II Chất hoạt động bề mặt Phụ gia phá nhũ.
c, Các hoạt động bề mặt không ion.
Các chất hoạt động bề mặt không ion trong dung dịch nớc không phân ly thành ion. Các chất hoạt động bề mặt không ion thu đợc bằng cách kết hợp oxy
[ R CH
nhóm - OH, - COOH, - SH, - NH2, CONH2, các chất ban đầu để tổng hợp chất hoạt động bề mặt không ion có thể là axit hữu cơ, rợu, phenol, mercaptan amin và amid của axit.
Phản ứng oxietilen hoá xảy ra nh sau: RH + H2C - CH2 R CH2CH2OH O R CH2CH2OH + H2C - CH2 R CH2CH2 - O - CH2CH2 - OH O Kết quả là: RH + n(H2C - CH2) R (H2C - CH2)n H O O
Các hoạt động bề mặt không ion trong dung dịch nớc tạo hydrat nhờ liên kết hydro giữa nguyên tử hydro của nớc và nguyên tử oxy của etes trong mạch polietilen glicol phân tử hydrat hoá có khả năng tan trong nớc và khi đó phân ly thành ion ở mức độ thấp. Khi tăng mạch oxietilen, độ hoà tan của chất hoạt động bề mặt tăng.
Để thu đợc chất có khả năng phá nhũ lớn nhất, cần đạt đợc tỷ lệ tối u nhóm a nớc (hydrofil) và a dầu (liofil) đợc gọi là cân bằng a nớc và a dầu (HLB). Tác động phá nhũ của chất hoạt động bề mặt còn phụ thuộc vào bản chất hoá học và gốc kỵ n- ớc.
Grifin đã đa ra chỉ số HLB của chất hoạt động bề mặt không ion theo công thức.
HLB = 20 (39)
Mh - là trọng lợng mol của phần hydrofil
M - là trọng lợng phân tử của chất hoạt động bề mặt.
Các chất hoạt động bề mặt có HLB < 10 thể hiện tính hydro pho b và HLB > 10 thể hiện tính hydro phil, khi chất hoạt động bề mặt thể hiện tính hydro phil quá mạnh thì giá trị HLB có thể lên đến 20. Các tài liệu cho thấy đối với các lĩnh vực áp dụng chất hoạt động bề mặt khác nhau, HLB có giá trị nh sau:
Lĩnh vực sử dụng HLB + Chất tạo nhũ loại W/O 3 ữ 6 + Chất thấm ớt 7 ữ 9 + Chất tạo loại dầu trong nớc 8 ữ 18 + Chất tẩy rửa 13 ữ15
Ngoài các chất hoạt động bề mặt không ion trên cơ sở các hợp chất hữu cơ đ- ợc oxietilen hoá nh axit béo oxietilen với C > 20, C > 25, ester, rợu béo oxi etilen hoá, alkyl fenol oxi etilen hoá (OP - 20) thì các chất phá nhũ hiệu quả nhất hiện nay
a nớc). Hiệu quả cao của chất phá nhũ loại này là do phần kỵ nớc của chất phá nhũ không hớng sâu vào pha dầu mà lan truyền trên phần lớn bề mặt phân pha. Chính điều này giải thích sự tiêu tốn chất phá nhũ loại này rất ít khi phá nhũ dầu mỏ. Các chất phá nhũ đã đợc tổng hợp là các copolime khối của oxietilen và oxipropylen trên cơ sở axit béo, rợu và phenol 1 lần, 2 lần, etilen amin, etanolamin... các copolime khối có thể có các dạng công thức sau:
a - Copolime khối có hai khối: kỵ nớc (A), a nớc (B)
A - A - (A)m - A - B - (B)n - B - B (40) Với m - Số nhóm oxi propylen
n - Số nhóm oxi etilen.
Chất ban đầu để tổng hợp các copolime khối này là rợu 1 lần rợu, axit 1 nhóm axit và các chất có 1 nguyên tử H hoạt động.
VD: RO (C3H6O)m (C2H4O)n H nếu chất ban đầu là rợu. b - Copolime khối gồm 3 khối: giữa kỵ nớc, hai đầu a nớc
Bn - Am - Bn (41) c - Copolime khối gồm 3 khối: giữa a nớc, hai đầu kỵ nớc.
Am - Bn - Am (42)
Các chất ban đầu để thu đợc các copolime khối có công thức trên là các phenol 2 lần, rợu 2 lần, axit 2 nhóm axit và các hợp chất có hai nguyên tử H hoạt động ví dụ: trên cơ sở phenol hai lần, có thể thu đợc.
HO (C2H4O)n (C3H6O)m - O - (C6H4) - O - (C3H6O)m (C2H4O)n H HO (C3H6O)m (C2H4O)n - O - (C6H4) - O - (C2H4O)n (C3H6O)m H d - Copolime khối gồm 4 khối, tổng hợp trên cơ sở etilen diamin:
Bn - Am Bn - Am NCH2 CH2N (43) Bn - Am Bn - Am Am - Bn Am - Bn NCH2 CH2N (44) Am - Bn Am - Bn
Tính chất các chất này phụ thuộc vào trọng lợng phân tử mạch oxi propylen và oxi tilen và tỉ lệ giữa chúng. Hoạt tính phá nhũ của các hợp chất phá nhũ dạng copolime khối phụ thuộc nhiều vào nồng độ của chúng. ở nồng độ thấp hiệu quả phá nhũ tăng tỷ lệ với nồng độ và đạt cực đại 0,005 ữ 0,007%, khi tiếp tục tăng nồng độ chất phá nhũ, hoạt tính phá nhũ ít thay đổi và có thể còn giảm đi. Hiện tợng này
đợc giải thích là do khi có một lợng lớn chất phá nhũ, có thể xảy ra hiện tợng đảo nhũ. Các hợp chất có công thức (41), (43) có tính kỵ nớc hơn vì có nhóm oxi protilen nằm ở cuối phân tử. Các hợp chất này chính là các chất phá nhũ tan dầu.
Các chất phá nhũ tan dầu có tính chất u việt sau:
- Dễ phân bố trong dầu thô, đảm bảo sử dụng cao nhất ngay cả khi khuấy trộn yếu.
- Là chất lỏng tinh động có nhiệt độ đông đặc thấp do đó có thể sử dụng ở dạng không pha loãng, thuận tiện cho chuyên chở và định lợng.
- Không chuyển vào nớc thải nhà máy lọc dầu mà việc xử lý đòi hỏi chi phí đáng kể.
- Khi hàm lợng nớc nhũ dầu mỏ cao, tiêu tốn chất phá nhũ tăng không đáng kể.
- ở trạng thái hoà tan trong dầu, tránh tạo nhũ bền trong nớc.
Tuy nhiên, cực đại hiệu quả của chất phá nhũ tan dầu nằm trong giới hạn hẹp hơn chất phá nhũ tan nớc. Để định lợng chính xác hơn cần hoà tan vào dung môi t- ơng ứng hay áp dụng bơm vi lợng để hoà tan chất phá nhũ thờng sử dụng các phân đoạn hydro cacbon thơm, rợu thấp.
Các kết quả nghiên cứu cho thấy khi tổng hợp các chất phá nhũ tan dầu cần sử dụng các chất có tạo nhánh đối xứng làm cơ sở, chúng cho chất tạo nhũ có hiệu quả cao hơn. Chất phá nhũ tan nớc có hiệu quả cao để thu đợc trên cơ sở các hợp chất cấu tạo thẳng cũng nh phân nhánh. Để sử dụng thích hợp các hợp chất trên làm chất phá nhũ cần căn cứ vào kết quả thử nghiệm cụ thể đối với các loại dầu nhũ khác nhau.
Về hoạt tính phá nhũ các copolime khối có hiệu quả hơn nhiều so với các chất phá nhũ loại alkyl phenol và axit béo oxietilen hoá. Hiện nay chúng là loại có triển vọng nhất, đợc áp dụng rộng rãi và nghiên cứu sâu. Các chất phá nhũ thơng mại nh disolvan, diprosamin, separrol, demul fer... đều thuộc loại này.