Bài giảng Công nghệ chất hoạt động bề mặt - Chương 1: Giới thiệu chung về chất hoạt động bề mặt - Lê Thị Hồng Nhan - Đại học bách khoa TP HCM

Nội dung text: Bài giảng Công nghệ chất hoạt động bề mặt - Chương 1: Giới thiệu chung về chất hoạt động bề mặt - Lê Thị Hồng Nhan - Đại học bách khoa TP HCM

1. Giới thiệu •Tình hình Là một trong những nhóm hóa chất sử dụng nhiều nhất trên thế giới Sử dụng trong lĩnh vực: tẩy rửa, mỹ phẩm, công nghiệp liên quan vi điện tử, môi trường, dầu khí, sinh học, ức chế ăn mòn, Thị trường chất hoạt động bề mặt cao (khoảng 3 tỷ USD trong 1997) 2
2. Giới thiệu Lượng chất họat động bề mặt được sử dụng ở các lĩnh vực và các vùng khác nhau trên thế giới năm 1995) Asia- Western North Pacific Europe America Household Products 58 % 56% 40% Industrial & Institutional Cleaners 2% 9% 10% All others industrial uses ( pulp and paper, textile, construction, 40% 35% 50% % used in all industrial application 42% 43% 60% Tổng cộng (triệu tấn) 2,8 1,9 2,5 Tổng cộng trong sử dụng công 1,18 0,82 1,50 nghiệp (triệu tấn) 4
3. Sức căng bề mặt A A B B B Phân tử chịu tương tác của các phân tử bao quanh: lưỡng cực- lưỡng cực; ;lưỡng cực- lưỡng cực cảm ứng; Khuếch tán => Lực liên kết Van der Walls (B): lực cân bằng (A) lực không cân bằng lực ép vào trong lòng chất lỏng = nội áp Nội áp kéo phân tử từ bề mặt phân chia pha => giảm bể mặt đến mức tối thiểu 6
4. Sức căng bề mặt •Các yếu tố ảnh hưởng sức căng bề mặt -Bản chất pha tiếp xúc -Nhiệt độ -Áp suất -Độ cong bề mặt -Sự xuất hiện của chất thứ hai trong chất lỏng 8
5. Sức căng bề mặt Nếu hai chất lỏng chỉ hòa tan một phần vào nhau thì sức căng bề mặt trên giới hạn lỏng lỏng gần bằng hiệu số giữa sức căng bề mặt của mỗi chất ( đã bảo hòa chất kia) so với không khí. Sức căng bề mặt của các chất lỏng tiếp xúc với không khí (o) và của chất o lỏng tiếp xúc với nước (I) ở 20 C ( dyn/cm Chất lỏng o I Chất lỏng o I Nước 72,75 - Ethanol 22,30 - Benzen 28,88 35,00 n-octanol 27,50 8,50 Acid acetic 27,60 - n-hexan 18,40 51,10 CCl4 26,80 45,10 n-octan 21,80 50,80 Glycerin 66,00 - Anilin 42,90 - 10
6. Chất hoạt động bề mặt Sức căng bề mặt (2) (3) (1) Nồng độ (1) Chất hoạt động bề mặt (2) Chất không họat động bề mặt (3) Chất không ảnh hưởng đến sức căng bề mặt 12
7. Chất hoạt động bề mặt • Các chất họat động bề mặt: -Chất có khả năng làm giảm sức căng bề mặt của dung môi chứa chúng. Thường là: các chất hữu cơ như các acid béo, muối của acid béo, ester, rượu, alkyl sulfate . • Cấu tạo: gồm hai phần: + Phần phân cực ( ái nước, ưa nước, háo nước=lyophilic group) + Phần không phân cực ( kỵ nước, ghét nước hay ái dầu, háo dầu, ưa dầu= lyophobic group) 14
8. Phân loại Phân loại theo: • Cấu trúc hóa học • Tính chất vật lý ( độ tan trong nước hoặc dung môi) • Ứng dụng hóa học Phân loại theo bản chất nhóm háo nước Phân loại theo bản chất nhóm kỵ nước Phân loại theo bản chất liên kết giữa nhóm háo nước và kỵ nước 16
9. Phân loại theo bản chất nhóm háo nước •Anionic: Hòa tan trong nước phân ly thành ion HĐBM điện tích âm Bao gồm các nhóm chính: • Acid carbocylic: RCOO(-) (-) • Ester sulfuric ( Sulfate): ROSO2O (-) • Alkan sulfonic acid: RSO3 (-) • Alken sulfonic acid: R-CH=CH-CH2-SO3 (-) • Alkyl aromatic sulfonic acid: R-C6H4-SO3 • Các nhóm khác: Phosphate và phosphonic acid, persulfate, thiosulfate, sulfamic acid, sulfosuccinate 18
10. Phân loại theo bản chất nhóm háo nước •Cationic: Hòa tan trong nước phân ly thành ion HĐBM điện tích dương R1 R3 + N X R2 R4 X: halogenua, sulfate, methyl sulfate, R1: alkyl mạch dài R2, R3, R4: Hydro hay nhóm alkyl mạch ngắn, alkyl aryl. 20
11. Phân loại theo bản chất nhóm háo nước •Nonionic: Không tạo ion khi tan trong dung dịch nước Cấu tạo: -Phần kỵ nước: akyl phenol, alcol, acid béo, amide, -Phần ái nước: ethylene oxide, propylene oxide, glycerin orbitol, Hoạt động được trong môi trường chứa chất điện ly lớn 22
12. Phân loại theo bản chất nhóm háo nước •Nonionic: R CHOH-CH2-(OCH2-CHOH-CH2)n -OH Polyglycerol ester CH2OH O OH O O R OH n alkylpolyglucoside (APG) 24
13. Phân loại theo bản chất nhóm háo nước •Lưỡng tính: O CH3 + R C NH (CH2)3 N CH2 C O CH3 O Alkyl amido propyl betain O CH3 + R C NH - CH2-CH2-CH2 N CH2 CH CH2 SO3 CH3 OH Alkyl amidopropyl sulfobetain C H OH 2 4 O + R N CH2 C O C2H4OH Betain ethoxy hóa 26
14. Phân loại theo bản chất liên kết nhóm kỵ nước và ái nước Gồm 2 loại: •Nhóm háo nước liên kết trực tiếp nhóm kỵ nước: RCOONa, ROSO3Na, RC6H4SO3Na •Nhóm háo nước liên kết nhóm kỵ nước thông qua các liên kết trung gian Liên kết ester: RCOO-CH2CHOHCH2-OSO3Na Liên kết amide: R-NHCOCH2SO3Na Liên kết ether: ROC2H4OSO3Na 28