Chương 1: Lý thuyết cơ bản về CHĐBM
1.1. Các khái niệm cơ bản
* Chất hoạt động bề mặt:
CHĐBM là một chất làm ướt có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt của một chất lỏng
Sự hấp phụ chọn lọc trên bề mặt dung dịch theo chiều hướng nhất định dẫn đến sự thay
đổi trạng thái và các tính chất bề mặt
* Sức căng bề mặt (surface tension, kí hiệu σ):
Lực căng trên một đơn vị chiều dài cắt ngang bề mặt
Công cơ học thực hiện khi lực căng làm cho diện tích bề mặt thay đổi một đơn vị đo diện
tích
dEs = σ.ds hay σ = dEs/ds
Trong đó: dEs: năng lượng dư bề mặt
ds: đơn vị diện tích bề mặt
σ: sức căng bề mặt
- Đơn vị của σ:
Theo hệ SI: J/m2. N/m
Theo hệ CGS: Erg/cm2, dyne/cm
* Các yếu tố ảnh hưởng sức căng bề mặt
- Sức căng bề mặt phụ thuộc vào bản chất của chất tiếp xúc
Theo phương trình McLeod:
σ = K.(D – d)
4

Trong đó:
D: khối lượng riêng pha lỏng (g/cm
3
)
d: khối lượng riêng pha khí (g/cm
3
)
K: là hằng số

Nếu 2 chất lỏng chỉ hòa tan 1 phần vào nhau thì σ trên giới hạn L – L gần bằng hiệu số
giữa σ của mỗi chất (đã bão hòa chất kia) so với không khí
- Sức căng bề mặt phụ thuộc vào nhiệt độ
W. Ramsay và J. Shields sau khi hiệu chỉnh phương trình của R. Eotvos:
σ.V
2/3
= k(Tc – T – 6)
Trong đó: V: thể tích mol của chất lỏng
Tc: nhiệt độ tới hạn
k: hằng số, đa số chất lỏng có k ≈ 2,1 (erg/độ) Ngoài ra: σ = σ
x
(1 –
T/Tc)
n

Với chất hữu cơ n = 11/9, với kim loại n ≈ 1
* Độ hoạt động bề mặt –dσ/dc
- Là biến thiên sức căng bề mặt theo nồng độ CHĐBM còn gọi là đại lượng Gibbs G* = –
dσ/dc
• Độ hoạt động bề mặt của các chất trong dãy đồng đẳng biến đổi có quy luật
* Quy tắc Trauber I:“Độ hoạt động bề mặt tăng lên từ 3 đến 3,5 lần khi tăng chiều
dài mạch carbon lên 1 nhóm – CH
2
–
1.2. tính chất vật lý của dung dịch CHĐBM
* Cấu tạo chất bề mặt trên danh giới lỏng- khí
- Động lực thúc đẩy một CHĐBM hấp phụ trên danh giới bề mặt là làm giảm năng
lượng tự do của đường danh giới pha.
- Khi đường danh giới pha được bao phủ bởi các phân tử CHĐBM, sức căng bề mặt
giảm. Mật độ của CHĐBM tập trung tại danh giới pha càng lớn thì sức căng bề mặt càng

giảm
- Nồng độ CHĐBM trên danh giới pha phụ thuộc vào cấu trúc của CHĐBM và bản
chất của 2 pha tiếp xúc
- Sự hấp phụ tăng tỷ lệ với chiều dài mạch carbon trong một dãy đồng đẳng
* Trạng thái phân tử CHĐBM trong dung dịch
Khi tăng nồng độ CHĐBM tăng đến một độ nào đó thì nó tồn tại dạng tập hợp với nhau,
hướng các đầu kỵ nước lại với nhau tạo thành mixen
Cấu trúc và hình dạng mixen thay đổi tùy thuộc vào cấu trúc của CHĐBM (kích thước
của nhóm ưa nước và kị nước)
* Nồng độ mixen tới hạn, điểm Kraft, Điểm đục, HLB và các yếu tố ảnh hưởng
Nồng độ mixen tới hạn
Nồng độ dung dịch CHĐBM mà ở đó sự hình thành mixen trở nên đáng kể được gọi là
nồng độ mixen tới hạn.
- Tại nồng độ CMC, các tính chất của dung dich CHĐBM thay đổi đáng kể
* Các yếu tố ảnh hưởng đến CMC của CHĐBM
+) CMC phụ thuộc vào cấu trúc hóa học của CHĐBM
- CMC giảm mạnh khi tăng chiều dài chuỗi ankyl của CHĐBM
CMC của CHĐBM không ion thấp hơn so với CHĐBM ion tương ứng. CHĐBM cation
có CMC cao hơn một chút so với CHĐBM anion. Nhóm ưa nước cũng ảnh hưởng đến
CMC.
- Mạch alkyl nhánh, chứa nối đôi, vòng benzen hay một vài nhóm phân cực trong nhóm
kị nước cũng ảnh hưởng đáng kể đến CMC.
+) Ảnh hưởng của nhiệt độ: ảnh hưởng của nhiệt độ đến CMC tùy thuộc vào loại
CHĐBM. Đa số CHĐBM, khi tăng nhiệt độ, CMC tăng
+) Ảnh hưởng của chất điện ly
- Thêm chất điện ly làm giảm mạnh CMC
- Chất điện ly có ảnh hưởng tăng khi chiều dài mạch cacbon tăng
- Khi có mặt chất điện ly, ảnh hưởng của số cacbon trong mạch alkyl đến CMC càng lớn
- Ảnh hưởng của chất điện ly phụ thuộc mạnh vào loại và số hóa trị của chất điện ly:
Tác dụng làm giảm CMC của các ion giảm dần theo dãy sau:

K
+
> NH
4
+
> Na
+
> Li
+

- Đối với CHĐBM không ion, chất điện ly chỉ làm thay đổi nhỏ đến CMC
Ảnh hưởng của các chất tan khác:
- Có thể làm tăng hoặc giảm CMC phụ thuộc độ phân cực của chất tan. Thêm các
chất tan tốt trong nước có thể làm tăng nhẹ CMC.
- Các chất tan không mang điện tích làm giảm CMC
Điểm Craft:
- - Điểm Kraft: là nhiệt độ tại đó CHĐBM có độ hòa tan bằng CMC (nhiệt độ nhỏ
nhất có thể tạo thành mixen)
* Các yếu tố ảnh hưởng đến điểm Kraft
- +) Điểm Kraft tăng mạnh khi tăng chiều dài mạch alkyl
- +) Điểm Kraft phụ thuộc mạnh vào đầu ưa nước.
- +) Thêm chất
- điện ly thường làm tăng điểm Kraft, trong khi các chất tan khác làm giảm điểm
Kraft.
Điểm đục
+) Là nhiệt độ tại đó CHĐBM không ion không thể hòa tan, tách ra khỏi dung dịch làm
dung dịch trở nên đục
+) Phía trên điểm đục, dung dịch bao gồm các mixen tự do ở nồng tương ứng với CMC
- Các yếu tố ảnh hưởng đến điểm đục:
+) Tăng nhóm EO trong phân tử CHĐBM làm giảm điểm đục

+) Ảnh hưởng của nhóm kị nước
HLB (hydrophilic lipophilic balance)
- HLB cho biết tỷ lệ giữa tính ái nước so với tính kỵ nước
- HLB được biểu diễn bằng thang đo có giá trị từ 1 – 40
- Các CHĐBM có tính ái nước thấp sẽ có HLB nhỏ, các CHĐBM có tính ái dầu thấp
sẽ có HLB lớn. Sự gia tăng HLB tương ứng với sự gia tăng của tính ái nước
- - Công thức thực nghiệm để tính giá trị HLB
- +) Tính theo cấu trúc : HLB = 7 + HLB nhóm ái nước - HLB nhóm kỵ nước
- +) Công thức kawakami
- HLB = 7 + 11,7 log (Mn/Md)
- Mn: khối lượng phần tử ái nước trong phân tử
- Md: khối lượng phần tử ưa dầu trong phân tử
- +) Công thức tính ester của acid béo và rượu đa chức
- HLB = 20.(1 - S/A)
- S: là chỉ số xà phòng hóa của ester
- A : chỉ số acid của acid béo
- +) Theo Griffin
- Nếu hỗn hợp có nhiều CHĐBM thì
- HLB
hh
= x
i
.HLB
i
- Với x
i
phần khối lượng trong tổng lượng CHĐBM
1.3. Đặc tính bề mặt lỏng-rắn và quan hệ bề mặt trong hệ 3 pha
- Sự hấp phụ của CHĐBM trên bề mặt chất rắn bị ảnh hưởng của 2 yếu tố:
+) tương tác của CHĐBM với bề mặt

+) ảnh hưởng của tính kị nước.
- Với bề mặt kị nước, CHĐBM hướng phần kị nước về phía bề mặt, còn phần ưa nước
hướng vào chất lỏng. NL tự do hấp phụ gần bằng NL tự do tạo mixen
- Với bề mặt ưa nước, ở nồng độ CHĐBM thấp, phần ưa nước hấp phụ trên bề mặt
• Quan hệ bề mặt trong 3 pha:
- Chu vi giọt chất lỏng là giới hạn tương tác của 3 môi trường: R, L, K, chúng tạo thành
từng cặp phân cách: rắn - lỏng, rắn - khí, lỏng - khí.
- Độ thấm ướt được đo bằng góc thấm ướt, là góc hình thành giữa tiếp tuyến của giọt chất
lỏng tại điểm tiếp xúc giữa 3 pha rắn, lỏng, khí với bề mặt của pha rắn.
Khi thấm ướt, các phân tử trong giọt chất lỏng sẽ chuyển động lan trên bề mặt của pha rắn
theo khuynh hướng thay thế bề mặt tiếp xúc rắn – khí có sức căng bề mặt (SCBM) lớn
(σ
RK
) bằng bề mặt tiếp xúc R/L có SCBM nhỏ hơn (σ
RL
), như vậy là hệ giảm SCBM.
- Khi cân bằng được thiết lập, quá trình dừng lại, tại biên giới tiếp xúc của 3 pha có cân
bằng lực.
Do vậy : σ
RK
= σ
RL
+ σ
LK
.cosθ
Chương 2: Tính năng kĩ thuật của các chất hoạt động bề mặt
2.1. Khả năng tạo nhũ:
* Phân loại nhũ tương
- Theo tính chất của pha phân tán và môi trường phân tán: Pha phân cực (w) và pha không
phân cực (o)

+) Nhũ tương w/o (nước trong dầu): nhũ tương loai 1 hay nhũ tương thuận
+) Nhũ tương o/w (dầu trong nước): nhũ tương loại 2 hay nhũ tương nghịch
Theo kích thước của pha phân tán:
+) Macroemulsions: >400 nm
+) Microemulsions: 100 – 400 nm
+) Nanoemulsions: < 100 nm
- Theo nồng độ pha phân tán
+) Nhũ tương loãng: nồng độ pha phân tán < 0,1% thể tích, đường kính khoảng 10 µm, có
tích điện
+) Nhũ tương đậm đặc: pha phân tán có thể đến 74% thể tích, đường kính hạt khoảng 1
µm
+) Nhũ tương rất đậm đặc: pha phân tán > 74% thể tích, có hình đa diện ngắn cách nhau
như tổ ong, có tính chất cơ học giống như gel
• Độ bền vững của tập hợp nhũ tương
- Hệ nhũ tương là hệ không bền nhiệt động, có thể xẩy ra sự phá hủy như sau :
+) Sự nổi lên hay lắng xuống của pha phân tán dưới ảnh hưởng của trọng lực
+) Sự kết tụ của pha phân tán do lực đẩy tĩnh điện giữa các giọt giảm, có thể dẫn đến phân
chia thành hai lớp.
Bản chất và hàm lượng chất nhũ hóa có ảnh hưởng nhiều đến độ bền và loại nhũ tương
Độ bền vững của nhũ tương do :
+) Sự giảm sức căng bề mặt phân chia pha
+) Sự hấp phụ của chất nhũ hóa lên bề mặt phân chia pha
+) Sự tồn tại của lớp điện tích kép
+) Tỷ lệ pha phân tán và môi trường phân tán
* Điều chế và phá vỡ nhũ tương
Điều chế nhũ tương: Sử dụng lực cơ học khuấy trộn hoặc sóng siêu âm kết hợp với chất
nhũ hóa
Phá vỡ nhũ tương :
+) Thêm chất điện ly hóa trị cao có tác dụng ngược đối với hệ. Nhũ tương o/w: với
CHĐBM anionic thì sử dụng ion kim loại nặng, với CHĐBM nonionic thì sử dụng muối

điện ly nồng độ cao
+) Sử dụng thêm chất nhũ hóa có tác dụng ngược lại với chất nhũ hóa ban đầu
+) Nhũ tương có thể phá vỡ bằng ly tâm, lọc, điện ly, đun nóng.
2.2. Khả năng tẩy rửa
* Cơ chế tẩy rửa
Sự tẩy rửa là quá trình làm sạch bề mặt rắn (bao gồm cả vải sợi) trong một dung dịch
trong đó có các quá trình hóa lý xẩy ra. Quá trình này bao gồm :
+) Lấy đi các vết bẩn khỏi bề mặt rắn
+) Giữ các vết bẩn đã lấy đi lơ lửng để tránh chúng tái bám trên bề mặt rắn
Vết bẩn bao gồm vết bẩn không phân cực (vết bẩn dầu mỡ) hoặc vết bẩn dạng hạt (các hạt
mịn). Các vết bẩn chất béo và dạng hạt này có thể tồn tại độc lập hay hòa lẫn với nhau
- Theo thuyết nhiệt động – phương pháp lanza : Khi thêm CHĐBM vào nước, do sự hấp
phụ của chúng trên sợi và vết bẩn làm giảm sức căng bề mặt của chúng (so với nước) cho
đến khi tổng của chúng trở nên nhỏ hơn sức căng bề mặt của giao diện sợi/vết bẩn, lúc đó
vết bẩn tự tẩy đi.
- Cơ chế rolling up (cuốn đi) : CHĐBM do chúng hấp phụ lên sợi và vết bẩn làm giảm
sức căng bề mặt giao diện sợi/nước và bẩn/nước, lúc đó màng dầu sẽ cuốn lại và tách ra
khỏi sợi do lực cơ học như chà xát.
- Cơ chế hòa tan: Các phân tử CHĐBM kết hợp với nhau hình thành mixen ở nồng
độ CMC. Khi đó các chất béo được hòa tan bên trong các mixen.
+) Ở cơ chế này không những cần giảm sức căng bề mặt mà còn phải tăng nồng độ hoạt
chất để hình thành mixen và có được một số mixen đủ tùy theo lượng vết bẩn có trong
dung dịch giặt rửa.
• Cơ chế tẩy rửa với các vết bẩn dạng hạt
- Thuyết nhiệt động và điện học : CHĐBM bị hấp phụ trên các hạt và bề mặt rắn làm cho
hạt và bề mặt cùng phân cực cùng dấu (tích điện giống nhau) làm gia tăng lực đẩy và do
đó làm cho quá trình tẩy rửa xẩy ra.
- Các dung dịch chất tẩy rửa có khả năng tạo bọt cao, một phần chất bẩn sẽ tách vào bọt,
ngăn không cho vết bẩn bám trở lại trên bề mặt đã được tẩy rửa.
* Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tẩy rửa

* Bản chất CHĐBM sử dụng :
- Đối với CHĐBM anion, khi thêm gốc –CH
2
vào trong dẫy chất béo, sức căng bề mặt
giảm. Có thể làm giảm độ hình thành mixen bằng cách làm mất tính đối xứng trong phân
tử như thêm nhánh
- Đối với CHĐBM không ion, khi tăng mạch cacbon C
12
– C
14
sức căng bề mặt giảm. Sự
hấp phụ giảm khi tăng nhóm etylen oxit ưa nước
* Nhiệt độ:
- Nhiệt độ càng cao, độ hòa tan của các CHĐBM càng tốt, độ nhớt của các chất bẩn dạng
lỏng càng giảm, độ hòa tan của chất bẩn càng lớn, làm tăng hiệu suất giặt tẩy.
- Tuy nhiên, nhiệt độ cao cũng làm giảm hoạt tính của một số CHĐBM dễ hòa tan, giảm
độ bền của hệ nhũ.
- Đối với CHĐBM không ion, sự hấp phụ tăng theo nhiệt độ và sau điểm đục, sức căng bề
mặt có thay đổi.
• Nước : có thể hòa tan một số chất điện ly làm thay đổi khả năng tẩy rửa của
CHĐBM
• pH: dung dịch tẩy rửa mang tính kiềm tốt cho quá trình tẩy rửa (9,0 – 11,5)
• Loại vết bẩn : các vết bẩn từ dầu mỡ động thực vật, mầu…
• Loại vải sợi : sợi thiên nhiên, sợi tổng hợp, sợi nhân tạo, …
2.3. Khả năng tạo bọt
Độ bền vững của tập hợp bọt
- Bọt được tạo thành do sự phân tán khí trong môi trường lỏng hay rắn trong đó khí
chiếm thể tích lớn, chứa tác nhân ổn định.
- Hiện tượng này làm cho bề mặt dung dịch chất tẩy rửa tăng lên.
- Chất lỏng nguyên chất không có khả năng tạo bọt.

- Bọt không có dạng hình cầu mà là đa diện. Kích thước bọt khí cỡ mm và trong một
số trường hợp có thể lên đến cm
- Dựa vào CMC có thể dự đoán khả năng tạo bọt của CHĐBM nhưng không dự
đoán được độ bền bọt
- Do sự chảy của màng chất lỏng dưới tác dụng của trọng lực, độ bền vững của bọt
phụ thuộc vào tính chất của màng bọt do các yếu tố sau quyết định :
- +) Bản chất của chất tạo bọt (CHĐBM cation, anion, không ion, lưỡng tính)
- +) Hàm lượng chất tạo bọt
- +) Nhiệt độ
- +) Độ nhớt của dung dịch
- +) pH
Điều chế và phá vỡ bọt
• Điều chế bọt : sục khí đi qua dung dịch chất tạo bọt (dung dịch CHĐBM) bằng
cách khuấy mạnh chất tạo bọt
- Ý nghĩa của sự tạo bọt :
+) Bọt có vai trò trong quá trình tuyển nổi quặng
+) Sự tạo bọt là yếu tố tích cực trong quá trình giặt giũ
+) Nhờ sự tạo bọt và sau đó khử bọt, có thể làm sạch một số chất lỏng khỏi chất HĐBM
+) Bọt có ý nghĩa trong cứu hỏa, để dập tắt đám cháy người ta dùng bọt trong đó pha phân
tán là CO
2
+) Sự tạo bọt là cần thiết khi sản xuất các chất dẻo xốp
• Các tác nhân chống bọt
- Ngăn cản sự tạo bọt thường là các ion vô cơ như Ca
2+
có ảnh hưởng đến sự ổn định tĩnh
điện hoặc giảm nồng độ anion bằng kết tủa
- Tăng tốc độ phân hủy bọt là các chất vô cơ hay hữu cơ sẽ thay thế các phân tử các
CHĐBM của màng bọt làm màng bọt ít ổn định
• Các cơ chế phá vỡ

- Cơ chế phá vỡ bọt bằng hạt kị nước : sử dụng xà phòng canxi (ví dụ:
(C
17
H
35
COO)
2
Ca) đóng vai trò là hạt kị nước. Các loại xà phòng no có hiệu quả phá bọt
cao và được sắp xếp theo dẫy sau : xà phòng mỡ cá voi > xà phòng mỡ bò > xà phòng dầu
dừa
- Nhược điểm: thiếu hiệu quả ở nước ngọt (không có sự tạo thành xà phòng canxi)
và thường bị gel hóa trong bộ phận phân phối bọt ở nhiệt độ thấp
- Cơ chế chảy loang : Sử dụng hệ thống CHĐBM anion/không ion, với các tác nhân
chống bọt được sử dụng rộng rãi bao gồm : stearyl photphat (mono hoặc di), dầu và sáp,
các silicon, silic kị nước
2.4. Khả năng tạo huyền phù
- Huyền phù là hệ các pha rắn phân tán trong môi trường lỏng
- Các hạt rắn có xu hướng kết tụ, sa lắng và tách ra khỏi hệ. Các hạt rắn có kích thước nhỏ
hơn thì thời gian lắng tủa sẽ dài hơn. CHĐBM được đưa vào hệ để làm tăng tính ổn định
của huyền phù.
- Huyền phù có nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghiệp, như huyền phù không
nước : sơn dầu, vecni, mực in ; huyền phù có nước : sơn nước, mực viết, dung dịch thuốc
nhuộm…
2.5. Khả năng thấm ướt :
- Hiện tượng thấm ướt là sự thay thế một lưu chất trên bề mặt rắn bằng một lưu chất khác
- Hiện tượng thấm ướt luôn gồm có 3 pha và có ít nhất là 2 lưu chất : R-L-K, K-L-L, R-L-
L, L-L-L
- Ở các bề mặt không thấm ướt, việc thêm các CHĐBM thích hợp sẽ làm giảm sức căng
bề mặt của nước, giúp cho việc thấm ướt dễ dàng hơn
- Hiện tượng thấm ướt nhờ CHĐBM 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.
Chương 3: Phân loại và ứng dụng của các chất hoạt động bề mặt
3.1. Ứng dụng trong sản xuất các chất tẩy rửa
Trong công nghệ sản xuất các sản phẩm tẩy rửa
- CHĐBM là thành phần chính trong các sản phẩm tẩy rửa. Nó có tác dụng tẩy sạch các
vết bẩn và ngăn cản sự tái bám của chất bẩn lên vải.
- CHĐBM được sử dụng trong các sản phẩm tẩy rửa là CHĐBM anion và không ion.
Việc lựa chọn CHĐBM phụ thuộc vào các đối tượng cần tẩy rửa, trạng thái môi trường
nước, hình thức của chất tẩy rửa (lỏng hay bột), các phụ gia khác.
Các chất HĐBM thường được sử dụng trong các sản phẩm tẩy rửa gồm:
• Các CHĐBM anion:
+) Các alkyl aren sulfonat (R-C
6
H
4
-SO
3
Na)

: có mặt trong đa số các loại bột giặt. Mạch
alkyl có số C từ 11 – 14.Gốc alkyl mạch thẳng có khả năng tẩy rửa tốt hơn mạch nhánh.
Tuy nhiên, alkyl mạch nhánh dễ tan trong nước hơn. Gốc alkyl bậc 1 có tính tẩy rửa tốt
hơn.
+) Các alkyl sulfat (R-CH
2
OSO
3
Na): R là gốc hydrocacbon có số nguyên tử cacbon từ 9
đến 17. Nhóm sulfat càng gần đầu mạch cacbon thì khả năng tẩy rửa càng tốt. Khả năng
tạo bọt cang kém khi mạch hydrocabon càng dài.

+) Các alkyl sulfonat (R-SO
3
Na): thường dùng alkyl sulfonat bậc 2. Tính chất tẩy rửa tố
khi chiều dài mạch cacbon là 14.
+) Các xà phòng (RCOONa): gốc hydrocacbon từ C
12
đến C
18
. Xà phòng có nhược điểm
là không hoạt động trong môi trường pH thấp, bị thủy phân thành axit béo ngay cả trong
môi trường trung tính, dễ tạo thành muối không tan trong nước cứng.
• Các CHĐBM không ion: có khả năng hoạt động trong môi trường nước cứng, chứa
chất điện ly, pH thấp
+) Các rượu béo etoxy hóa (R – O – (CH
2
CH
2
O)
n
H
+) Các rượu – amit (alkyl monoetanolamit): làm tăng hoặc ổn định bọt, làm đặc sệt hoặc
làm mềm tùy theo dẫy cacbon R
+) Các polyglycerol ete: có đặc tính tạo bọt rất tốt
+) Các alkyl polyglucosit: rất dịu với da và dễ phân hủy sinh học
3.2. Ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm mỹ phẩm
Trong công nghệ sản xuất các sản phẩm mỹ phẩm
- CHĐBM được sử dụng trong sản xuất mỹ phẩm với các mục đích:
• Tẩy rửa:
- Các CHĐBM dịu, không độc, ít rát da, tẩy rửa tốt như cetyl ete sulfat, sunfosucinat
natri, este sorbiton polyetoxy của các axits béo

- Các CHĐBM có tác dụng tạo bọt, nhờn
• Thấm ướt: sử dụng các alkyl sulfat mạch ngắn (C
12
), hoặc alkyl ete sulfat
• Tạo bọt: sử dụng natri lauryl ete sulfat cùng với các alkanolamit tạo thể tích bọt
lớn và bền
• Nhũ hóa: thường sử dụng xà phòng và các CHĐBM không ion
• Làm tan: xà phòng, alkyl ete sulfat sử dụng ở nồng độ cao để quá trình làm tan
tốt
- Một số CHĐBM sử dụng nhiều trong mỹ phẩm:
+) CHĐBM anion: xà phòng, các sulfonat (alkylbezen sulfonat mạch thẳng, alpha olefin
sulfonat, sulfosuccinat ), các sulfat (natri lauryl sulfat, lauryl ete sulfat ), các cacboxylat
(N-acyl amio axit, poly etylen oxit cacboxylat)
+) CHĐBM lưỡng tính: alkyl amidobetain
+) CHĐBM không ion: alkanol amit (steryl etanol amit, oley etanol amit), các dẫn xuất
polyetoxy hóa, các axit amin.
Chương 4: Chất hoạt động bề mặt anion
4.1. Xà phòng:
* Các đặc tính chung của xà phòng
- Ưu điểm:
+) Nguyên liệu tái sinh
+) Rẻ tiền
+) Có khả năng phân hủy sinh học
+) Ít độc hại
- Nhược điểm: bị kết tủa trong nước cứng
biến tính bằng cách đưa thêm chuỗi ưa nước vào phân tử như ethoxy cacboxylat
* Nguyên liệu và cơ sở lý thuyết quá trình nấu xà phòng
• Nguyên liệu:
- Dầu mỡ thực động vật như: mỡ bò, cừu, heo, dầu dừa, dầu cọ, cao su, dầu đậu
phọng, thầu dầu, dầu cau

• Dầu mỡ động thực vật là este của alcol 3 chức là glyxerin và các acid béo khác
nhau, có công thức tổng quát: ROCO CH
2
– CH(OCOR’) – CH
2
OCOR”
Trong đó có thể R = R' = R" hoặc R = R' ≠ R" hoặc R ≠ R' ≠ R"
- Dầu mỡ giàu thành phần acid béo no (mỡ heo, bò, dầu dừa ) cho xà bông cứng
hơn các dầu mỡ giàu thành phần acid béo không no.
• Một số đại lượng vật lý đặc trưng cho chất béo:
+) Chỉ số acid: là số mg KOH dùng để trung hòa 1g chất béo cho biết lượng acid tự do
trong dầu mỡ .
+) Chỉ số xà phòng: là số mg KOH dùng để xà phòng hóa 1g chất béo,nó nói lên thành
phần tổng cộng các acid béo. Chỉ số xà bông nhỏ chứng tỏ acid béo lớn hoặc có chứa
những chất không xà phòng hóa.
• Cơ sở lý thuyết:
- Phản ứng cơ bản xẩy ra trong quá trình nấu xà phòng là phản ứng thủy phân và xà
phòng hóa của hỗn hợp axit béo tạo thành muối natri hoặc kali của các axit béo và
glyxerin.
* Qui trình công nghệ nấu xà phòng
• Bước 1: Xà phòng hóa
• Bước 2: Tách xà phòng
• Bước 3: Hoàn thành xà phòng hóa
• Bước 4: Điều chỉnh lượng nước và độ kiềm trong xà phòng
• Bước 5: Ủ xà phòng
• Bước 6: Trộn phụ gia và đổ khuôn
• Bước 7: Làm nguội xà phòng đã đổ khuôn
• Bước 8: Cắt xà phòng thành bánh
• Bước 9: Sấy khô (hàm ẩm bên ngoài 25 – 27%, bên ngoài 30 – 35%)
4.2. Các phương pháp tổng hợp axit cacboxylic

Các phương pháp tổng hợp axit cacboxylic
- Các axit béo tổng hợp được sản xuất công nghiệp dựa trên nguồn nguyên liệu từ
dầu mỏ.
- Các axit cacboxylic mạch ngắn, phân nhánh không tồn tại trong tự nhiên chỉ có thể
được sản xuất bằng phương pháp tổng hợp.
• Các phương pháp tổng hợp bao gồm:
- Oxi hóa parafin:
+) nhựa parafin được oxi hóa bằng không khí trong quá trình pha lỏng ở 110 – 130
0
C.
+) Xúc tác cho phản ứng gốc này là muối coban và mangan.
+) Kết quả thu được một hỗn hợp đồng nhất các axit cacboxylic cùng với các sản phẩm
phụ như aldehyt, keton, lacton, este, axit dicacboxylic
• Phản ứng cacbonyl hóa:
- Là phản ứng của olefin với CO.
- Phương pháp này thích hợp để tổng hợp các axit cacboxylic khối lượng phân tử
thấp từ C
4
– C
9.
- Quá trình hydrocacboxyl hóa olefin với xúc tác axit vô cơ mạnh (phản ứng Koch-
Haaf) tạo sản phẩm axit cacboxylic nhánh.
- Cơ chế phản ứng
• Phản ứng xẩy ra theo 2 bước:
- Olefin chuyển hóa ở 20 – 80
0
C và 20 – 100 bar với sự có mặt của axit mỏ và CO thành
ion acylium.
- Ion acylium phản ứng với nước thành axit cacboxylic. Xúc tác axit có thể được thu hồi
và tái sử dụng.

- Sự tạo thành axit cacboxylic bậc 3 được thúc đẩy bằng cách tăng nhiệt độ và giảm áp
suất CO trong bước 1.
-Khi sử dụng xúc tác cacbonylpyridin, sự tạo thành các axit caboxylic mạch thẳng xẩy ra
mạnh không chỉ đối với olefin α mà cả đối với olefin có nối đôi giữa mạch.
• Kiềm nóng chẩy rượu béo:
-
- Phản ứng thực hiện với sự có mặt của kim loại Cu và Ni.
Đặc biệt trong trường hợp các rượu khối lượng phân tử thấp (C
6
–C
10
) quá trình dehydrat
xẩy ra, gọi là phản ứng ngưn tụ Guerbet. Hai phân tử rượu phản ứng tạo thành isoalcohol
nhánh 2-alkyl
4.3. Tổng hợp CHĐBM sulfate:
* Các đặc tính chung của CHĐBM sulfate
- Chất hoạt động bề mặt alkyl sulfate có những đặc tính sau:
+) Ổn định tốt trong dải pH rộng
+) Hoạt tính tốt trong nước cứng
+) Tạo bọt tốt
+) Hoạt tính (tạo bọt và tẩy rửa tốt) ở nồng độ thấp
+) Độ trong tốt ở nhiệt độ thấp
+) Dư lượng không đáng kể trên tóc sau khi sử dụng
+) Tan trong nước tốt
+) Tương thích hóa học tốt
+) Mùi nhẹ nên không ảnh hưởng đến các phụ gia tạo mùi
+) Sự ổn định mầu sắc tốt
+) Mức độ dị ứng với da và mắt thấp ở nồng độ sử dụng
* Quá trình sulfate hóa rượu
Sulfate hóa rượu sản xuất chất hoạt động bề mặt dạng alkyl sulfate :

• Tác nhân sulfate chính gồm sulfur trioxide, sulfuric acid, oleum và chlorosulfuric acid.
• Phản ứng chính xẩy ra :
- Tổng hợp rượu béo từ olefin: quá trình oxo
* Quá trình sulfate hóa dầu thực vật
• Sulfate hóa dầu thực vật :
- Con đường phản ứng sulfate hóa dầu thực vật tạo thành acid monoglyceride sulfate
+) Sulfate hóa :
+) Phản ứng chuyển hóa este
+) Trung hòa và chiết tách các sulfate vô cơ
- Độ tinh khiết của sản phẩm đạt 80%, sản phẩm phụ bao gồm glyceride và acid béo
- Monoglyceride sulfate, đặc biệt được sản xuất từ dầu dừa, là CHĐBM anion có tính tan
và khả năng tạo bọt cao. Nó khác biệt với các CHĐBM anion khác như sulfosuccinate
hay ether sulfate bởi tính thích ứng tuyệt vời với da. Do đó nó được sử dụng trong các sản
phẩm dầu gội từ rất sớm. Ngoài ra monoglyceride sulfate còn được sử dụng làm CHĐBM
trong kem đánh răng, các sản phẩm chăm sóc răng miệng…
* Quá trình sulfate hóa alkanol amide
• Sulfate hóa alkanol amide
- Con đường phản ứng sulfate hóa alkanol amide
- Các alkanol amide là các dẫn xuất bão hòa hay không bão hòa của C
2
đến C
22
carboxylic acid hay hydroxy carboxylic acid chủ yếu từ nguyên liệu dầu dừa và mỡ động
vật
- Nhược điểm của quá trình sulfate các alkanol amide là độ nhớt của hỗn hợp cao. Điều
này có thể giải quyết bằng cách đồng sulfate với các alcohol, alkanol amide khối lượng
phân tử thấp.
- Các cation bao gồm amoni (gồm alkyl và alkanol amoni), các kim loại kiềm.
- Sulfated alkanol amide là CHĐBM tạo bọt tốt, có tính tẩy rửa tốt. Nó được sử dụng
làm đồng CHĐBM với các CHĐM anion, không ion và cả cation.

- Sử dụng trong mỹ phẩm (các sản phẩm chăm sóc toàn thân, tóc, cho trẻ nhỏ) và nước
rửa bát ; làm tác nhân nhũ hóa của phản ứng polyme hóa hay thuộc da ; chống dính cho
khuôn đúc, sản xuất cao su.
* Quá trình sulfate hóa olefin
Sulfate hóa olefin sản xuất chất hoạt động bề mặt dạng alkyl sulfate :
- Ứng dụng : Olefin sulfate chủ yếu được sử dụng để sản xuất các chất tẩy rửa gia dụng
dạng lỏng. Ưu điểm của nó là tan tốt trong nước. Ngoài ra, nó còn được sử dụng như là
chất tẩy rửa công nghiệp trong giặt là và trong các tòa nhà công cộng. Trong công nghiệp
nhuộm, nó đóng vai trò làm giảm sức căng bề mặt của mầu nhuôm do tính thấm ướt
nhanh.
- Nguyên liệu :
+) Sản phẩm quá trình cracking dầu mỏ chứa 60 – 75% olefin
+) Dầu đá phiến chứa 25 – 30% olefin
- Sản phẩm thu được chứa mono và dialkyl sulfate cùng với các polyme và các chất
không thể sulfate hóa trong nguyên liệu đầu
- Phân tử olefin có số nguyên tử C từ 8 – 18 cho sản phẩm có tính tẩy rửa tốt nhất
- Vị trí nhóm sulfate thích hợp ở nguyên tử cacbon thứ 2, tuy nhiên khả năng tạo bọt
tăng khi nhóm sulfate gần giữa chuỗi cacbon.
- Quá trình sulfate hóa bao gồm các bước :
+) Phản ứng : ở nhiệt độ thấp (10 – 15
0
C), tỷ lệ acid/olefin = 2/1, thời gian tiếp xúc ngắn,
có khuấy trộn.
Các sản phẩm có thể tạo thành là monoalkylsulfuric acid, dialkylsulfate, sulfonic acid
alcohol, sulfur dioxide, sulfone, các sản phẩm của quá trình polyme hóa. Điều kiện để hạn
chế phản ứng polyme hóa là chọn các điều kiện về nhiệt độ, nồng độ acid, thời gian phản
ứng không quá cao.
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng sản phẩm là : chất lượng
nguyên liệu, nồng độ acid, tỷ lệ acid/olefin, thời gian và nhiệt độ phản ứng, thiết bị phản
ứng, chế độ khuấy trộn, điều kiện trung hòa và thủy phân…

+) Trung hòa :
+) Chiết tách sản phẩm bằng dung môi hydrocacbon hoặc rượu.
* Công nghệ sulfate hóa dạng mẻ
* Công nghệ sulfate hóa dạng mẻ :
Hình 4.1. Công nghệ sulfate hóa bằng chlorosulfonic acid theo mẻ
Thiết bị phản ứng có khuấy, kín và có trao đổi nhiệt ngoài vỏ. Thiết bị có ống thủy
tinh thoát HCl sinh ra trong phản ứng. Khí HCl sinh ra được hấp thụ trong nước tạo ra
dung dịch HCl loãng. Nguyên liệu rượu béo được bơm vào thiết bị phản ứng và
chlorosulfuric acid được từ từ đưa vào. Hệ thống làm lạnh ngoài thiết bị có tác dụng giải
phóng nhiệt sinh ra từ phản ứng. Khối phản ứng được duy trì ở nhiệt độ xấp xỉ 25
0
C để
tránh phản ứng phụ, tạo mầu và tạo bọt. Tốc độ bơm chlorosulfuric acid được điều chỉnh
để nhiệt độ không vượt quá giới hạn cho phép. Bước trung hòa được thực hiện ngay sau
khi phản ứng kết thúc.
* Công nghệ sulfate hóa liên tục với tác nhân chlorosulfonic acid:
Hình 4.2. Công nghệ sulfate hóa bằng chlorosulfonic acid liên tục
Rượu béo và chlorosulfuric acid được bơm theo tỷ lệ thích hợp, trộn lẫn và đưa vào
thiết bị loại khí. Một phần của hỗn hợp được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt để giải phóng
nhiệt của phản ứng và tuần hoàn lại thiết bị trộn để làm nguội quá trình. Một phần của
hỗn hợp được đưa sang thiết bị loại khí thứ hai, ở đó quá trình tách HCl hoàn thành. HCl
được liên tục hấp thụ bằng nước và hỗn hợp acid được liên tục trung hòa.
4.4. Tổng hợp CHĐBM sulfonate
* Tổng hợp CHĐBM dạng alkyl aren sulfonate
. Chất hoạt động bề mặt dạng alkyl aren sulfonate
- Ứng dụng: alkyl benzen sulfonate là CHĐBM anion được sử dụng rộng rãi nhất trên thế
giới, chủ yếu trong bột giặt và các sản phẩm tẩy rửa.
- Phản ứng sulfonate hóa alkyl benzen :
- H
2

SO
4
và oleum được sử dụng rộng rãi làm tác nhân sulfonate hóa. Đây là một quá
trình cân bằng, trong đó nước được sinh ra từ phản ứng sẽ hòa tan oleum hoặc sulfuric
acid. Phản ứng sulfonate hóa dừng khi nồng độ sulfuric acid giảm xuống khoảng 90%.
Các bước tiếp theo là pha loãng hỗn hợp phản ứng bằng nước, tách acid dư và trung hòa.
- Khí SO
3
cũng được sử dụng làm tác nhân sulfonate hóa gần đây. Phản ứng được thực
hiện trong thiết bị màng gồm nhiều ống phản ứng.
+) Các thông số của quá trình sulfonation : Tỷ lệ mol SO
3
/LAB 1,01 – 1,03, nhiệt độ nước
làm mát 25 – 30
0
C, nồng độ khí SO
3
5 – 7%, nhiệt độ khí SO
3
nguyên liệu 48 – 50
0
C,
nhiệt độ LAB nguyên liệu 20 – 25
0
C, thời gian phản ứng 45 – 60 phút, nhiệt độ phản ứng
45 – 50
0
C.
+) Hỗn hợp sau phản ứng được trung hòa bằng kiềm tạo ra sản phẩm với hàm lượng hoạt
tính khoảng 50 – 60%

* Tổng hợp CHĐBM dạng alken sulfonate
- Nguyên liệu : olefin có số nguyên tử C từ 14 đến 18
- Tác nhân sulfonate : SO
3
-Cơ chế phản ứng :
Hình 4.4. Cơ chế phản ứng sulfonate hóa olefin
- Sau phản ứng, hỗn hợp được trung hòa và thủy phân để tạo thành sản phẩm olefin
sulfonate
Hình 4.5. Sản phẩm của quá trình sulfonate olefin
- Thành phẩn alkene sulfonates trong hỗn hợp sản phẩm chiếm 50 – 65%
Chất hoạt động bề mặt dạng alkyl sulfonate
- Tác nhân sulfonate : SO
3
, oleum, chlorosulfonic, sulfuric acid, sulfoxidation.
- Nguyên liệu : rượu béo
- Công nghệ alkyl sulfonate theo mẻ :
Hình 4.6. Công nghệ alkyl sulfonate theo mẻ
Rượu béo được đưa vào thiết bị phản ứng, sau đó oleum được từ từ đưa vào trong vài
giờ. Phản ứng tỏa nhiệt mạnh nên tốc độ bơm oleum được quyết định bởi khả năng giải
phóng nhiệt phản ứng. Nhiệt độ duy trì 35
0
C. Bởi vì đây là phản ứng cân bằng nên một
lượng lớn acid sulfuric được tạo thành. Khi phản ứng kết thúc, nước được bổ sung (10%
khối lượng hỗn hợp phản ứng) để tách lớp sản phẩm. Sản phẩm được tách ra và đem đi
trung hòa.
- Công nghệ alkyl sulfonate liên tục :
Hình 4.7. Công nghệ alkyl sulfonate liên tục
Chương 5: Chất hoạt động bề mặt cation
5.1. Những đặc điểm chung của CHĐBM cation
Những đặc điểm chung của chất hoạt động bề mặt cation

- Chất hoạt động bề mặt cation trong môi trường nước phân ly thành ion hoạt động bề mặt
mang điện tích dương và ion không có tính hoạt động bề mặt mang điện tích âm. Ion hoạt
động bề mặt có nhóm ưa nước mang điện tích dương, còn nhóm kị nước là hydrocabon
mạch dài.
- Chất hoạt động bề mặt cation bao gồm các muối amoni bậc 4 ; các hợp chất sulfoxoni,
sulfoni ; các hợp chất phosphoni và Iodni.
- Tính chất của chất hoạt động bề mặt cation : có tính kháng khuẩn, hấp phụ mạnh đối với
vải sợi, không tương thích với chất hoạt động bề mặt anion. Có khả năng hoạt động bề
mặt không cao. Êm dịu với da, không dùng với mục đích tạo bọt, làm bền bọt, tọa nhũ
tốt…
- Các chất hoạt động bề mặt chứa nito :
+) Muối amoni bậc 4 (alkyltrimethyl amonium bromide -N
+
(CH
3
)
3
Br
-
): chất làm mềm vải
+) Amin không chứa oxy: tuyển quặng, chống ăn mòn, ức chế, phân tán và làm ướt cho
asphalt
+) Amin chứa oxy (alkylamine ethoxylate): nước rửa bát, chất tẩy gia dụng và công
nghiệp
Cơ sở lý thuyết các quá trình tổng hợp :
Bước 1 : Tổng hợp các hợp chất amin
Bước 2 : Phản ứng của các amin với tác nhân alkylat hóa tạo cation N
+
5.2.1. Tổng hợp từ axit béo :
• Amide của axit béo được tổng hợp trong công nghiệp bằng phản ứng giữa axit béo với

khí amoniac khô hoặc các dẫn xuất amoni. Phản ứng được tiến hành ở nhiệt độ 200
0
C
trong khoảng thời gian nhất định :
+) Sản phẩm được tạo thành khi liên tục loại nước sinh ra từ phản ứng
+) Thời gian phản ứng được rút ngắn khi sử dụng xúc tác Al
2
O
3
. Kim loại thuộc nhóm
IVB và VB trong bảng tuần hoàn là những xúc tác thích hợp cho phản ứng. Đặc biệt, Ti
hay Zr được xem là có hoạt tính cao. Phúc đồng amin [Cu(NH
3
)
4
]SO
4
cũng có thể sử dụng
làm xúc tác.
- Amide bậc 2 được tổng hợp từ phản ứng của axit béo và amin béo :
- Phản ứng của axit béo với amin bậc 2 tạo ra amide 2 nhóm thế:
- Loại amide quan trọng được sử dụng làm CHDBM được tổng hợp từ phản ứng của axit
béo với diethanolamine. Với các amin có mạch hydrocabon dài và phân nhánh thì phản
ứng diễn ra chậm và không hoàn toàn.
• Phản ứng của axit béo với polyamine (ethylenediamine, diethylenetriamine,
trimethylenetetramine…)
- Tổng hợp chất hoạt động bề mặt amidoamine
• Phản ứng của axit béo với amoniac ở áp suất và nhiệt độ cao tạo thành nitril. nitril sau
đó được hydro hóa tạo thành amin :