surfactant chất hoạt động bề mặt

Các Surfactant là những chất hoạt động tại bề mặt pha và liên pha.Là chất có chứa phần hydrophilic và hydrophobic, khi cho vào nước hoặc dung môi có thể làm giảm sức căng bề mặt của hệ t

Surfactants :

Khái niệm và ứng

dụng

SURFACTANT = SURFace ACTive AgeNT

Các Surfactant là những chất hoạt động tại bề mặt pha và liên pha.

Là chất có chứa phần hydrophilic và hydrophobic, khi cho vào nước (hoặc dung môi) có thể làm giảm sức căng bề mặt của hệ thống cho

nhiều mục đích khác nhau như: thấm ướt, nhũ hoá, phân tán, tạo bọt, tạo tính nhờn.

Surfactant có khả năng xóa bỏ ranh giới

giữa hai pha.

i n t e r f a c e

gaseous liquid gaseous liquid

liquid liquid

solid solid

ỨNG DỤNG

• Chất tẩy rửa

• Chất nhũ hoá

• Tác nhân phân tán

• Chất làm mềm

Chống độ tĩnh điện

So sánh Tính chất vật lý của nước và

các chất khác

Bảng 1

  Trọng lượng phân tử Nhiệt độ sôi °C @ 760mm Hg

Sức căng bề mặt

( @20°C Dynes per cm)

Mối liên hệ giữa sức căng bề mặt

và nồng độ

NaLAS 0 0.003 0.008 0.0150 -

Ethanol (%) 0 9 18 40 100

Tính chất của các chất hoạt động bề mặt theo cấu trúc hoá học.

lipophilic hydrophilic

likes fat likes water

C H

H C H

H

C H

H

O Na C

O C

H

H C H

H C H

H C H

H C H

H

C H

H C H

H C H

Tính chất của các

surfactant

water air

water air

Ở nồng độ cao

water water

Lipophilic : quay vào trong Hydrophilic : quay ra ngoài

Micelle

(a) Dung dịch rất loãng (b) Dung dịch loãng

Small micelle

Water

Lớp màng đơn phân tử của

các phân tử surfactant hấp phụ

tới bề mặt của dung dịch

lỏng.

(d) Dung dịch tại điểm trên c.m.c.

(c) Dung dịch tại c.m.c.

Spherical micelle

Mối liên hệ giữa sự thay đổi của nồng độ và hoạt động của các surfactant : ý nghĩa của nồng độ tới hạn (c.m.c)

Ví dụ về sự khác biệt của các

micell có nồng độ cao.

Lý thuyết của sự giặt,

Fig 5 Removal of pigment soil

Hầu hết các chất bẩn gồm có hai thành phần:Chất lỏng nhờn: ví dụ như mồ hôi, mỡ do cơ thể tiết ra; và chất bẩn có màu sẫm giống như

đất

Các loại surfactant

C H

H

C H

H

C H

H

O NaC

O C

H

H

C H

H

C H

H

C H

H

C H

H

C H

H

C H

H

C H

Phân loại Surfactant

negative charge in the

anionic surfactant cationic surfactant

positive and negative

charge

in the hydrophilic group

+

no charge in the hydrophilic group

amphoteric surfactant nonionic surfactant

_ °

_+

Chất hoạt động bề mặt Anionic

• Soap

• Fatty alcohol sulfate

• Fatty alcohol ether sulfate

• Linear alkyl benzene sulfonate

•Chất hoạt động bề mặt Anionic được

sử dụng rộng rãi, chiếm khoảng 49%

trên tổng số các chế phẩm hoạt động bề mặt

• Chúng được dùng làm dầu gội đầu, nước rửa chén, bột giặt và các ứng dụng khác trong các ngành công

nghiệp

• Ngoài ra chất hoạt động bề mặt

Anionic còn được sử dụng chung với các CHĐBM nonionic để tạo độ ổn định cao hơn với vai trò của chất liên kết.

Xà phòng

Xà phòng là một loại CHĐBM, được tạo thành từ phản ứng xà phòng hóa dầu thực vật Xà phòng có một nhóm carboxylate ở đầu mạch, có khả năng tạo phức với ion canxi có trong nước cứng Điều này làm cho xà phòng kết lại, nổi lên trên bề mặt như một lớp váng Các xà phòng thường được gọi là

muối của các acid béo.Các xà phòng thông thường:

sodium oleate (Có nguồn gốc từ dầu Ô liu:

O

O Na+

-Xà phòng và chất tẩy rửa

• Xà phòng là một chất hoạt động bề mặt

(thường có nguồn gốc từ thiên nhiên)

• Xà phòng là những muối của axit béo bao gồm:

– Mạch cacbon dài đầu mạch (mạch đơn bất bão hoà, bão hoà hay mạch polimer bão hoà)

– Nhóm caboxylate ở cuối mạch

• Chất HĐBM nào không phải xà phòng là chất

tẩy rửa Xà phòng có khuynh hướng tạo màng bọt với ion kim loại (có trong nước cứng) và tủa

ở pH thấp, trong khi chất tẩy rửa sẽ không xảy

ra trường hợp này

Sodium oleate

-+ Na O O

•Proton hóa ion oleate thành axit

Oleic thực hiện ở pH < 4.5, thành

phân tử trung hoà, không tan

trong nước, không có tính chất

hoạt động bề mặt, và nó tạo

màng (kết tủa)

O

-O H +

+

OH O

“Sodium dodecyl sulfate

Đây là một trong những chất HĐBM

thông dụng nhất, nó còn được gọi

là Sodium Lauryl Sulfate, có nguồn

gốc từ dầu mỏ (dodecyl) hoặc thực

vật (lauryl), tuy nhiên chúng có

cùng công thức phân tử:

“sodium dodecyl sulfate“

+

Na

-S O

O

O O

Sodium laureth sulfate là một loại CHĐBM mới, được kết hợp giữa một CHĐBM nonionic và một nhóm anionic ở đầu

mạch Mục đích nhằm cải thiện hơn tính hoạt động của

CHĐBM trong nước cứng, và cũng giúp cho CHĐBM nonionic tăng được khoảng nhiệt độ hoà tan trong nước của nó.

Sodium laureth sulfate: là một loại CHĐBM mới kết hợp được tính chất của cả hai loại

nonionic và anionic.

SLES , Sodium laureth sulfate

-O O S O

O O ( )

Công thức thổng quát:

R-COO - Na + Sodium Soap

R-O-SO3 - Na+ Sodium Lauryl Sulfate (SLS)

C H

H

C H

H

C H

H

O NaC

O C

H

H

C H

H

C H

H

C H

H

C H

H

C H

H

C H

H

C H

Fatty alcohol sulfates (FAS)

general formula: R-O-SO3 - +-Na

H

H C H

H

C H

H

S

O C

H

H

C H

H C H

H C H

H C H

H

C H

H C H

H C H

H C

H

H

O O Na O

_ +

nước)

Sulfopon

Sodium Lauryl Sulfate, SLS

S O O

O O

Formulating with FAS

Độ dài mạch

Giảm khả năng hoà tan

counterion Na+ NH4+ TEA+

Tăng khả năng hoà tan

Fatty alcohol ether sulfates

lipophilic part hydrophilic part

R = dây carbon của alcohol béo

n = số nhóm oxit ethylene

Na = ion trung hoà

R - O - (EO) - SO Na

n

- +3

Sodium Lauryl Ether Sulfate 3EO Sodium Lauryl Ether Sulfate 2EO

Ammonium Lauryl Ether Sulfate 3EO

Tính chất của FES

Là CHĐBM anionic

Viscosity profile characteristic: % WAS >30 % is possible (not with FAS)

Số mol EO cho độ tương hợp với da hơn

Tính chất phụ thuộc nhóm counterions

Hiệu quả hơn FAS trong môi trường nước cứng

Hoà tan với nước theo tỷ lệ bất kỳ

Tính tạo bọt tốt

Phân giải sinh học nhanh

FAS versus FES

nước

Tính tương hợp với da

Tính ổn định điện

Ảnh hưởng của các nhóm counterion

Na+ NH4+ MEA+ TEA+ (Mg2+)

Cải thiện tính chất

- Khả năng tương hợp với da

- Tính ổn định điện tích

Khả năng tạo đặc với NaCl (10% WAS NaCl (10% WAS)

%NaCl >

Viscosity

X - SLES 2EO

O - SLES 3EO

So sánh khả năng tạo đặc của NaCl trên FES có nguồn gốc tự nhiên và tổng hợp

%NaCl

Viscosity

SLES 2EO, Nat

SLES 2EO, synth

CHÑBM Nonionic

• Fatty alcohol

• Fatty alcohol ethoxylated

• Nonyl phenol ethoxylated

• APG (Alkyl Polyglycoside)

• Amine Oxide

•Phân tử CHĐBM nonionic trung

hoà về điện, khác với CHĐBM

cationic và anionic

•Nhóm hydrophilic gắn với vài

chuỗi polime ngắn có khả năng hoà tan trong nước hơn với dạng tích điện.

•Theo cách cổ điển, CHĐBM

nonionic dùng chuỗi poli etylen oxit như nhóm ái nước Poli ethylene

oxide là một polimer tan được trong nước, loại sử dụng trong CHĐBM

nonionic dài từ 2 -100 đơn vị.

•Hai CHĐBM thông thường sử dụng chuỗi

poly(ethylene oxide) như là nhóm hydrophilic là alcoho

l ethoxylates và alkylphenol ethoxylates

Ví dụ: một alcohol ethoxylate và một alkylphenol ethoxylate Chuỗi poly(ethylene oxide) đóng vai trò là “đầu“ của CHĐBM, có khả năng hoà tan trong nước.

Alcohol ethoxylated

Alkyl phenol ethoxylated

“Dehydol” is Cognis’s Alcohol ethoxylated

Alkyl Polyglycosides (APG)

•“CHĐBM THẾ HỆ MỚI”

•Trong các phân tử này, nhóm hydrophilic là

đường – polysaccharide, ngoài ra chúng cũng có thể là disaccharides, trisaccharides, maltose và các loại đường khác

Plantacare, Glucopon is Cognis’s APG

O

HO

HO OH

OH O HO

Fatty alcohol ethoxylated, FAEO

Tác nhân thấm nước

Nhũ hoá o/w

Nhũ hoá w/o

R - O - (CH2CH2O)n - H

HLB to Function

HLB (Hydrophilic/ Lipophilic balance )

Giá trị HLB Chức năng

ướt

Ứng dụng

•Làm chất thấm ướt, tẩy rửa trong công nghiệp dệt

•Dùng trong các sản phẩm

chất cọ rửa gia dụng.

Cationic Surfactant

• Hợp chất amonium tứ cấp

• Muối amin béo

• Ứng dụng

• - Làm mềm vải sợi, dưỡng tóc

• - Tác nhân tẩy uế

• - Giảm độ tĩnh điện

Muối amin béo không ổn định ở

pH cao

Muối Ammonium bậc

4 ổn định ở khoảng

Hợp chất ammonium bậc 4

Lauryl trimethyl ammonium chloride

Cl

giảm độ tĩnh điện, thuốc sát

trùng cho chất tẩy uế và dùng làm nguyên liệu cho chất làm mềm vải.

Esterquats Cấu trúc hoá học

distearylethyl hydroxyethyl - monium methosulphate (INCI name)

CHĐBM Amphoteric

+

-Tính chất :

•- Lưỡng tính

•- Tương hợp da tốt

•- Thường được sử dụng như một đồng HĐBM

•- Êm dịu

Ứng dụng :

Nước rửa chén, gel tắm, dầu gội đầu,

CH 3

CH 3

O S O O O

-So sánh tính chất các loại CHĐBM

Đặc tính Anionic Non- ionic Cationi

Chống tĩnh

Tổng hợp CHĐBM Anionic

R-O-SO3H + NaOH R-O-SO3Na + H2O

R-O-H + HClSO3 R-O-SO3H + HCl

R-O-SO3H + NaOH R-O-SO3Na + H2O

2S + 3 O2 2 SO3

R-O-H + SO3 R-O-SO3H

R-O-SO3H + NaOH R-O-SO3Na + H2O

Phân loại các CHĐBM Anionic

•Muối của carboxylic acid (

•Muối của phosphoric ester -OPO3Na2

-O

PO2Na

Qui trình sx Fatty alcohol ether sulfates

•Quá trình Ethoxy hoá fatty

alcoholsR - OH + (CH

2CH2O)n R - O - (CH2CH2O)n - H

fatty alcohol ethylene oxide fatty alcohol ethoxylate (FAEO)

•Quá trình Sulfat hoá và trung hoà (PP khí

SO3)

R-O-(CH2CH2O)n-H + SO3 R-(CH2CH2O)n-OSO3H

R-(CH2CH2O)n-OSO3Na + H2O

Fatty alcohol ethoxylate sulfur trioxide acid ester

Fatty alcohol sulfate water

Neutralization e.g with NaOH

Qui trình sx Fatty alcohol

FAS-production with SO 3 gas method

Structure scheme of surfactant

ANIONIC SURFACTANTS

Anionic surfactant được sử dụng như một tác chất hoạt động trong các sản phẩm: dầu gội đầu, nước rửa chén bằng tay, hay các sản phẩm tẩy rửa

khác Các sản phẩm tẩy rửa anionic thông thường

do các nơi cung cấp như: Dynamo, Fab, UIC, Axe, và Kao Anionic surfactant có thể là nguyên nhân gây kích ứng da và một số bệnh ngoài da đối với những người có da quá nhạy cảm

Đôi khi do những rủi ro, nhầm lẫn nào đó mà ăn phải, thì sẽ gây đau bụng, buồn nôn, ói mửa, tiêu chảy, tuy nhiên độc tính của nó cũng thuộc loại nhẹ

Safety Information

NON-IONIC SURFACTANTS

Non-ionic surfactants thường được dùng chung với

anionic surfact như những tác chất hoạt động trong các sản phẩm như: dầu gội đầu, nước rửa chén bằng tay, hay các sản phẩm tẩy rửa khác

Non-ionic surfactant cũng có thể là nguyên nhân

gây kích ứng da và một số bệnh ngoài da đối với những người có da quá nhạy cảm

Cũng giống như anionic, nếu lỡ nuốt phải thì sẽ

gây đau bụng, buồn nôn, ói mửa, tiêu chảy, tuy

nhiên độc tính của nó cũng thuộc loại nhẹ

CATIONIC SURFACTANTS

CHĐBM cationic là những chất kháng khuẩn hiệu

quả Chúng được dùng trong các sản phẩm vệ sinh chất khử trùng, tẩy uế,

CHĐBM cationic là những chất độc, chúng có thể làm cho miệng và cổ họng bị bỏng rộp nếu lỡ

nuốt phải Ngoài ra còn có các triệu chứng khác khi bị nhiễm độc như: ói mửa, tiêu chảy, chết da hay biến chứng phổi Vào mắt, chúng sẽ phá hoại lớp màng sừng

Texapon NSO Sodium Laureth Sulfate 37.0% detergency

(and) Glycol Distearate

Shampoo Formulation

Shampoo Preparation sheet

Sample: Conditioning shampoo

Quantity: 500 g

Product Flows

(+Glycerine)

Fatty Acid Methyl Ester

Fatty Alcohol

Fatty Alcohol Ethoxylates

Fatty Alcohol

Sulfate

Fatty Alcohol Ether Sulfate