Tiểu luận chất hoạt động bề mặt anionic

TIỂU LUẬN: TÌM HIỂU VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT ANIONIC Mục Lục 1 Giới thiệu chất hoạt động bề mặt anion ..................................................................1 2 Tổng hợp chất hoạt động bề mặt anion ...................................................................2 2.1 Xà phòng ......................................................................................................2 2.2 Muối acid sunfonic ......................................................................................4 2.2.1 Sunfonate béo ................................................................................... 4 2.2.2 Ester sunfate ..................................................................................... 4 2.3 Cấu trúc và tính chất .................................................................................... 4 2.3.1 Cấu trúc ............................................................................................. 4 2.3.2 Tính chất ............................................................................................ 7 3 Ưu và Nhược điểm: .................................................................................................8 4 Ứng dụng .................................................................................................................9

KHOA: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC



BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ CÁC CHẤT BỀ MẶT

ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: TÌM HIỂU VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT ANIONIC

GVHD: Thầy Nguyễn Cao Hiền SVTH: Nhóm 1

Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022

Mục Lục

1 Giới thiệu chất hoạt động bề mặt anion 1

2 Tổng hợp chất hoạt động bề mặt anion 2

2.1 Xà phòng 2

2.2 Muối acid sunfonic 4

2.2.1 Sunfonate béo 4

2.2.2 Ester sunfate 4

2.3 Cấu trúc và tính chất 4

2.3.1 Cấu trúc 4

2.3.2 Tính chất 7

3 Ưu và Nhược điểm: 8

4 Ứng dụng 9

1

1 Giới thiệu chất hoạt động bề mặt anion

- Chất hoạt động bề mặt anion có nguồn gốc từ nguyên liệu hóa thạch cũng như các nguyên liệu thô

- Sản xuất chất hoạt động bề mặt anion chiếm 75% Nếu không có lignosulfonat và sunfonat dầu mỏ thì chiếm khoảng 90%

- Là chất HĐBM phát triển nhất ở giai đoạn đầu Sản xuất CHDBM Anionic năm 1990 (x103 tấn )

Nguồn gốc của chất hoạt động bề mặt anion:

- Xà phòng: có nguồn gốc từ dầu mỡ động thực vật là chất hoạt động bề mặt duy nhất có sẵn hàng ngàn năm Sử dụng mỡ động vật và tro gỗ của các loại thực vật khác có chứa kali cacbonate để tạo ra muối trung hòa

- Sulfate cồn béo: Rượu đầu tiên của chất hoạt động bề mặt sulfate đã có mặt trên thị trường ở Đức và dần dần trở nên phổ biến ở nửa đầu thế kỷ XX

- Muối axit sulfonic: Sự mở rộng sau chiến tranh của công nghệ hóa học những

nỗ lực của Anh, Đức và Hoa Kỳ đã dẫn đến sự phát triển của một số chất hoạt động

bề mặt sulfonate tổng hợp mới, từ đó đã chiếm được một phần đáng kể thị trường thương mại

2

2 Tổng hợp chất hoạt động bề mặt anion

2.1 Xà phòng

1 bánh xà phòng Marseille, được làm thủ công theo phương pháp cổ của Pháp

- Nguồn gốc thiên nhiên: dầu cọ, dầu dừa, dầu nành, dầu lạc, dầu cao su mỡ heo, mỡ cừu, mỡ bò, mỡ hải cẩu, mỡ cá voi…

- Nguồn gốc từ dầu mỏ: Thông qua phản ứng ankyl hóa, sunfo hóa các dẫn xuất anlkyl, aryl, ankylbenzen sunfonic

VD: Điển hình là chất hoạt động bề mặt anion sodium amidopropoxyacetate (7b) Quy trình tổng hợp trải qua bốn giai đoạn:

- (1) Transester hóa triglyceride có trong mỡ cá tạo hỗn hợp methyl ester 2b

- (2) Amide hóa hỗn hợp (2b) bởi propanolamine thu được N-(3- hydroxypropyl)carboxamide (4b) tương ứng

- (3) Carboxyl hóa chất trung gian (4b) bởi -chloroacetic acid

- (4) Kiềm hóa tạo ra chất hoạt động bề mặt anion sodium amidopropoxyacetate (7b)

3 Các chất hoạt động bề mặt anion thường dùng trong chất tẩy rửa là:

4

2.2 Muối acid sunfonic

- Tạo ra bởi quá trình sunfonate hóa, quang hoá của hydrocacbon trong nhà máy lọc dầu, sunlfonate dầu mỏ có nguồn gốc từ các phân đoạn chưng cất, olein sunlfonate, akyl aryl sunfonate,

2.2.1 Sunfonate béo

Công thức chung: R-SO3-M+

R: ankyl hay cycloankyl mạch thẳng hoặc nhánh

M: hydrogen hoặc 1 kim loại kiềm

- Sunfonate Paraffin hay các sunfonate n – ankyl thứ cấp của Châu Âu được điều chế bằng quá trình sunfo hóa hydrocacbon paraffin bằng lưu huỳnh điocid và oxy dưới bức xạ tia cực tím

- Sunfonate dầu mỏ được điều chế bằng phản ứng của các phân đoạn tinh chế dầu mỏ đã chọn với acid sunfuric và oleum

- Anpha oleinsunfonate được điều chế bằng phản ứng lưu huỳnh triocid và các

α olein mạch thẳng sp thu được là hh ankene sunfonate + 3 và 4-hydroxyankan

2.2.2 Ester sunfate

- Rượu được sulfate hóa bằng cách phản ứng với axit chlorosulfonic và trung hòa với kiềm

Vd: Quy trình Ziegler tạo ra rượu, về cơ bản tương đương với rượu có trong axit béo tự nhiên Độ dài chuỗi mong muốn có thể được tạo ra và rượu có thể được pha trộn theo hầu hết mọi tỷ lệ axit myristic ( n -C13COOH), nguyên liệu ban đầu để điều chế rượu myristyl

2.3 Cấu trúc và tính chất

2.3.1 Cấu trúc

- Chất HĐBM anion là chất bao gồm nhóm ưa nước (cacboxyl, sunfate, sunfonate, phosphates, v.v.) và nhóm kỵ nước ( chuỗi akyl có độ dài khác nhau, akylphenyl ete, akylbenzene,…)

5

→ Sodium alkyl (Methyl ester ) Sulfonate

→ Ankane Sunfonate

→ Linear Ankylbenzene

- Nhóm kỵ nước và ưa nước dễ dàng tương tác với cực và cực cấu trúc con trong các phân tử macron (protein), cenllulose hoặc với các phân tử phân cực và không phân cực trong hỗn hợp các chất → có thể làm giảm năng lượng tương tác và năng lượng của solvat hóa giữa nhiều loại pha không đồng nhất

o Phần kỵ nước của CHĐBM anion quay về phía có nhiều dung môi trong trường hợp của dung môi

là dầu, các nhóm ưa nước quay vào phía bên trong tạo thành một môi trường có thể dễ dàng chứa các phân tử phân cực như nước tạo thành nhũ tương nước trong dầu (w/o)

6

Chất hoạt động bề mặt sulfate:

Gồm nhóm các chất hoạt động bề mặt có chứa nhóm sulfate (-OSO3- ) trong phần ái nước Nhóm này có thể liên kết trực tiếp với phần kỵ nước hoặc liên kết trung gian như amide, ester, ether…

Ví dụ:

+ Sunfat rượu bậc một (PAS: Primery Alcohol Sulfate): R-O-SO3

+ Alkyl Ether Sulfate (LES: Lauryl Ether Sulfate): R-O-(CH2-CH2-O)n-SO3-

- Alkyl sulfate là CHĐBM tiêu biểu cho họ sulfate Các tính chất hoạt động phụ thuộc vào cấu tạo và chiều dài của gốc ankyl

- Khả năng tẩy rửa: của alkyl sulfate bậc I tốt nhất khi mạch C chứa 12-16 nguyên tử, đối với bậc II tốt nhất là 15-18 Khả năng tẩy rửa bậc I tốt hơn bậc II

- Khả năng phân hủy sinh học: khi gốc alkyl phân nhánh thì tính HĐBM giảm, khả năng phân hủy sinh học giảm Tính HĐBM giảm khi nhóm sulfate di chuyển vào giữa mạch

- Bậc càng thấp, mạch càng ngắn phân hủy càng dễ → Khả năng phân hủy sinh học tăng

Ví dụ: Pentadecyl sulfate: C15H31OSO2ONa bậc 2, khi nhóm sulfate di chuyển

từ C2 vào C6 thì khả năng tẩy rửa của chúng chỉ còn một nửa

Chất hoạt động bề mặt sulfonate:

- Gồm nhóm các chất hoạt động bề mặt có chứa nhóm sulfate (-SO3- ) trong phần ái nước Nhóm này có thể liên kết trực tiếp với phần kỵ nước hoặc liên kết

7

trung gian như amide, ester, ether… Quá trình sulfo hóa thu được các acid sulfonic hay dẫn xuất của nó có nguyên tử lưu huỳnh liên kết trực tiếp với nguyên tử carbon

Ví dụ: Sunfonate mạch thẳng (ankylsunfonate): R-SO3-Na+

Ankenylsunfonate: R-CH=CH-(CH2)-SO3- Na+

2.3.2 Tính chất

- Sulfonate chứa gốc alkyl phân nhánh có khả năng tẩy rửa thấp hơn so với sulfonate có gốc alkyl thẳng Khi gốc alkyl thẳng, nhóm phenyl sulfate ở vị trí C1 khả năng tẩy rửa của sulfonate đạt cực đại khi gốc alkyl dài khoảng C11-C14

- Gốc alkyl càng phân nhánh thì alkyl benzene sulfonate càng dễ tan trong nước Khi chiều dài gốc alkyl tăng, độ phân nhánh tăng thì khả năng hòa tan trong nước giảm

- Vị trí nhóm phenyl sulfonate cũng ảnh hưởng đến tính chất tẩy rửa:

+ Khả năng tẩy rửa tốt khi nhóm này ở C1, C2, C3 Khi nhóm này di chuyển vào giữa thì khả năng tẩy rửa giảm

+ Khả năng phân hủy sinh học giảm khi mức độ phân nhánh của gốc alkyl tăng Cùng một số lượng C, alkyl benzene sulfonate mạch thẳng có khả năng phân hủy gấp hàng chục lần so với mạch nhánh

8

LAS ( Linear Alkylbenzene Sulfonate)

o LAS được tạo thành từ phản ứng của một hợp chất hữu cơ chứa nhân thơm với một tác nhân sulphonate hóa mạnh

○ LAS được xem là CHĐBM khá tốt do giá thành thấp và là chất tẩy rửa khá linh hoạt với thời gian hoạt động khá lâu Nó cũng trong các sản phẩm tẩy rửa gia dụng dạng lỏng hay bột, hay trong các sản phẩm tẩy rửa công nghiệp

o LAS được đưa vào cùng với một số chất hoạt động bề mặt khác nhằm làm tăng hay giảm một số tính năng của quá trình tẩy rửa

3 Ưu và Nhược điểm:

Ưu điểm:

- Có khả năng hoạt động bề mặt

mạnh nhất so với các loại khác

- Làm tác động tẩy rửa chính

trong khi phối liệu

- Khả năng lấy dầu cao

- Tạo bọt to

Nhược điểm:

- Kém bền

- Bị thụ động hóa hay mất khả năng tẩy rửa trong nước cứng, cứng tạm thời, các ion kim loại nặng ( Fe3+,

Cu2+,…)

9

4 Ứng dụng:

 Trong mỹ phẩm

- Xà phòng sử dụng rộng rãi trong mỹ phẩm như là chất làm sạch và kem cạo râu, nhờ vào khả năng tạo bọt và làm sạch của nó

- Alkyl sulfat được sử dụng nhiều trong dầu gội, kem đánh răng do khả năng làm sạch và tạo bọt tốt

- Acyl N-methyl taurat được sử dụng rộng rãi trong các cream làm sạch, dầu gội đầu…

- Alkylether phosphat được sử dụng trong các sản phẩm làm sạch và dầu gội

10

11

Polymer anion

- Nước mặt: Nên sử dụng Polymer

Anion vì trong nước mặt tồn tại nhiều ion

dương như ion Fe, Mn,…

- Nước thải công nghiệp: Dùng kết hợp

Polymer Anion kết hợp với các chất keo tụ

khác như PAC, Polytetsu để tăng hiệu quả xử

lý

- Nước thải đô thị: Sử dụng Polymer keo

tụ vô cơ kết hợp với chất Polymer Anion

- Làm khô bùn sau xử lý: Bùn có đặc tính vô cơ cần hóa chất kết bông Polymer Anion

 Trong thực phẩm: Tartrazine

Tartrazine thường được sử dụng trong nhiều loại nguyên liệu thực phẩm như một chất tạo màu.Tartrazine cũng được sử dụng trong vỏ của viên nang thuốc, mỹ phẩm, vitamin và xi-rô.Tartrazine là thuốc nhuộm anion giải phóng anion trong môi trường nước