Hdbm nl tdt 2014 chuong 3 hoa hoc chat hdbm

Xà phòng = acid béo tác dụng với chất kiềm RCOOX.Phản ứng xà phòng hóa dầu mỡ của động thực vật => xà phòng Chất hoạt động bề mặt nguồn gốc acid CH2 OCOR1OCOR2OCOR3 Các R là mạch carbon

Trang 1

CÔNG NGHỆ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT

PGS TS Lê Thị Hồng Nhan

Đại học Bách Khoa TP.HCM

Chương 3: Tính chất các chất hoạt động bề

mặt

Trang 3

•Chất hoạt động bề mặt nguồn gốc acid carboxylic

•Chất hoạt động bề mặt sulfate

•Chất hoạt động bề mặt sulfonate

CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT ANION

Trang 4

Xà phòng = acid béo tác dụng với chất kiềm (RCOOX).

Phản ứng xà phòng hóa dầu mỡ của động thực vật => xà phòng

Chất hoạt động bề mặt nguồn gốc acid

CH2

OCOR1OCOR2OCOR3

Các R là mạch carbon có số C từ 6-20, thường là số chẵn và

Trang 5

Một số dạng acid béo:

Acid lauric (C12): CH3-(CH2)10-COOH

Acid myristic (C14): CH3-(CH2)12-COOH

Acid palmitic (C16): CH3-(CH2)14-COOH

Acid caprilic (C8): CH3-(CH2)6-COOH

Acid oleic (C18): CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH

Acid linoleic (C18): CH3-(CH2)4-(CH=CH)2-(CH2)8-COOH

Acid stearic (C18): CH3-(CH2)16-COOH

carboxylic- Xà phòng

Trang 6

CH2CH

CH2

OH OH OH

CH2CH

CH2

OCOR1OCOR2OCOR3

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

Tác nhân kiềm:

NaOH: thường dùng

KOH: điều chế các dạng xà phòng mềm, trong

Trang 7

Nguyên tắc sản xuất :

Cách 1: dầu mỡ -> acid béo -> xà phòng => thiết bị phức tạp và đắt tiền, dễ thu glycerin và điều chỉnh thành phần các acid béo

Cách 2: dầu mỡ -> xà phòng => lợi về thiết bị, chi phí năng lượng => thông dụng

•Phương pháp không gia nhiệt: dầu mỡ + NaOH -> khuôn sắt, 30oC

•Phương pháp nấu xà phòng gia nhiệt: dầu mỡ + NaOH-> thiết bị khuấy,

80-85oC

•Phương pháp nấu xà phòng liên tục: dầu + NaOH, NaCl 20% -> nồi cao áp

Trang 8

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

Trang 9

*Tính chất của một số loại xà phòng :

• Độ dài của dây và độ không no của acid béo => tính hoạt động bề mặt, độ hòa tan của xà phòng

• Acid béo mạch ngắn => dễ hòa tan, tạo bọt tốt nhưng bọt ít bền, tính tẩy rửa kém

• Acid béo mạch dài => tính tẩy rửa tốt, bọt bền nhưng lại có độ hòa tan kém

• Acid béo mạch no/không no => nhiệt độ nóng chảy cao hơn, nên tạo xà phòng có

độ cứng cao hơn

• Xà phòng có nối đôi/không có nối đôi => dễ bị oxi hóa, tạo màu, mùi không mong muốn và hoạt tính tẩy rửa kém hơn

Trang 10

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

Trang 11

carboxylic- từ tổng hợp

Paraffin rắn -> oxi hóa -> acid béo tổng hợp với mạch C thẳng

-Để nấu xà phòng: dùng phân đoạn C10-20

-Để sản xuất xà phòng bột: dùng phân đoạn C10-16

-Để sản xuất xà phòng cục: dùng phân đoạn C16-20

Trang 12

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 trunggian như amide, ester, ether……

•Nhóm sulfate là nhóm phân cực duy nhất hay chính trong phần ái nước

Trang 13

Chất hoạt động bề mặt sulfate

Alkyl sulfate: chất hoạt động bề mặt tiêu biểu cho họ sulfate

•Khả năng tẩy rửa: alkyl sulfate bậc I tốt hơn bậc II.

•Khả năng tẩy rửa : alkyl sulfate bậc I tốt nhất khi mạch C chứa 12-16

nguyên tử, đối với alkyl sulfate bậc II tốt nhất là 15-18.

•Tính hoạt động bề mặt của alkyl sulfate bậc II: giảm khi nhóm sulfate di

chuyển vào giữa mạch.

Ví dụ: pentadecyl sulfate: C 15 H 31 OSO 2 ONa bậc 2, khi nhóm sulfate di chuyển từ C2 vào C6 thì khả năng tẩy rửa của chúng chỉ còn một nửa Tính họat động bề mặt: giảm khi gốc alkyl phân nhánh Khả năng phân hủy sinh học của alkyl sulfate: giảm khi gốc alkyl phân nhánh

Trang 14

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

Trang 15

Chất hoạt động bề mặt

sulfonate-alkyl aren sulfonate

Phổ biến:

• Kỵ nước: gốc alkyl thường có C trên dưới 12 + vòng benzene

• Ái nước: là nhóm sulfonate – SO 3

CH3

CH3C

H3

Trang 16

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

Trang 18

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

CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT CATION

Trang 19

•Chất hoạt động bề mặt cation chủ yếu dựa vào nguyên tử N hay S.

•N thường nằm dạng amin hay vòng

•Những chất họat động bề mặt quan trọng: amin mạch dài bậc 1, bậc 2, bậc 3 và muối amoni bậc 4

•Khác biệt quan trọng của amin và muối amoni: độ tan

•Các amine bậc 1, bậc 2, bậc 3 mạch dài: không tan trong nước hay các

dung dịch kiềm mà chỉ tan trong các dung dịch acid có pH đủ thấp để proton hóa nhóm amin.

•Muối amoni bậc 4 có thể tan trong các dung dịch kiềm, trung tính hay acid.

Trang 20

ancol mạch dài, paraffin thẳng mạch

Trang 21

Một số ứng dụng

Chất làm mềm vải sợi

Các sợi nhỏ tạo các yếu điểm:

-Tạo vẻ thô cứng

-Nơi giữ, tàng trữ các chất kết tủa, hạt bẩn -> làm xám quần áo

-Ngăn cản dung dịch tẩy rửa thấm vào -> giảm hiệu năng giặt giũ

Sự thay đổi của sợi sau khi giặt

Trang 22

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

Trang 23

Điển hình là DSDMAC (DiStearyl Dimethyl Amoni Chlorua) hay DHTDMAC (Dihydroenated Tallow Dimethyl Amoni Chlorua)

DSDMAC và DHTDMAC được thay thế bằng các ester amoni thế 4 lần

-> dễ phân hủy sinh học hơn, ít độc hại cho sinh vật sống trong môi trường.

COO CH COO CH2

N+ CH3

CH3

CH3R

+

COO CH

Trang 24

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

alkyl là C16H33-)

• Dùng để tẩy trùng quần áo, vải vóc, tiệt trùng chén bát, ly tách, dụng cụ

y khoa,

Trang 25

CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT LƯỠNG TÍNH

Chất có chứa nhóm chức có tính acid đồng thời chứa nhóm chức có tính base

Là cation ở pH thấp và là anion ở pH cao Trong khoảng pH trung gian, chúng vừa tích điện âm vừa tích điện dương (cấu trúc lưỡng cực)

Người ta chia chất hoạt động bề mặt lưỡng tính làm 2 loại:

+Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính acid carboxylic+ Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính sulfate/sulfonate

Trang 26

Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính acid carboxylic

HCl COOH

RNHCH COOH

Trang 27

Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính sulfate/sulfonate

sulfate hóa các amin mạch dài có chứa liên kết đôi hay nhóm O trong phần kỵnước

CH3(CH2)7-CH=CH-(CH2)7CH2NH2

H2SO4

CH3(CH2)7CH2 CH CH(CH2)7-CH2-NH2

OSO3H (1-amino, 9,10-octadecene)

Trang 28

Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính sulfate/sulfonate

điều chế trực tiếp từ hoạt động bề mặt sulfonic

Trang 29

CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT KHÔNG ION

•phần ái nước không ion hóa khi hòa tan vào nước nhưng vẫn phân cực

•Phần ái nước đủ lớn thì chất họat động bề mặt tương ứng mới có thể tan được trong nước

•Mối tương quan giữa phần ái nước và phần kỵ nước có thể thay đổi trong một giới hạn rộng (khi chiều dài phần kỵ nước không đổi) bằng cách thay đổi kích thước phần ái nước

Trang 30

•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…

Trang 31

Các chất họat động bề mặt không ion:

•khả năng tẩy rửa tương đối cao (kém hơn so với anion như sulfate, sulfonate

Trang 32

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

Tiêu đề	Tính chất các chất hoạt động bề mặt
Tác giả	PGS. TS. Lê Thị Hồng Nhan
Trường học	Đại học Bách Khoa TP.HCM
Thể loại	Bài giảng
Năm xuất bản	2014
Thành phố	TP.HCM

Định dạng
Số trang	32
Dung lượng	1,17 MB