Trang 5 căng giữa các pha bề mặt có thể giảm bằng cách tăng nhiệt độ hoặc thêm vào hệ chất hoạt động bề mặt Chất nhũ hoá Nhũ tơng loãng Khi pha phân tán chỉ chiếm 0,1 % - 0,2% thể tích
Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hµ néi - Luân văn thạc sĩ khoa học Nghiên cứu động học trình hệ nhũ tơng dầu/ nớc Hóa lý thuyết hóa lý Mà số: Đặng chinh hải Hä tªn ngêi híng dÉn khoa häc:TS.TS KH Ngun Minh tun Hµ néi - 2005 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205113581000000 Mục lục Lời mở đầu Chơng Tổng quan 03 1.1 Các khái niệm nhũ tơng 03 1.1.1 Định nghĩa nhũ tơng 03 1.1.2 Phân loại nhũ tơng 03 1.1.3 Nhận biết nhũ tơng D/N nhũ tơng N/D 05 1.1.4 ảnh hởng điện tích đến độ ổn định nhũ tơng 05 1.2 Lý thuyết ổn định nhũ tơng 11 1.2.1 Các yếu tố bề mặt ổn định nhũ tơng 11 1.2.2 Các tác nhân tạo nhũ 19 1.2.3 Hệ cân HLB hình thành nhũ tơng 26 1.2.4 Lựa chọn chất phá nhũ 28 1.2.5 Sự phá vỡ nhũ tơng 29 Chơng 2: phơng pháp nghiên cứu 31 2.1 Kích thớc phân bố tập hợp giọt nhũ tơng 31 2.1.1 Kích thớc, thành phần phân bố kích thớc giọt 31 2.1.2 Các phơng pháp xác định kích thớc giọt 32 2.2 Phân bố kích thớc 36 2.2.1 Khái niệm hàm phân bố tập hợp giọt 36 2.2.1.1.Mật độ phân bố qr(x) 36 2.2.1.2 Hàm phân bố tiêu chuẩn 37 2.2.1.3 Tổng phân bố tập hợp giọt 37 2.2.2 Các hàm phân bố thờng gặp tập hợp giọt 38 2.2.2.1 Phân bố chuẩn 38 2.2.2.2 Phân bè logarit 38 2.2.2.3 Ph©n bè RRS 39 2.2.2.4 Ph©n bố GGS hay phân bố hàm phân bố mũ 40 2.3 Đánh giá tính tơng hợp hàm phân bố 40 2.3.1 ChuÈn sè Fisher 40 2.3.2 ChuÈn sè "Tu©n thñ" 41 2.3.2 ChuÈn sè WINCOXON 43 2.3.4 Chän chuÈn số thích hợp 44 2.4 Biểu diễn phân bố tập hợp giọt 45 2.5 PP xác định dầu nớc cách chế tạo mẫu nhũ tơng D/N 49 2.5.1 Xác định dầu nớc đợc tiến hành phòng TN hóa dầu 49 2.5.2.Tạo mẫu chứa hệ nhũ tơng dầu nớc 50 Chơng 3: Kết nghiên cứu thảo luận 51 3.1 Quy trình thí nghiệm 51 31.1 Chän chÊt nhị hãa 52 3.1.2 ¶nh hëng cđa khuấy trộn 52 3.1.3 ảnh hởng chất điện ly 53 3.2 Xác định phân bố 54 3.3 Sự phụ thuộc đặc trng phân bố vào nồng độ muối 78 3.4 Sự phụ thuộc đặc trng phân bố vào số vòng quay cánh khuấy 79 Kết luận Tài liệu tham khảo Phụ lục Chơng 1:Tổng quan 1.1.Các khái niệm nhũ tơng [1], [5] 1.1.1 Định nghĩa nhũ tơng Nhũ tơng hệ vi dị thể bao gồm pha lỏng phân tán môi trờng phân tán lỏng Cùng với phát triển mạnh mẽ ngành hoá lý, từ xa đến lý thuyết nhũ tơng đợc phát triển ngày hoàn thiện Nó phần quan trọng lý thuyết hoá học chất keo Các điều kiện cần để tạo nên hệ keo Nhũ tơng bền vững sa lắng khối lợng riêng pha phân tán gần 1.1.2 Phân loại nhũ tơng Nhũ tơng loại hệ phổ biến nhiên nhiên kỹ thuật nh : Sữa, mủ cao su, lòng đỏ trứng gà.v.v loại nhũ tơng tự nhiên, kỹ thuật hoá thực phẩm, hoá mĩ phẩm, hoá dợc thờng gặp nhiều hệ nhũ tơng Nhũ tơng hệ dị thể pha lỏng, loại nhũ tơng phổ biến thực tế, ®ã pha lµ níc vµ mét pha lµ chÊt lỏng không cực gọi dầu Có loại nhũ tơng: - Nhũ tơng Dầu/ Nớc: loại nhũ tơng dầu nớc hay gọi nhũ tơng thuận mà pha phân tán dầu pha liên tục nớc (Hình 1-1a) - Nhũ tơng Nớc/ Dầu: loại nhũ tơng nớc dẩu gọi nhũ tơng nghịch mà pha phân tán nớc pha liên tục dầu (Hình 1-1b) Thuật ngữ dầu bao gồm chất lỏng hữu không tan tan hạn chế nớc Một đặc trng nhũ tơng khả tự hình thành nhũ tơng sức căng pha bề mặt nhỏ cỡ 10 -5 J.m2 Sức căng pha bề mặt giảm cách tăng nhiệt độ thêm vào hệ chất hoạt động bề mặt (Chất nhũ hoá) Nhũ tơng loÃng Khi pha phân tán chiÕm 0,1 % - 0,2% thĨ tÝch hƯ t thc vào chất hai pha mà nhũ tơng tồn dạng giọt có đờng kính khoảng 0,1àm Nhũ tơng loÃng có tính chất hệ keo điển hình, hệ có điện tích ( ze ta ) tuân theo quy tắc keo tụ Điện tích xuất giọt pha phân tán hấp phụ ion chất điện ly vô có mặt môi trờng Vì nồng độ nhỏ nên nhũ tơng có độ bền tập hợp lớn Nhũ tơng đặc Khi pha phân tán chiếm 0,2% - 74% thể tích hệ, đờng kính giọt nhũ tơng đặc vào khoảng 0,1 mm Nhũ tơng đặc bền Trong hệ thờng phải có chất nhũ hoá bảo vệ Nhũ tơng đậm đặc dễ sa lắng lên Khi pha phân tán có khối lợng riêng lớn khối lợng riêng môi trờng giọt sa lắng ngợc lại giọt nên hệ Nhũ tơng đậm đặc Pha phân tán chiếm 74% - 99% thể tích hệ, nhũ tơng loại tồn có chất nhũ hoá tốt Dung dịch chất nhũ hoá nằm giọt pha phân tán dới dạng màng mỏng độ dày màng nhũ tơng mỏng tới 100A0 bé Các giọt cầu biến dạng thành hình đa diện đợc ngăn cách với màng mỏng chất nhũ hoá pha (pha liên tục số trờng hợp hệ tạo thành khối gen, có ranh giới phân chia pha phức tạp) nớc dầu nớc dầu a) b) Hình1-1: nhũ tơng dầu/ nớc nhũ tơng nớc / dầu 1.1.3 Nhận biết nhũ tơng dầu / nớc nhũ tơng nớc / dầu Ta nhận biết hai loại nhũ tơng cách ã Thêm chất màu có khả tan vào pha ( pha phân tán pha liên tục) mà qua kính hiển vi thờng dễ dàng phân biệt đợc ã Thêm mét Ýt níc th× nã chØ trén lÉn nhị tơng loại dầu / nớc mà không trộn lẫn loại nhũ tơng nớc / dầu ã Độ dẫn điện nhũ tơng dầu/ nớc lớn nhũ tơng nớc / dầu 1.1.4 ảnh hởng điện tích đến độ ổn định nhũ tơng [14], [15] Từ xa xa nhà khoa học đà biết tới ảnh hởng điện tích đến độ ổn định nhũ tơng Nhng đến thời gian gần ngời ta nghiên cứu lý thuyết cách tỷ mỉ Trớc chế độ ổn định hoá đợc nghiên cứu cách hệ thống cần phải hiểu nguồn gốc tích điện số đặc tính rõ rệt hạt tích điện Việc tích điện lên giọt nhũ tơng ttrong hệ keo sinh theo ba c¸ch - Sù ion ho¸ - Sù hấp thụ - Sự tích điện va chạm Sự ổn định nhũ tơng có xuất phần tử tác nhân tạo nhũ bề mặt giọt, phân tử hấp phụ lên bề mặt phân chia pha đặc biệt xét tới hệ nhũ tơng dầu/ nớc nguồn gốc việc tích điện bề mặt xuất phát từ trình ion hoá nhóm hoà tan nớc Theo cách khác, ổn định nhũ tơng tác nhân bề mặt không sinh ion chất không ion khó minh hoạ cho việc tích điện lên bề mặt theo chế Tuy nhiên, giả thiết phấp thụ lên bề mặt có tính thuyết phục [2] VD: Sù hÊp phơ cđa ion tõ pha níc xảy Hoặc theo cách khác xảy tích điện có va chạm giọt, tơng tự nh việc xuất điện tích chà xát miếng hổ phách vào lụa tơ tằm Chắc chắn minh chứng vừa mang tính thực nghiệm vừa mang tính thẩm định Theo kết luận nhiều nhà nghiên cứu khác chế việc tích điện va chạm đợc chấp nhận VD: Một hệ nhũ tơng dầu / nớc đợc ổn định xà phòng ta hy vọng phần dầu nhóm cacboxyl thâm nhập qua lớp bề mặt vào pha nớc đợc ion hoá Nhóm cacboxyl nhóm hình thành lên bề mặt giọt Các giọt đợc bao quanh lớp điện tích âm Trong trờng hợp nhũ tơng đợc ổn định tác nhân tạo nhũ cation, giải thích có tích điện dơng giọt Ngời ta dự đoán trớc đợc dấu hiệu việc tích điện nhũ tơng ổn định chế kết hợp hấp phụ ion hóa Việc đợc đơn giản hoá xét tới tầm quan trọng điện tích Zeta nhũ tơng Theo quy tắc Cohen, chất có số điện di cao đợc tích điện dơng tiếp xúc với chất khác có số điện di cao hầu hết chất pha khác giọt nhũ tơng, giọt nhũ tơng dầu / nớc tích điện dơng Chú ý: quy luật Cohen đợc chứng minh tích điện di mà không đợc coi nh tính chuẩn xác khả tạo nhũ Nh việc tích điện giọt,nh hạt keo kỵ nớc đóng góp vào việc ổn định hệ lực đẩy chung hạt tích điện ngăn cản việc tiếp xúc kết tụ chúng + Lớp điện kép Helmholz: Helmholz đa khái niệm lớp điện kép, tích điện hạt keo kỵ nớc kết phân phối không iôn bề mặt giọt Nếu iôn tích điện gần hạt iôn có điện tích đối đợc xếp song song với chúng tạo nên lớp điện tích kép đợc biểu diễn dạng hình cầu Sự phân bố thể điện tích hàm khoảng cách từ bề mặt hạt thể hình 1.2 Sự phân bố tơng tự nh tạo thành hai hình cầu đồng tâm + Lớp điện kép khuếch tán Gony: Xét tới cân đối ion có giả định rằng: Phải có ion định hớng đặn để hình thành lớp Helmholz Để khắc phục mặt cha hiệu huyết này, Gony đà cho lớp kép đợc khuếch tán phía gồm lớp ion có mật độ điện tÝch gi¶m theo quy lt sè mị ϕ ϕ x x Hình x (A) Lớp điện tÝch Helmholz (B) Líp ®iƯn tÝch kÐp Gony (C) Líp điện tích kép Stern Lu ý việc giảm bán kính hạt cầu tới kích thớc cần thiết, theo thuyết Debye Huckel, để có điện tích bền Gony đa vào phơng trình Poisson dẫn đến phơng trình thông số k: (Hình 1.2) k1 = 8nz e kT (1.1) đây: Z hoá trị ion tích điện trái dấu với điện tích bề mặt n: Số ion cm2 lớp điện tích kép e: Điện tích nguyên tè ε: H»ng sè ®iƯn di k: H»ng sè Bolzman’s T nhiệt độ tuyệt đối k1 : khoảng cách tơng ứng từ mặt phẳng hạt mà có chứa hầu hết điện tích hạt Nh 1/k1 đờng kính hiệu dụng hạt độ dày líp kÐp tØ lƯ víi n1/2 + Líp kÐp khch tán Stern: Mặc dù khái niệm Gony có ý nghĩa định lớp khuếch tán nhng số nhợc điểm Để khắc phục nhợc điểm Stern đà kết hợp lý thuyết Helmholtz Gony Theo thuyết Stern lớp điện tích kép gồm hai phần: - Lớp thứ 1: Có độ dày xấp xỉ lớp ion đơn cố định bề mặt (Lớp Helmholtz) - Lớp thứ hai: có khoảng cách mở rộng phía pha đợc khuếch tán Trong pha giảm dần (lớp Gony) [1], [3] + Sù ®iƯn li [5] NÕu mét nhũ tơng hay keo kỵ nớc trờng điện, kết việc tích điện giọt dịch chuyển từ dạng sang dạng khác Hiện tợng gọi Cataphoresis hay điện di Ngời ta quan sát đo tỉ lệ di chuyển hiệu ứng kính hiển vi thiết bị đo chuyển dịch biên Theo cách đo thiết bị ngời ta nghiên cứu tỷ lệ chuyển động nhũ tơng giọt keo quan sát phân tán trung bình giọt dới tác động cđa ®iƯn trêng Tû lƯ cđa chun ®éng cđa líp biên cân đến giá trị chuyển động chung bình phần tử Vận tốc phân tử V hàm E thờng đợc biểu thị qua số liệu electrophoresic: u = v/E