CÔNG NGHỆ CÁC CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT NỘI DUNG Phần 1: Tổng quan CHĐBM Phần 2: Tổng hợp CHĐBM Phần 3: Sản xuất bột giặt sản phẩm tẩy rửa khác Chất hoạt động bề mặt gì? Chương Các lý thuyết CHĐBM 1.1 Sức căng bề mặt yếu tố ảnh hưởng  Sức căng bề mặt (surface tension hay interfacial tension) Công đưa thêm phân tử lòng pha lỏng đến lớp bề mặt dEs = σ.ds hay σ = dEs/ds dEs: lượng dư bề mặt ds: đơn vị diện tích bề mặt σ : sức căng bề mặt n ă c Sức ? t ặ m g bề Đơn vị σ: J/m2 theo cgs erg/cm2 N/m theo cgs dyne/cm Lực tương tác phân tử bề mặt lòng pha lỏng Chương Các lý thuyết CHĐBM  Các yếu tố ảnh hưởng đến sức căng bề mặt - Sức căng bề mặt phụ thuộc vào chất chất tiếp xúc Bảng 1.1 sức căng bề mặt chất lỏng tiếp xúc với không khí (σ x) chất lỏng tiếp xúc với nước (σ1) 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 chất lỏng hòa tan phần vào σ giới hạn L – L gần hiệu số σ chất (đã bão hịa chất kia) so với khơng khí Bề mặt chất lỏng Nhiệt độ (0C) Benzene/nước Aniline/nước Sức căng bề mặt L – KK (dyne/cm) Sức căng bề mặt L – L (dyne/cm) Lớp hữu Lớp nước Tính tốn Thực nghiệm 19 28,8 72,79 43,99 43,99 26 42,2 71,9 29,7 30,3 Chương Các lý thuyết CHĐBM - Ảnh hưởng nhiệt độ đến sức căng bề mặt - W Ramsay J Shields sau hiệu chỉnh phương trình R Eotvos: σ.V2/3 = k(Tc – T – 6) Trong đó: V: thể tích mol chất lỏng Tc: nhiệt độ tới hạn k: số, đa số chất lỏng có k ≈ 2,1 (erg/độ) Ngoài ra: σ = σx(1 – T/Tc)n Với chất hữu n = 11/9, với kim loại n ≈ Chương Các lý thuyết CHĐBM - Quan hệ khối lượng riêng 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: số phụ thuộc nhiệt độ tính chất chất lỏng Chương Các lý thuyết CHĐBM 1.2 Chất hoạt động bề mặt, chất không hoạt động bề mặt chất không ảnh hưởng đến sức căng bề mặt  Các chất hoạt động bề mặt (surfactant: surface active agent) Là chất có khả làm giảm sức căng bề mặt dung môi chứa nó, có khả hấp phụ lên lớp bề mặt, có độ tan tương đối nhỏ Các gốc hydrocarbon khơng phân cực kỵ nước, không tan nước, tan pha hữu không phân cực Sodium lauryl sulfate Các nhóm carboxylate, sulfonate, sulfate, amine bậc 4, … Chương Các lý thuyết CHĐBM  Các chất không hoạt động bề mặt Là chất mà nồng độ dung dịch tăng lên sức căng bề mặt tăng lên Trong nước, muối vô điện ly, acid, base vô phần kỵ nước Có chất khơng hoạt động bề mặt hữu cơ: HCOOH, CH3COOH, … Trong dung môi hữu cơ, chất điện ly làm tăng sức căng bề mặt, nhiên mức độ gia tăng tùy thuộc vào chất dung mơi Ví dụ: thêm NaI vào MeOH sức căng bề mặt tăng nhiều, thêm NaI vào EtOH độ tăng giảm lần Chương Các lý thuyết CHĐBM 1.3 Độ hoạt động bề mặt Độ hoạt động bề mặt –dσ/dc biến thiên sức căng bề mặt theo nồng độ CHĐBM gọi đại lượng Gibbs G* = –dσ/dc Độ hoạt động bề mặt chất dãy đồng đẳng biến đổi có quy luật Ví dụ: dãy đồng đẳng acid có ≤ n ≤ 6, nồng độ tăng lên sức căng bề mặt phân tử có mạch carbon dài giảm nhanh  (dyne/cm) HCOOH CH3COOH 65 C2H5COOH 50 35 C3H7COOH 0,16 0,36 0,54 C(mol/l) Trên sở thực nghiệm DuclauX J Trauber I tổng kết thành quy tắc Trauber I: “Độ hoạt động bề mặt tăng lên từ đến 3,5 lần tăng chiều dài mạch carbon lên nhóm – CH2 – ” Cạc âỉåìng âàóng nhiãût sỉïc bãư màût ca dy âäưng âàóng CHÂBM axit hỉỵu cå Chương Các lý thuyết CHĐBM 1.4 Các phương pháp xác định sức căng bề mặt • Phương pháp xác định biến đổi mực chất lỏng ống mao quản • ĐâyPhương cânnhững giọt chất lỏng pháp xác mộtpháp phương • để xác địnhpháp sứcLecomte căng bềdumặt Phương Nouy • Nguyên tắcpháp đo: phẳng L wilhelmy Phương • Đo chiều mực chấtcựclỏng Phươngcao pháp áp suất đại bọt mao khí quản • P Xác = Pđịnh ραbọt ) =khí 2σ/r dạng hạt – Phình = g.h.(ρ β –và θ: góc dính ướt, cosθ = R0/r R0: bán kính mao quản r: bán kính mặt khum nơi tiếp xúc P1, P2 : áp suất pha khí ngồi ống mao quản  σ = 1/2 (R0.g.h(ρβ – ρα))/cosθ Chương Các lý thuyết CHĐBM  1.5 Tính chất vật lý dung dịch CHĐBM  m Cấu tạo lớp bề mặt giới hạn lỏng – khí Sự hấp phụ tăng tỷ lệ với chiều dài mạch carbon dãy đồng đẳng đường đạt giá trị giới hạn Γm nồng độ chất hoạt động bề mặt đủ lớn n=3 C Các đường đẳng nhiệt hấp phụ ranh giới lỏng – khí dãy đồng đẳng  - số phân tử CHĐBM có đơn vị diện tích bề mặt phân chia pha Chương Các lý thuyết CHĐBM 1.5 Tính chất vật lý dung dịch CHĐBM (tt) Chương Các lý thuyết CHĐBM  Trạng thái phân tử CHĐBM dung dịch Khi tăng nồng độ CHĐBM tăng đến độ tồn dạng tập hợp với nhau, hướng đầu kỵ nước lại với tạo thành micelle (trong môi trường nước) Chương Các lý thuyết HĐBM Cấu trúc hình dạng micelle Chương Các lý thuyết CHĐBM 1.6 Nồng độ micelle tới hạn (critical micelle concentration) Nồng độ dung dịch CHĐBM mà hình thành micelle trở nên đáng kể gọi nồng độ micelle tới hạn (CMC)