Ứng dụng của chất hoạt động bề mặt đến chất tẩy rửa | Lí thuyết Hoá đại cương | Trường Đại học khoa học Tự nhiên

ỨNG DỤNG CỦA CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT TỚI CHẤT TẨY RỬA
I. Chất hoạt động bề mặt 1. Khái niệm
- Chất hoạt động bề mặt là một chất làm ướt có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt giữa hai
chất lỏng hoặc giữa một chất lỏng và một chất rắn. Là chất mà phân tử của nó phân cực: một
đầu ưa nước và một đuôi kị nước.
2. Đặc điểm của chất hoạt động bề mặt
- Chất hoạt động bề mặt có cấu trúc phân tử gồm hai phần:
+ Đầu ưa nước (hydrophilic): thường là nhóm phân cực mạnh như Hydroxyl (-OH), COOH, -SO3H,...
+ Đuôi kị nước (hydrophobic): thường bao gồm một mạch hydrocacbon dài 8 – 21, ankyl
thuộc mạch ankan, ankle mạch thẳng hoặc có gắn vòng clo hay benzene thuộc vào nhóm không phân cực .
=> Nhờ cấu trúc này, các chất hoạt động bề mặt có thể bám vào cả hai bề mặt của hai chất
lỏng không hòa tan, làm giảm sức căng bề mặt giữa chúng
3. Cơ chế hoạt động của chất hoạt động bề mặt -
Chất hoạt động bề mặt có cấu tạo gồm phần kỵ nước và ưa nước. Đuôi kỵ nước
làhydrocarbon, fluorocarbon hoặc siloxane. Tại mặt phân cách, các chất hoạt động bề mặt tự
sắp xếp sao cho phần kỵ nước nằm trong không khí (hoặc dầu) và phần ưa nước nằm trong nước. -
Để đơn giản, chúng ta xem xét trường hợp giữa không khí-nước. Lực liên kết giữa các
phântử nước rất mạnh làm cho sức căng bề mặt của nước cao. Khi các chất hoạt động bề mặt
hấp thụ, chúng phá vỡ các tương tác này. Lực liên phân tử giữa chất hoạt động bề mặt và phân
tử nước thấp hơn nhiều so với giữa hai phân tử nước. Vì vậy, sức căng bề mặt sẽ giảm. Khi
nồng độ chất hoạt động bề mặt cao, chúng tạo thành mixen. -
Ví dụ xà phòng là chất hoạt động bề mặt quan trọng, chủ yếu thu được từ chất béo gọi
làglyceride với axit béo có axit cacboxylic chuỗi dài. Nếu không có chất hoạt động bề mặt,
việc giặt giũ sẽ khó khăn, làm sạch đồ gia dụng trong nhà bếp bởi các vết bẩn sẽ không được
làm sạch hoàn toàn do sức căng bề mặt cao. 4. Phân loại *
Chất hoạt động bề mặt được phân loại theo nhiều cách khác nhau, tùy thuộc vào tính
chất và ứng dụng của chúng : *
Phân loại theo chỉ số HLB
- Tính ưa nước và kỵ nước của chất hoạt động bề mặt được nhận biết thông qua chỉ số HLB
(hydrophilic lipophilic balance) mang giá trị từ 0 đến 40. Nếu chỉ số HLB càng cao thì hoạt
chất càng dễ hòa tan trong nước. Ngược lại, chỉ số HLB càng thấp thì hoạt chất càng dễ hòa
tan trong các dung môi không phân cực.
- Phân loại chất hoạt động bề mặt theo chỉ số HLB cụ thể như sau:
• HLB từ 1 – 3: Chất hoạt động bề mặt sở hữu tính phá bọt.
• HLB từ 4 – 9: Chất hoạt động bề mặt sẽ nhũ nước trong dầu.
• HLB từ 9 – 11: Chất hoạt động bề mặt là chất thấm ướt.
• HLB từ 11 – 15: Chất hoạt động bề mặt sẽ nhũ dầu trong nước.
• HLB trên 15: Chất hoạt động bề mặt là chất khuếch tán, chất phân tán.
* Theo tính chất điện của đầu phân cực:
- Chất hoạt động bề mặt ion: là những chất hoạt động bề mặt có đầu phân cực mang điện tích.
- Chất hoạt động bề mặt anion:có đầu phân cực mang điện âm. Ví dụ: xà phòng, alkylbenzene, sulfonate,...
• Ưu điểm của chất hoạt động bề mặt anion:
+ Khả năng làm tăng khả năng hòa tan của chất bẩn: có khả năng tạo racác phân tử có tính
chất chống nước và chống dầu, giúp hòa tan và loại bỏ các chất bẩn khó tan trong nước hoặc dầu.
+ Tạo bọt và tạo màng bề mặt: thường có khả năng tạo bọt và tạo màng bề mặt, giúp tăng
cường hoạt động rửa và làm sạch.
+ Tăng cường hiệu quả của các chất tẩy rửa: thường được sử dụng trongcác sản phẩm tẩy rửa,
giúp tăng cường khả năng làm sạch và loại bỏ cácvết bẩn và mỡ.
• Nhược điểm của chất hoạt động bề mặt anion:
+ Khả năng gây kích ứng: Một số người có thể bị kích ứng da hoặc dị ứng với anion, đặc biệt
là khi sử dụng trực tiếp lên da mà không được pha loãng.
+ Tác động môi trường: Một số loại anion có thể gây ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý đúng cách.
- Chất hoạt động bề mặt cation:có đầu phân cực mang điện dương. Ví dụ:
alkyltrimethylammonium chloride, benzalkonium chloride,...
- Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính: có đầu phân cực mang cả điện dương và điện âm. Ví dụ: Tween 20, Triton X-100,...
- Chất hoạt động bề mặt không ion: là những chất hoạt động bề mặt có đầu phân cực không
mang điện tích. Ví dụ: polyoxyethylene sorbitan monooleate (Tween 20), polyoxyethylene
lauryl ether (Triton X-100),... * Theo ứng dụng: •
Chất hoạt động bề mặt tẩy rửa: là những chất hoạt động bề mặt được sử dụng trong
các sản phẩm tẩy rửa như xà phòng, bột giặt, nước rửa chén,... Các chất hoạt động bề
mặt này có tác dụng làm sạch bằng cách hòa tan các chất bẩn, dầu mỡ và bụi bẩn trên bề mặt. •
Chất hoạt động bề mặt nhũ hóa: là những chất hoạt động bề mặt được sử dụng để tạo
nhũ tương, tức là tạo hỗn hợp đồng nhất giữa hai chất lỏng không hòa tan với nhau.
Các chất hoạt động bề mặt này có tác dụng bao bọc các giọt dầu nhỏ, ngăn chúng kết dính lại với nhau. •
Chất hoạt động bề mặt tạo bọt: là những chất hoạt động bề mặt được sử dụng để tạo
bọt. Các chất hoạt động bề mặt này có tác dụng tạo ra các bong bóng khí nhỏ, giúp
tăng hiệu quả làm sạch. •
Chất hoạt động bề mặt phân tán: là những chất hoạt động bề mặt được sử dụng để
phân tán các chất rắn không tan trong chất lỏng. Các chất hoạt động bề mặt này có tác
dụng bao bọc các hạt rắn nhỏ, ngăn chúng kết dính lại với nhau. •
Chất hoạt động bề mặt chống dính:là những chất hoạt động bề mặt được sử dụng để
chống dính trên các bề mặt. Các chất hoạt động bề mặt này có tác dụng tạo ra một lớp
màng mỏng trên bề mặt, ngăn các chất khác bám dính vào. 5. Ứng dụng
Chất hoạt hóa bề mặt ứng dụng rất nhiều trong đời sống hàng ngày. Ứng dụng phổ biến nhất
là bột giặt, sơn, nhuộm...
Ngoài ra những ứng dụng trong các lĩnh vực khác như •
Trong công nghiệp dệt nhuộm: Chất làm mềm cho vải sợi, chất trợ nhuộm •
Trong công nghiệp thực phẩm: Chất nhũ hóa cho bánh kẹo, bơ sữa và đồ hộp •
Trong công nghiệp mỹ phẩm: Chất tẩy rửa, nhũ hóa, chất tạo bọt •
Trong ngành in: Chất trợ ngấm và phân tán mực in •
Trong nông nghiệp: Chất để gia công thuốc bảo vệ thực vật, •
Trong xây dựng: Dùng để nhũ hóa nhựa đường, tăng cường độ đóng rắn của bê tông •
Trong dầu khí: Chất nhũ hóa dung dịch khoan •
Trong công nghiệp khoáng sản: Làm thuốc tuyển nổi, chất nhũ hóa, chất tạo bọt để làm giàu khoáng sản
II,Ứng dụng của chất hoạt động bề mặt trong chất tẩy rửa
1. Vai trò của CHTB trong chất tẩy rửa
Trong chất tẩy rửa, CHTB đóng vai trò quan trọng trong việc làm sạch, nhũ hóa, tạo bọt, phân tán và chống dính. •
Làm sạch: CHTB có khả năng hòa tan các chất bẩn, dầu mỡ và bụi bẩn trên bề mặt.
Khi tiếp xúc với chất tẩy rửa, các phân tử CHTB sẽ bao bọc các chất bẩn, giúp chúng
dễ dàng hòa tan trong nước và bị cuốn trôi. •
Nhũ hóa: CHTB có khả năng tạo nhũ tương, tức là tạo hỗn hợp đồng nhất giữa hai
chất lỏng không hòa tan với nhau. Điều này giúp cho các chất lỏng không hòa tan như
dầu, mỡ có thể được hòa tan trong nước và được cuốn trôi dễ dàng. •
Tạo bọt: CHTB có khả năng tạo bọt. Các bong bóng bọt giúp tăng hiệu quả làm sạch,
đồng thời giúp cho chất tẩy rửa được phân tán đều hơn trên bề mặt cần làm sạch. •
Phân tán: CHTB có khả năng phân tán các chất rắn không tan trong chất lỏng. Điều
này giúp cho các chất rắn không tan như cặn bẩn, đất cát có thể được cuốn trôi dễ dàng. •
Chống dính: CHTB có khả năng tạo ra một lớp màng mỏng trên bề mặt, ngăn các chất
khác bám dính vào. Điều này giúp cho bề mặt được bảo vệ khỏi các chất bẩn, dầu mỡ và bụi bẩn.
2. Các loại CHTB được sử dụng trong chất tẩy rửa
Có nhiều loại CHTB khác nhau được sử dụng trong chất tẩy rửa. Các loại CHTB thường
được sử dụng trong chất tẩy rửa bao gồm: •
Chất hoạt động bề mặt anion: có đầu phân cực mang điện âm. Ví dụ: xà phòng, alkylbenzene sulfonate,... •
Chất hoạt động bề mặt cation: có đầu phân cực mang điện dương. Ví dụ:
alkyltrimethylammonium chloride, benzalkonium chloride,... •
Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính:có đầu phân cực mang cả điện dương và điện âm.
Ví dụ: Tween 20, Triton X-100,... •
Chất hoạt động bề mặt không ion:có đầu phân cực không mang điện tích. Ví dụ:
polyoxyethylene sorbitan monooleate (Tween 20), polyoxyethylene lauryl ether (Triton X-100),... •
Loại CHTB nào được sử dụng trong chất tẩy rửa phụ thuộc vào tính chất của chất tẩy
rửa và loại chất bẩn cần làm sạch.
3. Ví dụ về ứng dụng của CHTB trong chất tẩy rửa •
Trong xà phòng: xà phòng là một loại chất tẩy rửa thông dụng, được sử dụng để làm
sạch cơ thể, quần áo và các vật dụng khác. Xà phòng là một loại chất hoạt động bề
mặt anion, có khả năng hòa tan các chất bẩn dầu mỡ trên bề mặt. •
Trong bột giặt: bột giặt là một loại chất tẩy rửa được sử dụng để giặt quần áo. Bột giặt
thường chứa các loại CHTB khác nhau, bao gồm cả chất hoạt động bề mặt anion,
cation và không ion. Các loại CHTB này có tác dụng làm sạch, nhũ hóa và tạo bọt,
giúp cho quần áo được giặt sạch sẽ và thơm tho. •
Trong nước rửa chén: nước rửa chén là một loại chất tẩy rửa được sử dụng để rửa
chén đĩa. Nước rửa chén thường chứa các loại CHTB anion và không ion. Các loại
CHTB này có tác dụng làm sạch, nhũ hóa và tạo bọt, giúp cho chén đĩa được rửa sạch
sẽ và không bị ố vàng.
Ngoài ra, CHTB còn được sử dụng trong nhiều loại chất tẩy rửa khác, như nước lau sàn, nước
tẩy rửa nhà bếp, nước tẩy bồn cầu,...