: Khối lướng

phần tử ưa dầu

trong

phân

tử

+ Công

thức

tính

ester của

acid béo

và

rượu

đa chức:HLB = 20 ( 1 –

S/A)

S: Chỉ

số

xà

phòng hóa của esterA: Chỉ

số

acid của acid béo

26

26


Công

thức tính HLB:Nếu ester không đo được chỉ

số

xà

phòng thì

có

công thức

sau:HLB = (E + P) / 5

E, P: phần trăm khối lượng của EO và rượu đa chức trong phân tử.

+Công thức Griffin: hỗn hợp có

nhiều chất hoạt động bề mặt thì

HLB hh

= Σ

xi

HLBixi :

phần khối lượng trong tổng lượng chất họat động bề

mặt

27

27


Chất hoạt

động

bề

mặt Giá

trị

thực Giá

trị

tính

toánTween

18 15 15,8

Tween

81 10 10,9Span 20 8,6 8,5Span 40 6,7 7,0Span 60 4,7 5,7Span 80 4,3 5,0Glycerol Stearat 3,8 3,7Span 65 2,1 2,1

28

28

1.3.5.CÁC TÍNH CHẤT KHÁC 1.3.5.4.Đặc tính

bề

mặt lỏng-rắn và quan hệ

3 pha

•

Đặc tính bề

mặt lỏng-rắn

và

quan

hệ

3 pha:(Khí)

(Lỏng)

(Rắn)

σLK

σRK

ΣLR

θ

θ: góc

dính

ướtθ < 90: σRK

> σRL

+ σLK

-> chất lỏng

chảy

loang

trên

bề

mặt rắn

-> dính

ướt

θ > 90: σRK

< σRL

+ σLK

-> chất lỏng

co lại trên bề

mặt rắn ->

không

dính

ướt

29

29

Chương 2: ĐÁNH GIÁ

KỸ

THUẬT CHẤT HĐBM

•

Gồm:•Khả

năng

tạo nhũ

•Khả

năng

tạo bọt•Khả

năng

tẩy rửa

•Các

chỉ

tiêu

khác

30

30

Khả

năng

tạo nhũ

•

Nhũ

tương: hệ

có

pha

phân

tán

và

môi

trường

phân

tán

đều ở

dạng

lỏng.

•

Để

tạo nhũ

tương

hai

chất lỏng

đó

không

tan vào

nhau.•

Trong

nhũ

tương, pha

lỏng

phân

cực thường

gọi

là

pha

“

nước”

ký

hiệu

n hay w (water)-

pha

lỏng

kia

không

phân

cực thường

gọi là “ dầu”

ký

hiệu

d hay o (oil).

31

31

Khả

năng

tạo nhũ

Nhũ

tương

thường

được

phân

làm

hai

loại:•n/d

(w/o : water in oil) gọi là nhũ

tương

nước

trong

dầu

gồm các giọt nước

phân

tán

trong

dầu.•d/n

(o/w) gọi là nhũ

tương

dầu

trong

nước gồm các giọt

dầu

phân

tán

trong

nước.Nhũ

tương

n/d

còn

gọi là nhũ

tương

loại

1 hay nhũ

tương

thuận. Nhũ

tương

d/n

còn

gọi là nhũ

tương

loại 2 hay nhũ tương

nghịch.

32

32

Khả

năng

tạo nhũ

Phân

loại nhũ

tương

theo

nồng

độ

của

pha

phân

tán: •Nhũ

tương

loãng: nồngđộ

pha

phân

tán

< 0,1 %.

•Nhũ

tương

đậm

đặc: chứa một lượng

lớn

pha

phân

tán, có

thể đến

74 % thể

tích

•Nhũ

tương

rất

đậm

đặc( ví

dụ

như

nhũ

tương

gelatin hóa) có

tỷ

lệ

pha

phân

tán

> 74% thể

tích

33

33

Khả

năng

tạo nhũ

Sự

nhũ

hóa

(emulsification):

quá

trình

phân

tán

một chất liệu vào một chất liệu

khác

(thường

đều

ở

dạng

lỏng) dưới

dạng

những

giọt cầu.

Để

tăng

độ

bền vật lý của hệ

phân

tán: •Tăng

độ

nhớt của

pha

ngoại

•Bảo

đảm

pha

nội tồn tại

ở

những

giọt nhỏ

nhất và hợp lý => giảm khả

năng

bám

dính

của

hai

giọt.

•Tăng

sức bền cơ

học của bề

mặt, sẽ

giảm lực

nhiệt động

gây

ra

sự

kết tụ

34

34

Khả

năng

tạo nhũ

Chất nhũ

hóa

(emulsifier):

giảm sức căng

bề

mặt giữa

hai pha

dầu/nước và làm bền nhũ.

Cần thiết phải có đủ

chất nhũ

hoá

hiện diện

để

hình

thành

ít nhất 1 lớp

đơn

bao

phủ

lên

bề

mặt giọt của

pha

phân

tán.

35

35

Khả

năng

tạo nhũ

Độ

bền nhũ: Nhũ

tương

có

khuynh

hướng

tạo

nên

các

giọt lớn hơn-> hệ

bị

phá

vỡ

-> tách

ra

làm

hai

lớp (hiện tượng

tách

pha)

36

36

Khả

năng

tạo nhũ

Yếu tố ảnh

hưởng

độ

bền nhũ: •Lượng

chất nhũ

hóa

•Tỉ

lệ

dầu và nước•Sự định

hướng

của

pha

•Ảnh

hưởng

của sự

tích

điện•Nhiệt

độ

•Độ

nhớt của môi trường

phân

tán.•Sự

phối hợp các chất nhũ

hóa.

37

37

Khả

năng

tạo nhũ

Yếu tố ảnh

hưởng

độ


chất nhũ

hóa

•Tỉ

lệ


hướng

của

pha

•Ảnh

hưởng

của sự

tích

điện•Nhiệt

độ

•Độ


phân

tán.•Sự


hóa.

•Kích

thước của nhũ•Sự đồng

đều của nhũ

38

38

Khả

năng

tạo nhũ

Yếu tố ảnh

hưởng

độ


chất nhũ

hóa

•Tỉ

lệ


hướng

của

pha

•Ảnh

hưởng

của sự

tích

điện•Nhiệt

độ

•Độ


phân

tán.•Sự


hóa.

•Kích

thước của nhũ•Sự đồng

đều của nhũ

39

39

Khả

năng

tạo bọt

Bọt

điển hình là hệ

phân

tán

đậm

các

chất thô và rất đặc của

pha

khí

( thường

là

không

khí) trong

chất lỏng.

Kích

thước bọt khí cỡ

mm và

trong

một số

trường

hợp có

thể

lên

đến cm.

40

40

Khả

năng

tạo bọt

Độ

bền vững

của bọt phụ

thuộc:•

Tính

chất của

màng

bọt

•

Bản chất của chất tạo bọt•

Hàm

lượng

chất tạo bọt

•

Nhiệt

độ•

Độ

nhớt của

dung dịch

Các

tác

nhân

làm

tăng

bọt

(foam bootster) Các

tác

nhân

chống

bọt

(antifoamer)

41

41

Khả

năng

tạo bọt

Các

tác

nhân

làm

tăng

bọt

(foam bootster) -Chọn chất hoạt

động

bề

mặt tạo bọt hay

không

tạo bọt-Sử

dụng

các

phụ

gia

làm

tăng

bọt.

42

42

Khả

năng

tạo bọtChọn chất hoạt

động

bề

mặt tạo bọt

hay không

tạo bọt

Các

yếu tố ảnh

hưởng

đến

CMC có

thể

tăng

hoặc giảm bọt là:

•

Nhiệt

độ•

Sự

có

mặt của chất

điện ly

•

Cấu

trúc

phân

tử

của chất hoạt

động

bề mặt

Sử

dụng các chất phụ

gia làm tăng bọtThêm vào một số

hợp chất đối cực ( ion đối) có

thể

làm giảm CMC của chất hoạt động bề mặt .

Khi hợp chất có

cùng mạch C với chất hoạt động bề

mặt thì

khả năng tạo bọt và

ổn định

bọt tăng:Ether glycerol < Ether sulfonyl

< Amide <

ế

43

43

Khả

năng

tạo bọt

Các

tác

nhân

chống

bọt

(antifoamer)•

Ngăn cản sự

tạo bọt: thường

là

các

ion vô

cơ

như

canxi

có

ảnh

hưởng

đến sự ổn

định

tĩnh

điện hoặc giảm nồng độ

aniion

bằng

kết tủa

•

Tăng

tốc

độ

phân

hủy bọt: là

các

chất vô cơ

hay hữu cơ sẽ đến

thay

thế

các

phân

tử

các

chất hoạt

động

bề

mặt

của

màng

bọt

làm

màng

bọt ít ổn

định

( không

bền).

Khi

thêm

chất hoạt

động

bề

mặt NI vào chất hoạt

động

bề mặt

anion làm

giảm bọt

đáng

kể. Tuy

nhiên

hệ

thống

anionic/

NI này

vẫn

còn

quá

nhiều bọt.

44

44

Khả

năng

tạo bọt

Cơ

chế

phá

vỡ

bọt bằng

các

hạt kỵ

nước

Phim

Lỏng

(L)

Không

khí

(K)

Phim

(K)

Hạt kỵ

nước

Lỏng

(L)

Không

khí

(K)

(K)

Hạt kỵ

nước

hạt kỵ

nước có thể

= xà

phòng

canxi

( kỵ

nước) không

tan. Xà

phòng

no có

hiệu quả

phá

bọt cao và được sắp xếp

theo

dãy

sau:Xà

phòng

mỡ

cá

voi

> xà

phòng

colza > stearate

> xà

phòng

mỡ

bò

> xà

phòng

dầu dừa.

Tuy

nhiên

hệ

thống

này

có

các

nhược

điểm

sau:+ Thiếu hiệu quả ở nước ngọt

( không

có

sự

tạo

thành

xà

phòng

canxi)+ Đóng

bánh

( gel hóa

) trong

bộ

phận

phân

phối bột

( khi

nhiệt

độ

thấp)

45

45

Khả

năng

tạo bọt

Cơ

chế

chảy

loang

(spreading)

Hệ

thống

anionic/NI với

các

tác

nhân

chồng

bọt

được sử dụng

rộng

rãi

bao

gồm:

+ Stearyl

phosphate ( mono và

distearyl

phosphate)+ Dầu và sáp+ Các

silicon ,silic

kỵ

nước

Lỏng

(L)

Không

khí

(K)

Phim

(K)

Silicon

/Dầu

Lỏng

(L)

Không

khí

(K)

(K)

Silicon

/DầuPhim

46

46

Khả

năng

tạo bọt

Ý nghĩa của bọt

+bọt

có

vai

trò

trong

quá

trình

tuyển nổi quặng+ sự

tạo bọt là yếu tố

tích

cực

trong

quá

trình

giặt giũ

+ Nhờ

sự

tạo bọt và sau đó khữ

bọt, có

thể

làm

sạch

một số

chất lỏng

khỏi chất hoạt

động

bề

mặt

+ Bọt

có

ý nghĩa to lớn

trong

cứu hoả, để

dập tắt

đám

cháy người

ta

dùng

bọt trong đó

pha

phân

tán

là

dioxýt

cacbon,

ngăn

không

cho

không

khí

tiếp xúc với

đám

cháy+ Sự

tạo bọt là cần thiết khi sản xuất các chất dẽo xốp

47

47

Khả

năng

tẩy rửa

Tẩy rửa

= detergency= quá

trình

làm

sạch (cleaning)

Chất tẩy rửa

(detergent)= tác

nhân

khả

năng làm

sạch

⇒ khái

niệm tẩy rửa

ở đây

chỉ

quá

trình

làm sạch

bề

mặt rắn

(bao

gồm cả

vải sợi) trong

một

dung dịch

trong

đó

có

các

quá

trình

hoá lý

xảy ra.

48

48

Khả

năng

tẩy rửa

Sự

tẩy rửa bao gồm:•

Lấy

đi các vết bẩn khỏi các bề

mặt rắn ( vật

dụng, vải vóc)•

Giữ

các

vết bẩn

đã lấy

đi

đang

lơ

lửng

để

tránh

cho

chúng

khỏi bám lại

trên

các

quần áo

( hiện tượng

chống

tái

bám

).

49

49

Khả

năng

tẩy rửa

Vết bẩn

: bao

gồm vết bẩn

không

phân

cực (vết bẩn dầu mỡ) và

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.

50

50

Khả

năng

tẩy rửa

Tẩy

các

vết bẩn có chất béoThuyết nhiệt

động

–

phương

pháp

Lanza

Chất

béo

(B)

Nước

(N)

Sợi

(S)

Chất

béo

(B)

Nước

(N)

Sợi

(S)

khi thêm chất hoạt động bề

mặt vào nước, do sự

hấp phụ của chúng trên sợi và

vết bẩn làm giảm được sức căng bề

mặt của chúng ( so với nước) cho đến khi tổng của chúng trở

nên nhỏ hơn sức săng bề

mặt của giao diện sợi/vết bẩn

lúc đó vết bẩn tự

tẩy đi

51

51

Khả

năng

tẩy rửa

Tẩy

các

vết bẩn có chất béoCơ chế

rolling up : ( cuốn đi)

Chất hoạt động bề

mặt do chúng hấp phụ

lên sợi và

vết bẩn làm giảm các sức căng giao diện sợi/nước và

bẩn/nước, lúc

đó

màng dầu sẽ

cuốn lại và

tách khỏi sợi do lực cơ học như chà

xát ( giặt bằng tay hay bằng máy).

Chất

béo

(B)

Nước

(N)

Sợi

(S)

Chất

béo

(B)

Nước

(N)

Sợi

(S)

θ

σBN

σNS σBS

52

52

Khả

năng

tẩy rửa

Tẩy

các

vết bẩn có chất béoCơ chế

hòa tan

Các phân tử

chất hoạt động bề

mặt kết hợp => hình thành micell ở

nồng độ

CMC => hợp chất được hòa tan bên trong

các micell Tóm lại để

có

sự

tẩy rửa tốt, không những cần giảm sức

căng bề

mặt mà

còn phải tăng nồng độ

hoạt chất để

hình thành các micell và

có được một số micelle đủ, tùy theo

lượng vết bẩn béo hiện diện trong dung dịch giặt rửa.

53

53

Khả

năng

tẩy rửa

Tẩy

các

vết bẩn dạng

hạtThuyết nhiệt động học và điện học ( Duiaguin-

Landau-vervey và

Overbeck (DLVO)

Công cung cấp để

tách hạt P ra khỏi bề

mặt S một khoảng cách δ

yếu hơn bởi vì

lực đẩy quan trọng hơn, tức là

hạt P

và

bề

mặt S cùng phân cực cùng dấu ( tích điện giống nhau). Khi chất hoạt động bề

mặt bị

hấp phụ

trên các hạt và

bề

mặt

làm cho gia tăng lực đẩy và do đó

làm cho quá

trình tẩy dễ dàng hơn.

P

S S

P

P

S

δ

54

54

Khả

năng

tẩy rửa

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá

trình tẩy rửa

-bản chất chất hoạt động bề

mặt sử

dụng-pH-phụ

gia

-nhiệt độ

55

55

Các

chỉ

tiêu

đánh

giá

khácKhả

năng

tạo hệ

huyền

phù

•

Huyền

phù

:hệ

các

pha

rắn

phân

tán

trong môi

trường

lỏng.

•

Các

hạt rắn có xu hướng

kết tụ

và

tách

ra khỏi hệ. Các

hạt rắn có kích thước nhỏ

hơn

thì

thời gian lắng

tủa sẽ

dài

hơn => thêm chất hoạt

động

bề

mặt

để

huyền

phù

bền

•

Huyền

phù

có

nhiều

ứng

dụng

quan

trọng trong

công

nghiệp. Ví

dụ: huyền

phù

không

nước: sơn dầu, verni, mực in, hệ

có

nước: sơn nước, mực viết, dung dịch

thuốc

nhuộm

phân

tán….

56

56

Các

chỉ

tiêu

đánh

giá

khác

Khả

năng

thấm

ướt

Hiện tượng

thấm

ướt nhờ

chất hoạt

động

bề mặt

có

nhiều

ứng

dụng

để

giải quyết các vấn

đề

thực tế

trong

kỹ

thuật sơn, nhuộm, tẩy trắng, trung

hòa

các

chất diệt

côn

trùng, sâu

bọ. Các

bề

mặt rắn

ở đây

thường

không thấm

ướt, việc thêm chất hoạt

động

bề

mặt

thích

hợp sẽ

làm

giãm

sức căng

bề

mặt của nước, giúp

cho

việc thấm

ướt dễ

dàng

hơn.

57

57

Các

chỉ

tiêu

đánh

giá

khác

Chỉ

số

canxi

chấp nhận

Chỉ

số

này

đo

độ

cứng

tối

đa của nước mà chất hoạt

động

bề

mặt vẫn còn hiệu lực

trong

chức năng

tẩy rửa. Chỉ

số

này

càng

lớn, chất hoạt

động

bề

mặt

càng

có

khả

năng

tẩy rửa

trong

nước cứng.Chỉ

số

canxi

chấp nhận

được xác định

bằng

cách

chuẩn

độ

dung dịch

chất hoạt

động

bề mặt bằng

dung dịch

canxi

acatat

1 %. Tiến

hành

chuẩn

độ

dung dịch

trên

cho

đến khi nào

dung dịch

đục. Lúc

này

lượng

ion canxi

trong

dung dịch

là

chỉ

số

canxi

chấp nhận được.

58

58

1.1.2.PHÂN LOẠI CHẤT HĐBM

Phân

loại

theo:•

Cấu

trúc

hóa

học

•

Tính

chất vật lý ( độ

tan trong

nước hoặc

dung môi)•

Ứng

dụng

hóa

học

Phân loại theo bản chất nhóm háo nướcPhân loại theo bản chất nhóm kỵ nướcPhân loại theo bản chất liên kết giữa nhóm háo nước vàkỵ nước

59

59

1.1.2.PHÂN LOẠI CHẤT HĐBM 1.1.2.1. Phân

loại theo bản chất

nhóm

háo

nước

-

+

+ -

-

Cationic

-

Non ionic (NI) ( không

phân

ly)

- Lưỡng

tính

( Amphoteric)

-Anionic

60

60



nhóm

háo

nước

•Anionic: Hòa

tan trong

nước

phân

ly

thành ion HĐBM điện

tích

âmBao

gồm

các

nhóm

chính:

•

Acid carbocylic: RCOO(-)

•

Ester sulfuric ( Sulfate): ROSO2

O(-)

•

Alkan

sulfonic

acid: RSO3(-)

•

Alken

sulfonic

acid: R-CH=CH-CH2

-SO3(-)

•

Alkyl aromatic sulfonic

acid: R-C6

H4

-SO3(-)

•

Các

nhóm

khác: Phosphate và

phosphonic

acid, persulfate, thiosulfate, sulfamic

acid,

sulfosuccinate…

61

61



nhóm

háo

nước

C CH2

CH3

C

CH3

CH3

CH3

CH2C

CH3

CH3

CH3

SO3-

SO3(CH2)n-CH3

R O SO3-

Sulfate rượu bậc một( PAS: Primery

Alcohol Sulfate)

(CH2)nCH3 CH

SO3

(CH2)m CH3

-

Parafin

sulfonate( SAS: Secondary Alkyl Sulfonate)

Alkyl benzen

sulfonat

(ABS)ABS nhánh

ABS thẳng(LAS: Linear Alkylbenzene

Sulfonate)

62

62



nhóm

háo

nước

•Cationic: Hòa

tan trong

nước

phân

ly

thành ion HĐBM điện

tích

dương

X: halogenua, sulfate, methyl sulfate,…R1: alkyl mạch

dài

R2, R3, R4: Hydro hay nhóm

alkyl mạch

ngắn, alkyl aryl.

R1

N+

R3

R2 R4X

63

63



nhóm

háo

nước

R-CH2

N+

CH3

CH3CH3

Cl

Một

dây

alkyl

NN+

R

CH3

(CH2)2NH CO

R

imidazolin

bậc bốn

O-CH2-CH2

N+

CH3

O-CH2-CH2CH2-CH2OH

CH3SO4-CO

R

CO

R

Dialkyl

ester thế

bốn lần của

methosulfate

triethanolamine

64

64



nhóm

háo

nước

•Non ionic: Không

tạo

ion khi

tan trong

dung dịch

nước

Cấu tạo:-Phần kỵ

nước: akyl

phenol, alcol, acid béo, amide,…

-Phần ái nước: ethylene oxide, propylene oxide, glycerin orbitol,…⇒Hoạt

động

được

trong

môi

trường

chứa chất

điện ly

lớn

65

65



nhóm

háo

nước

R O (CH2-CH2O)n H

Các

rượu

béo

ethoxy

hóa

H (O-CH2-CH2)m O (CH2-CH-O)n (O-CH2-CH2)m-H

Copolymer oxide ethylene (OE) và

oxide propylene (OP)

R CO

NH

CH2-CH2-OH

Alkyl monoethanol

amide

R CO

NCH2-CH2-OH

CH2-CH2-OH

Alkyl diethanol

amide

66

66



nhóm

háo

nước

R CHOH-CH2-(OCH2-CHOH-CH2)n -OH

Polyglycerol

ester

O

O HO RO

C H 2 O H

O H

n

alkylpolyglucoside

(APG)

67

67



nhóm

háo

nước

•Lưỡng

tính: Có

chứa cả

nhóm

acid và

base trong

phần ái nước

Gồm 2 loại chính:-HĐBM lưỡng

tính

carboxylic

-HĐBM lưỡng

tính

sulfate/sulfonate

68

68



nhóm

háo

nước

NHCO

R (CH2)3 CH2N+

CH3

CH3

C OO

Alkyl amido

propyl

betain

CH2N+

CH3

CH3

CHOH

CH2-CH2-CH2 CH2 SO3-NHC

OR

Alkyl amidopropyl

sulfobetain

CH2N+

C2H4OH

C2H4OHC

O

OR

Betain

ethoxy

hóa

69

69



nhóm

kỵ

nước

•Gốc

alkyl mạch

thẳng, C8-18•Gốc

alkyl mạch

ngắn

C3-C12 gắn

vào

nhân

thơm

•Olefin nhánh

C8-C20•Hydrocarbon từ

dầu mỏ

•Hydrocarbon mạch

dài

thu

được từ

phản

ứng

CO và H2

70

70



liên

kết

nhóm

kỵ

nước và ái nước

Gồm

2 loại:•Nhóm

háo

nước liên kết trực tiếp

nhóm

kỵ

nước:

RCOONa, ROSO3

Na, RC6

H4

SO3

Na•Nhóm

háo

nước liên kết

nhóm

kỵ

nước

thông

qua các

liên

kết

trung

gianLiên

kết

ester: RCOO-CH2

CHOHCH2

-OSO3

NaLiên

kết

amide: R-NHCOCH2

SO3

NaLiên

kết

ether: ROC2

H4

OSO3

Na

71

71

phan_1-chuong_1-ly_thuyet_co_ban_ve_chat_hdbm

Documents