II CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT PHỤ GIA PHÁ NHŨ.
c, Cỏc hoạt động bề mặt khụng ion.
Cỏc chất hoạt động bề mặt khụng ion trong dung dịch nước khụng phõn ly thành ion. Cỏc chất hoạt động bề mặt khụng ion thu được bằng cỏch kết hợp oxy etilen với cỏc hợp chất hữu cơ cú nguyờn tử hydro linh động; cú nghĩa là chứa cỏc nhúm - OH, - COOH, - SH, - NH2, CONH2, cỏc chất ban đầu để tổng hợp chất hoạt động bề mặt khụng ion cú thể là axit hữu cơ, rượu, phenol, mercaptan amin và amid của axit.
Phản ứng oxietilen hoỏ xảy ra như 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
Cỏc hoạt động bề mặt khụng ion trong dung dịch nước tạo hydrat nhờ liờn kết hydro giữa nguyờn tử hydro của nước và nguyờn tử oxy của etes trong mạch polietilen glicol phõn tử hydrat hoỏ cú khả năng tan trong nước và khi đú phõn ly thành ion ở mức độ thấp. Khi tăng mạch oxietilen, độ hoà tan của chất hoạt động bề mặt tăng.
Để thu được chất cú khả năng phỏ nhũ lớn nhất, cần đạt được tỷ lệ tối ưu nhúm ưa nước (hydrofil) và ưa dầu (liofil) được gọi là cõn bằng ưa nước và ưa dầu (HLB). Tỏc động phỏ nhũ của chất hoạt động bề mặt cũn phụ thuộc vào bản chất hoỏ học và gốc kỵ nước.
Grifin đó đưa ra chỉ số HLB của chất hoạt động bề mặt khụng ion theo cụng thức.
HLB = 20 (39)
Mh - là trọng lượng mol của phần hydrofil
M - là trọng lượng phõn tử của chất hoạt động bề mặt.
Cỏc chất hoạt động bề mặt cú HLB < 10 thể hiện tớnh hydro pho b và HLB > 10 thể hiện tớnh hydro phil, khi chất hoạt động bề mặt thể hiện tớnh hydro phil quỏ
mạnh thỡ giỏ trị HLB cú thể lờn đến 20. Cỏc tài liệu cho thấy đối với cỏc lĩnh vực ỏp dụng chất hoạt động bề mặt khỏc nhau, HLB cú giỏ trị như sau:
Lĩnh vực sử dụng HLB
+ Chất tạo nhũ loại W/O 3 ữ 6
+ Chất thấm ướt 7 ữ 9
+ Chất tạo loại dầu trong nước 8 ữ 18
+ Chất tẩy rửa 13 ữ15
Ngoài cỏc chất hoạt động bề mặt khụng ion trờn cơ sở cỏc hợp chất hữu cơ được oxietilen hoỏ như axit bộo oxietilen với C > 20, C > 25, ester, rượu bộo oxi etilen hoỏ, alkyl fenol oxi etilen hoỏ (OP - 20) thỡ cỏc chất phỏ nhũ hiệu quả nhất hiện nay là copolime khối oxialkylen - propylen hay butilen (phần kỵ nước) và oxietilen (phần ưa nước). Hiệu quả cao của chất phỏ nhũ loại này là do phần kỵ nước của chất phỏ nhũ khụng hướng sõu vào pha dầu mà lan truyền trờn phần lớn bề mặt phõn pha. Chớnh điều này giải thớch sự tiờu tốn chất phỏ nhũ loại này rất ớt khi phỏ nhũ dầu mỏ. Cỏc chất phỏ nhũ đó được tổng hợp là cỏc copolime khối của oxietilen và oxipropylen trờn cơ sở axit bộo, rượu và phenol 1 lần, 2 lần, etilen amin, etanolamin... cỏc copolime khối cú thể cú cỏc dạng cụng thức sau:
a - Copolime khối cú hai khối: kỵ nước (A), ưa nước (B)
A - A - (A)m - A - B - (B)n - B - B (40)
Với m - Số nhúm oxi propylen n - Số nhúm oxi etilen.
Chất ban đầu để tổng hợp cỏc copolime khối này là rượu 1 lần rượu, axit 1 nhúm axit và cỏc chất cú 1 nguyờn tử H hoạt động.
VD: RO (C3H6O)m (C2H4O)n H nếu chất ban đầu là rượu. b - Copolime khối gồm 3 khối: giữa kỵ nước, hai đầu ưa nước
Bn - Am - Bn (41)
c - Copolime khối gồm 3 khối: giữa ưa nước, hai đầu kỵ nước.
Am - Bn - Am (42)
Cỏc chất ban đầu để thu được cỏc copolime khối cú cụng thức trờn là cỏc phenol 2 lần, rượu 2 lần, axit 2 nhúm axit và cỏc hợp chất cú hai nguyờn tử H hoạt động vớ dụ: trờn cơ sở phenol hai lần, cú thể thu được.
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 trờn 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
Tớnh chất cỏc chất này phụ thuộc vào trọng lượng phõn tử mạch oxi propylen và oxi tilen và tỉ lệ giữa chỳng. Hoạt tớnh phỏ nhũ của cỏc hợp chất phỏ nhũ dạng copolime khối phụ thuộc nhiều vào nồng độ của chỳng. Ở nồng độ thấp hiệu quả phỏ nhũ tăng tỷ lệ với nồng độ và đạt cực đại 0,005 ữ 0,007%, khi tiếp tục tăng nồng độ chất phỏ nhũ, hoạt tớnh phỏ nhũ ớt thay đổi và cú thể cũn giảm đi. Hiện tượng này được giải thớch là do khi cú một lượng lớn chất phỏ nhũ, cú thể xảy ra hiện tượng đảo nhũ. Cỏc hợp chất cú cụng thức (41), (43) cú tớnh kỵ nước hơn vỡ cú nhúm oxi protilen nằm ở cuối phõn tử. Cỏc hợp chất này chớnh là cỏc chất phỏ nhũ tan dầu.
Cỏc chất phỏ nhũ tan dầu cú tớnh chất ưu việt sau:
- Dễ phõn bố trong dầu thụ, đảm bảo sử dụng cao nhất ngay cả khi khuấy trộn yếu.
- Là chất lỏng tinh động cú nhiệt độ đụng đặc thấp do đú cú thể sử dụng ở dạng khụng pha loóng, thuận tiện cho chuyờn chở và định lượng.
- Khụng chuyển vào nước thải nhà mỏy lọc dầu mà việc xử lý đũi hỏi chi phớ đỏng kể.
- Khi hàm lượng nước nhũ dầu mỏ cao, tiờu tốn chất phỏ nhũ tăng khụng đỏng kể.
- Ở trạng thỏi hoà tan trong dầu, trỏnh tạo nhũ bền trong nước.
Tuy nhiờn, cực đại hiệu quả của chất phỏ nhũ tan dầu nằm trong giới hạn hẹp hơn chất phỏ nhũ tan nước. Để định lượng chớnh xỏc hơn cần hoà tan vào dung mụi tương ứng hay ỏp dụng bơm vi lượng để hoà tan chất phỏ nhũ thường sử dụng cỏc phõn đoạn hydro cacbon thơm, rượu thấp.
Cỏc kết quả nghiờn cứu cho thấy khi tổng hợp cỏc chất phỏ nhũ tan dầu cần sử dụng cỏc chất cú tạo nhỏnh đối xứng làm cơ sở, chỳng cho chất tạo nhũ cú hiệu quả cao hơn. Chất phỏ nhũ tan nước cú hiệu quả cao để thu được trờn cơ sở cỏc hợp chất cấu tạo thẳng cũng như phõn nhỏnh. Để sử dụng thớch hợp cỏc hợp chất trờn làm chất
phỏ nhũ cần căn cứ vào kết quả thử nghiệm cụ thể đối với cỏc loại dầu nhũ khỏc nhau.
Về hoạt tớnh phỏ nhũ cỏc copolime khối cú hiệu quả hơn nhiều so với cỏc chất phỏ nhũ loại alkyl phenol và axit bộo oxietilen hoỏ. Hiện nay chỳng là loại cú triển vọng nhất, được ỏp dụng rộng rói và nghiờn cứu sõu. Cỏc chất phỏ nhũ thương mại như disolvan, diprosamin, separrol, demul fer... đều thuộc loại này.