CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN POLYMER NHẠY CẢM VỚI MÔI TRƯỜNG
1.2 Micelle – polymer nhạy nhiệt độ
1.2.1 Chất hoạt động bề mặt
Chất hoạt động bề mặt (surface active agent): các phân tử lưỡng tính có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp cấu tạo gồm hai phần chính: một phần phân cực thân ước (hydrophile) và một phần không phân cực thân dầu (lipophile) còn gọi là phần kị nước (hydrophobe) (Hình 1.16). Các phân tử này hòa tan hay phân tán trong một môi trường lỏng, có khả năng hấp phụ ở bề mặt giữa các pha không hỗn hòa như khí –lỏng, lỏng- lỏng, rắn-lỏng và làm thay đổi đặc tính bề mặt giữa các pha phân cực (polar) và không phân cực (nonpolar). Pha phân cực thường là nước, còn các phân không phân cực thường gặp là không khí, dầu và các dung môi hữu cơ.
18
Hình 1.16 Cấu tạo chung c a chất hoạt động bề mặt Các nhóm hóa học thường hay sử dụng
- Đầu thân nước: sulfonate, sulfate, phosphate, carboxylate, ammonium, ammonium bậc 4, betaine, sulfobetaine, polyethylene glycol (PEG), polyol (sobitane, glycerol, saccharose,…)
- Đuôi kị nước: acid béo tự nhiên (C12-C18), parafin (C10-C20, hợp chất vòng thơm hoặc nhân thơm), alkylbenzen (C8-C10), alcool (C8-C18), alkylphenol, chuỗi polymer (co-polymer ghép PEG), flourocarbon, silicon,…
- Phần kết nối: các liên kết ether, ester, amide, thioether,…
1.2.1.2 Phân loại
a) Phân loại theo D.M.Small
Dựa trên tính tan trong nước và sự hình thành lớp film bề mặt (film Langmuϊr) giữa hai pha khí/ nước của các chất hoạt động bề mặt phân cực và lưỡng tính, D.M.Small đã sắp xếp thành 3 lớp:
- Lớp I: Chất hoạt động bề mặt không tan trong nước và hình thành lớp film bề mặt giữa hai pha khí/nước
Các chất hoạt động bề mặt không tương tác với nước và chỉ hòa tan trong các dung môi hữu cơ. Ví dụ: trigluceride, diglyceride, acid béo, amin, cholesterol, vitamin thân dầu (A, D, E, K)…
19
- Lớp II: Chất hoạt động bề mặt không tan trong nước nhưng có khả năng trương phồng khi có sự hiện diện của nước và hỉnh thành các thể tập hợp phân tử đơn giản hoặc phức tạp tủy thuộc bào mức độ hydrat hóa và nhiệt độ. Chúng tạo thành một dạng hình thể trung gian (mesoemorph) hướng dung mọi (lytrope) và hướng nhiệt (thermotrope). Các thành phẩn này có một ái lực mạnh với liên kết bề mặt dầu/nước và có vai trò nhũ hóa tốt. Ví dụ: monoglyceride, phospholipid, các muối acid béo, lipoprotein, glycolipid…
- Lớp III: Chất hoạt động bề mặt tan trong nước và hình thánh lớp film bề mặt kém bền giữa hai pha khí/nước
IIIA: Hình thành micelle và các dạng hình thể trung gian
Chất hoạt động bề mặt hòa tan trong nước ở thang nồng độ và nhiệt độ rộng.
Các dung dịch hình thành chứa các phân tử riêng lẻ hoặc các monomer cân bằng với các thể micelle. Tỉ lệ giữa monomer và thể micelle phụ thuộc bào nhiệt độ và nồng độ. Các dung dịch chất hoạt động bề mặt này cũng tạo thành một dạng hình thể trung gian giống như lớp II. Tính tan trong nước là một quá trình chuyển đổi liên tục chất hoạt động bề mặt giữa bế mặt khí/ nước và dung dịch, vì thế lớp film bề mặt kém bền. Ví dụ: xà phòng, lysolecithin, hầu hết các tác nhân về mặt một chuỗi carbon, chất tẩy rửa, ganglioside,…
IIIB: Hình thành micelle và không hình thành các dạng hình thể trung gian Khác với lớp IIIA, các chất hoạt động bề mặt lớp IIIB không hình thành các dạng hình thể trung gian. Ví dụ: muỗi mặt, saponin,…
b) Phân loại dựa trên bản chất tích diện của đầu thân nước
- Chất hoạt động bề mặt trung tính (không ion hay không mang điện tích): không có nhóm chức mang điện tích nhưng chứa các nhóm chức rất phân cực như polyethyleneglycol (PEG).
- Chất hoạt động bề mặt anion:đầu thân nước mang điện tích âm (-) như carboxyl, sulfonate.
- Chất hoạt động bề mặt cation: đầu thân nước tích điện dương (+) như các muối halogen của ammonium bậc 4.
20
- Chất hoạt động bề mặt lưỡng điện tích (amphoteric): trên cùng một phân tử vừa tích điện âm (-) vừa tích điệm dương (+) như sulfobetain, phosphatidylcholine.
- Chất hoạt động bề mặt anion, cation hay lưỡng điện tích thường được gọi là chất hoạt động bề mặt mang điện tích hay chất hoạt động bề mặt ion.
a) b)
c) d)
Hình 1.17 Một số hoạt động liên bề mặt th ờng gặp c a chất hoạt động bề mặt b) Mousse b) Fi m Langmuϊr c) Nhũ t ơng (D/N) d) Nhũ t ơng (N/D)