Như đã biết, chất HĐBM flo hóa DCF khi kết hợp với các chất HĐBM hydrocacbon riêng lẻ: APG, NPE, LHSB đều cho kết quả tốt về sự tương hợp và bền nhiệt khi sử dụng với nước. Mặt khác, đây đều là các chất tan trong nước, đặc biệt APG là chất không những tan tốt trong nước mà còn có khả năng tạo bọt tốt hơn các các chất HĐBM khác trong phạm vi phân tích. Do vậy, luận văn lựa chọn hỗn hợp chất HĐBM DCF và APG là thành phần chính và phân tích với sự có mặt của các chất NPE, LHSB trong sự có mặt của chất trợ HĐBM và phụ gia để xác định công thức tổ hợp trội và khả năng bền nhiệt.
3.1.2.1. Hệ gồm 2 chất HĐBM
- Hệ gồm DCF : APG
Pha hỗn hợp DCF và APG theo các tỉ lệ khác nhau như trong các bảng dưới, phân tích sự biến đổi pH và σ của hệ dung dịch theo thời gian ủ ở nhiệt độ 800C thu được các kết quả như sau:
Bảng 3.4. Biến thiên pH và σ của hệ DCF : APG (tỉ lệ: 1 : 1) theo thời gian ủ nhiệt
Thông số
Thời gian ủ nhiệt ở 800C (h)
pH/σ 1 2 3 4 6 8
ΔpH 7,85 0,32 0,48 0,42 0,48 0,48 0,43
Δσ 22,76 0,98 0,96 1,14 1,27 1,38 1,48
Bảng 3.5. Biến thiên pH và σ của hệ DCF : APG (tỉ lệ: 1 : 2) theo thời gian ủ nhiệt
Thông số
Thời gian ủ nhiệt ở 800C (h)
pH/σ 1 2 3 4 6 8
ΔpH 7,77 0,31 0,38 0,32 0,38 0,38 0,33
Δσ 22,64 0,77 0,92 0,95 1,28 1,18 1,35
Bảng 3.6. Biến thiên pH và σ của hệ DCF : APG (tỉ lệ: 1 : 3) theo thời gian ủ nhiệt
Thông số
Thời gian ủ nhiệt ở 800C (h)
pH/σ 1 2 3 4 6 8
ΔpH 7,82 0,22 0,23 0,25 0,27 0,32 0,29
Δσ 21,55 0,59 0,63 0,64 0,65 0,72 0,71
Bảng 3.7. Biến thiên pH và σ của hệ DCF : APG (tỉ lệ: 1 : 4) theo thời gian ủ nhiệt
Thông số
Thời gian ủ nhiệt ở 800C (h)
pH/σ 1 2 3 4 6 8
ΔpH 7,79 0,23 0,26 0,29 0,22 0,24 0,25
Δσ 21,28 0,68 0,72 0,82 0,76 0,83 0,91
Từ các bảng số liệu có thể thấy rằng sự thay đổi về pH là không đáng kể, điều này hoàn toàn đúng với thực tế là do APG và DCF không có sự phân ly ion vì chúng là chất HĐBM nonion, sự thay đổi pH chủ yếu là do các thành phần phụ có trong các sản
phẩn chất HĐBM. Bắt đầu từ tỉ lệ DCF : APG = 1 : 3 thì độ tăng σ ở khoảng rất hẹp. Điều này được giải thích là do APG có đặc tính kém bền bọt, do vậy chọn tỷ lệ DCF : APG = 1 : 3 để phân tích tiếp ảnh hưởng của sự có mặt LHSB và NPE. Mặt khác, giá trị SCBM của hỗn hợp thấp hơn nhiều so với giá trị SCBM của chất HĐBM không flo hóa, vì vậy trong các phân tích sau này, luận văn sẽ chỉ xây dựng hệ tổ hợp chất HĐBM với sự tham gia của chất HĐBM flo hóa DCF. Tuy nhiên, từ các kết quả khảo sát thu được thấy rằng các hệ phối trộn từ 2 chất HĐBM chưa đạt yêu cầu về giảm σ nên chuyển qua phân tích hệ 3 chất hoạt động bề mặt.
3.1.2.2. Hệ gồm 3 chất HĐBM - Hệ gồm DCF : APG : LHSB
Từ kết quả đã thu được khi phân tích hệ 2 chất HĐBM đã lựa chọn tỷ lệ DCF : APG = 1 : 3. Do vậy, cố định tỷ lệ này và thêm LHSB vào hỗn hợp với các tỷ lệ tương ứng như các bảng dưới. Phân tích sự biến đổi pH và σ của hệ dung dịch theo thời gian ủ ở nhiệt độ 800C thu được các kết quả như sau:
Bảng 3.8. Biến thiên pH và σ của hệ DCF : APG : LHSB (tỉ lệ: 1 : 3 : 1) theo thời gian ủ nhiệt
Thông số
Thời gian ủ nhiệt ở 800C (h)
pH/σ 1 2 3 4 6 8
ΔpH 7,56 0,32 0,29 0,23 0,29 0,26 0,25
Δσ 20,17 0,99 0,93 1,24 1,37 1,44 1,53
Bảng 3.9. Biến thiên pH và σ của hệ DCF : APG : LHSB (tỉ lệ: 1 : 3 : 2) theo thời gian ủ nhiệt
Thông số
Thời gian ủ nhiệt ở 800C (h)
pH/σ 1 2 3 4 6 8
ΔpH 7,37 0,27 0,28 0,25 0,27 0,28 0,25
Bảng 3.10. Biến thiên pH và σ của hệ DCF : APG : LHSB (tỉ lệ: 1 : 3 : 3) theo thời gian ủ nhiệt
Thông số
Thời gian ủ nhiệt ở 800C (h)
pH/σ 1 2 3 4 6 8
ΔpH 7,82 0,25 0,24 0,24 0,29 0,32 0,30
Δσ 19,76 0,70 0,73 0,69 0,75 0,75 0,79
Bảng 3.11. Biến thiên pH và σ của hệ DCF : APG : LHSB (tỉ lệ: 1 : 3 : 4) theo thời gian ủ nhiệt
Thông số
Thời gian ủ nhiệt ở 800C (h)
pH/σ 1 2 3 4 6 8
ΔpH 7,28 0,24 0,27 0,29 0,26 0,24 0,28
Δσ 19,28 0,67 0,74 0,72 0,77 0,73 0,81
So với hệ 2 chất HĐBM (DCF, APG) thì hệ 3 chất HĐBM (có thêm LHSB) thì có sự giảm SCBM ở thời điểm ban đầu (chưa ủ nhiệt), do vậy việc thêm LHSB tạo ra tín hiệu khả quan trong việc làm giảm SCBM của hệ 3 chất HĐBM. Kết quả phân tích sự biến thiên pH và SCBM của hệ 3 chất HĐBM cũng đã chỉ ra rằng ở tỷ lệ DCF : APG : LHSB = 1 : 3 : 2 thì sự tăng SCBM và giảm pH là không đáng kể và ổn định, do đó luận văn chọn tỷ lệ trên đối với hệ 3 chất HĐBM để làm cơ sở cho phân tích tiếp theo.
- Hệ gồm DCF : APG : NPE
Tiếp tục phân tích sự biến đổi pH và σ của hệ dung dịch gồm 3 chất HĐBM DCF; APG và NPEtheo thời gian ủ ở nhiệt độ 800C thu được các kết quả như sau:
Bảng 3.12. Biến thiên pH và σ của hệ DCF : APG : NPE (tỉ lệ: 1 : 3 : 1) theo thời gian ủ nhiệt
Thông số
Thời gian ủ nhiệt ở 800C (h)
pH/σ 1 2 3 4 6 8
ΔpH 7,24 0,20 0,23 0,22 0,20 0,25 0,24
Δσ 18,15 0,66 0,60 0,73 0,68 0,69 0,70
Bảng 3.13. Biến thiên pH và σ của hệ DCF : APG : NPE (tỉ lệ: 1 : 3 : 2) theo thời gian ủ nhiệt
Thông số
Thời gian ủ nhiệt ở 800C (h)
pH/σ 1 2 3 4 6 8
ΔpH 7,35 0,23 0,22 0,20 0,26 0,27 0,25
Δσ 18,03 0,66 0,61 0,78 0,81 1,06 1,20
Bảng 3.14. Biến thiên pH và σ của hệ DCF : APG : NPE (tỉ lệ: 1 : 3 : 3) theo thời gian ủ nhiệt
Thông số
Thời gian ủ nhiệt ở 800C (h)
pH/σ 1 2 3 4 6 8
ΔpH 7,30 0,24 0,25 0,22 0,23 0,22 0,26
Δσ 18,14 0,67 0,72 0,81 0,92 1,15 1,26
Bảng 3.15. Biến thiên pH và σ của hệ DCF : APG : NPE (tỉ lệ: 1 : 3 : 4) theo thời gian ủ nhiệt
Thông số
Thời gian ủ nhiệt ở 800C (h)
pH/σ 1 2 3 4 6 8
ΔpH 7,24 0,22 0,23 0,24 0,21 0,24 0,26
Giá trị SCBM của hệ 3 chất HĐBM này thấp hơn so với giá trị SCBM của hệ 3 chất HĐBM (DCF, APG, LHSB) cho nên việc sử dụng NPE là cần thiết bởi vì NPE có kích thước phân tử nhỏ sẽ phân bố xem kẽ với các phân tử cồng kềnh của APG. Mặt khác, sự biến thiên pH và SCBM đối với tỉ lệ 1 : 3 : 1 là ít nhất so với các tỷ lệ còn lại trong cả quá trình ủ nhiệt, do vậy sử dụng NPE với tỉ lệ ngang bằng DCF để tiếp tục phân tích hệ 4 chất HĐBM.
Mặt khác, từ các kết phân tích quả thu được khi phân tích hệ gồm 3 chất hoạt động bề mặt cho thấy sự thay đổi pH và σ theo thời gian ủ cũng tương tự như hệ hai cấu tử: pH giảm dần trong khi σ tăng dần (do sự thuỷ phân của các chất HĐBM khi ủ trong điều kiện nhiệt độ cao và hệ ủ là hệ kín). Tuy nhiên ở các hệ ba cấu tử sự thay đổi pH và σ chậm và đều hơn so với hệ hai cấu tử. Từ kết quả trên có thể thấy sự tác động qua lại giữa các chất HĐBM đã làm cho hệ ổn định hơn. Sự ghép không đối xứng các nhóm kỵ nước trong hỗn hợp có nhiều chất HĐBM khác nhau cho phép tập hợp nhiều phân tử chất HĐBM trên bề mặt liên diện hơn là giữa các nhóm kỵ nước của cùng một chất HĐBM, giá trị hệ số xếp chặt càng tiến gần đến 1. Các chất HĐBM có thể hình thành micelle dạng tấm cho phép tăng tối đa độ hòa tan gần giống nhau của pha nước và pha hydrocarbon. Từ đó giảm σ đến giá trị cực thấp [21]. Các hệ gồm ba chất HĐBM sau 8 giờ ủ đều trong chứng tỏ hệ ba cấu tử có tính tương hợp với nước tốt, tuy nhiên σ vẫn chưa đạt giá trị đủ thấp nên tiếp tục phân tích hệ 4 cấu tử để phân tích tối ưu.
3.1.2.3. Hệ gồm 4 chất HĐBM
- Hệ gồm DCF : APG : LHSB : NPE
Phân tích sự biến đổi pH và σ của hệ dung dịch gồm 4 chất HĐBM: DCF : APG : LHSB : NPE (tỉ lệ: 1 : 3 : 2 : 1) theo thời gian ủ ở nhiệt độ 800C thu được kết quả trong bảng 3.16:
Bảng 3.16. Biến thiên pH và σ của hệ DCF : APG : LHSB : NPE theo thời gian ủ nhiệt
Thông số
Thời gian ủ nhiệt ở 800C (h)
pH/σ 1 2 3 4 6 8
ΔpH 7,44 0,62 0,70 0,67 0,70 0,81 0,89
Trong đó: Δσ - Độ tăng σ ở các thời điểm ủ nhiệt ΔpH - Độ giảm pH ở các thời điểm ủ nhiệt
Qua các thí nghiệm phân tích sự tương hợp và độ bền nhiệt của các hỗn hợp chất hoạt động bề mặt, thấy rằng hỗn hợp 4 chất HĐBM với tỷ lệ DCF : APG : LHSB : NPE = 1 : 3 : 2 : 1 có khả năng tương hợp tốt, σ thấp và sự thay đổi σ không lớn sau 8h ủ nhiệt, do vậy lựa chọn hệ các chất này cho các phân tích tiếp theo.
3.1.2.4. Phân tích khả năng tạo bọt
Các hệ chất HĐBM tương hợp tốt với nhau và bền nhiệt để có thể ứng dụng được trong việc chế tạo sản phẩm bọt chữa cháy thì nhất thiết phải đáp ứng được tiêu chuẩn kỹ thuật của sản phẩm. Trong các tiêu chuẩn đó thì đáp ứng được về độ nở và thời gian bán hủy sẽ xác định được hệ nào phù hợp với yêu cầu của quá trình phân tích. Do vậy, cần tiến hành phân tích độ nở và thời gian bán hủy của hệ chất HĐBM trên với nồng độ 3 % với tỷ lệ các chất HĐBM có mặt trong dung dịch lần lượt là DCF : APG : LHSB : NPE = 1 : 3 : 2 : 1. Từ đó lựa chọn hệ chất HĐBM đạt giá trị độ nở và thời gian bán hủy tốt nhất, kết quả cụ thể trong bảng 3.17:
Bảng 3.17. Phân tích độ nở, thời gian bán hủy của hệ chất HĐBM
STT Hệ chất hoạt động bề mặt Độ nở
(lần)
Thời gian bán hủy (phút:giây)
1 DCF : APG 6,8 3:50
2 DCF : APG : LHSB 6,4 3:57
3 DCF : APG : NPE 4,3 4:54
4 DCF : APG : LHSB : NPE 5,6 5:34
Qua kết quả phân tích độ nở và thời gian bán hủy của hệ các chất HĐBM nhận thấy hệ 4 chất HĐBM với tỷ lệ DCF : APG : LHSB : NPE = 1 : 3 : 2 : 1 có độ nở và thời gian bán hủy tốt nhất nên lựa chọn hệ này cho các phân tích tiếp theo.