PHÂN BIỆT TÍNH CHẤT HÓA LÝ CỦA HỆ NHŨ TƯƠNG (EMULSION) VÀ VI NHŨ TƯƠNG (MICROEMULSION) TÍNH BỀN NHIỆT ĐỘNG (THERMODYNAMIC STABILITY)

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT HOÁ HỌC BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÔN NHIỆT ĐỘNG KĨ THUẬT HÓA HỌC Tên Đề tài: PHÂN BIỆT TÍNH CHẤT HÓA LÝ CỦA HỆ NHŨ TƯƠNG (EMULSION) VÀ VI NHŨ TƯƠNG (MICROEMULSION) TÍNH BỀN NHIỆT ĐỘNG (THERMODYNAMIC STABILITY) CỦA HỆ VI NHŨ TƯƠNG ỨNG DỤNG: TỔNG HỢP POLYMER BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHŨ TƯƠNG GVHD: Nguyễn Ngọc Hạnh HVTH: Nguyễn Thị Trúc Phương……… 7140196 Bùi Vĩnh Phúc………… ……… 7140195 Tp.HCM, tháng 11 năm 2014. MỤC LỤC .TỔNG QUAN HỆ NHŨ TƯƠNG VÀ VI NHŨ TƯƠNG 3 1.Tổng quan hệ nhũ tương 3 1.1 Khái niệm nhũ tương [1][2] 3 1.1.1 Khái niệm: 3 1.1.2 Phân loại [1] 4 1.1.3 Tính chất của hệ nhũ tương[3] 7 1.1.3.1 Độ bền vững tập hợp và bản chất của chất nhũ hoá 7 2.1 Định nghĩa về vi nhũ tương [4] 10 2.2 Thành phần của vi nhũ tương 11 2.3 Ưu điểm của vi nhũ tương 12 2.3.1 Ưu điểm: 12 2.3.2 Nhược điểm: 12 2.4 Phân loại vi nhũ tương: 13 II. Phân biệt nhũ tương và vi nhũ tương: 14 III. TÍNH BỀN NHIỆT ĐỘNG (THERMODYNAMIC STABILITY) CỦA HỆ VI NHŨ TƯƠNG [5] 17 1. Sức căng bề mặt của hệ vi nhũ tương 17 2 Độ cong tự phát 19 2.1. Độ cứng mặt cong là đại lượng quan trọng 20 3 Cân bằng ba pha 21 IV. ỨNG DỤNG NHŨ TƯƠNG TRONG TỔNG HỢP POLYMER: 24 1. Tổng quan Polyme 24 1.1 Polyme là gì? 24 1.2. Phản ứng trùng hợp Polymer thông thường 25 a. Giai đoạn khơi mào 25 b. Giai đoạn phát triển mạch 27 c. Giai đoạn ngắt mạch 27 d. Giai đoạn chuyển mạch 28 1.3. Các yếu tố ảnh hưởngđến quá trình trùng hợp 28 1.3.1 Ảnh hưởngcủa nồng độ chất khơi mào 28 1.3.2 Ảnh hưởngcủa nhiệt độ 29 1.3.3. Ảnh hưởngcủa áp suất 29 1.3.4 Ảnh hưởngcủa nồng độ monomer 30 2 . Phương pháp trùng hợp nhũ tương: 30 2.1 Các thành phần chính trong một hệ trùng hợp nhũ tương: 31 2.2 Qúa trình Polyme nhũ tương: 33 2.4 Ưu và nhược điểm Polyme Nhũ Tương 34 2.4.1 Ưu điểm 34 2.4.2 Nhược điểm: 35 2.4 Thành phần một hệ Polyme nhũ tương đặc trưng 35 [4] Handbook of Microemulsion Science and Technology- google book 36 .TỔNG QUAN HỆ NHŨ TƯƠNG VÀ VI NHŨ TƯƠNG 1.Tổng quan hệ nhũ tương 1.1 Khái niệm nhũ tương [1][2] 1.1.1 Khái niệm: Khái niệm nhũ tương được phát triền một cách khá ngẫu nhiên, nó là một phần quan trọng của lý thuyết hóa keo và là một phần phát triền từ công nghệ lâu đời liên quan đến việc chế biến sữa. Các điều kiện để tạo nên nhũ tương cũng như các điều kiện để chế tạo ra hệ keo có pha phân tán vào môi trường phân tán lỏng. Nhũ tương là một hệ phân tán cao của hai hay nhiều chất lỏng không trộn lẫn vào nhau, một trong hai có mặt dưới dạng những giọt nhỏ của pha bị phân tán, pha còn lại dưới dạng pha liên tục. Trong hầu hết thực phẩm, các giọt nhỏ có đường kính 0.1- 100µm. Sự hình thành một nhũ tương bao gồm sự tăng bề mặt liên pha kèm theo sự tăng năng lượng tự do. 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, hàm lượng protein hòa tan và các nhũ tương hóa của protein, độ hòa tan và khả năng trương hóa của protein có quan hệ tỷ lệ thuận. Các loại protein không hòa tan có khả năng tạo nhũ tương thấp… 1.1.2 Phân loại [1] Nhũ tương được phân loại : Phân loại dựa vào pha phân tán hoặc phân loại theo nồng độ thể tích mà pha phân tán chiếm. Theo cách phân loại đầu: Người ta chia thành nhũ tương chất lỏng không phân cực trong chất lỏng phân cực (vd: nhũ tương dầu trong nước) là các loại nhũ tương thuận hoặc nhũ tương loại một. Nhũ tương chất lỏng phân cực trong chất lỏng không phân cực (vd: nhũ tương nước trong dầu) là nhũ tương nghịch hoặc nhũ tương loại hai. Nhũ tương loại một thường được ký hiệu D/N: pha phân tán là dầu còn pha liên tục là nước. (O / W): giọt dầu phân tán trong nước Nhũ tương loại hai thường được ký hiệu N/D: pha phân tán là nước còn pha liên tục là dầu: dầu-trong-nước. (W / O): những giọt nước phân tán trong dầu Theo cách phân loại thứ hai, nhũ tương được chia ra: nhũ tương loãng, đậm đặc, rất đậm đặc hay gelatin. Nhũ tương loãng: là các nhũ tương chứa khoảng 0.1% tướng phân tán. Là nhũ tương có độ phân tán bé chế tạo bằng cách pha loãng nhũ tương đậm đặc. Các hạt trong nhũ tương loãng có kích thước rất khác với kích thước hạt của các nhũ tương đặc và rất đặc. các nhũ tương loãng là hệ phân tán cao có đường kính hạt phân tán quanh 10 -5 cm, thường được tạo nên mà không cần thêm vào hệ các chất nhũ hóa đặc biệt. Nhũ tương đậm đặc: là những hệ phân tán lỏng- lỏng chứa một lượng lớn tướng phân tán, đến 74% thể tích. Kích thước các hạt tương đối lớn 0.1-1µm và lớn hơn. Các nhũ tương đậm đặc rất dễ sa lắng, đặc biệt là khi có sự khác biệt về khối lượng riêng giữa tướng phân tán và môi trường phân tán càng cao. Nhũ tương rất đậm đặc: là các hệ lỏng- lỏng trong đó độ chứa của tướng phân tán vượt quá 74% thể tích. Ngoài ra ta còn có: Nhũ phức: dầu có thể phân tán trong pha nước của nhũ W/O để tạo ra hệ phức O/W/O, tương tự có hệ phức W/O/W.  Nhũ trong: phần lớn là các loại nhũ đều đục do ánh sáng bị tán xạ khi gặp các hạt nhũ phân tán, khi đường kính của các giọt dầu giảm xuống khoảng 0.05µm tác dụng của ánh sáng bị tán xạ giảm khi đó nhũ sẽ trong suốt. nhũ trong còn gọi là vi nhũ.  Trạng thái keo: khi hòa tan đường và nước, các phân tử đường phân tán vào nước ở dạng riêng rẽ, trạng thái này gọi là trạng thái hòa tan hoàn toàn. Đối với các nhũ đục đường kính hạt phân tán lớn hơn 0.2µm. trạng thái keo là trạng thái trung gian giữa hai trạng thái: hòa tan hoàn toàn vào nhũ đục. Kích thước hạt keo khoảng 0.05-0.2µm. 1.1.3 Tính chất của hệ nhũ tương[3] 1.1.3.1 Độ bền vững tập hợp và bản chất của chất nhũ hoá Nhũ tương là hệ không bền vững tập hợp vì có năng lượng tự do lớn; các hạt nhũ tương tự ý liên kết lại với nhau lại thành tập hợp và cuối cùng hệ tách ra thành 2 lớp. Để đánh giá độ bền vững của nhũ tương ta xét tốc độ phân lớp của nhũ tương, thời gian tồn tại của nhũ tương và thời gian sống của từng hạt. Hệ nhũ tương là hệ không bền nhiệt động. Hệ nhũ sau quá trình đồng nhất sau đó xảy ra sự phá hủy nhũ tương như sau: - Sự nổi lên hoặc lắng xuống của các giọt dưới ảnh hưởng của trọng lực, khối lượng riêng của giọt nào nặng hơn sẽ có xu hướng chìm. - Sự kết tụ của các giọt giam đột ngột các điện tích nên kéo theo làm giảm các lực đẩy tỉnh điện giữa các giọt, thường xảy ra khi thay đổi pH và lực ion. Sự kết tụ làm tăng kích thước bên ngoài của các giọt do dó làm tăng tốc độ phân lớp. - Sự hợp giọt một cách tự phát sẽ làm tăng dần kích thước các giọt và cuối cùng dẫn đến phân chia thành hai lớp ngăn cách nhau bằng bề mặt phân chia phẳng, điện tích lúc này sẽ cực tiểu. - Sự xa lắng, sự kết tụ và các va chạm do chuyển động Brown hoặc chuyển động khuấy khác sẽ làm cho các giọt gần lại nhau. Các dạng không bền của hệ nhũ tương *Hạn chế một số nguyên nhân phá nhũ: - Nhũ tương có thể bị phá vỡ khi thêm chất điện ly hóa trị cao trong chất nhũ có tác dụng ngược trên hệ.Giả sử nhũ tương ở dạng O/W, nhũ có thể bị phá vỡ khi sử dụng thêm chất điện ly chứa ion hóa trị cao, ion hóa trị cao tác dụng với nhóm ion của chất nhũ hóa tạo các chất không tan trong nước, tức chuyển từ nhũ sang trạng thái keo (bị keo tụ). - Khi sử dụng thêm chất nhũ hóa có tác dụng ngược lại với chất nhũ hóa ban đầu. Nhũ tương ở dạng W/O khi thêm vào chất điện ly ở nồng độ cao sẽ xảy ra hiện tượng muối kết (không phải hiện tương keo tụ) làm vỡ nhũ. - Nhũ có thể bị phá vỡ nếu đưa vào hệ một chất hoạt động bề mặt hoặc một chất nào đó có khả năng đẩy chất nhũ hóa ra hệ, như dùng rượu anylic, nhũ O/W sẽ bị phá vỡ. - Nhũ tương có thể phá vỡ bằng ly tâm, lọc, điện ly, đun nóng. Sự tăng nhiệt độ làm chất nhũ hóa dễ bị tách ra khỏi bề mặt giọt trong quá trình giải hấp phụ hoăc hòa tan chất nhũ hóa của tướng phân tán, do đó tất cả các yếu tố này rất cần được quan tâm trong quá trình tạo nhũ của sản phẩm thực phẩm. 1.1.3.2Tính chiết quang: - Hiện tượng đục ở một số nhũ có liên quan đến chỉ số khúc xạ của hai pha. Nếu hai pha có chỉ số khúc xạ như nhau nhưng năng lượng phân tán quang học khác nhau thì nhũ trong suốt được hình thành. - Độ đục của nhũ thực hiện vào pha phân tán. Nói chung, hai pha bất kì nào, độ đục của nhũ tương tăng đến một giá trị cực đại giới hạn (phụ thuộc vào sự phân bố kích thước thành phần), sau đó nó lại độc lập với nhau phân tán. Nồng độ giới hạn đó tăng theo sự tăng kích thước của hạt - Đối với nhũ tốt, có kích thước phân tán khoảng 1µm, độ đục độc lập với nồng độ pha phân tán, khi nồng độ pha phân tán lớn hơn 5%. 1.1.3.3 Tính dẫn điện - Nhũ tốt là nhũ ít dẫn điện, vì vậy phương pháp đo độ dẫn điện là một phương pháp đơn giản để xác định loại nhũ. - Sự dẫn điện liên quan đến sự ăn mòn điện hóa sẽ xảy ra trong những trường hợp đựng các sản phẩm trong ống nhôm thùng chứa trong các thiết bị. - Với những nhũ ổn định không ion, tính dẫn điện có thể một yếu tố trong sự ăn mòn này. 2. Tổng quan hệ vi nhũ tương Phương pháp vi nhũ có nhiều ứng dụng rộng rãi từ thu hồi dầu (oil recovery) tới tổng hợp vật liệu hạt có kích thước nano (nanoparticles). Việc thực hành đầy đủ đầu tiên của hệ vi nhũ nước trong dầu (w/o) để tổng hợp vật liệu nano được giới thiệu năm 1982 và tập trung vào vật liệu nano của kim loại quý cho những ứng dụng xúc tác. Từ đó, phương pháp này có một ứng dụng được mở rất rộng trong lĩnh vực xúc tác, từ các phản ứng xảy ra ở nhiệt độ phòng như isome hóa butan tới các phản ứng nhiệt độ cao như phản ứng cháy có xúc tác metan. 2.1 Định nghĩa về vi nhũ tương [4] Vi nhũ tương được khám phá khá sớm, từ những năm 40 của thế kỷ XX, do hai nhà khoa học Hoar và Schuman sau khi hai ông tình cờ hòa nhũ tương sữa vào hexanol. Từ đó đến nay đã có rất nhiều nghiên cứu về vi nhũ tương, có rất nhiều định nghĩa được đưa ra để tiện cho việc nghiên cứu dạng bào chế này . Theo Danielsson và Lindman vi nhũ tương có thể được định nghĩa như sau: “Vi nhũ tương là hệ phân tán vi dị thể, gồm pha dầu và pha nước phân tán đồng nhất vào nhau và được ổn định bởi phân tử các chất diện hoạt trên bề mặt phân cách hai pha, có tính đẳng hướng về mặt quang học, ổn định về mặt nhiệt động học giống một dung dịch lỏng”. Như vậy trong thành phần của vi nhũ tương có hai pha dầu và nước, có các chất diện hoạt đóng vai trò tác nhân hình thành và ổn định vi nhũ tương bằng cách giảm sức căng bề mặt phân cách hai pha. Định nghĩa này cũng yêu cầu vi nhũ tương có tính ổn định về mặt dược động học (bền và không bị phân lớp), đẳng hướng về mặt quang học (tức là trong suốt hoặc trong mờ, ánh sáng có thể đi qua dễ dàng). Một hệ vi nhũ là một dung dịch đẳng quang và thuộc tính nhiệt động ổn định. Quan sát bằng kính hiển vi, một vi nhũ trông như một dung dịch đồng thể, nhưng ở thước phân tử nó lại là hệ dị thể. Cấu trúc bên trong cùa một vi nhũ ở một nhiệt độ cho trước được quyết định bởi tỉ lệ hợp phần của nó. Cấu trúc này gồm cả những giọt nano nhỏ hình cầu đơn kích thước hoặc 1 pha chuyển tiếp. Trong hình phía dưới, cấu trúc khác nhau của một vi nhũ ở một nồng độ cho trước của chất hoạt động bề mặt được trình bày khái quát. [...]... 10 ti 100 nm ph thuc vo loi cht hot ng b mt Nú cng ch ra rng h rt nhy vi nhit , t bit vi trng hp cht hot ng b mt khụng ion Nh ó thy hỡnh 1, vic tng nhit s phỏ hy cỏc ht du trong khi nhng ht nc b phỏ hy khi gim nhit Ngoi vựng tng ng vi dung dch vi nh, mt h 2 pha tn ti 2.2 Thnh phn ca vi nh tng Thnh phn c bn ca h vi nh tng bao gm: -Pha du: Gm nhng cht lng khụng phõn cc nh du lc, du u tng, du hng dng,... ú giỳp hỡnh thnh h vi nh Mt s cht in hot hay dung trong bo ch nh natri laury sulfat, polyoxyenthylen oleyl -Cht ng in hot: L thnh phn cho them vo cú vai trũ quan trng trong vic hỡnh thnh h vi nh Mt s cht ng in hot hay dung nh isopropanol, n-propanol, alcol benzylic, glyceryl caprylat, 2.3 u im ca vi nh tng 2.3.1 u im: - H vi nh tng lm tng kh nng hũa tan ca dc cht trong h, c bit vi dc cht ớt tan trong... v nhit ng hc cao, bn vng, khụng b phõn lp sau thi gian bo qun di - Cú th dựng vi nh tng bo ch cỏc thuc cú tỏc dng kộo di - K thut bo ch n gin 2.3.2 Nhc im: - Vic xỏc nh t l cỏc thnh phn trong cụng thc to thnh vi nh tng l rt khú khn - Giỏ thnh cao - S dng lng cht din hot khỏ cao so vi bỡnh thng 2.4 Phõn loi vi nh tng: Vi nh tng c chia lm 4 loi: + Winsor I: du phõn tỏn trong nc o/w + Winsor II: nc... tớch (lm tng 1 v ) Gi cho h keo cú nng nh To cho b mt ht keo hp ph cht bo v (cht hot ng b mt hoc mt s hp cht cao phõn t nh geletin, polyvinil alcol ) i vi h vi nh tng h n nh v bn nhit ng Cũn i vi h nh tng thỡ h khụng n nh vi s phõn chia pha Vỡ trong thnh phn ca vi nh tng cú cht hot ng b mt Cỏc lp phõn t cht hot ng b mt c hp ph nh hng bóo hũa tng t nh mt cu to tinh th hai chiu cú tớnh cht lm bn cho... din tớch b mt phõn cỏch pha n v ca i lng ny l dyn/cm Ta cú: W = dES = dS Nh vy sc cng b mt t l thun vi din tớch b mt pha Vỡ vy m sc cng b mt trong h nh tng s ln hn trong h vi nh tng BNG TNG KT: c im STT 1 Nh tng phõn bit Khỏi nim Vi nh tng Nh tng l nhng h phõn Vi nh tng l h phõn tỏn vi d tỏn c hc vi di th, to bi th, gm pha du v pha nc hai cht lng khụng ng tan, phõn tỏn ng nht vo nhau v trong ú mt... thuc khỏc cú cựng ớch tỏc dng Vỡ vy vi nh tng cú th ỏp dng vo mt s dng bo ch c nh vi n nang, thuc dựng ngoi da - Cht din hot v cht ng din hot trong VNT cú th lm gim tớnh i khỏng ca hng ro khuch tỏn ca biu bỡ bi hot tớnh tng tớnh thm ca chỳng do ú dc cht thm qua da d dng hn - Cú kh nng bo v dc cht cao, c bit vi cỏc dc cht d b phõn hy - Hỡnh thc vi nh tng trong, p hn so vi nh tng - L dng thuc cú n nh v... dung dch cng cao thỡ cng phõn tỏn ỏnh sỏng cng yu Kớch thc ca cỏc git nh tng ln hn kớch thc git ca vi nh tng, vỡ vy m i vi h nh tng cú s phõn tỏn ỏnh sỏng cũn i vi h vi nh tng thỡ ỏnh sỏng truyn thng iu kin bn ca h keo: Trong chuyn ng Brown, cỏc ht keo mang nhng nng lng xỏc nh v cú th va chm vo nhau ng vi mt xỏc sut no ú iu kin h keo c bn l phi lm cho nng lng chuyn ng Brown luụn luụn nh hn thm th nng... trng Cht nh hoỏ ( cht gõy phõn trong vic hỡnh thnh vi nh tỏn) tng Mt s cht ng din hot - Thng cú thờm cht tng hay dựng nh isopropanol, n- nht , cht bo qun, cht Thnh phn nh hoỏ cũn cú thờm cht ng tỏn) 3 Ngoi pha ni, pha ngoi, cht propanol, alcol benzylic, glyceryl chng oxi hoỏ caprylat, tetraglycol Vi nh tng thng dựng t l cht din hot ln hn so vi nh tng Ngoi ra, vi nh tng cũn cú thờm mt s thnh phn khỏc... NG (THERMODYNAMIC STABILITY) CA H VI NH TNG [5] Tớnh bn vng ca h phõn tỏn l kh nng duy trỡ c trng thỏi phõn tỏn khụng i theo thi gian S bn vng ca cỏc h phõn tỏn ch cú tớnh cỏch tng i, nu h tn ti trong mt thi gian lõu thỡ gi l bn, cũn trong mt thi gian ngn l khụng bn Tớnh bn vng ca h phõn tỏn c chia lm 2 loi: tớnh bn tp hp v tớnh bn ng hc Hai yu t ny liờn quan mt thit vi nhau 1 Sc cng b mt ca h vi nh... polymer Mc xớch c s (repeating unit or monomeric unit) l nhng nhúm nguyờn t lp i lp li trong phõn t polymer 1.2 Phn ng trựng hp Polymer thụng thng Phn ng trựng hp gc l phn ng to polymer t cỏc monomer cha ni ụi (liờn kt etylen) hoc cỏc monomer cú cu to vũng Vớ d: nCH2=CHCl (-CH2-CHCl-)n vinylclorua polyvinylclorua nCH2 - CH2 (-O-CH2-CH2)n O etylenoxyt polyetylenoxyt Cỏc giai on ca phn ng trựng hp gc: . MÔN NHIỆT ĐỘNG KĨ THUẬT HÓA HỌC Tên Đề tài: PHÂN BIỆT TÍNH CHẤT HÓA LÝ CỦA HỆ NHŨ TƯƠNG (EMULSION) VÀ VI NHŨ TƯƠNG (MICROEMULSION) TÍNH BỀN NHIỆT ĐỘNG (THERMODYNAMIC STABILITY) CỦA HỆ VI NHŨ TƯƠNG ỨNG. Phân loại vi nhũ tương: 13 II. Phân biệt nhũ tương và vi nhũ tương: 14 III. TÍNH BỀN NHIỆT ĐỘNG (THERMODYNAMIC STABILITY) CỦA HỆ VI NHŨ TƯƠNG [5] 17 1. Sức căng bề mặt của hệ vi nhũ tương 17 2. QUAN HỆ NHŨ TƯƠNG VÀ VI NHŨ TƯƠNG 3 1 .Tổng quan hệ nhũ tương 3 1.1 Khái niệm nhũ tương [1][2] 3 1.1.1 Khái niệm: 3 1.1.2 Phân loại [1] 4 1.1.3 Tính chất của hệ nhũ tương[ 3] 7 1.1.3.1 Độ bền vững