Đồ án tốt nghiệp thuỷ phân dầu Hướng Dương tạo nhũ tương bitum

ơng liệu, dợc phẩm.Một ứng dụng khác của axit béo mà hiện nay đang đợc nghiên cú pháttriển là làm nguyên liệu sản xuất chất hoạt động bề mặt, đặc biệt là các chấtnhũ hoá để pha vào bitum

ơng liệu, dợc phẩm.

Một ứng dụng khác của axit béo mà hiện nay đang đợc nghiên cú pháttriển là làm nguyên liệu sản xuất chất hoạt động bề mặt, đặc biệt là các chấtnhũ hoá để pha vào bitum tạo nhũ tơng bitum dùng trong công nghệ làm đờng

Với những đặc tính u việt của mình, nhũ tơng bitum đang đợc coi là vậtliệu làm đờng mới đảm bảo về độ bền, độ ổn định, độ an toàn cũng nh hiệuquả về kinh tế

Ban đầu thờng sử dụng nhũ tơng anion nhng sau đó chúng dần đợc thaythế bằng nhũ tơng cation

Nhũ tơng bitum đợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực nh duy tu, bảo dỡng,sửa chữa, rải nhựa, láng mặt, làm lớp dính bám và lớp bảo dỡng, thấm nhập vàtới thấm nhựa, gia cố và cấp phối đá nghiền hoặc sỏi cuộn trộn trong nhũ tơng

và chế tạo vữa nhựa hạt thô, trộn nguội, rải nguội

Sử dụng nhũ tơng bitum có nhiều u điểm nh có thể gia công ở trạng tháinguội do đó cải thiện đợc điều kiện làm việc cho công nhân Ngoài ra còn cóthể thi công ngay trong những lúc thời tiết không thuận lợi nh ma, gió, nhiệt

độ thấp, vật liệu ẩm Sử dụng nhũ tơng bitum sẽ tiết kiệm đợc tỉ lệ bitum từ15-30% so với phơng pháp trộn tại đờng

Mặt khác, trong nhũ tơng bitum có nớc nên khả năng lèn chặt mặt đờng

dễ hơn Hơn nữa, sử dụng nhũ tơng bitum còn góp phần bảo vệ môi trờng

Nh vậy, việc nghiên cứu chế tạo nhũ tơng bitum là rất cần thiết nhằm

đáp ứng nhu cầu hiện nay là hoàn thiện hệ thống đờng bộ để phù hợp với tìnhhình phát triển kinh tế, xã hội của đất nớc

Trong phạm vi nghiên cứu đã tiến hành khảo sát quá trình chế tạo chấtnhũ hoá từ dầu Hớng Dơng để chế tạo nhũ tơng bitumkhảo sát bớc đầu tiêncủa quá trình chế tạo nhũ tơng bitum là thuỷ phân dầu Hóng Dơng để thu axitLinoleic, đây là nguyên liệu để chế tạo chất nhũ hoá pha vào bitum tạo nhũ t -

ơng bitum

Phần I tổng quan

I Giới thiệu về cây Hớng Dơng và dầu Hớng Dơng:

Cây Hớng Dơng còn gọi là cây hoa mặt trời, thuộc họ cúc Hớng Dơng

là loại cây trồng một năm, cao từ 1,5-3m Hớng Dơng có nguồn gốc ở phíaTây Bắc và Trung Mỹ Hiện nay, đợc trồng nhiều nhất ở các nớc xứ lạnh củachâu Âu, châu á, châu Mỹ, đặc biệt là ở Liên Xô cũ (chiếm 90% sản lợng thếgiới) ở Liên Xô, Hớng Dơng có dầu đứng hàng đầu Hiện nay, các nớc thuộcLiên Xô cũ đã trồng đợc hơn 50 loại Hớng Dơng có hàm lợng dầu cao, sản l-ợng cao Loại Hớng Dơng tốt nhất cho năng suất 35-36 tấn hạt/ ha và cóhàm lợng dầu tới hơn 50% ở nớc ta, Hớng Dơng đã đợc trồng từ lâu ở cácvùng núi cao nh Cao Bằng, Lạng Sơn, Hoàng Liên Sơn, Lai Châu

Hạt Hớng Dơng chính là quả, gồm 3 phần: Vỏ hạt, vỏ lụa và nhân Hàmlợng vỏ hạt từ 19-26% so với khối lợng hạt, vỏ lụa là 1-4% còn lại là phầnnhân

Kích thớc trung bình của hạt Hớng Dơng là:

Chiều dài: 5-14 mm

Chiều rộng: 4-8mm

Chiều dày: 2-5mm.

Khối lợng: 1000 hạt khô từ 44-98 gam

Dung trọng: 340-440kg/m3 .Thành phần hoá học của hạt Hớng Dơng (tính theo % chất khô) :

ời Vỏ hạt Hớng Dơng đợc sử dụng làm nguyên liệu trong công nghiệp thuỷphân và làm nhiên liệu

Dầu Hớng Dơng là một trong các loại dầu thảo mộc có công thức chung

là triglixerit của glixerin và axit béo, ngoài ra còn chứa thêm một lợng rất ítcác chất không béo

Trong mỗi loại dầu, tỉ lệ axit béo thờng thay đổi nhng có một số đặc

tr-ng của loại dầu chứa nó Trotr-ng dầu Hớtr-ng Dơtr-ng, axit béo chủ yếu là:

Axit linoleic 46 – 62%, có công thức cấu tạo nh sau:

C5H11-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7COOH

Ngoài ra, cũng có các axit béo khác nh:

Axit oleic (C17H31COOH): 24-40%

Axit panmitic (C15H29COOH): 3,5-6,4%

Thành phần của dầu biến đổi tuỳ theo phơng pháp sản xuất, điều kiện

và thời gian bảo quản dầu trớc khi sử dụng Khi nghiên cứu dầu thảo mộc, tacần biết rõ các hằng số vật lí và hoá học của nó

Hằng số lí học chủ yếu là trọng lợng riêng, độ nhớt, nhiệt độ nóng chảy,nhiệt độ đóng băng, hệ số chiết quang

Hằng số hoá học chủ yếu là chỉ số axit, chỉ số iot, chỉ số xà phòng hoá,chỉ số axetyl

Các chỉ số hoá lí chủ yếu của dầu Hớng Dơng là:

Dầu Hớng Dơng bị hóa rắn dới 00C

Dầu của những thực vật khác nhau sẽ khác nhau về tỉ lệ giữa cáctriglixerit tạo thành dầu và cũng khác nhau về sự tổ hợp các axit béo trongphân tử triglixerit Chất béo thực vật có nhiều loại phụ thuộc vào gốc axit béokhác nhau trong phân tử triglixerit, phụ thuộc vào sự tổ hợp các triglixeritkhác nhau, vào axit tự do có mặt trong dầu, vào sự có mặt của của các axit

đồng phân, vào các triglixerit đồng phân (có nghĩa là sự tổ hợp các axit béotrong phân tử triglixerit)

 Một vài tính chất của dầu thực vật:

* Tất cả các loại dầu thực vật đều nhẹ hơn nớc và không tan trong nớc.Chúng có thể hoà tan vào ete, benzen, clorofome, xăng dầu và trong một vàidung môi khác

* Khi có tác dụng của kiềm, dầu bị xà phòng hoá tạo thành glixerin và muốicủa axit béo (xà phòng) Khi có tác dụng của axit và men hay là khi đun nóngdầu béo với ở áp suất cao và nhiệt độ cao, dầu bị thủy phân tạo glixerin và axitbéo tự do

* Khi đun nóng, dầu bị giãn nở nên trọng lợng riêng giảm xuống, cứ tăng

10C thì giảm 0,007gr/cm3 và tỉ nhiệt tăng từ 0,4 – 0,5 ở 200C lên đến 0,65 –0,75cal/gr phân tử ở 280 – 2900C Nhiệt độ bùng cháy của dầu là: 190 –

2350C

* Dầu dễ bị oxy hoá bởi oxy của không khí tạo thành aldehit và sản phẩmoxy hoá khác Quá trình oxy hoá lại là quá trình toả nhiệt nên dầu có khả năng

tự bốc cháy, vì vậy phải rất chú ý khi bảo quản dầu

 Những tính chất đặc trng của dầu Hớng Dơng.

Dầu hớng dơng tinh khiết là một chất lỏng sánh, màu vàng trong, nhẹhơn nớc có mùi đặc trng.

Điểm nóng chảy tơng đối thấp -130C (do trong cấu tạo của chứa axitkhông no mà nhiều nhất là axit linoleic)

Điểm sôi trên 1000C

Điểm bắt lửa là 3160C, tại 3410C dầu HớngDơng tự bốc cháy

Dầu Hớng Dơng chứa chủ yếu là triglyxerit của gtyxerin và các axit béokhông no mà phần lớn là axit béo Linoleic (trên 50%) Vì vậy chi xà phònghoá dầu Hớng Dơng bằng dung dìch kiềm KOH ta sẽ thu đợc chủ yếu là muốikiềm của axit béo Linoleic

Một thông số rất quan trọng của dầu Hớng Dơng liên quan đến phảnứng xà phòng hoá dầu là trị số xà phòng hoá, đợc tính bằng mg KOH/ 1g dầuHớng Dơng Khi biết đợc thông số này ta sẽ xác định đợc lợng dung dịchKOH tơng ứng cần dùng để xà phòng hoá một lợng dầu nhất định Vì vậy, tr-

ớc khi tiến hành xà phòng hoá dầu Hớng Dơng, ta phải xác định đợc trị số xàphòng hoá của mẫu dầu thí nghiệm

II Thuỷ phân dầu hớng dơng:

1 Tính chất chung của Triglyxerit có trong dầu.

Dầu Hớng dơng cũng nh các loại dầu và chất béo tồn tại trong tự nhiênchứa khoảng 97% triglyxerin Do vậy, thuỷ phân dầu Hớng Dơng cũng chính

là thuỷ phân triglixerit có trong dầu Triglixerit là este của 1 phân tử glixerinvới 3 phân tử axit béo một chức:

Glixerit còn đợc phân thành glixerit đơn giản và glixerit hỗn tạp:

Glixerit đơn giản là este của glixerin với 1 axit béo:

Glixerit hỗn tạp là este của glixerin với 2, 3 axit béo khác nhau

* Glixerit tan trong dàu mỡ và các dung môi hữu cơ

* Điểm sôi của glixerit thấp hơn rợu và axit có cùng phân tử lợng

CH

2OCOR CHOCOR’

CH

2OCOR

CH

2OCOR CHOCOR’

2OCOR

+3RCOONa+3NaOH

* Glixerit một số ở dạng lỏng nhớt, một số khác ở dạng rắn

Thực tế, những triglyxerit của các chất béo tồn tại trong tự nhiên chứa ítnhất hai nhóm axit béo khác nhau Nhng tính chất hoá học, vật lý và sinh họccủa triglyxerin đợc quyết định bởi tính chất của của các nhóm axit béo (nohay không no), cấu tạo của các nhóm axit cũng nh sự phân bố của chúng trongphân tử triglyxerit

Tỷ lệ các triglyxerit khác nhau trong một chất béo tồn tại trong tự nhiênkhông tuân theo sự phân bố nhất định nào Đối với dầu thực vật nh dầu HớngDơng, những axit béo không no liên kết chọn lọc ở vị trí 2, trong khi đó ở mỡ

động vật chúng xuất hiện chủ yếu ở vị trí 1 và vị trí 3

 Hoá tính của glixerit:

 Tác dụng với kiềm:

Dung dịch kiềm cũng rất dễ dàng phân huỷ các liên kết este của dầu đểtạo thành xà phòng:

2.Cơ chế phản ứng thuỷ phân dầu khi có xúc tác bazơ xảy ra nh sau:

CH

2OCORCHOCOR

CH

2OCOR

CH

2OHCHOHCH

2OH

+3RCOOR+3H

2O

CH2O

-CHOCOR

HO O

-(+)C-R

CH2OCHOCOR+

O R-C-O- + H++

-2-O-C-RCHOCOR

CH2OCOR

Muối kim loại kiềm của dầu béo tan tốt trong nớc, tạo nhiều bọt và cókhả năng thấm ớt, nhng muối của kim loại nặng và kiềm thổ không tan trongnớc Xà phòng tạo thành ở trạng thái rắn hay lỏng đều phụ thuộc vào trạngthái ban đầu rắn hay lỏng của các axit béo

Muối kim loại kiềm của dầu béo tan tốt trong nớc, tạo nhiều bọt và cókhả năng thấm ớt, nhng muối của kim loại nặng và kiềm thổ không tan trongnớc Xà phòng tạo thành ở trạng thái rắn hay lỏng đều phụ thuộc vào trạngthái ban đầu rắn hay lỏng của các axit béo

3 Động học quá trình xà phòng hoá dầu Hớng Dơng bằng dung dịch kiềm KOH :

Quá trình xà phòng hoá dầu Hớng Dơng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhnhiệt độ, lợng các chất tham gia phản ứng, tốc độ khuấy trộn, thời gian phảnứng Việc khảo sát các yếu tố trên để tìm các thông số tối u cho quá trình sẽlàm tăng hiệu suất xà phòng hoá:

 ảnh hởng của lợng các chất tham gia đến quá trình xà phòng hoá:

Các chất tham gia phản ứng gồm dầu Hớng Dơng và dung dịch kiềm(KOH) Dựa vào chỉ số xà phòng hoá của dầu Hớng Dơng, ta biết đợc lợngdung dịch KOH cần dùng Nồng độ dung dịch kiêm sử dụng thờng cao

Lợng dầu càng tăng thì sản phẩm thu đợc càng nhiều, đồng thời lợngdung dịch kiềm cũng phải tăng

Lợng dung dịch KOH phải đủ để phản ứng xà phòng hoá xảy ra hoàntoàn, thờng sử dụng d KOH, nhng nếu dùng quá nhiều dung dịch KOH thì sẽlãng phí axit để trung hoà sau này, đồng thời ảnh hởng tới độ tinh khiết củasản phẩm tạo thành

 ảnh hởng của nhiệt độ đến quá trình xà phòng hoá :

CH

2OHCHOCORCH

2OCOR

O R-C-O-+

Phản ứng xà phòng hoá là phản ứng xảy ra sự phá vỡ liên kết este củaphân tử triglyxerit Vì vậy, cần phải cung cấp năng lợng nhiệt đủ lớn cho cácphân tử triglyxerit Nếu lợng nhiệt cung cấp quá thấp thì không đủ năng lợng

để phá vỡ liên kết este của các phân tử triglixerit, dẫn đến hiệu suất xà phònghoá giảm và lợng xà phòng thu đợc thấp Nếu nhiệt độ cung cấp quá cao thì dễxảy ra các phản ứng phụ làm giảm hiệu suất cũng nh chất lợng quá trình xàphòng hoá Mặt khác còn gây lãng phí nhiệt và điện

Bên cạnh đó, việc gia nhiệt cho quá trình xà phòng hoá dầu Hớng Dơngcũng cần phải lu ý Tốc độ gia nhiệt phải từ từ để các phân tử dầu đợc đunnóng đồng đều, tránh hiện tợng đốt nóng cục bộ (do hệ số truyền nhiệt củadầu thấp)

 ảnh hởng của tốc độ khuấy :

Do dầu Hớng Dơng và dung dịch kiềm KOH là hai chất lỏng không tanlẫn nên trong quá trình phản ứng ta phải khuấy trộn liên tục để các phân tửdầu tiếp xúc tốt với các phân tử kiềm, dẫn đến phản ứng xảy ra nhanh và hoàntoàn, làm hiệu suất quá trình xà phòng hoá tăng

Mặt khác, việc khuấy trộn liên tục sẽ truyền nhiệt đều cho các phân tử

chất tham gia phản ứng nhằm cung cấp đủ năng lợng cho phản ứng xảy.

 ảnh hởng của thời gian phản ứng :

Mỗi một phản ứng hoá học đều xảy ra trong một khoảng thời gian nhất

định Thời gian để xà phòng hoá dầu Hớng Dơng phụ thuộc vào khối lợngchất tham gia phản ứng, nhiệt độ Lợng chất tham gia phản ứng nhiều thì thờigian phản ứng lâu, còn nhiệt độ cung cấp cho phản ứng cao thì thời gian phảnứng thờng giảm

Nếu thời gian phản ứng ngắn thì lợng xà phòng thu đợc thấp, hiệu suấtquá trình xà phòng nhỏ Còn thời gian phản ứng kéo dài thì hiệu suất quá trình

xà phòng hoá cũng không tăng mà còn gây lãng phí nhiệt

Phản ứng xà phòng hoá dầu Hớng Dơng không cần dùng xúc tác vìdung dịch kiềm vừa đóng vai trò là chất tham gia phản ứng vừa có tác dụngxúc tác cho phản ứng Mặt khác, sản phẩm của phản ứng xà phòng hoá làmuối của axit béo, là loại hợp chất không tác dụng đợc với rợu tạo este

III Sản phẩm của quá trình thuỷ phân.

1 Giới thiệu chung về axit béo.

Những axit béo hình thành nên triglyxerit của dầu và mỡ tồn tại trong tựnhiên chủ yếu là các axit monocacboxylic béo với chiều dài mạch từ C4 đến

C24.

Cấu tạo của những axit béo có trong dầu hầu hết dầu thực vật tơng đối

đơn giản, chúng gồm chủ yếu là các axit béo không no, mạch thẳng và có sốnguyên tử cacbon chẵn nh axit palmitic, axit oleic, axit linoleic Các chất béokhông no khác nhau về số nối đôi và vị trí các nối đôi trong cấu hình (ví dụ:các đồng phân cis-trans) Thông thờng các axit béo đợc biết bởi tên riêng nh:Butyric, lauric, palmitic, oleic, stearic, linoleic, linolenic…

Những chất béo có nguồn gốc từ động vật chứa nhiều axit béo no, mạchnhánh và có số nguyên tử Cacbon lẻ Chúng đợc hình thành bởi quá trình biến

đổi sinh hoá của các hydratcacbon và protein Hơn 80 axit béo khác nhau đã

đợc tìm thấy trong mỡ sữa và hơn 40 axit béo trong mỡ lợn Tuy nhiên hầu hếtcác axit béo này tồn tại ở dạng vết

ở nhiệt độ thờng, hầu hết các axit béo không no ở trạng thái lỏng, dotrong cấu tạo phân tử của axit béo không no có chứa nối đôi và các axit béo no

ở trạng thái rắn Cụ thể là các axit béo không no nóng chảy ở nhiệt độ thấphơn nhiều so với các axit béo no có cùng số nguyên tử cacbon Khả năng hoàtan vào trong nớc của axit béo giảm dần khi trọng lợng phân tử tăng lên, cáclọại axit béo có chứa từ 14 nguyên tử cacbon trở lên đều không tan trong nớc

Trọng lợng riêng của các axit béo đều bé hơn 1, thờng khi trọng lợngphân tử tăng lên thì trong lợng riêng giảm xuống và axit béo không no cótrọng lợng lớn hơn axit béo no tơng ứng (có cùng số nguyên tử cacbon)

Khi đun nóng axit béo thì thể tích giãn nở nên trọng lợng riêng giảmxuống, cứ tăng nhiệt độ lên 10C thì trọng lợng riêng giảm khoảng 0,0007g/cm3

Khi chng cất ở áp suất thờng, các axit có phân tử lớn từ C10 trở lên bịphân huỷ nên phải chng cất trong chân không bằng hơi nớc

Các yếu tố môi trờng, có ảnh hởng đến cấu tạo của axit béo trong dầuthực vật Cụ thể là lợng axit béo không no trong triglyxerit của dầu hạt lanh,dầu đậu nành và dầu Hớng Dơng nói chung tăng nên khi khí hậu lạnh và ẩm -

ớt

2 Tính chất hoá học của axit béo (hóa học dầu béo):

Tính chất hoá học của axit béo phụ thuộc vào sự có mặt của nhómCOOH, trọng lợng phân tử và mức độ không no của axit đó

 Đối với axit béo loại no:

Axit béo no tơng đối bền vững, khó bị oxy hoá và không tham giavàocác phản ứng kết hợp trực tiếp Chúng có khả năng kết hợp với kim loại và

dễ dàng hơn là với axit và hydroxyt của các kim loại đó tạo muối

Muối của kim loại kiềm với axit béo chính là xà phòng chúng ta thờngdùng Các muối này dễ tan trong nớc và rợu Còn muối của axit béo với kimloại đã hoá trị nh chì, mangan, coban thì hoà tan vào benzen, cacbuahydro dầu

mỏ, ete, este, loại này có khả năng làm khô dầu nên thờng dùng làm chất làmkhô Muối kiềm nóng chảy ở nhiệt độ cao hơn muối kim loại đa hoá trị Cácaxit béo no có thể tham gia vào phản ứng este hoá, nguyên tử H của nhómcacboxyl sẽ bị thay thế bằng gốc rợu

Đây là một phản ứng thuận nghịch, khi có d nớc, kiềm, axit và các chấtnhũ hoá thì phản ứng sẽ theo chiều nghịch este tạo thành bị phân giải Các loạieste này có thể dùng để làm chất hoá dẻo cho P.V.C

 Đối với axit béo loại không no:

Các axit béo không no có khả năng phản ứng mạnh hơn nhiều so vớicác axit béo no Khả năng phản ứng phụ thuộc vào số nối đôi và trọng lợngphân tử Các axit béo loại này đều có thể tham gia vào phản ứng kết hợp trựctiếp ở vị trí nối đôi với halozen, oxy…

 Tác dụng của halozen:

Halozen kết hợp dễ vào vị trí nối đôi Phản ứng kết hợp của Iiốt vào nối

đôi là phản ứng đặc trng để xác định chỉ số Iốt của các hợp chất không no

 Tác dụng của rôđan (SCN)2:

Rôđan tự do có thể tồn tại trong dung dịch và kết hợp vào vị trí nối đôi

2O

vị trí nối đôi, axit linolenoic có 3 nối đôi nhng chỉ kết hợp với hai phân tửrôdan

Nh vậy, xác định chỉ số Iốt và chỉ số rôđan có thể xác định đợc thànhphần của hỗn hợp axit béo

 Tác dụng của Hydro:

Hyđrô có khả năng kết hợp vào vị trí nối đôi nhng cần phải có nhiệt độcao và xúc tác là bột mịn Pt, Pd…

tử thấp có muối magie tan vào nớc Các axit béo no cao phân tử tan trongpetrolete

Nếu tiến hành oxy hoá axit cha no bằng KMnO4 trong môi trờng trungtính tạo ra các hydroxy xeton axit, trong môi trờng axit tạo ra các axit và

điaxit

Các chất oxy hoá khác nh HNO3, K2Cr2O7… đều có phản ứng với cácaxit béo cha no vào vị trí nối đôi Các axit béo không no cũng dễ dàng bị oxyhoá trong không khí tạo thành oxy axit

 Tác dụng với axit:

Axit béo không no tác dụng với H2SO4 tạo ra dẫn xuất sunfonic

-CH = CH - + H2SO4 CH CH

H OSO3H

H+ sẽ tiến công vào nối đôi nào có mật độ điện tử lớn nhất

(H+) càng lớn tốc độ phản ứng cộng càng nhanh

 Tác dụng của kiềm:

Khi đun nóng kiềm sẽ đồng phân hoá axit béo làm chuyển dịch nối đôi

3 Đặc điểm của axit linoleic

Axit Linoleic (dạng cis 9,12 octadecadienoic axit) còn gọi là axitlinolic Axit Linoleic màu vàng trong đậm, có khối lợng phân tử bằng 280,46

Nó có trong cấu tạo của triglyxerit của dầu thực vật, đặc biệt là dầu đợc ép từhạt của những cây trồng ở xứ lạnh nh dầu hạt lanh, dầu Hớng Dơng và đợc coi

nh chất căn bản trong dinh dỡng động vật

Axit linoleic sôi ở 2290C

Điểm nóng chảy là - 40C

Điểm bắt lửa cao hơn 1000C

Do trong cấu tạo phân tử có chứa nhóm cacboxyl -COOH và hai nối đôinên axit linoleic thể hiện đầy đủ các tính chất của một axit yếu và những tínhchất của mạch hydrocacbon không no

Axit linoleic là axit béo có giá trị cao, đợc ứng dụng nhiều nhất trong yhọc, thực phẩm, sơn, sản xuất các chất hoạt động bề mặt nh chất nhũ hoáCationic, đợc tạo thành khi cho axit Linoleic tác dụng với dietanolamin

III Chất hoạt động bề mặt

Chất hoạt động bề mặt là hợp chất hoá học, khi hoà tan vào một chấtlỏng, đặc biệt là nớc sẽ làm giảm sức căng bề mặt của chất lỏng ấy hoặc lực

căng ở mặt tiếp xúc của nó với một chất lỏng khác do u tiên hấp phụ vào chấtnày hay chất kia ở bề mặt tiếp xúc.

Phân tử chất hoạt động bề mặt gồm hai phần có hai ái lực trái ngợc nhau:

- Phần thứ nhất có một ái lực đợc tạo ra bởi nhóm có cực, làm cho phân

tử có những tính chất háo nớc (nhóm a nớc)

- Phần thứ hai có một ái lực đợc tạo ra bởi một nhóm không có cực, làmcho phân tử có những tính chất háo dầu (nhóm kị nớc) Nhóm này thờng làcác hydrocarbon mạch dài từ 14 đến 20 nguyên tử Carbon

Khi nồng độ chất hoạt động bề mặt rất thấp, phân tử của nó phân bố rảirác trong dung dịch Khi nồng độ chất hoạt động bề mặt tăng sẽ dẫn đến hiệntợng tạo các mixen bao gồm vài chục phân tử chất hoạt động bề mặt kết hợplại với nhau Trong mỗi mixen, nhóm kị nớc sẽ định hớng vào bên trong giọtbitum, còn nhóm a nớc sẽ định hớng ra bên ngoài

Một ứng dụng quan trọng của chất hoạt động bề mặt là sử dụng làmchất nhũ hoá Nhũ tơng là một hệ không ổn định về mặt nhiệt động Để nhũ t-

ơng ổn định hơn phải pha vào hệ một cấu tử thứ ba, mục đích làm giảm nănglợng bề mặt Cấu tử thứ ba này là chất nhũ hoá Chất nhũ hoá còn ngăn cản xuhớng keo tụ phá vỡ hệ nhũ tơng

Việc lựa chọn chất nhũ hoá có hàm lợng nhóm a nớc và nhóm kị nớcphù hợp sẽ có lợi cho việc hình thành nhũ tơng sau này

Chất hoạt động bề mặt đợc chia thành bốn loại chính dựa theo tính chất

điện tích:

- Chất hoạt động bề mặt mang điện tích âm (anionic)

- Chất hoạt động bề mặt mang điện tích dơng (cationic)

- Chất hoạt động bề mặt mang cả hai dấu điện (ampholyte)

- Chất hoạt động bề mặt không mang dấu điện (nonionque)

1 Chất hoạt động bề mặt Anion

Đây là những chất hoạt động bề mặt khi đợc hoà tan trong nớc sẽ cungcấp những ion mang điện tích âm và những ion này là nguyên nhân của hoạttính bề mặt Bao gồm:

- Các muối của những axit béo, gọi chung là xà phòng nh muối kiềmcủa axit béo, muối kim loại của axit béo, muối gốc hữu cơ của các axit béo

- Các muối sulfat của những axit béo: Đây là những chất hoạt động bềmặtđã đợc sử dụng từ lâu và đợc dùng rộng rãi để làm gốc chế tạo các loại n-

ớc gội đầu, các chất sáp tạo nhũ hoá, các chất tẩy rửa

- Các dẫn xuất sulfon: Các chất sulfonat của dầu hoả, các chấtlignosulfat, các chất alkylarylsulfonat

- Các chất hữu cơ photpho: Công thức của những chất này hiện nay cónhiều ứng dụng trong công nghiệp Các loại alkylphotphat là những chất đợcứng dụng nhiều nhất làm chất nhũ hoá, đặc biệt để chế tạo vi nhũ tơng.

Khi sử dụng chất hoạt động bề mặt anion, ta sẽ có nhũ tơng anion Công thức chung của các loại xà phòng anion là: RCOONa hoặcRCOOK Với R là mạch hydrocarbon đặc trng của axit béo và có tính háodầu Nhóm –COONa là phần có cực và háo nớc Khi hoà tan vào nớc, là dung môi phân cực thì các phân tử xà phòng trở nên mang điện, các ion Na+,

K+ là những ion mang dấu điện dơng, bị hấp thụ vào nớc, còn các ion RCOO –mang dấu điện âm thì bị hấp thụ vào các hạt nhựa nhỏ li ti

Chất nhũ hoá anion đợc tạo thành bằng phơng pháp xà phòng hoá cácaxit béo:

RCOOH + NaOH RCOONa + H2O

2 Chất hoạt động bề mặt Cation

Đây là những chất hoạt động bề mặt tự ion hoá khi pha trong nớc đểcung cấp những ion hữu cơ mang điện tích dơng và chịu trách nhiệm về hoạttính bề mặt

Tuy chất hoạt động bề mặt Cation đã đợc điều chế từ lâu nhng chỉ mớiphát triển mạnh từ sau chiến tranh thế giới thứ hai

Ngày nay, chúng đợc phát triển mạnh trong những lĩnh vực nh chống ănmòn, tác nhân tuyển quặng, dùng làm chất nhũ hoá và nhất là làm chất làmềm sợi vải

Lĩnh vực sử dụng của chúng đặc biệt là trên các vật liệu mang điện tích

âm Ngoài một gốc hydrocarbon, phần lớn các phân tử này chứa một nguyên

tử Nitơ mang điện tích dơng, có thể là những chất hữu cơ hoặc là mạch hởhoặc là những vòng phức tạp Sự khác biệt này thờng dùng làm một chỉ tiêuphân loại

Với những đặc tính nh dễ sử dụng trên nhiều bề mặt cốt liệu, khả năngtạo nhũ cao, bám dính tốt nên hiện nay, các chất nhũ hoá cation đợc tâp trungnghiên cứu và đợc ứng dụng rộng rãi

Các chất hoạt động thờng gặp là:

- Các muối alkylamin: Các chất này đợc dùng nhiều nhất để làm mềmsợi vải

- Các muối amoni bậc 4 alkyl: Các phân tử này có khẩ năng diệt khuẩnrất cao, vì vậy mà một số đợc sử dụng làm chất sát trùng

- Các muối amoni bậc 4 có cấu hình phức tạp: Trong nhóm này có thể

kể làm ví dụ nh các chất setylpyridin bromua và setylpyridin clorua

- Các dẫn xuất của hoá dầu.

- Các amin oxit: Các chất này đợc dùng chủ yếu làm mỹ phẩm

Chất hoạt động bề mặt Cation đợc tạo ra nh sau:

RNH2 + HCl RN+H3Cl –

3 Các chất hoạt động bề mặt mang cả hai dấu điện:

Các hợp chất này cũng tơng tự nh các oxyt, vừa có hiệu ứng kiềm vừa

có hiệu ứng axit Đây là những chất hoạt động bề mặt có hai hoặc nhiều nhómchức năng và tuỳ theo điều kiện của dung môi có thể ion hoá trong dung dịchnớc và tạo cho hợp chất này biểu hiện tính ion của mình tuỳ theo độ pH, là ionkhi ở điểm cân bằng điện

Ngoài những chất tổng hợp bằng phơng pháp hoá học, trong nhóm nàycòn có các axit của các axit amin hay các protein thực vật (nh chất lestin của

đậu tơng) hoặc động vật (nh casein trong sữa)

Khi đó tính anion trong môi trờng kiềm nh sau:

M+ có thể là Na+ hoặc K+

Còn tính chất cation trong môi trờng axit sẽ có dạng:

M’ – có thể là Cl -

-

Loại chất hoạt động này bao gồm:

- Các dẫn xuất từ benzen nh alkylbetan, alkylaminobetan có khả nănglàm ớt, gây bọt vầ tẩy rửa, ít độc hại và có khả năng tự huỷ, không gây ônhiễm môi trờng Các chất này chủ yếu dùng làm đồ mỹ phẩm

- Các dẫn xuất từ imidazolin: Những chất này có khả năng nhũ hoá rấtmạnh

COOM+R

NH

2

COOM+R

NH

2

- Các dẫn xuất của các axit amin: Các chất hoạt động bề mặt này đợcdùng để gây bọt và diệt khuẩn

4 Các chất hoạt động bề mặt không ion:

Các chất này có thể hoà tan đợc trong nớc là do thành phần cuả chúng

có những nhóm hoạt động rất háo nứơc, ở bất kì pH nào, chúng đều có thể tácdụng với các chất hoạt động bề mặt ion Có thể phân loại theo kiểu liên kếtgiữa các nhóm háo nớc và háo dầu:

- Liên kết kiểu este: este glycol, glycol, este poly glycol, estepolyetylenglycol, este đờng sorbitol, este của các axit béo, dùng chủ yếu làmdợc phẩm, mỹ phẩm và thực phẩm

-Liên kết kiểu ete: Thờng dùng để chế tạo nhũ tơng dùng cho côngnghiệp sơn và công nghiệp mỹ phẩm

- Liên kết kiểu amit: Dùng trong công nghiệp mỹ phẩm và bột giặt

- Các chất khác: Còn một số chất hoạt động bề mặt không ion nữa nhnhựa đa phân tử alkylen oxyt, mercaptan và polyoxyetylen

Phần II Thực nghiệm

I quá trình thuỷ phân dầu

Quá trình thuỷ phân dầu Hớng Dơng bằng kiềm gồm hai giai đoạn sau:-Giai đoạn 1: xà phòng hoá triglyxerit có trong dầu bằng dung dịch KOH 30% để tạo muối của axit béo (xà phòng ) và glyxerin:

- Giai đoạn 2: Axit hoá muối của axit béo vừa tạo thành bằng dung dịch

H2SO4 60% để thu đợc sản phẩm chính là axit béo linoleic

Khi kết thúc giai đoạn 1, sản phẩm thu đợc là xà phòng có màu vàngnhạt, bị vón cục (do trong quá trình phản ứng nớc bị bay hơi).

- Cho khoảng 50ml rợu etylic 960 , rồi cho tiếp khoảng 10ml axit H2SO460% vào hỗn hợp sản phẩm, khuấy đều rồi đổ sang một cốc có mỏ lớn Trongcốc có mỏ, ta để lắng một thời gian, sẽ có 3 lớp sản phẩm tạo thành:

Lớp trên cùng là axit béo chứa chủ yếu là axit Linoleic

Lớp thứ hai là glyxerin trong cồn

Lớp thứ ba là dung dịch muối sulfat của kali

- Dùng phễu chiết để chiết lấy lớp trên cùng có màu vàng trong, sau đórửa lại 3 lần bằng nớc cất ( mỗi lần 20ml)

- Cân khối lợng và thể tích sản phẩm vừa chiết đợc

đó làm lạnh , chuẩn độ bằng dung dịch HCl 0,5N với chỉ thị phenolphtaleincho đến khi mất màu hồng, thể tích HCl O,5 N tiêu hao trong phép chuẩn độnày là b ml

Cũng làm một thí nghiệm tơng tự nh trên nhng không cần mẫu phântích(gọi là mẫu đối chứng) Dùng HCl để chuẩn độ, thể tích HCl 0,5N dùngtrong phép chuẩn độ này là a ml

o =

m mgKOH/ gam

b: thể tích dung dịch HCl 0,5N chuẩn độ với mẫu phân tích, ml.m: khối lợng mẫu đem phân tích

T: Độ chuẩn của dung dịch KOH 0,5 N

2 Xác định chỉ số axit

+ Nguyên tắc : là dựa vào phản ứng trung hoà giữa axit béo và kiềm

trong môI trờng hỗn hợp gồm rợu etylic và ete etylic

+ Cách xác định:

Cân chính xác 3-5 g dầu cho vào bình nón, thêm khoảng 20 ml

C2H5OH cho vào để hoà tan mẫu, sau đó cho 2-3 giọt chất chỉ thịthymolphtalein rồi chuẩn bằng dung dịch KOH 0,1 N cho đến khi dung dịchxuất hiện màu hồng nhạt và không mất đi sau 30 giây

W: khối lợng mẫu tính bằng gam

3 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hởng đến phản ứng thuỷ phân

Sau đây, ta nghiên cứu một số yếu tố ảnh hởng đến quá trình thuỷ phân dầuHớng Dơng

3.1 ảnh hởng của nhiệt độ.

Nhiệt độ là một yếu tố ảnh hởng trực tiếp và quyết định đến quá trìnhthuỷ phân dầu, nếu nh nhiệt độ quá thấp thì quá trình phản ứng xảy ra sẽchậm, thậm chí không xảy ra và rõ ràng nh thế là hiệu suất của quá trình thuỷphân cũng thấp, còn nếu nh nhiệt độ quá cao thì trớc hết là tốn nhiệt, sau đó là

có thể xảy ra các phản ứng thứ cấp tạo ra những hợp chất phân tử thấp vì đâytoàn là những chất có cấu trúc mạch dài, cấu trúc tơng đối phức tạp dễ phânhuỷ và phản ứng thuỷ phân cũng khó khống chế nên cũng làm cho hiệu suấtcủa quá trình thuỷ phân thấp Để tìm đợc nhiệt độ tối u ta cố định các thông số

56,11 x V x N

A =

W