Chất HĐBM là những hợp chất hoá học có khả năng hấp phụ lên bề mặt (BM). BM hấp phụ có thể là giữa hai dung dịch lỏng, giữa chất lỏng và khí hoặc giữa chất rắn và chất lỏng. Mặc dù chỉ xuất hiện ở nồng độ thấp trong dung dịch nhưng chất HĐBM tác động mạnh mẽ lên toàn bộ tính chất của hệ bởi sự hấp phụ BM. Một phân tử chất HĐBM gồm hai phần:
- Nhóm phân cực chứa các nguyên tử: O, S, N, hoặc P trong các nhóm chức phân cực như alcohol, thiol, ether, acid, sulfate, sulfonate, phosphate, amin, amid… - Gốc không phân cực thường chứa dây hidrocarbon như ankil hoặc ankilbenzen (mạch thẳng hoặc có nhánh), hoặc hidrocarbon halogen hóa, oxit hóa hoặc dây siloxane…
Nhóm chức phân cực tương tác mạnh với dung môi phân cực, đặc biệt là nước, do đó được gọi là phần ưa nước hay kị dầu. Đối với gốc không phân cực được gọi là kị nước hay ưa dầu thì tương tác mạnh với dung môi không phân cực [14].
1.4.2. Phân loại
Sự phân loại chất HĐBM thường dựa vào đặc tính của nhóm phân cực và được chia làm 4 loại: anion, cation, non-ion và lưỡng tính.
•Anion: chất HĐBM anion khi phân ly trong dung môi phân cực như nước tạo thành các ion HĐBM mang điện tích âm, ví dụ: RCOO-M+, RSO3
-M+... Ion đối (cation) thông thường trong các phân tử chất HĐBM anion là Na+, K+, Ca2+, NH4+… Các chất HĐBM anion thông dụng: carboxylate, sulfate, sulfonate, sulfosuccinate và sulfosuccinamate
•Cation: Là các chất HĐBM khi phân li trong dung môi phân cực như nước tạo thành các ion HĐBM cation, ví dụ: R-NH4+X-. Hầu hết các chất HĐBM cation có nhóm phân cực chứa nguyên tử N mang điện tích dương, một vài trường hợp là nguyên tử P và S. Những chất HĐBM thường dùng: gốc muối amonium bậc 4 …
•Lưỡng tính: Có cấu trúc phân tử chứa 2 nhóm phân cực khác nhau là anion và cation. Hầu hết các chất HĐBM lưỡng tính mang tính chất giống chất HĐBM cation
trong môi trường acid và ngược lại, là chất HĐBM anion trong môi trường kiềm. Hầu hết nhóm anion là nhóm axit –COOH trong khi nhóm cation là nhóm amino.
Các chất HĐBM lưỡng tính thông dụng: N-ankyl aminopropionate, N-ankyl iminopropionate, N-ankyl betaine, N-ankyl Glycinate [14]
Hình 1.8: Các loại chất HĐBM
• Non-ion: Đây là các chất có phân tử không có khả năng phân li. Các phân tử của các chất HĐBM này thường gồm mạch hữu cơ dài phân cực nhưng chứa các nhóm không phân cực ở đuôi. Những nhóm phân cực thường được sử dụng là hydroxy(OH), ethylenoxide(-OCH2CH2-)… Sự gia tăng nhóm hydroxy hay ethylenoxide… sẽ gia tăng khả năng hoà tan của phân tử chất HĐBM trong dung môi phân cực.
Những chất HĐBM non-ion thường được sử dụng: alcohol ethoxylate, alcohol alkoxylate, alkyl phenol ethoxylate, ethylenoxide/ propylenoxide, alkanol amide
Chất HĐBM non-ion được dùng nhiều trong ngành công nghiệp: dược phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm …
Chất HĐBM làm bền hệ nhũ bằng cách di chuyển lên bề mặt liên diện và hấp phụ, tạo nên bề mặt bền vững. Muốn được như vậy, chúng phải có khả năng hòa tan trong nước và trong dầu, hay nói cách khác, chúng phải có cả hai tính ưa nước (hydrophilic) và ưa dầu (lipophilic). Do vậy, trong cùng một phân tử, tỉ lệ giữa phần ưa nước và ưu dầu (hydrophilic/lipophilic) sẽ quyết định loại nhũ được hình thành (nước/dầu hoặc dầu/nước) và độ bền của hệ nhũ.
Hình 1.9: Mô hình nhũ tương dầu/nước với sự có mặt của chất HĐBM
Dầu Nước + _ + cation Non-ion Lưỡng tính anion _