Bài giảng

CÔNG NGHỆ
CÁC CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT

Hồ Quốc Phong, PhD
Bộ môn CNHH
Khoa CN
ĐHCT
1


Tổng quan về các CHĐBM
Chương 1. Lý thuyết cơ bản về chất hoạt động bề mặt.
Chương 2. Phương pháp đánh giá CHĐBM.
Khả năng tẩy rửa
Khả năng tạo bọt
Các chỉ tiêu đánh giá khác

2


Bọt (foam)
•
•
•

Bọt là một hệ phân tán K/L mà pha khí chiếm thể tích lớn,
chứa tác nhân ổn định .
Bọt không có dạng hình cầu, mà là đa diện.
Chất lỏng nguyên chất không có khả năng tạo bọt.

3


Bọt (foam)
• Phân tán pha khí vào lỏng với sự tham gia của chất tạo bọt,
như chất hoạt động bề mặt.
̶ Là yếu tố tích cực trong quá trình giặt giũ.
̶ Dùng trong bình chữa cháy.
̶ Trong sản xuất chất dẻo xốp.

4


Surfactants in Foams

5


Foam structure

6


Foam Preparation
• Condensation method
• Dispersion method

where r and r0 are the radii of the
bubble and orifice and r is the

specific gravity of
liquid.
7


Classification of Foam Stability
• All foams are thermodynamically unstable (due to the high
interfacial free energy).
• (1) Unstable (transient) foams, lifetime of seconds.
 These are generally produced using ‘‘mild’’ surfactants, e.g.
short-chain alcohols, aniline, phenol, pine oil, shortchain
undissociated fatty acid. Most of these compounds are
sparingly soluble and may produce a low degree of elasticity.
(2) Metastable (‘‘permanent’’) foams, lifetime hours or days.
 The above metastable foams are produced from surfactant
solutions near or above the critical micelle concentration
(c.m.c.). The stability is governed by the balance of surface
forces.
8


Độ bền vững hệ bọt
Phụ thuộc vào tính chất của màng bao quanh.
• Bản chất và hàm lượng chất tạo bọt.
• Độ bền cực đại của bọt ứng với CHĐBM có gốc HC trung
bình và dung dịch có nồng độ trung bình.
• Ngoài ra, còn nhiệt độ, độ nhớt, …
• Sự tồn tại ngắn ngủi của bọt là do sự chảy của màng chất lỏng
dưới tác dụng của trọng lực


9


Foam Stability
• Stability may be increased in some cases by the addition of
electrolytes that produce a ‘‘gel network’’ in the surfactant
film.
• Foam stability may also be enhanced by increasing the surface
viscosity and/or surface elasticity.
• High packing of surfactant films (high cohesive forces) may
also be produced using mixed surfactant films or
surfactant/polymer mixtures.
• To investigate foam stability one must consider the role of the
plateau border under dynamic and static conditions. One
should also consider foam films with intermediate lifetimes,
i.e. between unstable and metastable foams.
10


Drainage and Thinning of Foam Films
• Gravity is the main driving force for film drainage.
• The rate of drainage of foam films may be decreased by
increasing the bulk viscosity of the liquid from which the foam
is prepared.
• The viscosity of the aqueous surfactant phase can be increased
by addition of electrolytes that form a ‘‘gel’’
• Film drainage can also be decreased by increasing the surface
viscosity and surface elasticity. For convenience, the drainage
of horizontal and vertical films will be treated separately.


11


Drainage Films

12


Các nguyên nhân làm bền bọt
• Hiệu ứng Gibbs – Marangoni
– Hiệu ứng Marangoni là sự dịch chuyển vật chất bên
trên hoặc bên trong một lớp lưu chất do sự khác nhau
của SCBM.

• Lực đẩy tĩnh điện
• Sự hydrat hóa
• Độ nhớt
• Tính đàn hồi của màng

13


Các tác nhân làm tăng bọt (foam bootster)
Chọn lựa CHĐBM
•
Có thể chọn 1 hay hỗn hợp CHĐBM
̶
Số lượng bọt tăng với nồng độ quanh CMC
̶
Dự đoán được khả năng tạo bọt của CHĐBM, nhưng

không dự đoán được tính ổn định .
•
Các yếu tố ảnh hưởng đến CMC có thể tăng hoặc giảm bọt
̶
Nhiệt độ làm tăng khả năng hòa tan chất HĐBM → tăng
khả năng tạo bọt.
̶
Chất điện ly làm giảm CMC nên → làm thay đổi khả năng
tạo bọt.
14


Các tác nhân làm tăng bọt (foam bootster)
• Cấu trúc phân tử của CHĐBM, có nguyên tác tổng như sau:
̶ Chất tạo HĐBM không ion ít tạo bọt hơn ion trong dung
dịch nước.
̶ Cùng một họ chất HĐBM, CMC càng kém thì khả năng tạo
bọt cao.
̶ Cation đối của CHĐBM anion có liên quan đến khả năng
ổn định bọt.
 Sự ổn định bọt của sodium dodecyl sulfate giảm theo thứ tự
sau:
NH4+ > (CH3)4N+ > (C2H5)4N+> (C4H9)4N+
15


Phụ gia làm tăng bọt
•
•


Việc thêm ion đối có thể làm giảm CMC → tăng khả
năng tạo bọt
Khi hợp chất có cùng mạch carbon với CHĐBM sẽ làm
tăng khả năng tạo bọt và ổn định bọt.

16


Phá vỡ bọt
Phá vỡ bọt
• Thêm chất chống tạo bọt
• Gia nhiệt
• Hút chân không
• Cơ học

17


Các tác nhân chống bọt (antifoamer)
Theo 2 cách:
• Ngăn cản sự tạo bọt: thường dùng các ion vô cơ như canxi để có
ảnh hưởng đến tĩnh điện hay giảm nồng độ ion bằng việc kết tủa,
• Tăng tốc độ phân hủy bọt: bằng việc thêm các chất vô cơ hay
hữu cơ sẽ đến thay thế các phần tử CHĐBM.

18


Cơ chế phá vỡ bọt
• Cơ chế phá vỡ bọt bằng các hạt kị nước

– Các hạt kị nước tạo thành khi cho xà phòng vào công thức
bột giặt.
– Xà phòng sẽ tác dụng với ion canxi tạo thành xà phòng
canxi (kị nước).
– Các hạt này nằm trên màng bọt và trở nên không đồng
nhất.
– Phần màng tiếp xúc với hạt sẽ mỏng dần, sau cùng tự tạo ra
lỗ ở đó và bọt bị phá vỡ. Hạt kỵ nước
Hạt kỵ nước
film

film
Không khí

Không khí
19

Dung dịch

Dung dịch


Cơ chế chảy loang (spreading)
•
•

Các phần tử chống bọt sẽ di chuyển đến bề mặt và thay thế
CHĐBM.
Hệ số chảy loãng S:
S =  F – (  A -  FA)

silicon/dầu
film

silicon/dầu

film
Không khí

Không khí

Dung dịch

Dung dịch

20


Một số chỉ tiêu khác
• Khả năng tạo huyền phù
• Khả năng thấm ướt
• Chỉ số canxi chấp nhận

21


Khả năng tạo huyền phù
• Huyền phù là hệ phân tán rắn trong môi trường lỏng (R/L)

• CHĐBM làm cho hệ huyền phù ổn định.
• Huyền phù có nhiều ứng dụng trong CN:

– Hệ không nước: sơn dầu, mực in, verni,…
– Hệ có nước: sơn nước, dung dịch thuốc nhuộm, thuốc
bảo vệ thực vật, …
• Đánh giá khả năng tạo huyền phù của CHĐBM.
– Đo độ đục hỗn hợp than hoặc CaCO3 phân tán trong
dung dịch CHĐBM.
– Đo thời gian lắng tủa.

22


Khả năng thấm ướt
Hiện tượng dính ướt và không dính ướt
a) quan sát

Giọt nước

Giọt thuỷ ngân

Giọt thuỷ ngân thu về dạng
hình cầu(hơi dẹt)

Giọt nước chảy lan ra
Tấm thuỷ tinh sạch

Hiện tượng dính ướt

Hiện tượng không dính ướt
23



Khả năng thấm ướt
• Xảy ra khi chất lỏng tiếp xúc với chất rắn
• Tuỳ theo bản chất của chất lỏng và chất rắn mà có hiện tượng
chất lỏng làm ướt hay không làm ướt vật rắn.

– VD: Nước dính ướt thuỷ tinh,nhưng không dính ướt lá
sen…..

24


Khả năng thấm ướt
• CHĐBM làm giảm sức căng bề mặt, giúp việc thấm ướt
dễ dàng hơn.
• Hiện tượng thấm ướt có nhiều ứng dụng trong kỹ thuật
sơn, nhuộm, tẩy trắng, …
• Đánh giá khả năng thấm ướt: thời gian chìm của cuộn chỉ
có trọng lượng 5g, đường kính 44cm trong dung dịch
CHĐBM.

25