Sự hình thành, tính chất và độ bền bọt

 Hệ bọt được tạo nên do phân tán khí vào trong pha lỏng khi có mặt chất tạo bọt foam booster... Chất tạo bọt có thể sử dụng một chất hoạt động bề mặt hay hỗn hợp chất hoạt động bề mặt

GVHD: TS Nguyễn Ngọc Hạnh

Nhóm 8: Trịnh Thị Kim Huệ - 10051010

Nguyễn Minh Kha - 10051011 Huỳnh Thị Thảo Nguyên -10051013 Nguyễn Thế Vũ -10050145

Bọt là gì?

Bọt điển hình là hệ phân tán đậm của pha khí (thường là không khí) trong chất lỏng

Các giai đoạn phát triển của bọt

Sự hình thành bọt

Bọt không bao giờ được tạo nên trong một chất lỏng tinh khiết

 Hệ bọt được tạo nên do phân tán khí vào

trong pha lỏng khi có mặt chất tạo bọt (foam booster)

Sự hình thành bọt

Chất tạo bọt có thể sử dụng một chất hoạt động bề mặt hay hỗn hợp chất hoạt động

bề mặt

Chất hoạt động bề mặt (HĐBM)

Chất HĐBM là chất làm giảm sức căng bề mặt của chất lỏng; nó bao gồm 2 phần: một phần ái nước (đầu phân cực) và một phần kỵ nước (đầu không phân cực)

Các loại chất HĐBM

Đầu phân cực mang điện

dương VD: clorua dimetyl di stearyl

VD:

polyoxyetyl en,

polyoxypro pylen

Lý thuyết độ bền bọt

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền bọt

CÁC TÍNH CHẤT CỦA BỌT

Cấu trúc của bọt

Bọt có cấu trúc lamella

CÁC TÍNH CHẤT CỦA BỌT

Khi mới hình thành bọt là những hình cầu, lượng chất lỏng trong màng bọt khá lớn

CÁC TÍNH CHẤT CỦA BỌT

Khi số lượng bọt tăng lên, bọt có xu hướng liên kết lại với nhau

CÁC TÍNH CHẤT CỦA BỌT

 Sau một thời gian hàm lượng nước trong bọt

giảm, bọt sẽ chuyển từ hình cầu về dạng đa diện.

CÁC TÍNH CHẤT CỦA BỌT

Khi các bọt liên kết với nhau sẽ hình thành đường biên giữa các bọt, tạo thành những

“mao quản” để lỏng di chuyển

Đối với kiểu 3 bong bóng tiếp xúc

nhau:

120 0

Biên Plateau hay góc Gibbs

CÁC TÍNH CHẤT CỦA BỌT

Đối với kiểu 4 bong bóng tiếp xúc nhau:

ĐỘ BỀN BỌT

Khi 2 bong bóng có R khác nhau, tiếp xúc nhau thì bong bóng lớn hơn sẽ càng phát triển lớn hơn

ĐỘ BỀN BỌT

Sự mất nước trong màng

Theo phương trình Laplace thì:

Do R đạt cực đại tại vị trí biên Plateau,

RB > RA,  Dưới tác dụng của trọng lực và lực mao quản thì lỏng sẽ di chuyển từ A về B

1 P

Hiệu ứng Gibbs

Sức căng bề mặt của một chất lỏng giảm khi nồng độ của chất hoạt động bề mặt tăng đến nồng độ micell keo tới hạn (CMC)

Hiệu ứng Marangoni

σlúc mới được tạo ra > σcân bằng

 Trong một thời gian rất ngắn, các phân

tử của chất hoạt động bề mặt phải tiến về phía giao diện để làm giảm σ

Hiệu ứng Gibbs – Marangoni

 Màng cũng kém ổn định.

CÁC YẾU TỐ KHÁC ẢNH HƯỞNG ĐỘ BỀN BỌT

Bản chất chất tạo bọt

Nồng độ chất HĐBM

Nồng độ chất HĐBM

 CMC là nồng độ phù hợp để làm bền bọt

Độ nhớt chất lỏng

Bề dày lớp điện tích kép

Bề mặt màng bọt được làm bền nhờ: Tính đẩy nhau giữa các lớp điện tích

 Nếu có chênh lệch nồng độ ion thì dưới ảnh hưởng của hiệu ứng Gibbs – Marangoni, nồng độ ion sẽ cân bằng trở lại

Cấu trúc bề mặt ảnh hưởng đến độ bền bọt

Trong dung môi là nước thì độ bền bọt của chất HĐBM là ionic bền hơn so với nonionic

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền bọt

Độ hòa tan của một chất HĐBM phụ thuộc vào nhiệt độ  ảnh hưởng đến độ bền bọt

Chất tăng bọt

Ứng dụng của chất tăng bọt

nhiệt, cách âm

Các sản phẩm tẩy rửa

Đem lại cảm giác thoải

mái cho người sử dụng

Ứng dụng trong tuyển nổi

Hạt kỵ

nước

Hạt ưa nước

Chất phá bọt

Ứng dụng của chất phá bọt

Tác hại của bọt

giặt, máy rửa chén …

nhuộm không đều

cảm quan của sản phẩm

Phá bọt là hết sức cần thiết

Cơ chế phá bọt

Tăng tốc độ phân hủy bọt

Chất vô cơ /hữu cơ thay các phân tử chất hoạt động bề mặt của màng bọt

Tính chất

chất phá

bọt

1 Không tan trong hệ tạo bọt Không tan trong hệ tạo bọt

2 Hoạt động ở bề mặt phân chia pha

3 Độ nhớt thấp

4 Dễ dàng chảy loang

5 Có ái lực với bề mặt khí lỏng

-Ester, rượu béo, acid béo, dầu thực vật

-Ứng dụng:xử lý nước thải ,sx giấy

3

DẠNG SILICONE

-Hạt rắn kị nước phân tán trong dầu Silicone

-Bổ sung chất nhũ hóa

-Phá bọt ở bề mặt, trong lòng dd, chống hình thành bọt

Cơ chế phá bọt của chất phá bọt dạng SILICONE

Phá bọt bằng hạt kị nước

 Alkylene oxide từ các polyol

như glycerol hay sorbitol:

phân hủy sinh học tốt

Một số chất phá bọt khác

Polypropylene glycol và Polyethylene glycol

Alkyl acrylate polymers

=> phá bọt trong lòng dung dịch hiệu quả hơn phá bọt trên bề mặt

Ứng dụng của chất phá bọt

 Trong các sản phẩm tẩy

rửa

Ứng dụng của chất phá bọt

Sơn và các chất phủ

Thực phẩm và các ngành

công nghiệp

Quy trình xử lý nước thải,

trong nhà máy giấy…

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 “Emulsion, foams, and suspension” – Laurier L.Schramm, Wiley-VCH,

5 “A model for foam formation, stability, and breakdown in

glass-melting furnaces”, John van der Schaaf , Ruud G.C Beerkens, 09/2005.

6. “Foam and foam films”, Exerowa, D.; Kruglyakov, P.M.; Elsevier: New

York; 1998

7. “The science of soap films and soap bubbles”, Isenberg, Dover

Publications: New York, 1992.

8 “The physics of foams”, Weaire, D.; Hutzler, Clarendon Press: Oxford,

1999.

CÁC TÍNH CHẤT CỦA BỌT

Hình dạng bọt phụ thuộc vào phần thể tích lỏng (liquid volume fraction) trong bọt:

Phần thể tích lỏng ≥ 5%: Bọt có dạng

hình cầu

Phần thể tích lỏng < 5%: Bọt có dạng

hình đa diện

Đo hiệu quả tạo bọt

Hiệu ứng Gibbs – Marangoni

Dùng làm cơ sở để mô tả cơ chế đàn hồi

và ổn định của màng bọt

Độ nhớt chất lỏng

Độ nhớt cao  làm chậm dòng chảy từ những màn kế cận  làm chậm sự mất nước trong màng

 Làm chậm quá trình khuếch tán khí, giảm tốc độ di chuyển của các chất hoạt động bề mặt

 Làm chậm dòng chảy lỏng giữa các giao diện của các màng và cũng có tác dụng ngăn cản sự vỡ bọt

Mối quan hệ giữa cấu trúc bề mặt đến độ bền

bọt

Trong dung môi là nước thì độ bền bọt của chất HĐBM là ionic bền hơn so với nonionic

Do trong nonionic thì phân tử chiếm diện tích bề mặt lớn hơn và thường xảy ra hiện tượng chênh lệch mật độ tập trung chất hoạt động bề mặt trên màng mỏng, nên hiện tượng thoát nước và khuếch tán khí xảy ra dễ dàng hơn

Chất phá bọt dạng DẦU

Sử dụng dầu làm hệ mang

Dầu phải không tan trong hệ tạo bọt: dầu khoáng, dầu thực vật…

Chất tạo bọt dạng dầu có bổ sung sáp

(parafin, ester, rượu béo) hoặc hạt rắn

không tan kị nước (silica, canxi).

Bổ sung thêm chất HĐBM để tăng sự tạo nhũ và chảy loang trên bề mặt

Chất phá bọt dạng DẦU

trắng, dầu thực vật

Chất hoạt động bề mặt Non-ionic

Copolymer của Polyoxyethylene,

polyoxypropylene phá bọt hữu hiệu nhưng khó phân hủy sinh học

Polyoxyalkylene có nguồn gốc từ ester,

rượu béo: phá bọt & phân hủy sinh học tốt

Alkylene oxide từ các polyol như glycerol hay sorbitol: phân hủy sinh học tốt

- Bổ sung chất tạo nhũ để silicone chảy

loang nhanh trong hệ tạo bọt