CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT

Mục lục 1. CSLT của Chất hoạt động bề mặt 2. CSLT của quá trình tẩy rửa 2.1 Định nghĩa 2.2 Cơ chế 2.3 Vai trò của chất HĐBM: 2.4 Nhr hưởng của nước đến sự tẩy rửa 2.5 Các lọai chất HHDBM có tác dụng tẩy rửa 2.6 Tầm quan trọng của chất HĐBM trong các sản phẩm tẩy rửa LỜI NÓI ĐẦU NỘI DUNG 1. CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT 1.1 Định nghĩa: - Chất hoạt động bề mặt (CHĐBM) là chất có khả năng làm giảm sức căng bề mặt của dung môi chứa nó, có khả năng hấp phụ lên lớp bề mặt, có độ tan tương đối nhỏ. - Hiện tượng cơ bản của chất hoạt động bề mặt là hấp phụ, nó có thể dẫn đến hai hiệu ứng hoàn toàn khác nhau: + Làm giảm một hay nhiều sức căng bề mặt ở các mặt phân giới trong hệ thống. + Bền hóa một hay nhiều mặt phân giới bằng sự tạo thành các lớp bị hập phụ. - Một tác nhân hoạt động bề mặt là một vật liệu có tính chất làm thay đổi năng lượng bề mặt mà nó tiếp xúc. Sự giảm năng lượng bề mặt có thể dễ quan sát thấy trong sự tạo bọt, sự lan rộng một chất lỏng trên một chất rắn, sự phân tán các hạt rắn trong môi trường lỏng và sự tạo huyền phù. 1.2 Cấu trúc: - Tất cả các CHĐBM thông thường có một điểm chung về cấu trúc: phân tử có hai phần, một đầu ưa nước và một đuôi kị nước + Đầu ưa nước thường là các nhóm phân cực như các nhóm carboxylic, sulface, sulfonate, hay các chất hoạt động bề mặt không ion, nó là một số nhóm hydroxyl hay ether. + Đuôi kị nước thường gồm các mạch hay vòng hydrocarbon hay hỗn hợp cả hai. Cấu trúc phân tử thông thường của CHĐBM 1.3 Phân loại: - Có nhiều cách phân loại CHĐBM, hợp lý nhất là phân loại theo tính chất ion, khi đó sẽ có 4 loại: + Chất hoạt động bề mặt mang điện tích âm. + Chất hoạt động bề mặt mang điện tích dương. + Chất hoạt động bề mặt không mang điện tích. + Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính. 1.3.1. Các chất hoạt động bề mặt mang điện tích âm: - Nếu nhóm hữu cơ được liên kết bằng hóa trị cộng với đuôi kỵ nước của chất hoạt động bề mặt mang điện tích âm (-COO-, -SO-3, -SO4-), thì chất hoạt động bề mặt được gọi là anionic: các xà bông, các alkyibenzen sulfonat, các sulfat rượu béo… là những tác nhân bề mặt anioni. - Các phản ứng hoá học với hydrocarbon xuất phát từ dầu mỏ hoặc các chất béo và chất dầu tạo ra các axit mới giống như các axit béo. Trong dung dịch, phần đầu của chất hoạt động bề mặt sẽ được mang điện tích âm. - CHĐBM mang điện tích âm đặc biệt có hiệu quả cho làm sạch chất bẩn dầu và chuyển thành thể vẩn chất bẩn đất, dầu. Trong nước chúng có thể phản ứng với các ion của nước cứng (calcium và magenesium) mang điện tích dương dẫn đến việc mất tác dụng từng phần. - Chất hoạt động bề mặt mang điện tích âm được sử dụng phổ biến nhất là các alkyl sulphate. 1.3.2 Các chất hoạt động bề mặt mang điện tích dương: - Ngược lại nếu nhóm hữu cơ mang một điện tích dương (-NR1R2R3+), sản phẩm này được gọi là cationic: clorua dimetyl di-stearyl amoni là một ví dụ của nhóm này. Cấu tạo phân tử chất Esterquats - Trong các chất tẩy rửa dân dụng, các chất hoạt động bề mặt cationic (mang điện tích dương) cải tiến việc bao bọc của các phân tử chất hoạt động bề mặt anionic (mang điện tích âm) tại giao diện của nước và chất bẩn. Điều này giúp làm giảm sức căng tại giao diện của nước và chất bẩn một cách hiệu quả dẫn tới việc loại bỏ được nhiều hơn các chất bẩn. Chúng đặc biệt có hiệu quả trong việc loại bỏ các vết bẩn dầu mỡ. Ví dụ: chất hoạt động bề mặt ứng dụng trong loại này là hệ Mono alkyl bậc 4 Cấu tạo phân tử của hệ mono alkyl bậc 4 - Hầu hết các chất tẩy rửa là chất dẫn xuất của ammonium còn có thêm tính năng sát trùng, là tính năng đặc biệt có ích trong bệnh viện. 1.3.3. Chất hoạt động bề mặt không mang điện tích (non-ionic): - Các CHĐBM không mang điện tích có những nhóm hữu cực hóa trong dung dịch nước. Đuôi kỵ nước gồm những dây chất béo. Đầu ưa nước chứa những nguyên tử oxy, nitơ, hoặc lưu huỳnh không ion hóa, sự hòa tan là do cấu tạo những liên kết hydro giữa các phân tử nước và một số chức năng của phần thích nước, chẳng hạn như chức năng ete của nhóm polyoxyetylen (hiện tượng hydrat hóa). Trong loại này người ta thấy chủ yếu các dẫn xuất của polyoxyetylen hoặc polyoxypropylen, nhưng cũng cần phải thêm vào đây các este của đường, các alkanolamit. Ứng dụng phổ biến nhất của các chất hoạt động bề mặt không chứa điện tích là các ête của các rượu béo. Cấu tạo phân tử của chất hoạt động bề mặt không mang điện tích 1.3.4. Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính: - Các chất lưỡng tính là những hợp chất có một phân tử tạo nên một ion lưỡng cực. Axit xetylamino-axetic, chẳng hạn trong môi trường nước cho hai thể sau đây: + C16H33-NH2-CH2-COOH chất cationic trong môi trường axit. + C16H33-NH-CH2-COO- chất anionic trong môi trường kiềm. - Trong tất cả các phân tử ấy, đuôi kỵ nươc gồm một dây alkyl hay dây béo. - Các chất hoạt động bề mặt này rất nhẹ nhàng, do đó chúng đặc biệt phù hợp cho việc sử dụng trong các sản phẩm chăm sóc cá nhân và làm sạch trong gia đình. Chúng có thể là anionic (mang điện tích âm) hoặc cationic (mang điện tích dương) hoặc không mang điện tích trong dung dịch phụ thuộc vào độ pH của nước. - Chúng tương thích với tất cả các loại chất hoạt động bề mặt khác, có thể hoà tan và có tác dụng trong dung dịch có nồng độ cao các chất điện phân, axít, kiềm. - Các chất hoạt động bề mặt này có thể chứa 2 nhóm điện tích khác dấu. Trong khi điện tích dương luôn là ammonium thì nguồn của điện tích âm có thể thay đổi (carboxylate, sulphate, sulphonate). Các chất hoạt động bề mặt này rất tốt cho da. Chúng thường được sử dụng làm dầu gội đầu và các loại mỹ phẩm khác, chúng còn được sử dụng làm nước rửa chén do có đặc tính tạo bọt cao. Cấu tạo phân tử của chất hoạt động bề mặt lưỡng tính 1.4. Tính chất của CHĐBM: 2.1 Tính thấm ướt: Tính thấm ướt tạo điều kiện để vật cần giặt rửa, các vết bẩn tiếp xúc với nước một cách dễ dàng nên đóng vai trò rất quan trọng. Vải sợi có khả năng thấm ướt dễ dàng nhưng nước khó thấm sâu vào bên trong cấu trúc vì sức căng bề mặt rất lớn, nhất là khi vải sợi bị dây bẩn bằng dầu mỡ. Vì thế, dùng xà phòng để làm giảm sức căng bề mặt của nước và vải sợi – nước. 2.2 Khả năng tạo bọt: Bọt được hình thành do sự phân tán khí trong môi trường lỏng. Hiện tượng này làm cho bề mặt dung dịch chất tẩy rửa tằng lên. Khả năng tạo bọt và độ bền bọt phụ thuộc vào cấu tạo của chính chất đó, nồng độ, nhiệt độ của dung dịch, độ pH và hàm lượng ion Ca2+, Mg2+ trong dung dịch chất tẩy rửa. 2.3 Khả năng hòa tan: Tình hòa tan phụ thuộc vào các yếu tố:  Bản chất và vị trí của nhóm ưa nước. Nhóm ưa nước ở đầu mạch dễ hòa tan hơn nhóm ở giữa mạch.  Chiều dài của mạch Hydrocacbon. Nhóm kỵ nước mạch thẳng dễ hòa tan hơn mạch nhánh.  Nhiệt độ  Bản chất của ion kim loại: với ion Na+, K+ dễ hòa tan hơn các ion Ca2+, Mg2+… 2.4 Khả năng hoạt động bề mặt: Nước có sức căng bề mặt lớn. Khi hòa tan xà phòng vào nước, sức căng bề mặt của nước giảm. Một lớp hấp thụ định hướng hình thành trên bề mặt nhóm ưa nước hướng vào nước, nhóm kỵ nước hướng ra ngoài. Nhờ có lớp hấp thụ đó mà sức căng bề mặt của nước giảm vì bề mặt nước – không khí được thay bằng kỵ nước – không khí (giữa các pha) 2.5 Khả năng nhũ hóa: Nhũ tương là hệ phân tán không bền vững nên muốn thu được hệ bền vững thì phải cho thêm chất nhũ hóa. Xà phòng thường được dùng làm chất ổn định nhũ tương. Tác dụng của chúng là làm giảm sức căng bề mặt của hai hướng dầu – nước. sau đó, làm cho hệ nhũ tương dễ dàng ổn định. 2. CƠ SỞ LÍ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH TẨY RỬA 2.1 Định nghĩa sự tẩy rửa Sự tẩy rửa được định nghĩa là “làm sạch mặt của một vật thể rắn, với một tác nhân riêng biệt, chất tẩy rửa, theo một tiến trình lý hóa khác hẳn với việc hòa tan thông thường. 2.2 Cơ chế tẩy rửa: • Dung dịch tẩy rửa trong nước làm giảm sức căng của nước, nước thấm sâu vào xơ sợi. • Quá trình lấy bẩn ra. • Quá trình chống tái bám chất bẩn. • Chất hoạt động bề mặt tạo bọt, chất bẩn không tan tập trung lên bề mặt bọt và bị đẩy ra ngoài hay phân tán vào trong dung dịch ở dạng huyền phù, treo lơ lửng. 2.3 Vai trò của CHĐBM: 2.3.1 Giảm sức căng bề mặt của nước và lấy bẩn ra. làm giảm sức căng bề mặt của nước làm cho vải được thấm ướt hoàn toàn.Mỗi phân tử của chất hoạt động bề mặt có 1 đầu ưa nước, đầu này bị các phân tử nước hút và 1 đầu kị nước – đầu này đồng thời vừa đẩy nước vừa hút vào các chất dầu mỡ bẩn. Các lực ngược nhau này đã kéo các chất bẩn ra và làm chúng treo lơ lửng trong nước ở dạng hòa tan, nhũ hoặc huyền phù. Khuấy đảo của tay hay máy giặt đã giúp kéo hẳn các chất bẩn ra khỏi bề mặt cần làm sạch. Các vết bẩn phân cực thì dùng chất hoạt động bề mặt anion, các vết bẩn không phân cực thì dùng chất hoạt động bền mặt không ion. Ví dụ: Ban đầu, sợi có dính vết bẩn dạng dầu mỡ được ngâm trong môi trường nước. Do sức căng bề mặt của nước lớn nên nước không thể tách hoặc hòa tan vết bẩn. Khi hòa tan chất tẩy rửa vào nước, dung dịch chất tẩy rửa này có sức căng bề mặt nhỏ hơn nước. Dung dịch có thể thấm sâu vào sợi vải và lôi các vết dầu mỡ ra, các vết dầu mỡ được lấy ra và treo lơ lửng ở dạng nhũ tương hoặc dung dịch đồng nhất. 2.3.2. Chất tẩy rửa có tác dụng chống bám bẩn trở lại. Các vết bẩn trong dung dịch tẩy có thể ưa hoặc kỵ nước. Các hạt ưa nước sẽ phân tán vào trong nước và không bị tái bám. Ngược lại các hạt kỵ nước lại có khuynh hướng bám trơ lại vải. Trong dung dịch tẩy rửa, phần lớn bề mặt vải và hạt bẩn tích điện âm. • Các chất hoạt động bề mặt anion bị hút vào hạt bẩn và sợi làm tăng hàng rào tĩnh điện giữa chúng và các hạt giúp sự phân tán các hạt bẩn ổn định, ngăn sự tái bám. Nhưng đến một nồng độ nào đó của vết bẩn và chất hoạt động bề mặt nhất định, khi nồng độ anion càng cao thì sự tái bám càng tăng do sự nén ép lớp điện tích kép bao bọc bề mặt sợi và hạt. • Các chất hoạt động bề mặt nonion có dây kỵ nước của phân tử càng dài thì tính chống tái bám càng lớn. Các chất nonion hấp phụ vào bề mặt sợi và các hạt bẩn hướng phần ưa nước ra ngoài. Hàng rào lập thể được tạo ra và cả lớp nước hydrat hóa sẽ ngăn chặn các hạt tiến lại gần sợi, chống lại sự tái bám. Nhưng thực tế chất hoạt động bền mặt nonion có khả năng chống tái bám thấp hơn các anion. • Chất hoạt động bề mặt cation không có tác dụng chống tái bám, nó không thích hợp cho việc giặt tẩy. Chất hoạt động bề mặt cation tích điện dương, bề mặt vải tích điện âm vì vậy chúng bám vào vải nên không có tác dụng chống tái bám. 2.3.3. Chất hoạt động bề mặt tạo bọt Làm cho chất bẩn không tan tập trung lên bề mặt bọt và bị đẩy ra ngoài. Một chất hoạt động bề mặt hay hỗn hợp chất hoạt động bề mặt có khả năng tạo bọt tối đa quanh cmc. Với một loại chất hoạt động bề mặt , cmc càng nhỏ thì khả năng tạo bọt càng lớn. Đối với alky sulfat, chiều dài dây Cacbon tăng thì độ hòa tan cmc giảm, khả năng tạo bọt tăng; khi di chuyển nhóm ưa nước vào trong dây hay dùng dây Cacbon mạch nhánh thì làm tăng cmc từ đó làm giảm khả năng tạo bọt. Chất chất hoạt động bề mặt không ion tạo bọt ít hơn ion trong nước. Để tăng khả năng tạo bọt người ta thêm vào các thành phần phụ gia, đó là các chất hữu cơ có cực có thể làm giảm cmc của chất hoạt động bề mặt. Các chất tăng cường bọt trong bột giặt, nước rửa chén, các dầu gội đầu là mono hay dietanol amid tạo bọt bền, mịn và đều. 2.4 Ảnh hưởng của môi trường nước đến chất tẩy rửa:  Môi trường nước cứng có chứa nhiều ion Ca2+ và Mg2+ làm kết tủa xà bông, giảm bọt. Do đó trong bột giặt có chứa các thành phần có tác dụng làm mềm nước. Ta có thể sử dụng các chất tạo phức như ortho phosphat, pyro phosphat, di phosphat, tri phosphat (tên gọi không chính xác là tripolyphosphat TPP), EDTA (etylen Diamin Tetra-acetat), NTA (Nitrilo Triacetic) … Nhưng do các chất tạo phức có chứa phospho sẽ cung cấp dinh dưỡng cho các thực vật sống trong nước nhất là tảo, làm cho chúng phát triển nhanh nên tiêu thụ nhiều O2 hòa tan trong nước vào ban đêm làm cá chết hàng loạt nên hạn chế dùng.  Sử dụng chất tạo môi trường kiềm và có tác dụng đệm để duy trì môi trường này. Các chất thường sử dụng như TPP, Na2CO3, NaHCO3, các silicat. Trước đây, người ta sử dụng TPP khá phổ biến nhưng hiện nay Zeolit (các silicat) đang từ từ thay thế các carboxylat cùng các loại polymer phân giải sinh học tăng tốc và các silicat mới đang đi vào thị trường. [...]... nước đến chất tẩy rửa:  Môi trường nước cứng có chứa nhiều ion Ca2+ và Mg2+ làm kết tủa xà bông, giảm bọt Do đó trong bột giặt có chứa các thành phần có tác dụng làm mềm nước Ta có thể sử dụng các chất tạo phức như ortho phosphat, pyro phosphat, di phosphat, tri phosphat (tên gọi không chính xác là tripolyphosphat TPP), EDTA (etylen Diamin Tetra-acetat), NTA (Nitrilo Triacetic) … Nhưng do các chất tạo... vật sống trong nước nhất là tảo, làm cho chúng phát triển nhanh nên tiêu thụ nhiều O2 hòa tan trong nước vào ban đêm làm cá chết hàng loạt nên hạn chế dùng  Sử dụng chất tạo môi trường kiềm và có tác dụng đệm để duy trì môi trường này Các chất thường sử dụng như TPP, Na2CO3, NaHCO3, các silicat Trước đây, người ta sử dụng TPP khá phổ biến nhưng hiện nay Zeolit (các silicat) đang từ từ thay thế các carboxylat ... CHĐBM không mang điện tích có nhóm hữu cực hóa dung dịch nước Đuôi kỵ nước gồm dây chất béo Đầu ưa nước chứa nguyên tử oxy, nitơ, lưu huỳnh không ion hóa, hòa tan cấu tạo liên kết hydro phân tử... khí thay kỵ nước – không khí (giữa pha) 2.5 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... hiệu ứng hoàn toàn khác nhau: + Làm giảm hay nhiều sức căng bề mặt mặt phân giới hệ thống + Bền hóa hay nhiều mặt phân giới tạo thành lớp bị hập phụ - Một tác nhân hoạt động bề mặt vật liệu có