Xác định hàm lượng nước, H2SO4 trong chất hoạt động bề mặt ACID ANKYLBENZENSUNFONIC MẠCH THẲNG

chất hoạt động bề mặt là gì; phân loại chất hoạt động bề mặt; các tính chất cơ bản của chất hoạt động bề mặt; công thức cấu tạo của acid alkylbenzensunfonic (LAS); LAS là gì; quá trình phát triển của LAS; tính chất vật lý của LAS; tính chất hóa học của LAS; ứng dụng của LAS; nhược điểm của LAS; ưu điểm của LAS; TCVN 6535:1999; xác định hàm lượng nước bằng phương pháp karl Fisher; xác định hàm lượng H2SO4 trong chất hoạt động bề mặt acid ankyl benzensunfonic

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

-o0o -

TRONG CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT ACID

ANKYLBENZENSUNFONIC MẠCH THẲNG

(TCVN 6535:1999)

Tp Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2020

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Khái niệm- phân loại chất hoạt động bề mặt 1

1.2 Các tính chất cơ bản 1

1.2.1 Tính thẩm ướt: 1

1.2.2 Khả năng tạo bọt: 2

1.2.3 Khả năng hòa tan: 2

1.2.4 Khả năng hoạt động bề mặt: 2

1.2.5 Khả năng nhũ hóa : 2

1.2.6 Điểm Kraft – điểm đục: 2

1.2.7 HLB (tính ưa nước – tính ưa dầu – cân bằng) 2

1.3 Định nghĩa về acid ankylbenzenesulphonic 3

CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG NƯỚC, HÀM LƯỢNG H 2 SO 4 TRONG CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT ACID ANKYLBENZENSUNFONIC 6

2.1 Xác định hàm lượng nước bằng phương pháp Karl Fisher 6

2.1.1.Phạm vi áp dụng 6

2.1.2 Nguyên tắc 6

2.1.3 Hóa chất và thuốc thử 6

2.1.4 Thiết bị và dụng cụ 7

2.1.5 Quy trình xác định hàm lượng nước trong mẫu 8

2.1.6 Điều kiện xác định 10

2.1.7 Tính toán kết quả: 11

2.1.8 Đánh giá 11

2.2 Xác định hàm lượng H 2 SO 4 trong chất hoạt động bề mặt acid ankyl benzensunfonic 11

2.2.1 Nguyên tắc 11

2.2.2 Quy trình xác định 11

2.2.3 Điều kiện xác định 13

2.2.4 Hóa chất và thuốc thử 13

2.2.5 Thiết bị và dụng cụ 13

2.2.6 Tính toán 13

2.2.7 Đánh giá 14 TÀI LIỆU THAM KHẢO 15

DANH MỤC BẢNG Bảng 1 – Các chỉ tiêu ngoại quan 4 Bảng 2 – Các chỉ tiêu hóa, lý 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm- phân loại chất hoạt động bề mặt

Là các chất có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt của chất lỏng Phân tử chất hoạt động bề mặt gồm 2 phần:

+ Đầu kỵ nước (Hydrophop): phải đủ dài, mạch carbon từ 8 – 21, ankyl thuộc mạch ankal, anken mạch thẳng hay có gắn vòng cylo hoặc vòng benzene

+ Đầu ưa nước phải là một nhóm phân cực mạnh như cacboxyl ( COO-), Hydroxyl (-OH), amin (-NH2), sulfat (-OSO3)…

Phân loại

 Chất hoạt động bề mặt không sinh ion (NI)

Các chất tẩy rửa khi hòa tan vào trong nước không phân ly thành ion gọi là chất tẩy rửa không sinh ion Hiện nay để tổng hợp chúng, phương pháp được dùng phổ biến nhất là quá trình etoxy hóa từ rượu béo với oxyt etylen

 Chất hoạt động bề mặt anion

Chất hoạt động bề mặt mà khi hòa tan vào nước phân ly ra ion âm, có khả năng hoạt động bề mặt mạnh nhất so với các loại khác Có tác động tẩy rửa chính trong khi phối liệu, khả năng lấy dầu cao, tạo bọt to nhưng kém bền, bị thụ động hóa hay mất khả năng tẩy rửa trong nước cứng và các ion kim loại nặng (Fe3+, Cu2+ )

Chất hoạt động bề mặt anion thường có nguồn gốc từ thiên nhiên, dầu mỏ…

 Chất hoạt động bề mặt cation

Chất hoạt động bề mặt mà khi hòa tan vào nước phân ly ra ion dương Có khả năng làm bền bọt, tạo nhũ tốt, chủ yếu dùng làm mềm, xốp xơ sợi Chất hoạt động bề mặt cation có nhóm ưa nước là ion dương (thông thường là các dẫn xuất của muối amin bậc bốn của clo)

 Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính

Những chất hoạt động bề mặt mà tùy theo môi trường là axit hay bazo mà có hoạt tính cation với axit hay anion với bazo, hay nói cách khác là chất hoạt động bề mặt có các nhóm lưỡng cực vừa tích điện âm vừa tích điện dương (amin, este) Ở pH thấp

động bề mặt cationic và là anionic ở pH cao Chúng có đặc tính lấy dầu nhẹ, ổn định nên thường được dùng trong các sản phẩm chăm sóc cá nhân và làm sạch gia dụng Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính có khả năng phân hủy sinh học Lượng dùng khoảng 0,2% -1% trong các sản phẩm tẩy rửa

1.2 Các tính chất cơ bản

1.2.1 Tính thẩm ướt:

Tính thẩm ướt tạo điều kiện để vật cần giặt rửa, các vết bẩn tiếp xúc với nước một cách dễ dàng nên đóng vái trò rất quan trọng

Vải sợi có khả năng thắm ướt dễ dàng nhưng nước khó thắm sâu vào bên trong cấu trúc vì sức căng bề mặt rất lớn, nhất là khi vải sợi bị dây bẩn bằng dầu mỡ Vì thế, dùng xà phòng để làm giảm sức căng bề mặt của nước và vải sợi – nước

1.2.2 Khả năng tạo bọt:

Bọt được hình thành do sự phân tán khí trong môi trường lỏng Hiện tường này làm cho bề mặt dung dịch chất tẩy rửa tăng lên

Khả tăng tạo bọt và độ bền bọt phụ thuộc vào cấu tạo của chính chất đó, nồng

độ, nhiệt độ của dung dịch, độ pH và hàm lượng ion Ca2+, Mg2+ trong dung dịch chất tẩy rửa

1.2.3 Khả năng hòa tan:

Tính hòa tan phụ thuộc vào các yếu tố:

- Bản chất và vị trí của nhóm ưa nước Nhóm ưa nước ở đầu mạch dễ hòa tan hơn nhóm giữa mạch

- Chiều dài của mạch Hydrocacbon Nhóm kỵ nước mạch thẳng dễ hòa tan hơn mạch nhánh

- Nhiệt độ

- Bản chất của ion kim loại: với ion Na+, K+ dễ hòa tan hơn các ion Ca2+,

Mg2+…

1.2.4 Khả năng hoạt động bề mặt:

Nước có sức căng bề mặt lớn Khi hòa tan xà phòng vào nước, sức căng bề mặt của nước giảm Một lớp hấp thụ định hướng hình thành trên bề mặt nhóm ưa nước hướng vào nước, nhóm kỵ nước hướng ra ngoài Nhờ có lớp hấp thụ đó mà sức căng bề mặt của nước giảm vì bề mặt nước – không khí đc thay bằng kỵ nước – không khí (giữa các pha)

1.2.5 Khả năng nhũ hóa :

Nhũ tương là hệ phân tán không bền vững nên muốn thu được hệ bền vững thì phải cho thêm chất nhũ hóa

Xà phòng thường được dùng làm chất ổn định nhũ tương Tác dụng của chúng

là làm giảm sức căng bề mặt của hai hướng dầu – nước Sau đó, làm cho hệ nhũ tương dễ dàng ổn định

1.2.6 Đểm Kraft – điểm đục:

Khả năng hòa tan của các chất hoạt động bề mặt anion tăng lên theo nhiệt độ Khả năng hòa tan này tăng trưởng đột ngột khi tác nhân bề mặt hòa tan đủ để tạo thành Micell Điểm Kraft là điểm mà tại nhiệt độ đó các Micell có thể hòa tan được

Độ tan của các chất hoạt động bề mặt NI phụ thuộc vào liên kết hidro trong nước với chuỗi polyoxyetylen Năng lượng của liên kết hydro rất lớn khi tăng nhiệt

độ vì khi đó sự mất nước làm giảm độ tan Điểm đục là điểm tại nhiệt độ đó các chất hoạt động bề mặt NI không hòa tan được

1.2.7 HLB (tính ưa nước – tính ưa dầu – cân bằng)

HLB là một đơn vị đo lường lưỡng tính đối cực của phân tử

Gía trị của HLB

1 – 4 không phân tán trong nước

3 – 6 ít phân tán

8 – 10 phân tán đục nhưng ổn định

1.3 Định nghĩa về acid ankylbenzenesulphonic

a Công thức cấu tạo của acid alkylbenzensunfonic (LAS)

LAS hay LABSA (Linear Alkyl Benzene Sulphonic Acid) là hỗn hợp của Benzene Sulfonic Axit mạch thẳng có công thức phân tử R-C6H4-SO3H (R=C9-C16) chứa các dãy alkyl có tổng số nguyên tử carbon khác nhau (C9: nhỏ hơn 1%; C10: từ 8-16%; C11: 26-38%; C12: 26-38%; C13: 15-27%, dài hơn C13: ít hơn 2.5%) Trong đó có nhóm alkyl mạch thẳng (phần kỵ nước) và nhóm -SO3H (phần ưa nước) liên kết trực tiếp vào nhân thơm Benzene

Công thức chung là: (C11,6H24,2) C6H4SO3H hay RSO3H

Khối lượng phân tử M = 320.4 (tính theo C12)

b Qúa trình phát triển của LAS

LAS lần đầu tiên được thương mai hóa vào đầu thập niên 60 như một chất có khả năng phân hủy sinh học LAS có thể xem như một tác nhân tẩy rửa “ xanh “ đầu tiên, bởi vì nó là chất hoạt đầu tiên được giới thiệu là chất giải quyết vấn đề về môi trường Những nghiên cứu này đã tiếp tục được thực hiện suốt 40 năm qua và không ngừng cải thiện chất lượng, độ an toàn cũng như trong sự phát triển mới cả về sản xuất LAB ( nguyên liệu thô của LAS ) và sunfornat hóa

LAS là muối của các acid sulfonic thu được sau quá trình sulformat hóa các akylbenzen mạch thẳng ( LAB ) tương ứng Đây là những chất hoạt động bề mặt tổng hợp dạng ion âm (anion) thuộc nhóm sulfornat – nhóm quan trọng nhất trong số các chất hoạt động bề mặt tổng hợp quan trọng

LAS là một chất hoạt động bề mặt animonic được tổng hợp từ ankylbenzen mạch thẳng (LAB) Khoảng 99% sản lượng LAB được chuyển thành LAS qua quá trình sulphonat LAS thì hầu hết được sử dụng dành riêng trong thành phần chất tẩy rửa Và trong một vài quá trình đặt biệt thì LAS củng được sản xuất từ dẫn xuất khác

c Tính chất vật lý của LAS

- LAS dễ phân hủy sinh học trong điều kiện hiếu khí

- Khả năng hòa tan trong nước giảm khi chiều dài chuỗi alkyl tăng và tùy thuộc vào ion dương của muối

- Ở nhiệt độ phòng, LAS (C12) là chất rắn màu vàng nhạt

- LAS bền trong môi trường oxy hóa

- LAS có tính tương thích cao

- LAS là hợp chất cơ tính ổn định cao

d Tính chất hóa học của LAS

Là những acid mạnh nên có thể tác dụng với các cation hóa trị cao và ngay cả acid ở dạng tự do điều tan khá nhiều trong nước tạo dung dịch có cả tính chất đặc

trưng của dung dịch tẩy rửa Nó có thể dùng trong nước cứng và cả môi trường acid Khi LAS hòa tan trong nước phân ly ra H+

LAS tác dụng với oxit – bazo tạo muối và nước

2R – SO3H + Cu + H2SO4  (R-SO3)2Cu + SO2 + H2

LAS tác dụng với bazo tạo muối

R – SO3H + NaOH  R – SO3Na + H2O

LAS bị phân hủy theo nhiệt độ

LAS là chất tạo bọt được dùng nhiều trong sản xuất tẩy rửa, ngoài ra nó còn dùng để tẩy rửa, sát trùng chuồng trại

Ứng dụng:

Là một chất hoạt động bề mặt anion sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới, chủ yếu

sử dụng trong chất tẩy rửa giặt ủi và các sản phẩm làm sạch LAS là chất có khả năng loại bỏ các vết cặn, bẩn,

Trong các sản phẩm công nghiệp như nước rửa xe, lau sàn, thì LAS được sử dụng ở nồng độ cao

Trong các sản phẩm gia dụng như dầu gội đầu, kem đánh răng, bọt cạo râu, thì nồng độ LAS sử dụng thấp hơn

LAS còn là thành phần quan trọng trong công thức tạo bọt bong bóng

Nhược điểm:

LAS có thể xâm nhập vào da và cơ thể khó giải phóng nó ra ngoài

Sản phẩm dành cho tóc khi có LAS có thể gây rụng tóc vì LAS tấn công vào các nang tóc làm các nang này chết đi

LAS không trực tiếp gây ung thư, LAS phản ứng tốt với một số thành phần hóa học trong cùng sản phẩm tạo thành chất gây ung thư

Ưu điểm:

Khả năng lấy đi chất dầu cao (3-4%) đối với các dầu gội đặc biệt cho tóc có dầu

Không thủy phân trong kiềm (các sunfonic là các axit mạnh) giá thành thấp

Tiêu chuẩn kỹ thuật:

Chất hoạt động bề mặt LAS phải phù hợp với qui định trong bảng 1 và bảng 2 (TCVN 6535:1999)

Bảng 1 – Các chỉ tiêu ngoại quan

1 Trạng thái

2 Màu

Lỏng sệt, đồng nhất

Nâu sáng

Bảng 2 – Các chỉ tiêu hóa, lý

lượng

1 Hàm lượng LAS, tính bằng phần trăm khối lượng, không nhỏ hơn

2 Khối lượng phân tử trung bình, tính bằng gam

3 Hàm lượng H2SO4, tính bằng phần trăm khối lượng, không lớn

hơn

4 Hàm lượng nước, tính bằng phần trăm khối lượng, không lớn hơn

5 Hàm lượng dầu tự do, tính bằng phần trăm khối lượng, không lớn

hơn

6 Chỉ số axit, tính bằng mg KOH

7 Độ màu, tính theo độ Klett, không lớn hơn

95,5

322 – 324

1,5

1,0

2,0

185 – 188

70

CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG NƯỚC, HÀM LƯỢNG H 2 SO 4

TRONG CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT ACID

ANKYLBENZENSUNFONIC 2.1 Xác định hàm lượng nước bằng phương pháp Karl Fisher

2.1.1.Phạm vi áp dụng

Phương pháp này áp dụng để xác định hàm lượng nước không lớn hơn 1% trong chất hoạt động bề mặt LAS Hàm lượng nước bao gồm nước tự do, nước kết tinh, nước hấp thụ và nước ở trong sản phẩm

2.1.2 Nguyên tắc

Chuẩn độ bằng phương pháp Karl Fisher Dung dịch chuẩn độ là thuốc thử Karl

Fisher Thiết bị dùng để chuẩn độ: thiết bị Karl Fisher tự động hoặc bán tự động

Thuốc thử Karl Fisher có màu nâu, khi kết hợp với nước trong mẫu thử nó trở thành không màu Dung dịch thuốc thử này được chuẩn hóa trước bằng cách chuẩn độ với một khối lượng nước chính xác đã biết trước Hàm lượng nước được tính là % khối lượng từ lượng thuốc thử đã dùng

2.1.3 Hóa chất và thuốc thử

 Metanol, hàm lượng nước nhỏ hơn 0,005% (m/m)

 Thuốc thử Karl Fisher, tốt nhất mua sẵn trên thị trường hoặc điều chế

Chuẩn bị dung dịch thuốc thử Karl Fischer

Cho 670 ml metanol vào bình cầu dung tích 1 lít có nút bằng lie và khoảng 85 g iot Đậy nút bình và thỉnh thoảng lắc cho đến khi iot tan hoàn toàn Sau đó cho thêm

270 ml pyridin (trong 1 kg pyridin chứa ít hơn 500 mg nước) Đậy nút và lắc tròn

(Chú thích : Nút bằng lie có nhiệt kế và ống thủy tinh dẫn khí SO2 xuyên qua, đầu

dưới ống này cách đáy bình 10 mm và một ống mao quản nhỏ nối với ngoài bình.)

Khi phản ứng bắt đầu tỏa nhiệt, giữ bình này ở 0oC trong chậu đá

Đặt toàn bộ bình và chậu đá lên trên cân và cân chúng đến độ chính xác 1g, ghi giá trị này

Nối bình với một ống dẫn khí oxit sunfurơ, điều chỉnh dòng khí sao cho tất cả các khí được hấp thụ hết mà dung dịch không bị đẩy lên ống mao quản nhỏ Giữ dung dịch trong bình dưới 20oC, thỉnh thoảng cân Khóa bình dẫn khí SO2 khi trọng lượng trong bình tăng lên từ 60 g đến 70 g Đậy bình, lắc dung dịch và để yên ít nhất trong

24 giờ trước khi sử dụng

Dung dịch thuốc thử này có lượng nước tương đương khoảng 3,5 mg đến 4,5

mg H2O/ml thuốc thử

Nếu muốn có dung dịch hàm lượng nước nhỏ hơn thì pha loãng bằng metanol

Bảo quản dung dịch thuốc thử này trong bình tối và tránh hút ẩm từ ngoài vào

2.1.4 Thiết bị và dụng cụ

 Thiết bị Karl Fisher tự động hoặc bán tự động

 Bình chuẩn độ có điện cực bạch kim kép hoặc bình thường, dung tích 100 ml

 Buret tự động hoặc bình thường, 25 ml có phân vạch 0,1 ml

 Bình làm khô có chứa silicagel hoạt tính, hoặc clorua canxi, dung tích 500 ml

 Bình chứa dung dịch chuẩn độ, dung tích 1 lít

 Thiết bị khuấy từ, tốc độ 150 – 300 vòng/phút

 Bơm tiêm microlit, dung tích 100 ml

 Bơm tiêm thủy tinh, dung tích 20 ml có đường kính từ 2 mm đến 4 mm có thể gắn thay đổi các kim khác nhau

Thiết bị chuẩn độ bằng thuốc thử Karl Fisher bằng phương pháp chuẩn độ hay chuẩn độ đo điện

2.1.5 Quy trình xác định hàm lượng nước trong mẫu

a Xác định hàm lượng nước tương đương trong dung dịch Karl Fisher

Phải xác định hàm lượng nước tương đương trong mỗi bình dung dịch thuốc thử Karl Fisher và phải kiểm tra lại trước khi sử dụng

CHUẨN ĐỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN (KHI THIẾT BỊ CÓ BỘ ĐIỆN CỰC BẠCH KIM GHÉP)

Đưa 20 ml metanol vào bình chuẩn độ của thiết bị Karl Fisher bằng bơm tiêm 20ml, bật máy khuấy từ rồi chuẩn độ với dung dịch thuốc thử Karl Fisher

Điều chỉnh các điện cực sao cho chúng được nhúng ngập dưới bề mặt 2 - 3 mm Chuẩn độ dung dịch bằng thuốc thử Karl Fisher cho đến khi đạt điểm tương đương, lúc

đó kim điện kế trên máy đo điện giữ không đổi trong 30 giây sau khi thêm thuốc thử Không ghi thể tích tiêu tốn lần chuẩn độ này

Đưa chính xác 40 ml nước cất từ bơm tiêm microlit tương đương 40 mg H2O (m mg) vào bình chuẩn độ của thiết bị Karl Fischer

CHUẨN ĐỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI MÀU TẠI ĐIỂM TƯƠNG ĐƯƠNG (KHI THIẾT BỊ KHÔNG CÓ BỘ ĐIỆN CỰC BẠCH KIM GHÉP)

Đưa 20 ml metanol vào bình chuẩn độ của thiết bị Karl Fisher bằng bơm tiêm 20ml, bật máy khuấy từ rồi chuẩn độ với dung dịch thuốc thử Karl Fisher

Chuẩn độ dung dịch bằng thuốc thử Karl Fisher cho đến khi đạt điểm tương đương, dung dịch không màu trở thành màu nâu Thể tích thuốc thử Karl Fisher tiêu tốn ở lần chuẩn độ này là V1 ml

Đưa chính xác 40 ml nước cất từ bơm tiêm microlit tương đương 40 mg H2O (m mg) vào bình chuẩn độ của thiết bị Karl Fischer

b Xác định hàm lượng nước trong mẫu

Chuẩn bị mẫu thử

Nếu mẫu có hàm lượng nước nhỏ hơn 1% (m/m) thì cân 5 g đến 10 g, nếu mẫu

có hàm lượng nước lớn hơn 1% (m/m) thì cân 1 g đến 5 g (chính xác đến 0,001 g) (phần mẫu để xác định có khoảng 10 mg đến 50 mg nước là tốt nhất)