Phương Nam Co LTD
© 22/11/2017 - Vietnam12h.com Application

Đánh giá kỹ thuật chất hoạt động bề mặt

Khả năng tạo nhũ

Nhũ tương là hệ phân tán không bền vững nên muốn thu được hệ bền vững thì phải cho thêm chất nhũ hóa.

Để cho nhũ tương bền, thường sử dụng thêm chất hoạt động bề mặt. Trong cả hệ có nước và không có nước, các hiện tượng xảy ra cũng như vại trò của chất hoạt động bề mặt trong việc bền hóa hệ gần giống nhau. Ví dụ : huyền phù gồm các hạt rắn ưa nước . Trong môi trường nước chúng sẽ tự hình thành lớp vỏ hydrat hóa bảo vệ nên rẻ bền. Khi đưa vào môi trường kỵ nước, có chất hoạt động bề mặt, các phân tử chất hoạt động bề mặt sẽ hình thành lớp vỏ bảo vệ bằng cách định hướng ra ngoài, phần ái nước hấp phụ lên hạt rắn.

Nhũ tương có nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghiệp. Ví dụ: huyền phù không nước: sơn dầu, verni, mực in, hệ có nước: sơn nước, mực viết, dung dịch thuốc nhuộm phân tán….Các hệ này đều có sử dụng chất hoạt động bề mặt .

Để đánh giá khả năng tạo huyền phù của chất hoạt động bề mặt , có nhiều phương pháp, đơn giản nhất là phương pháp đo độ đục hổn hợp than hoặc CaCO3 phân tán trong dung dịch chất hoạt động bề mặt, hoặc đo thời gian lắng tủa của huyền phù để đánh giá.

Khả năng tẩy rửa

Sự tẩy rửa được định nghĩa là “ làm sạch mặt của một vật thể rắn, với một tác nhân riêng biệt- chất tẩy rửa- theo một tiến trình lý hóa khác hẳn việc hòa tan đơn thuần”

Trong trường hợp này, tẩy rửa bao gồm:

            Lấy đi các vết bẩn khỏi vải vóc

            Giữ cho các vết bẩn này lơ lửng để tránh cho chúng bám lại trên bề mặt vải vóc. Trên quần áo thông thường, người ta thường thấy những vết bẩn có chất béo ( dầu,mỡ) và các vết bẩn dạng hạt (hạt mịn). Các vết bẩn này có thể tồn tại độc lập hay hòa lẫn vào nhau với các tỷ lệ khác nhau.

Chất hoạt động bề mặt trong là tác nhân chính cho quá trình tẩy rửa do một số tính chất sau:

            Khi có chất hoạt động bề mặt trong nước thì sức căng bề mặt dung dịch giảm làm tăng tính thấm ướt đối với vải sợi.

Các phân tử chất hoạt động bề mặt hấp phụ lên bề mặt sợi và lên các hạt chất bẩn rắn hay lỏng và khi đó, dưới ảnh hưởng của sức căng bề mặt không đổi trên ranh giới chất bẩn – vải, chất bẩn se lại thành giọt và dễ dàng tách ra khỏi bề mặt sợi dưới tác dụng cơ học.

Chất hoạt động bề mặt tạo các màng hấp phụ trên bề mặt các hạt chất bẩn làm cho chúng có độ bền vững tập hợp cao và ngăn ngừa chúng liên kết trở lại lên bề mặt sợi.

Bọt được hình thành từ chất hoạt động bề mặt làm tăng thêm sự tách cơ học của các chất bẩn hay sự nổi của chúng ( do các hạt chất bẩn liên kết vào các bóng khí)

Tẩy vết bẩn có chất béo

Xét một chất béo H ( dầu) và một bề mặt rắn F ( sợi). Việc tẩy bẩn F bởi H được biểu diễn như sau:

Các tác nhân bề mặt hấp phụ lên sợi và vết bẩn làm giảm sức căng giao diện của chúng so với nước đến mức nhỏ hơn sức căng giao diện sợi- vết bẩn lúc đó vết bẩn sẽ tự tẩy đi.

Tẩy vết bẩn dạng hạt

Các  hiện  tượng  bám  và  tẩy  các  vết  bẩn  dạng  hạt  dựa  trên  lý  thuyết  về  điện  và thuyết hấp phụ.

Xét một bề mặt F và một hạt P. ở một khoảng cách δ, F và P đều chịu tác động của lực hút Van der Waals và lực đẩy tĩnh điện. Khi P và F tiếp xúc với nhau ( δ=0), chúng sẽ gắn liền nhau do lực hút. Việc tách hạt P ra khỏi bề mặt F có thể được biểu diễn bằng sơ đồ sau:

Sự tách hạt P ra khỏi bề mặt F đi từ I đến II rồi đến III. Trong giai đoạn I, ta phải cung cấp một công để tách hạt P ra khỏi bề mặt F một khoảng cách. Trong giai đoạn II, dung dịch tẩy len vào giữa hạt P và bề mặt F và tách hạt P ra khỏi bề mặt F.

 Chúng ta có thể vận dụng các lý thuyết khác nhau cho các loại vết bẩn cụ thể khác nhau như thuyết “ Rolling up” tẩy vết bẩn thể lỏng có chất béo hay thuyết nhiệt động học để tẩy vết bẩn có chất béo hay dạng hạt hay hỗn hợp của cả hai…

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tẩy rửa:

Khả năng tẩy rửa chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố: bản chất chất hoạt động bề mặt sử dụng, pH, phụ gia, nhiệt độ….Ở đây chỉ đề cập về ảnh hưởng của pH, cịn ảnh hưởng của cc yếu tố khc sẽ được trình by ở cc chương tiếp theo.

Ảnh hưởng của pH:

Từ lâu người ta nhận thấy rằng thêm các chất kiềm nhẹ như soda sẽ làm tăng khả năng tẩy rửa của xà phòng, bởi vì xà phòng sẽ bị thủy phân thành acid béo ngay cả ở pH trung tính, các acid béo tạo thành có khả năng tẩy rửa kém, sự thủy phân của xà phòng làm giảm lượng chất hoạt động bề mặt làm giảm khả năng tẩy rửa. Thêm kềm làm giảm sự thủy phân xà phòng. Kiềm là phụ gia quan trọng trong xà phòng cũng như các sản phẩm tẩy rửa khác, giúp duy trì pH thích hợp. Thực nghiệm cho thấy xà phòng cho khả năng tẩy rửa khi pH 10,5-11.

PH không chỉ ảnh hưởng đến khả năng tẩy rửa xà phòng mà còn ảnh hưởng đến chất tẩy rửa tổng hợp khác. PH tối ưu cho chất tẩy rửa tổng hợp là 9,0-11,5. Để duy trì pH thích hợp cần sử dụng cc chất dự trữ kiềm như soda, tripolyphosphát, silicat… vì trong quá trình tẩy rửa , pH có xu hướng giảm do các vết bẩn acid (acid béo) hay do sự giải phóng H+ do quá trình tạo phức.

AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä:

 Nhiệt độ càng cao, độ hòa tan của các chất hoạt động bề mặt càng tốt, độ nhớt của các chất bẩn dạng lỏng càng giảm, độ hòa tan của chất bẩn càng lớn, phản ứng trung hòa chất bẩn có tính axit và phản ứng xà phòng hóa chất béo xảy ra càng dễ dàng, làm tăng hiệu suất giặt tẩy.

Tuy nhiên, nhiệt độ cao cũng làm giảm hoạt tính của một số chất hoạt động bề mặt dễ hòa tan, giảm độ bền của hệ nhũ. Một số loại vải không thể chịu được nhiệt độ dung dịch cao.

Đối với các chất hoạt động bề mặt NI, sự hấp phụ tăng theo nhiệt độ và sau điểm đục, sức căng bề mặt và giao diện của các chất NI có thay đổi.

Ảnh hưởng của chất điện ly:

Sự hấp phụ: thêm chất điện ly sẽ làm giảm độ hòa tan của các tác nhân bề mặt dẫn đến làm tăng sự hấp phụ ở các giao diện.

Các chất điện ly sẽ làm giảm CMC vì các chất điện ly trong dung dich chất tẩy rửa sẽ ngăn cản khả năng hình thành các Micell.

Việc nghiên cứu đánh giá quá trình tẩy rửa là một vấn đề phức tạp, liên quan đến nhiều yếu tố. Không thể kết luận một chất hoạt động bề mặt là có khả năng tẩy rửa là tốt hay xấu nếu không nói đến điều kiện thực nghiệm. Có nhiều chất đánh giá khả năng tẩy rửa , Ở đây chỉ trình bày những nguyên tắc tiêu biểu nhất:

- Làm bẩn vải bằng các chất bẩn thường gặp như dầu mở, màu. Sau đó giặt vải, phần chất bẩn còn lại sẽ được trích ra bằng các dung môi thích hợp. Đo độ màu . So sánh giửa mẫu thí nghiệm và mẫu chuẩn ( giặt bằng các hổn hợp tẩy rửa chuẩn).

- Khả năng tẩy rửa còn được đánh giá bằng phương pháp đo chỉ số phản xạ của vải bẩn, vải mới và vải bẩn được giặt. Tính theo công thức.

Khả năng tẩy rửa = (RW – RS)/(RO –RS) * 100    (%)

Rw: Chỉ số phản xạ của vải bẩn đã được tẩy rửa

Rs: Chỉ số phản xạ của vải bẩn trước khi tẩy rửa

Ro: Chỉ số phản xạ của vải mới ban đầu ( vải kiểm chứng).

Việc đánh giá phải dựa trên các tiêu chuẩn đã được đề ra đối với sản phẩm tẩy rửa và phải đúng theo nguyên tắc xác suất thống kê thì kết quả mới có ý nghĩa.

Khả năng tạo bọt

Bọt được hình thành do sự phân tán khí trong môi trường lỏng. Hiện tượng này làm cho bề mặt dung dịch chất tẩy rửa tăng lên.

Khả năng tạo bọt và độ bền bọt phụ thuộc vào cấu tạo của chính chất đó, nồng độ, nhiệt độ của dung dịch, độ pH và hàm lượng ion Ca2+, Mg2+ trong dung dịch chất tẩy rửa.

Độ bền vững cực đại của bọt ứng với chất hoạt động bề mặt có gốc hydrocarbon trung bình và với dung dịch có nồng độ trung bình. Những chất thấp hơn trong dãy đồng đẳng có tính hoạt động bề mặt kém, những chất cao hơn có độ hòa tan thấp.

Bên cạnh bản chất và nồng độ của chất tạo bọt , thời gian tồn tại của bọt còn phụ thuộc vào nhiệt độ, độ nhớt của dung dịch…..Tốc độ phá vở bọt thường tăng theo nhiệt độ do sự giải hấp phụ chất tạo bọt trên bề mặt phân chia pha và do sự bong trương chất lỏng, làm cho màng bị mỏng đi dần dần phá vỡ. Sự tăng độ nhớt của dung dịch làm tăng độ bền cho bọt.

Các tác nhân làm tăng bọt ( foam bootster):

Để làm tăng bọt cho dung dịch chất tẩy rửa có thể đi theo hai hướng sau:

- Chọn chất hoạt động bề mặt tạo bọt hay không tạo bọt.

- Sử dụng các phụ gia làm tăng bọt.

Chọn lựa chất hoạt động bề mặt:

Một chất hoạt động bề mặt hay hỗn hợp chất hoạt động bề mặt có thể làm thành hệ thống tạo bọt. Thông thường, số lượng bọt tăng với nồng độ đạt tối đa quanh CMC. Như vậy về mặt lý thuyết có thể tiên đoán khả năng tạo bọt của một chất hoạt động bề mặt dựa trên CMC của nó. Tuy nhiên điều này không có liên quan đến tính chất ổn định của bọt.

Các yếu tố ảnh hưởng đến CMC có thể tăng hoặc giảm bọt là:

- Nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng, độ hòa tan của chất hoạt động bề mặt anionic tăng làm khả năng tạo bọt tăng.Ngược lại đối với NI, độ hòa tan ( do đó khả năng tạo bọt) giảm với nhiệt độ sau điểm đục.

- Sự có mặt của chất điện ly: làm giảm trị số CMC của chất hoạt động bề mặt làm thay đổi khả năng tạo bọt của chất hoạt động bề mặt đó

- Cấu trúc phân tử của chất hoạt động bề mặt : Theo lý thuyết khả năng tạo bọt tùy theo cấu trúc phân tử của chất hoạt động bề mặt . Tuy nhiên trên thực tế rất phức tạp vì không có sự tương quan trực tiếp giữa khả năng tạo bọt và sự ổn định bọt. Tuy nhiên có những nguyện tắc tổng quát như sau:

+  Chất hoạt động bề mặt NI ít tạo bọt hơn chất hoạt động bề mặt ion trong dung dịch nước.

+ Đối với cùng một họ chất hoạt động bề mặt , CMC càng kém thì khả năng tạo bọt càng cao. Ví dụ như đối với alkyl sulfate, khi chiều dài mạch C tăng khả năng tạo bọt tăng.

+ Cation đối của chất hoạt động bề mặt anion có liên quan đến sự ổn định ( độ bền) của bọt. Theo Kondon và Co sự ổn định bọt của dodecyl sulfate giảm theo thứ tự sau:

NH4+ > (CH3)4N+ > (C2H5)4N+> (C4H9)4N+ 

Các chất phụ gia làm tăng bọt:

Theo Schick và Fowker , việc thêm vào một số hợp chất đối cực ( ion đối) có thể làm giảm CMC của chất hoạt động bề mặt . Khi hợp chất có cùng mạch C với chất hoạt động bề mặt thì khả năng tạo bọt và ổn định bọt tăng:

Ether glycerol < Ether sulfonyl < Amide < Amide thay thế

Trong thực tế người ta sử dụng mono hay diethanol amide làm những chất tăng bọt trong bột giặt tạo bọt, nước rửa chén hoặc dầu gội đầu.

Các chất chống bọt (antifoamer):

Để giảm bớt bọt trong dung dịch chất tẩy rửa người ta dùng các chất chống bọt (antifoamer):

Các chất chống bọt tác động theo hai cách:

- Ngăn cản sự tạo bọt: thường là các ion vô cơ như canxi có ảnh hưởng đến sự ổn định tĩnh điện hoặc giảm nồng độ aniion bằng kết tủa.

- Hoặc tăng tốc độ phân hủy bọt: là các chất vô cơ hay hữu cơ sẽ đến thay thế các phân tử các chất hoạt động bề mặt của màng bọt làm màng bọt ít ổn định (không bền).

Khi thêm chất hoạt động bề mặt NI vào chất hoạt động bề mặt anion làm giảm bọt đáng kể. Tuy nhiên hệ thống anionic/ NI này vẫn còn quá nhiều bọt.

Các chỉ tiêu đánh giá khác

Khả năng thấm ướt

Hiện tượng thấm ướt bề mặt  xảy ra khi góc  thấm ướt, không thấm ướt q > 90o. Tuy nhiên trong thực tế khó xác định được góc thấm ướt. Người ta đưa ra một số phương pháp đánh giá khả năng thấm ướt, chủ yếu xác định khả năng thấm ướt cho nguyên liệu vải, chẳng hạn đánh giá khả năng thấm ướt dựa vào thời gian chìm của cuộn chỉ trong dung dịch chất hoạt động bề mặt.

Hiện tượng thấm ướt nhờ chất hoạt động bề mặt có nhiều ứng dụng để giải quyết các vấn đề thực tế trong kỹ thuật sơn, nhuộm, tẩy trắng, trung hòa các chất diệt côn trùng, sâu bọ. Các bề mặt rắn ở đây thường không thấm ướt, việc thêm chất hoạt động bề mặt thích hợp sẽ làm giãm sức căng bề mặt của nước, giúp cho việc thấm ướt dể dàng hơn.

Chỉ số canxi chấp nhận

   Chỉ số này đo độ cứng tối đa của nước mà chất hoạt động bề mặt vẫn còn hiệu lực trong chức năng tẩy rửa. Chỉ số này càng lớn, chất hoạt động bề mặt càng có khả năng tẩy rửa trong nước cứng.

   Chỉ số canxi chấp nhận được xác định bằng cách chuẩn độ dung dịch chất hoạt động bề mặt bằng dung dịch canxi acetat 1 %. Tiến hành chuẩn độ dung dịch trên cho đến khi nào dung dịch đục . Lúc này lượng ion canxi trong dung dịch là chỉ số canxi chấp nhận được.


Link Đọc file PDF hoặc tải file pdf về máy tính
TKH