CÔNG NGHỆ các CHẤT HOẠT ĐỘNG bề mặt

CễNG NGH CC CHT HOT NG B MT NI DUNG Phn 1: Tng quan v cỏc CHBM Phn 2: Tng hp cỏc CHBM Phn 3: Sn xut bt git v cỏc sn phm ty khỏc Cht Cht hot hot ng ng b b mt mt l l gỡ? gỡ? Chng Cỏc lý thuyt c bn v CHBM 1.1 Sc cng b mt v cỏc yu t nh hng Sc cng b mt (surface tension hay interfacial tension) Cụng a thờm cỏc phõn t lũng pha lng n lp b mt dEs = .ds hay = dEs/ds dEs: nng lng d b mt ds: n v din tớch b mt : sc cng b mt n c Sc ? t m g b n v ca : J/m2 theo cgs l erg/cm2 N/m theo cgs l dyne/cm Lc tng tỏc gia cỏc phõn t trờn b mt v lũng pha lng Chng Cỏc lý thuyt c bn v CHBM Cỏc yu t nh hng n sc cng b mt - Sc cng b mt ph thuc vo bn cht ca cht tip xỳc Bng 1.1 sc cng b mt ca cỏc cht lng tip xỳc vi khụng khớ ( x) v ca cht lng tip xỳc vi nc (1) 20C (dyne/cm) Cht lng x Cht lng x Nc 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 - Nu cht lng ch hũa tan phn vo thỡ trờn gii hn L L gn bng hiu s gia ca mi cht (ó bóo hũa cht kia) so vi khụng khớ B mt cht lng Nhit (0C) Benzene/nc Aniline/nc Sc cng b mt L KK (dyne/cm) Sc cng b mt L L (dyne/cm) Lp hu c Lp nc Tớnh toỏn Thc nghim 19 28,8 72,79 43,99 43,99 26 42,2 71,9 29,7 30,3 Chng Cỏc lý thuyt c bn v CHBM - nh hng ca nhit n sc cng b mt - W Ramsay v J Shields sau hiu chnh phng trỡnh ca R Eotvos: .V2/3 = k(Tc T 6) Trong ú: V: th tớch mol ca cht lng Tc: nhit ti hn k: hng s, a s cht lng cú k 2,1 (erg/) Ngoi ra: = x(1 T/Tc)n Vi cht hu c n = 11/9, vi kim loi n Chng Cỏc lý thuyt c bn v CHBM - Quan h gia lng riờng v sc cng b mt Theo phng trỡnh McLeod: = K.(D d)4 Trong ú: D: lng riờng pha lng (g/cm3) d: lng riờng pha khớ (g/cm3) K: l hng s ph thuc nhit v tớnh cht ca cht lng Chng Cỏc lý thuyt c bn v CHBM 1.2 Cht hot ng b mt, cht khụng hot ng b mt v cht khụng nh hng n sc cng b mt Cỏc cht hot ng b mt (surfactant: surface active agent) L cht cú kh nng lm gim sc cng b mt ca dung mụi cha nú, cú kh nng hp ph lờn lp b mt, cú tan tng i nh Cỏc gc hydrocarbon khụng phõn cc k nc, khụng tan nc, tan pha hu c khụng phõn cc Sodium lauryl sulfate Cỏc nhúm carboxylate, sulfonate, sulfate, amine bc 4, Chng Cỏc lý thuyt c bn v CHBM Cỏc cht khụng hot ng b mt L nhng cht m nng ca nú dung dch tng lờn thỡ sc cng b mt tng lờn Trong nc, cỏc mui vụ c in ly, cỏc acid, base vụ c khụng cú phn k nc Cú rt ớt cỏc cht khụng hot ng b mt hu c: HCOOH, CH3COOH, Trong cỏc dung mụi hu c, cỏc cht in ly cng lm tng sc cng b mt, nhiờn mc gia tng ny tựy thuc vo bn cht ca dung mụi Vớ d: thờm NaI vo MeOH thỡ sc cng b mt s tng nhiu, nu thờm NaI vo EtOH thỡ tng ny gim i ln Chng Cỏc lý thuyt c bn v CHBM 1.3 hot ng b mt hot ng b mt d/dc l bin thiờn sc cng b mt theo nng CHBM cũn gi l i lng Gibbs G* = d/dc hot ng b mt ca cỏc cht dóy ng ng bin i cú quy lut Vớ d: dóy ng ng acid cú n 6, nng tng lờn thỡ sc cng b mt ca phõn t cú mch carbon di hn s gim nhanh hn (dyne/cm) HCOOH CH3COOH 65 C2H5COOH 50 C3H7COOH 35 0,16 0,36 0,54 C(mol/l) Caùc õổồỡng õúng nhióỷt sổùc cng bóử mỷt cuớa daợy õọửng õúng CHBM axit hổợu cồ Trờn c s thc nghim DuclauX J v Trauber I ó tng kt thnh quy tc Trauber I: hot ng b mt tng lờn t n 3,5 ln tng chiu di mch carbon lờn nhúm CH2 Chng Cỏc lý thuyt c bn v CHBM 1.4 Cỏc phng phỏp xỏc nh sc cng b mt Phng phỏp xỏc nh s bin i ca mc cht lng ng mao qun õyPhng l mtphỏp phng cõnnhng git cht lng phỏp chớnh xỏc nht xỏc nhphỏp scLecomte cng bdumt Phng Nouy Nguyờn tcphỏp o: bn phng L wilhelmy Phng o chiu mc chtcclng Phngcao phỏp ỏp sut i ca bt mao khớ qun P Xỏc = P1nh Phỡnh bt ) =khớ 2/r dng ht = g.h.( v : gúc dớnh t, cos = R0/r R0: bỏn kớnh mao qun r: bỏn kớnh mt khum ni tip xỳc P1, P2: ỏp sut pha khớ v ngoi ng mao qun = 1/2 (R0.g.h( ))/cos Chng Cỏc lý thuyt c bn v CHBM 1.5 Tớnh cht vt lý ca dung dch CHBM m Cu to lp b mt trờn gii hn lng khớ S hp ph tng t l vi chiu di mch carbon mt dóy ng ng v cỏc ng ny u t giỏ tr gii hn m nng cht hot ng b mt ln n=3 C Cỏc ng ng nhit hp ph trờn ranh gii lng khớ ca dóy ng ng - s phõn t CHBM cú mt n v din tớch b mt phõn chia pha Chng Cỏc lý thuyt c bn v CHBM 1.5 Tớnh cht vt lý ca dung dch CHBM (tt) Chng Cỏc lý thuyt c bn v CHBM Trng thỏi phõn t CHBM dung dch Khi tng nng CHBM tng n mt no ú thỡ nú tn ti dng hp vi nhau, hng cỏc u k nc li vi to thnh micelle (trong mụi trng nc) Chng Cỏc lý thuyt c bn v HBM Cu trỳc v hỡnh dng ca micelle Chng Cỏc lý thuyt c bn v CHBM 1.6 Nng micelle ti hn (critical micelle concentration) Nng dung dch CHBM m ú s hỡnh thnh micelle tr nờn ỏng k c gi l nng micelle ti hn (CMC) Chng Cỏc lý thuyt c bn v CHBM Cỏc yu t nh hng n CMC ca CHBM - Khi mch carbon tng lờn, CMC gim xung; nhng n s nguyờn t Carbon > 18, CMC hu nh khụng i CMC ca CHBM sodium alkyl sulfate nc 40 C S nguyờn t carbon 10 12 14 16 18 20 CMC x 10-3 mol/l 140 33 8,6 2,2 0,58 0,23 0,22 - Khi h nhit dung dch => lm gim CMC - Khi thờm cht in ly vo dung dch CHBM, CMC gim xung Tỏc dng lm gim CMC ca cỏc ion gim dn theo dóy sau: K+ > NH4+ > Na+ > Li+ Chng Cỏc lý thuyt c bn v CHBM 1.7 im Kraft im kraft l nhit ti ú CHBM cú hũa tan bng CMC Bng im kraft ca dung dch alkyl sulfate nc S nguyờn t carbon 10 12 14 16 18 im kraft (0C) 16 30 45 56 1.8 im c im c l nhit ti ú CHBM khụng ion khụng th hũa tan, tỏch dung dch lm dung dch tr nờn c Chng Cỏc lý thuyt c bn v CHBM 1.9 HLB (hydrophilic lipophilic balance) HLB cho bit t l gia tớnh ỏi nc so vi tớnh k nc HLB c biu din bng thang o cú giỏ tr t 40 Cỏc CHBM cú tớnh ỏi nc thp s cú HLB nh, cỏc CHBM cú tớnh ỏi du thp s cú HLB ln S gia tng HLB tng ng vi s gia tng ca tớnh ỏi nc Mi liờn h gia mc phõn tỏn ca CHBM nc vi giỏ tr HLB Chng Cỏc lý thuyt c bn v CHBM o Cụng thc thc nghim tớnh giỏ tr HLB Tớnh theo cu trỳc HLB = + HLB nhúm ỏi nc - HLB nhúm k nc Chng Cỏc lý thuyt c bn v CHBM Vớ d Tớnh giỏ tr HLB ca phõn t axớt Oleic - Cụng thc phõn t: CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH - Nhúm a nc: -COOH cú giỏ tr HLB l 2,1 - Nhúm k nc: CH3- (1); CH2- (14), CH- (2), tng s bng 17*0.475 = 8.075 Vy HLB ca axit Oleic l: 7-8,075+2,1=1,025 Vớ d Tớnh giỏ tr HLB ca phõn t Sodium oleate - Cụng thc phõn t: CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COONa - Nhúm a nc: -COONa, cú giỏ tr HLB l 19,1 - Nhúm k nc: CH3- (1); CH2- (14), CH- (2), tng s bng 17*0,475 = 8.075 Vy HLB ca sodium oleate l: 7-8.075+19.1=18.1 Chng Cỏc lý thuyt c bn v CHBM o Cụng thc kawakami HLB = + 11,7 log (Mn/Md) Mn: lng phn t ỏi nc phõn t Md: lng phn t a du phõn t o Cụng thc tớnh ester ca acid bộo v ru a chc HLB = 20.(1 - S/A) S: l ch s x phũng húa ca ester A: ch s acid ca acid bộo Chng Cỏc lý thuyt c bn v CHBM o Theo Griffin Nu hn hp cú nhiu CHBM thỡ HLBhh = xi.HLBi Vi xi phn lng tng lng CHBM Vớ d Mt hn hp ca 20% paraffin wax (HLB = 10) v 80% aromatic mineral oil (HLB = 13) thỡ to thnh h nh cú HLB l (10 x 0,2) + (13 x 0,8) = 12,4