Đang tải... (xem toàn văn)
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.
LỜI MỞ ĐẦU Trong sống nay, nhu cầu chất tẩy rửa ngày quan tâm trở thành nhu cầu thiếu người Ở đâu, sử dụng sản phẩm kem đánh răng, sữa tắm, xà phòng tắm, xà phòng giặt… Tất hình thành nên ngành công nghiệp sản xuất chất tẩy rửa Ngành công nghiệp đặt việc sử dụng phát triển chất hoạt động bề mặt phụ gia cho chất hoạt động bề mặt Việc nghiên cứu tính chất, ứng dụng, phân loại chất hoạt động bề mặt ngày ý quan tâm nhiều Chất hoạt động bề mặt ứng dụng nhiều 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 đồ Công nghiệp mỹ phẩm: chất tẩy rửa, nhũ hóa chất tạo bọt Công nghiệp in: chất trợ ngấm 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 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 xin giới thiệu sơ lược chất hoạt động bề mặt, tính chất, phân loại, ứng dụng chất hoạt động bề mặt sản xuất 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 chất có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt chất lỏng Phân tử chất hoạt động bề mặt gồm hai phần: Đầu kỵ nước (Hydrophop) đầu ưa nước (Hydrophyl) Và tính chất hoạt động bề mặt phụ thuộc vào hai phần Đầu kỵ nước phải đủ dài, mạch Carbon từ – 21, ankyl thuộc mạch ankal, anken mạch thẳng hay có gắn vòng cylo vòng benzene… Đầu ưa nước phải nhóm phân cực mạnh cacboxyl (COO-), Hydroxyl (-OH), amin (-NH2), sulfat (-OSO3)… Sự hình thành Micell Các phân tử chất hoạt động bề mặt gồm phần kị nước phần ưa nước Micell hình thành nồng độ đinh, phân tử chất hoạt động bề mặt tập hợp lại với nhau, đầu ưa nước bao quanh phân tử nước hướng đầu kỵ nước tụ vào bên hình thành Micelle có dạng hình cầu, hình trụ hay màng Nồng độ phù hợp với việc hình thành Micell gọi nồng độ Micell tới hạn (CMC) I Micell hình cầu Đối với số hợp chất hữu thực tế không tan nước lại hòa tan Micelle chất hoạt động bề mặt hay gọi hòa tan hóa Như vậy, chất hoạt động bề mặt chất trung gian hòa tan chất hữu nước Các Micelle hỗn hợp hình thành chất hữu bị hòa tan vào micelle chia làm ba loại: phân tử không cực, phân tử bán cực phân tử có cực Sự hòa tan chất hữu Micelle phụ thuộc vào số lượng kích thước Micelle Số lượng Micelle nhiều, độ hòa tan tốt kích thước Micelle lớn, độ hòa tan chất hữu dễ dàng 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 Sức căng bề mặt Định nghĩa Sức căng bề mặt định nghĩa lực căng đơn vị chiều dài cắt ngang bề mặt Hay định nghĩa lực tương tác phân tử bề mặt lòng pha lỏng Trong hệ đo lường quốc tế, sức căng bề mặt đo Newton mét -1 (N·m ) Cũng định nghĩa sức căng bề mặt công học thực lực căng làm cho diện tích bề mặt thay đổi đơn vị đo diện tích Như mật độ diện tích lượng; ý nghĩa mang lại tên gọi lượng bề mặt cho đại lượng vật lý Như vậy, hệ đo lường quốc tế, đơn vị đo sức căng bề mặt tương đương Jul mét vuông Nhiều sức căng bề mặt chất lỏng xác định điều kiện định (nhiệt độ, áp suất, ) bề mặt tiếp xúc với chân không Sức căng bề mặt chất lỏng thay đổi theo nhiệt độ; nhiều chất lỏng, sức căng bề mặt giảm nhiệt độ tăng Khi bề mặt tiếp giáp hai chất lỏng khác nhau, sức căng bề mặt tổng cộng hiệu (cộng véctơ) sức căng bề mặt chất lỏng Sức căng bề mặt phụ thuộc vào chất chất tiếp xúc Bảng: 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 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 ( C) Lớp hữu 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 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 ≈ 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 II PHÂN LOẠI CÁC CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT Có nhiều cách phân loại chất hoạt động bề mặt cách phân loại theo cấu tạo hóa học hợp lý Phân loại theo cấu tạo hóa học chia chất hoạt động bề mặt làm loại: chất sinh ion chất không sinh ion Chất sinh ion chia làm ba loại: hoạt tính anion, hoạt tính caction lưỡng tính Chất hoạt động bề mặt không sinh ion (NI) Các chất tẩy rửa hòa tan vào nước không phân ly thành ion gọi chất tẩy rửa không sinh ion NI có khả hoạt động bề mặt không cao Êm dịu với da, lấy dầu Làm bền bọt, tạo nhũ tốt Có khả phân giải sinh học Ít chịu ảnh hưởng nước cứng pH môi trường, nhiên có khả tạo phức với số ion kim loại nặng nước Hiện để tổng hợp chúng, phương pháp dùng phổ biến trình etoxy hóa từ rượu béo với oxyt etylen Công thức chung: R-O-(CH2-CH2-O-)nH Các rượu béo có nguồn gốc thiên nhiên dầu thực vật, mỡ động vật thông qua phản ứng H2 hóa axit béo tương ứng Hoặc đường từ rượu tổng hợp: cách cho olefin-1 phản ứng với H2SO4, thủy phân (thu rượu bậc 2) Trong thương mại, loại có tên gọi: tecitol 15-s-7, union caride 15-s-9 Chất hoạt động bề mặt không sinh ion phân loại thành dạng sau: Copolimer có công thức chung: HO-(OE)n-(OP)m-(OE)n-H, HO-(OP)n-(OE)m-(EP)n-H Tỷ số PO/OE thay đổi: - - Trọng lượng phân tử thấp nhất: 2000đvC, thông dụng loại n = m = 30, chúng tạo bọt nên dùng phổ biến 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 khả phân hủy sinh học chậm Các oxit amin, ankyl amin, rượu amit, polyglycerol ete, polyglucosit (APG) Nhóm có tính chất trội 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, oxit amin, ankyl amin, ankylmonoetanolamit, polyglycerol ete, ankyl polyglucosit (APG), sunfonat Betain, ankylaminopropylsunfo betain, betain etoxy hóa Chất hoạt động bề mặt anion Chất hoạt động bề mặt mà hòa tan vào nước phân ly ion hoạt động bề mặt âm, chiếm phần lớn kích thước toàn phân tử mạch Hidrocacbon dài, ion thứ hai tính hoạt động bề mặt Đó chất hoạt động bề mặt anion Có khả hoạt động bề mặt mạnh so với loại khác Làm tác động tẩy rửa phối liệu Khả lấy dầu cao Tạo bọt to bền Bị thụ động hóa hay khả tẩy rửa nước cứng, cứng tạm thời, ion kim loại nặng (Fe3+, Cu2+ ) Chất hoạt động bề mặt anion đa dạng từ lâu người biết sử dụng công việc giặt giũ Chia làm hai loại Có nguồn gốc thiên nhiên: Đó sản phẩm từ phản ứng xà phòng hóa 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 dẫn xuất anlkyl, aryl, ankylbenzen sunfonic Chất hoạt động bề mặt cation Chất hoạt động bề mặt mà hòa tan vào nước phân ly ion hoạt động bề mặt dương, chiếm phần lớn kích thước toàn phân tử mạch Hidrocacbon dài, ion thứ hai tính hoạt động bề mặt Có khả hoạt động bề mặt không cao Chất hoạt động bề mặt cation có nhóm nước ion dương, ion dương thông thường dẫn xuất muối amin bậc bốn clo Êm dịu với da, tẩy dầu ít, không dùng với mục đích tạo bọt Làm bền bọt, tạo nhũ tốt Có khả phân giải sinh học kém, người ta dùng clorua ditearyl diamin amoni bậc bốn khả phân giải sinh học tốt Tương lai thị trường, có cation dạng nhóm chức este dễ phân giải sinh học cho môi trường, giảm khả gây dị ứng sử dụng Chủ yếu làm triệt tiêu tĩnh điện cho tóc, vải sợi nên lượng dùng Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính Những chất hoạt động bề mặt mà tùy theo môi trường axit hay bazo mà có hoạt tính cation với axit hay anion với bazo, hay nói cách khác chất hoạt động bề mặt có nhóm lưỡng cực vừa tích điện âm vừa tích điện dương (amin, este) Có khả hoạt động bề mặt không cao, Ở pH thấp chúng chất hoạt động bề mặt cationic anionic pH cao Có khả phân hủy sinh học Lượng dùng khoảng 0,2% - 1% sản phẩm tẩy rửa Phân loại: Trong nhóm chất hoạt động bề mặt lưỡng tính, dẫn xuất từ betain sử dụng rộng rãi Chúng gồm nhóm sau: Ankylamino propyl betain Khi R gốc lauryl có tính tẩy rửa tốt, khả tạo bọt mạnh, không khô da, dịu cho da thị trường thường thấy phối trong: dầu gội, sữa tắm, nước rửa chén với tên gọi: cocoamino propyl betain (CAPB) III 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 đầu phân cực đầu không phân cực: Đầu phân cực hay phần ưa nước đảm bảo chất hoạt động bề mặt hòa tan vào nước Đầu không phân cực hay phần kỵ nước đảm bảo hòa tan phân tử không phân cực chất bẩn cần loại bỏ Các tính chất Tính thầm ướt Tính thấm ướt tạo điều kiện để vật cần giặt rửa, vết bẩn tiếp xúc với nước cách dễ dàng nên đóng vai trò quan trọng Vải sợi có khả thấm ướt dễ dàng nước khó thấm sâu vào bên cấu trúc sức căng bề mặt lớn, vải sợi bị dây bẩn dầu mỡ Vì thế, dùng xà phòng để làm giảm sức căng bề mặt nước vải sợi–nước Khả tạo bọt Bọt hình thành phân tán khí môi trường lỏng Hiện tượng làm cho bề mặt dung dịch chất tẩy rửa tằng lên Khả tạo bọt độ bền bọt phụ thuộc vào cấu tạo chất đó, nồng độ, nhiệt độ dung dịch, độ pH hàm lượng ion Ca 2+, Mg2+ dung dịch chất tẩy rửa Khả hòa tan Tình hòa tan phụ thuộc vào yếu tố: Bản chất vị trí nhóm ưa nước Nhóm ưa nước đầu mạch dễ hòa tan nhóm mạch Chiều dài mạch Hydrocacbon Nhóm kỵ nước mạch thẳng dễ hòa tan mạch nhánh Nhiệt độ Bản chất ion kim loại: với ion Na +, K+ dễ hòa tan ion Ca 2+, Mg2+ … Khả hoạt động bề mặt Nước có sức căng bề mặt lớn Khi hòa tan xà phòng vào nước, sức căng bề mặt nước giảm Một lớp hấp thụ định hướng hình thành bề mặt nhóm ưa nước hướng vào nước, nhóm kỵ nước hướng Nhờ có lớp hấp thụ mà sức căng bề mặt nước giảm bề mặt nước – không khí thay kỵ nước – không khí (giữa pha) Khả hoạt động bề mặt Khả nhũ hóa Nhũ tương hệ phân tán không bền vững nên muốn thu hệ bền vững phải cho thêm chất nhũ hóa Xà phòng thường dùng làm chất ổn định nhũ tương Tác dụng chúng làm giảm sức căng bề mặt hai hướng dầu – nước sau đó, làm cho hệ nhũ tương dễ dàng ổn định Điểm Kraft – điểm đục Khả hòa tan chất hoạt động bề mặt anion tăng lên theo nhiệt độ Khả hòa tan tăng trưởng đột ngột tác nhân bề mặt hòa tan đủ để tạo thành Micell Điểm Kraft điểm mà nhiệt độ Micell hòa tan Độ tan chất hoạt động bề mặt NI phụ thuộc vào lien kết hydro nước với chuỗi polyoxyetylen Năng lượng liên kết hydro lớn tăng nhiệt độ nước làm giảm độ tan Điểm đục điểm nhiệt độ chất hoạt động bề mặt NI không hòa tan HLB (tính ưa nước – tính ưa dầu – cân bằng) HLB đơn vị đo lường lưỡng tính đối cực phân tử Giá trị HLB 1–4 không phân tán nước 3–6 phân tán – 10 phân tán đục ổn định 13 dung dịch Tính chất vật lý dung dịch CHĐBM 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 Γ m nồng độ chất hoạt động bề mặt đủ lớn 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 micell (trong môi trường nước) Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất chất hoạt động bề mặt Nhiệt độ Nhiệt độ cao, độ hòa tan chất hoạt động bề mặt tốt, độ nhớt chất bẩn dạng lỏng giảm, độ hòa tan chất bẩn lớn, phản ứng trung hòa chất bẩn có tính axit phản ứng xà phòng hóa chất béo xảy dễ dàng, làm tăng hiệu suất giặt tẩy Tuy nhiên, nhiệt độ cao làm giảm hoạt tính số chất hoạt động bề mặt dễ hòa tan, giảm độ bền hệ nhũ Một số loại vải chịu nhiệt độ dung dịch cao Đối với chất hoạt động bề mặt NI, hấp phụ tăng theo nhiệt độ sau điểm đục, sức căng bề mặt giao diện 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, thêm gốc –CH2 vào dãy chất béo, sức căng bề mặt giảm (giảm nồng độ) Có thể làm giảm độ hình thành Micell cách làm tính đối xứng phân tử cách phân nhánh thay hai nhánh ngắn thành nhánh dài Độ hấp phụ tăng lên theo độ dài dãy kỵ nước Đối với chất hoạt động bề mặt NI, tăng dây béo C12 – C14 sức căng bề mặt giảm khả phân cực đầu phân cực giảm Sự hấp phụ giảm tăng số oxyetylen ưa nước Chất điện ly Sự hấp phụ: thêm chất điện ly làm giảm độ hòa tan tác nhân bề mặt dẫn đến làm tăng hấp phụ giao diện Các chất điện ly làm giảm CMC chất điện ly dung dich chất tẩy rửa ngăn cản khả hình thành Micell Phần II ỨNG DỤNG CỦA CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT I ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT Như ta biết phần mở đầu chất hoạt động bề mặt có nhiều ứng dụng đời sống thực tế sản xuất như: Trong công nghiệp sản xuất chất tẩy rửa; chất tẩy rửa chăm sóc cá nhân; công nghiệp dệt nhuộm; công nghiệp thực phẩm; công nghiệp mỹ phẩm; công nghiệp in; nông nghiệp; xây dựng; dầu khí; công nghiệp khoáng sản… Đặc biệt lĩnh vực sản xuất chất tẩy rửa, chất hoạt động bề mặt sử dụng nhiều thu hiêu cao Ở nghiên cứu sâu vào ứng dụng tẩy rửa chất hoạt động bề mặt Định nghĩa tẩy rửa Sự tẩy rửa định nghĩa “làm mặt vật thể rắn, với tác nhân riêng biệt, chất tẩy rửa, theo tiến trình lý hóa khác hẳn với việc hòa tan thông thường” Cơ chế tẩy rửa: Quá trình tẩy rửa xảy theo bước sau: Dung dịch tẩy rửa nước làm giảm sức căng nước, nước thấm sâu vào xơ sợi Quá trình lấy bẩn Quá trình chống tái bám chất bẩn CHĐBM tạo bọt, chất bẩn không tan tập trung lên bề mặt bọt bị đẩy hay phân tán vào dung dịch dạng huyền phù, treo lơ lửng Vai trò chất hoạt động bề mặt Giảm sức căng bề mặt nước lấy bẩn CHĐBM làm giảm sức căng bề mặt nước làm cho vải thấm ướt hoàn toàn Mỗi phân tử CHĐBM có đầu nước, đầu bị phân tử nước hút đầu không ưa nước – đầu đồng thời vừa đẩy nước vừa hút vào chất dầu mỡ bẩn Các lực ngược kéo chất bẩn làm chúng treo lơ lửng nước dạng hòa tan, nhũ huyền phù Khuấy đảo tay hay máy giặt giúp kéo hẳn chất bẩn khỏi bề mặt cần làm Các vết bẩn phân cực dùng CHĐBM anion, vết bẩn không phân cực dùng CHĐBM không ion VD : Cơ chế tẩy rửa vết bẩn có chất béo: Ban đầu, sợi có dính vết bẩn dạng dầu mỡ ngâm môi trường nước Do sức căng bề mặt nước lớn nên nước tách hòa tan vết bẩn Khi hòa tan chất tẩy rửa vào nước, dung dịch chất tẩy rửa có sức căng bề mặt nhỏ nước Dung dịch thấm sâu vào sợi vải lôi vết dầu mỡ ra, vết dầu mỡ lấy treo lơ lửng dạng nhũ tương dung dịch đồng Chống chất bẩn tái bám Các vết bẩn dung dịch tẩy ưa kỵ nước Các hạt ưa nước phân tán vào nước không bị tái bám Ngược lại hạt kỵ nước lại có khuynh hướng bám trơ lại vải Trong dung dịch tẩy rửa, phần lớn bề mặt vải v hạt bẩn tích điện âm Các CHĐBM anion bị hút vào hạt bẩn sợi làm tăng hàng rào tĩnh điện chúng hạt giúp phân tán hạt bẩn ổn định, ngăn tái bám Nhưng đến nồng độ vết bẩn CHĐBM định, nồng độ anion cao tái bám tăng nén ép lớp điện tích kép bao bọc bề mặt sợi hạt Các CHĐBM nonion có dây kỵ nước phân tử dài tính chống tái bám lớn Các chất nonion hấp phụ vào bề mặt sợi hạt bẩn hướng phần ưa nước Hàng rào lập thể tạo lớp nước hydrat hóa ngăn chặn hạt tiến lại gần sợi, chống lại tái bám Nhưng thực tế CHĐBM nonion có khả chống tái bám thấp anion CHĐBM cation tác dụng chống tái bám, không thích hợp cho việc giặt tẩy CHĐBM cation tích điện dương, bề mặt vải tích điện âm chúng bám vào vải nên tác dụng chống tái bám Là chất tạo bọt CHĐBM tạo bọt làm cho chất bẩn không tan tập trung lên bề mặt bọt bị đẩy Một CHĐBM hay hỗn hợp CHĐBM có khả tạo bọt tối đa quanh CMC Với loại CHĐBM, cmc nhỏ khả tạo bọt lớn Đối với alkysulfat, chiều dài dây Cacbon tăng độ hòa tan cmc giảm, khả tạo bọt tăng; di chuyển nhóm ưa nước vào dây hay dùng dây Cacbon mạch nhánh làm tăng CMC từ làm giả khả tạo bọt Chất HDBM không ion tạo bọt ion nước Để tăng khả tạo bọt người ta thêm vào thành phần phụ da, chất hữu có cực làm giảm CMC CHĐBM Các chất tăng cường bọt bột giặt, nước rửa chén, dầu gội đầu mono hay dietanol amid tạo bọt bền, mịn Ảnh hưởng môi trường nước đến tẩy rửa Môi trường nước cứng có chứa nhiều ion Ca 2+ Mg2+ làm kết tủa xà bông, giảm bọt Do bột giặt có chứa thành phần có tác dụng làm mềm nước Ta sử dụng chất tạo phức ortho phosphat, pyro phosphat, di phosphat, triphosphat (tên gọi không xác tripolyphosphat TPP), EDTA (etylen DiaminTetra-acetat), NTA (Nitrilo Tri-acetic) … Nhưng chất tạo phức có chứa photpho cung cấp dinh dưỡng cho thực vật sống nước tảo, làm cho chúng phát triển nhanh nên tiêu thụ nhiều O2 hòa tan nước vào ban đêm làm cá chết hàng loạt nên hạn chế dùng Sử dụng chất tạo môi trường kiềm có tác dụng đệm để trì môi trường Các chất thường sử dụng TPP, Na2CO3, NaHCO3, silicat Trước đây, người ta sử dụng TPP phổ biến Zeolit (các silicat) từ từ thay carboxylat loại polyme phân giải sinh học tăng tốc silicat vào thị trường II ỨNG DỤNG CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT TRONG TIÊU ĐỘC, TẨY XẠ Chất hoạt động bề mặt sử dụng rộng rãi lĩnh vực quân sự, đặc biệt tiêu độc, tẩy xạ Tác dụng chất hoạt động bề mặt chủ yếu phát huy hiệu bề mặt vật nhiễm độc Trong tiêu độc việc sử dụng chất hoạt động bề mặt không thực thu hiệu cao hoàn toàn Bởi chất độc không tác động bề măt đối tượng nhiễm độc mà chủ yếu thấm sâu vào bên Vì để tiêu độc hoàn toàn phải dùng chất tiêu độc đặc biệt Tuy nhiên với có mặt chất hoạt động bề mặt giúp tăng cường hiệu tiêu độc cao nên chất hoạt động bề mặt ưu tiên sử dụng số trường hợp Trong tẩy xạ, nguồn gây nhiễm xạ chủ yếu tồn bề mặt dạng bụi, mây phóng xạ hay mảnh vỡ phóng xạ Vì việc sử dụng chất hoạt động bề mặt để tẩy xạ thu hiệu tác dụng cao sử dụng phổ biến Sau ứng dụng chất hoạt động bề mặt tẩy xạ Bản chất trình tẩy rửa chất hoạt động bề mặt Trong môi trường nước lực liên kết (kết dính) hạt bụi từ hàng chục lần tới hàng trăm lần so với lực liên kết môi trường không khí Điều giải thích nước mức độ thấm ướt bề mặt hạt bụi tạo nên lớp mỏng (độ dày 10 -4 cm - 10-5cm), lớp có tác dụng làm giảm lực liên kết Tuy nhiên tác dụng tẩy rửa riêng nước không đủ, nước có sức căng bề mặt lớn (sức căng bề mặt lực làm giảm diện tích bề mặt) khó thấm ướt bề mặt khác Chất lỏng có sức căng bề mặt nhỏ dễ thấm ướt bề mặt rắn Có thể làm giảm sức căng bề mặt nước hai cách: Đun nước lên hay cho vào nước số chất hữu cơ, chất hữu gọi chất HĐBM Sức căng bề mặt nước giảm đun nóng Ví dụ, đun nước nóng từ 20 0C - 80 0C sức căng bề mặt nước giảm 15% Hoà tan vào nước lượng nhỏ chất HĐBM xà phòng hay chất OP - 10 làm giảm đáng kể sức căng bề mặt nước (khi dùng chất OP 10 sức căng bề mặt nước giảm lần) Kết trình hoạt tính bề mặt dung dịch tăng lên khả thấm ướt dung dịch tăng, tức dung dịch dễ chảy loang theo bề mặt nhiễm xạ xuyên thấm vào lỗ khác Điều dẫn đến hiệu ứng “thấm loang” việc tẩy rửa chất phóng xạ trở lên dễ dàng Các HĐBM chất với hàm lượng nhỏ có khả làm giảm rõ rệt sức căng bề mặt dung dịch nước hấp phụ lên bề mặt khác nhau, tạo thành lớp màng bền vững bảo đảm khả thấm ướt tốt bề mặt Khả chất HĐBM làm giảm sức căng bề mặt nước giải thích cấu tạo tính chất phần tử HĐBM Như ta đa biết phân tử chất HĐBM gồm hai phần: phần phân cực phần không phân cực Phần phân cực phân tử nhóm nguyên tử có lực liên kết với phân tử nước, phần bị phân tử nước lôi kéo Phần phân cực phần ưa nước đảm bảo khả hoà tan chất HĐBM vào nước Phần không phân cực phân tử chất HĐBM thông thường gốc mạch hiđrocacbon dài có tính chất hoàn toàn khác nước Phần phân tử phần không ưa nước Các loại xà phòng béo thông thường thí dụ điển hình chất HĐBM Đó muối natri axit pamitic C15H31COONa, phân tử cấu tạo sau: CH3- CH2-CH2- - CH2- C-OONa Phần không phân cực Phần phân cực Khi hoà tan vào nước phần phân cực phân tử chất HĐBM hướng phía nước, phần không phân cực nước hướng phía bề mặt phân pha không khí hay bề mặt chất rắn, đẩy phân tử nước khỏi bề mặt chiếm chỗ phân tử nước bề mặt Sự phân bố phân tử chất hoạt động bề mặt nước Những tượng tương tự xảy bề mặt phân chia nước bề mặt kỵ nước bị nhiễm phóng xạ có mặt chất HĐBM Kết tượng bề mặt nước tạo thành lớp chất có sức căng bề mặt nhỏ nhiều khả thấm ướt bề mặt (mà theo dung dịch chất HĐBM chảy loang) tăng Do khả HĐBM tăng, dung dịch tẩy rửa (dung dịch chất HĐBM nước) dễ thấm nước bề mặt chất bẩn không ưa nước (mỡ, dầu, bơ, bụi kim loại) làm tăng khả thấm ướt bề mặt ưa nước, thấm ướt chậm (các hạt silicat, ôxit kim loại, lớp gỉ) Có thể hình dung trình thấm ướt sau: phân tử chất HĐBM xâm nhập vào hạt bẩn không ưa nước đầu không phân cực Đầu phân cực phân tử hướng làm cho có lực nước dung dịch tẩy rửa thấm ướt tốt chất bẩn Trên bề mặt chất bẩn ưa nước, lớp hấp phụ kép chất HĐBM tạo thành hướng dung dịch đầu phân cực Các lớp hấp phụ chất hoạt động bề mặt Sự thấm ướt làm cho dung dịch chất HĐBM thâm nhập vào chất bẩn (chất phóng xạ) bề mặt cần tẩy rửa, xâm nhập vào khe hở, chỗ nứt mà chất bẩn bám vào phân tách thành hạt nhỏ có kích thước hạt keo hay thành dạng phân tán thô bao lấy hạt bẩn (bụi phóng xạ) tạo lên bề mặt chúng lớp chất HĐBM bền Chính liên kết chất bẩn với bề mặt bị phá vỡ dùng lực tác dụng học nhỏ (lau chùi bàn chải, đối lưu dung dịch, ) hạt bẩn tách khỏi bề mặt chuyển vào dung dịch dạng nhũ tương, chúng chất lỏng hay dạng huyền phù, chúng chất rắn dạng dung dịch keo có độ phân tán hạt cao Các hạt bẩn lơ lửng tạo thành dung dịch tẩy rửa phải bền theo thời gian để tránh liên kết hạt bẩn lại với hấp phụ lần thứ bề mặt tẩy xạ Điều cho phép loại chất bẩn với dung dịch chất HĐBM sử dụng Các chất bẩn tính liên kết lại với không hấp phụ lại bề mặt tẩy xạ (tức huyền phù nhũ tương bền theo thời gian) làm cho phần phân cực tên phân tử chất HĐBM đẩy lẫn Các giai đoạn trình tẩy rửa dùng chất hoạt động bề mặt a- Sự thấm ướt bề mặt chất bẩn bề mặt cần tẩy xạ dung dịch chất HĐBM b- Sự phân nhỏ tách chất bẩn khỏi bề mặt cần tẩy xạ c- Phần chất bẩn nằm dung dịch tẩy xạ trước loại bỏ Như vậy, cách ngắn gọn mô tả vai trò chất hoạt động trình tẩy rửa sau: Làm ướt chất bẩn bề mặt cần tẩy rửa dung dịch tẩy rửa Phá vỡ chất bẩn, tách chất bẩn khỏi bề mặt tẩy xạ chuyển chúng vào dung dịch Giữ chất bẩn dung dịch trước loại bỏ Tất chất tẩy rửa hạt hạt keo HĐBM, tức hoà tan chất tẩy rửa tạo lên dung dịch gần với dung dịch keo dung dịch thật Trong dung dịch nước phân tử chất HĐBM liên kết với đầu không phân cực tạo lên trạng thái tập hợp to hay nhỏ khác gọi mixen, hạt mixen chứa đến 1000 phân tử riêng biệt Sự hình thành mixen xảy nồng độ đạt đến giá trị định đó, nồng độ gọi nồng độ giới hạn tạo mixen (C gh) Khi nồng độ vượt nồng độ giới hạn dung dịch đồng thời có mặt ion, phân tử mixen chất tẩy rửa, chúng thiết lập cân động Các ion phân tử HĐBM làm giảm sức căng bề mặt tăng khả thấm ướt dung dịch hấp phụ hạt bẩn bề mặt cần tẩy rửa, chúng làm cho chất bẩn dễ tách khỏi bề mặt Các chất bẩn tách khỏi bề mặt ion phân tử chất tẩy rửa bao quanh, nhờ chất bẩn không liên kết với bề mặt Lớp ion phân tử chất tẩy rửa bao quanh hạt bẩn chặt dày chất bẩn tồn lâu dung dịch Tuy lớp tạo thành dung dịch có mixen, mixen bù đắp lại ion phân tử chất tẩy rửa dung dịch bị giảm Do tính chất tẩy rửa tốt thể nồng độ chất tẩy rửa dung dịch lớn nồng độ giới hạn C gh KẾT LUẬN Trong điều kiện kinh tế xã hội nay, việc sử dụng chất tẩy rửa việc sử dụng chất hoạt động bề mặt nhu cầu cần thiết Càng ngày người ta nghiên cứu, phát nhiều ứng dụng chất hoạt động bề mặt hiệu thực tiễn Trong đó, việc tăng cường trang thiết bị kỹ thuật, đại hóa trình sản xuất chất hoạt động bề mặt góp phần rút ngắn thời gian sản xuất, tăng sản lượng hiệu kinh tế cao Trong lĩnh vực quân sự, trước tình hình nay, việc sử dụng các chất độc quân không phổ biến Tuy nhiên, công tác dự phòng, canh gác Bên cạnh việc tăng cường công tác quan trắc, giám sát phát chất độc cần phải tiếp tục nghiên cứu phương pháp tiêu độc, tẩy xạ mà yếu tố thiếu có mặt chất hoạt động bề mặt TÀI LIỆU THAM KHẢO 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 dung dịch tiêu độc, tẩy xạ, diệt trùng, Bộ tư lệnh hóa học, 1989 S.Franke hóa học chất độc quân sự, Nhà xuất quân nước cộng hòa dân chủ Đức, 1977 Học viện kỹ thuật quân dịch in 1984 Tập 1/1 tập 1/ tiến sĩ Cao Hùng Thái dịch Tập TS Nguyễn Hữu Vị dịch từ tiếng Nga Tẩy xạ, TS Nguyễn Hữu Vị dịch từ tiếng Nga, Học viện kỹ thuật quân in 1984 Các tài liệu thu thập mạng khác [...]... 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... 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)... 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. .. 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... 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... 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... 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... 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... - 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... 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