Bài giảng Công nghệ chất hoạt động bề mặt - Chương 3: Tính chất các 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 3: Tính chất các chất hoạt động bề mặt - Lê Thị Hồng Nhan - Đại học bách khoa TP HCM

1. TỔNG QUÁT Bao gồm các phần: •Chất hoạt động bề mặt anion •Chất hoạt động bề mặt cation •Chất hoạt động bề mặt không ion •Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính 2
2. Chất hoạt động bề mặt nguồn gốc acid carboxylic- Xà phòng Xà phòng = acid béo tác dụng với chất kiềm (RCOOX). Phản ứng xà phòng hóa dầu mỡ của động thực vật => xà phòng Nguyên liệu *Dầu mỡ động thực vật: ester của ancol 3 chức là glycerin và các acid béo khác nhau=> glyceride. CH2 OCOR1 CH OCOR2 Các R là mạch carbon có số C từ 6-20, thường là số chẵn và CH2 OCOR3 mạch thẳng. 4
3. Chất hoạt động bề mặt nguồn gốc acid carboxylic- Xà phòng Nguyên tắc chính là thủy phân liên kết ester của glyceride, đưa về dạng acid tự do và trung hòa các acid béo đó để được xà phòng. + H CH OH CH2 OCOR1 2 R1COOH + 3H O CH OH R COOH CH OCOR2 2 + 2 OH- CH OH CH2 OCOR3 2 R3COOH RCOOH + NaOH RCOONa + H2O Tác nhân kiềm: NaOH: thường dùng KOH: điều chế các dạng xà phòng mềm, trong. Sodium carbonate: không thể xà phòng hóa glyceride, nhưng trong một giới hạn, có thể xà phòng hóa các acid béo. 6
4. Chất hoạt động bề mặt nguồn gốc acid carboxylic- Xà phòng Tách lớp xà phòng: Sau phản ứng, dung dịch muối ăn được dùng để rửa, tách glycerin ra khỏi xà phòng. Xà phòng không tan trong nước muối bão hòa, do cân bằng chuyển sang chiều nghịch -> glycerin lại tan trong nước muối -> tách lớp -> loại ra. Loại muối khỏi xà phòng: Xà phòng thô được pha trộn với NaOH loãng (hay soda), đun nhẹ. Muối tan vào dung dịch, sau đó làm lạnh, xà phòng kết tinh, tạo lớp mịn nổi lên trên. Xà phòng được tách ra để thu. Tinh chế nhiều lần để thu xà phòng sạch. 8
5. Chất hoạt động bề mặt nguồn gốc acid carboxylic- Tự nhiên khác Các chất hoạt động bề mặt từ acid carboxylic thiên nhiên khác • Acid carboxylic từ nhựa thực vật (colophan) • Acid napthenic 10
6. Chất hoạt động bề mặt sulfate •Chứa nhóm sulfate –OSO3- trong phần ái nước •Nhóm sulfate liên kết trực tiếp/gián tiếp với phần kỵ nước qua các liên kết trung gian như amide, ester, ether •Nhóm sulfate là nhóm phân cực duy nhất hay chính trong phần ái nước 12
7. Chất hoạt động bề mặt sulfonate Chất họat động bề mặt sulfonate: • Chứa nhóm sulfonate (-SO 3 - ) trong phần ái nước • Nhóm sulfonate là nhóm phân chức duy nhất hay chính trong phần ái nước • Nhóm sulfonat liên kết trực/gián tiếp với phần kỵ nước qua các liên kết trung gian như liên kết amide, ester . • Quá trình sulfo hóa -> các acid sulfonic hay dẫn xuất của nó có nguyên tử lưu hùynh liên kết trực tiếp với nguyên tử carbon. Các loại cần quan tâm: • Chất hoạt động bề mặt alkyl aren sulfonate • Chất hoạt động bề mặt alken sulfonate • Chất hoạt động bề mặt alkan sulfonate 14
8. Chất hoạt động bề mặt sulfonate- alkyl aren sulfonate Một số tính chất cơ bản: • Gốc alkyl phân nhánh có khả năng tẩy rửa thấp hơn so với gốc alkyl thẳng. • Gốc alkyl càng phân nhánh -> càng dễ tan trong nước • Chiều dài gốc alkyl tăng, độ phân nhánh tăng-> khả năng hòa tan trong nước giảm. • Vị trí nhóm phenyl sulfonate cũng ảnh hưởng đến tính chất tẩy rửa. • Độ phân nhánh của gốc alkyl tăng -> khả năng phân hủy sinh học giảm 16
9. CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT CATION Chất họat động bề mặt cation -> hòa tan vào nước -> •cation có tính họat động bề mặt •ion âm không có tính hoạt động bề mặt •Xà phòng đảo ngược •Không có khả năng tẩy rửa •Hấp phụ mạnh lên xơ sợi hoặc vải, len, bề mặt 18
10. CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT CATION Đặc điểm Anion Cation Nhóm kỵ nước Acid béo mạch dài, Tương tự ancol mạch dài, paraffin thẳng mạch dài Cơ chế hình thành Tại các nhóm Tại nguyên tử N hay ion xảy ra carboxylic, sulfate, nhóm chứa N sulfonic + + + - Các ion ảnh hưởng Na , K , NH4 Cl , sulfate, đến tính chất của sulfonate, aryl chất HĐBM (độ tan) sulfonate 20
11. Một số ứng dụng Chất làm mềm vải sợi Tác động của chất làm mềm lên bề mặt vải sợi Chỉ được dùng sau khi giặt, không cho đồng thời vì sẽ tạo với anion thành các muối khó tan. Hiệu quả: -Chống thô cứng -Vải vóc trơn bóng, dễ ủi -Hạn chế tĩnh điện 22
12. Một số ứng dụng Trong dung dịch dệt nhuộm: Trong giai đoạn hoàn tất vải: hấp phụ lên xơ sợi, làm giảm lực hút giữa các sợi - > vải vóc sẽ mềm mại hơn. Tẩy trùng, diệt khuẩn • Bản thân một số chất hoạt động bề mặt dạng cation có tính diệt khuẩn. • Ví dụ: alkyl pyridynium halogenua, alkyl trimethyl amonium chloride (gốc alkyl là C16H33-) • Dùng để tẩy trùng quần áo, vải vóc, tiệt trùng chén bát, ly tách, dụng cụ y khoa, 24
13. Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính acid carboxylic RNH 2 ClCH 2COOH RNHCH2COOH HCl CH2COOH ClCH2COOH ClCH2COOH CH COOH + 2 R N CH COOH RNHCH2COOH RN 2 CH2COOH - - HCl HCl CH2COO(-) Các chất trên là những tác nhân thấm ướt và tẩy giặt tốt trong môi trường acid lẫn trong môi trường kiềm 26
14. Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính sulfate/sulfonate điều chế trực tiếp từ hoạt động bề mặt sulfonic CH CH SO H RNH 2 2 3 2 + ClCH2CH2SO3H RNHCH2CH2SO3H R NH CH2CH2SO3H CH2CH2SO3H + R N CH2CH2SO3H Đặc điểm sản phẩm: CH2CH2SO3H +Tính tẩy rửa tốt +Tạo bọt +Không hại da, không làm rát da +Ít độc hại Do vậy, chúng thường được dùng trong dầu gội đầu (đặc biệt cho em bé), sữa tắm, 28
15. CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT KHÔNG ION •Phần ái nước chứa liên kết polyether và nhóm hydroxyl: ethylene oxide, propylene oxide, polyglycol, diethethanolamine, sorbitol •Phần kỵ nước tạo thành từ các hợp chất mạch dài có chứa nguyên tử H linh động như alkyl phenol, rượu, amine, mercaptan, acid béo, amide mạch dài . 30
16. CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT KHÔNG ION Dùng trong dầu gội đầu hoặc các loại mỹ phẩm khác. Dầu gội đầu phải đáp ứng yêu cầu sau: •Có khả năng tạo bọt tốt, khi gội đầu phải cho nhiều bọt, bọt mịn, bền (bột giặt thì bọt phải to). • Dễ lan rộng lên tóc và da đầu •Có hiệu quả làm sạch tốt •Dễ rũ sạch sau khi gội •Tóc sau khi gội phải mềm mại dễ chải, không bị rối •Không gây kích thích da và mắt Để đáp ứng các yêu cầu trên -> phải dùng hỗn hợp các chất hoạt động bề mặt phối hợp với các phụ gia khác nhau. 32