https://app.box.com/s/e036jmyuekg9mgr8x2yyizftyncp34gm

1. H Ó A H Ọ C C H Ấ T H O Ạ T
Đ Ộ N G B Ề M Ặ T
Ths Nguyễn Thanh Tú
eBook Collection
HÓA HỌC CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT,
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XÀ PHÒNG VÀ
CHẤT TẨY RỬA BỘ MÔN KỸ THUẬT HÓA
HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
WORD VERSION | 2023 EDITION
ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL
TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM
Hỗ trợ trực tuyến
Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon
Mobi/Zalo 0905779594
Tài liệu chuẩn tham khảo
Phát triển kênh bởi
Ths Nguyễn Thanh Tú
Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật :
Nguyen Thanh Tu Group
vectorstock.com/28062440

2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
BỘ MÔN KỸ THUẬT HÓA HỌC
http://www.tlu.edu.vn
Bài giảng
HÓA HỌC CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
HÀ NỘI – 2018

3. Mục lục
Chương 1 (3 tiết)..................................................................................................................................4
TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT...........................................................................4
1.1. Lịch sử chất hoạt động bề mặt .....................................................................4
1.1.1. Giới thiệu .......................................................................................................................4
1.1.2. Lịch sử............................................................................................................................4
1.2. Định nghĩa về các chất hoạt động bề mặt.........................................................5
1.3. Phân loại các chất hoạt động bề mặt theo sử dụng .........................................7
1.3.1. Chất hoạt động bề mặt tan trong nước...............................................................................7
1.3.2. Chất hoạt động bề mặt hòa tan dầu nước...........................................................................7
1.3.3. Chất hoạt động bề mặt tan trong dầu .................................................................................7
1.4. Ứng dụng của các chất hoạt động bề mặt trong sản xuất và đời sống ..........8
1.4.1. Công nghiệp hóa chất:........................................................................................................8
1.4.2. Khai thác và chế biến dầu mỏ ...........................................................................................8
1.4.3. Công nghiệp nhẹ như dệt, da, thực phẩm, nhuộm .............................................................9
1.4.4. Công nghiệp luyện thép và chế tạo máy ............................................................................9
1.4.5. Công nghiệp và kĩ thuật xây dựng .....................................................................................9
1.4.6. Nông nghiệp.......................................................................................................................9
1.4.7. Công nghiệp thực phẩm .....................................................................................................9
1.4.8. Công nghiệp dược phẩm ..................................................................................................10
1.4.9. Sinh học............................................................................................................................10
Chương 2 (9 tiết)................................................................................................................................12
PHÂN LOẠI VÀ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT...........................................12
2.1. Phân loại các chất hoạt động bề mặt ..............................................................12
2.1.1. Chất hoạt động bề mặt anionic.........................................................................................12
2.1.2. Chất hoạt động bề mặt cationic........................................................................................16
2.1.3. Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính....................................................................................17
2.1.4. Chất hoạt động bề mặt không ion ....................................................................................19
2.1.5. Chất hoạt đông bề mặt ampholit (giới thiệu để đọc tài liệu)............................................20
2.1.6. Chất hoạt động bề mặt đa điện tích (giới thiệu để sv tự đọc) ..........................................23
2.1.7. Chất hoạt động bề mặt polime (giới thiệu) ......................................................................27
2.2. Một số tính chất của các chất hoạt động bề mặt............................................28
2.2.1. Sức căng bề mặt ...............................................................................................................28
2.2.2. Cấu tạo chất hoạt động bề mặt trên ranh giới lỏng – khí .................................................36
2.2.3. Sự hình thành micelle ......................................................................................................36
2.2.4. Nồng độ micelle tới hạn...................................................................................................38
2.2.5. Điểm Kraft .......................................................................................................................39
2.2.6. Điểm đục..........................................................................................................................40
2.2.7. Cân bằng hydrophin-lipophin (HLB)...............................................................................40
2.2.8. Đặc tính bề mặt lỏng – rắn và quan hệ bề mặt trong hệ ba pha .......................................43
Chương 3 (6 tiết)................................................................................................................................45
KHẢ NĂNG TẠO NHŨ TƯƠNG, TẠO BỌT CỦA CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT ...................45
3.1. Khả năng tạo nhũ tương ..................................................................................45
3.1.1. Phân loại nhũ tương .........................................................................................................45
3.1.2. Hiện tượng nhũ hóa..........................................................................................................46
3.1.3. Chất nhũ hóa ....................................................................................................................46
3.1.4. Độ bền vững và tập hợp của nhũ tương...........................................................................48

4. 3.1.5. Các biện pháp làm bền nhũ..............................................................................................49
3.1.6. Điều chế và phá vỡ hệ nhũ tương (sự đảo nhũ) ...............................................................51
3.1.7. Một số chất hoạt động bề mặt được dùng làm chất nhũ hóa O/W...................................52
3.2. Khả năng tạo bọt...............................................................................................54
3.2.1. Độ bền vững tập hợp của bọt ...........................................................................................54
3.2.2. Các nguyên nhân làm bền bọt..........................................................................................55
3.2.3. Các tác nhân làm tăng bọt................................................................................................55
3.2.4. Các tác nhân chống bọt ....................................................................................................56
3.2.5. Điều chế và phá vỡ bọt.....................................................................................................57
Chương 4 (3 tiết)................................................................................................................................59
KHẢ NĂNG TẨY RỬA CỦA CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT......................................................59
6.1. Cơ chế tẩy rửa...................................................................................................59
6.1.1. Tẩy các vết bẩn có chất béo .............................................................................................59
6.1.2. Tẩy các vết bẩn dạng hạt..................................................................................................62
6.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tẩy rửa:................................................64
6.2.1. Ảnh hưởng của pH.......................................................................................................64
6.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ...............................................................................................65
6.2.3. Ảnh hưởng của chất điện ly .............................................................................................65
6.3. Đánh giá khả năng tẩy rửa ..............................................................................65
6.4. Chất hoạt động bề mặt và các chỉ tiêu khác...................................................66
6.4.1. Khả năng tạo huyền phù...................................................................................................66
6.4.2. Khả năng thấm ướt...........................................................................................................66
6.4.3. Chỉ số canxi chấp nhận ....................................................................................................66
Chương 5 (8 tiết)................................................................................................................................67
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MỘT SỐ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT...........................................67
5.1 Công nghệ sản xuất chất HĐBM anionic ........................................................67
5.1.1. Công nghệ sản xuất muối axit béo (xà phòng).................................................................67
5.1.2. Công nghệ sản xuất chất HĐBM sulfate..........................................................................77
5.1.3. Công nghệ sản xuất chất HĐBM sulfonate......................................................................82
5.1.4. Ứng dụng..........................................................................................................................86
5.2 Công nghệ sản xuất chất HĐBM cationic .......................................................87
5.2.1. Từ các axit béo mạch dài .................................................................................................87
5.2.2. Từ các dẫn xuất halogenua...............................................................................................88
5.2.3. Từ các rượu mạch dài (ancol béo) ...................................................................................88
5.2.4. Từ ankanolamide (este-quat) ...........................................................................................88
5.2.5. Chuyển hóa amin thành muối amoni bậc 4......................................................................89
5.2.6. Ứng dụng..........................................................................................................................89
5.3 Công nghệ sản xuất chất HĐBM non-ionic.....................................................90
5.3.1. CN sản xuất chất HĐBM non-ionic từ ankyl phenol.......................................................90
5.3.2. CN sản xuất chất HĐBM non-ionic từ rượu béo mạch dài..............................................91
5.3.3. Ứng dụng..........................................................................................................................91

5. Chương 1 (3 tiết)
TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
1.1. Lịch sử chất hoạt động bề mặt
1.1.1. Giới thiệu
1.1.2. Lịch sử
Công nghệ hóa học được coi là một trong những ngành khoa học có lịch sử lâu đời nhất
trong lịch sử nhân loại. Từ ngàn xưa nó đã được chú trọng phát triển vì có những ứng dụng
thiết thực trong cuộc sống. Cùng với thời gian, hóa học ngày càng có những bước tiến vượt
bậc trở thành một ngành quan trọng, có ảnh hưởng tới sự phát triển của các nghành khác. Một
trong những ứng dụng phổ biến của ngành hóa là việc sử dụng các chất hoạt động bề mặt để
sản xuất các chất tẩy rửa trong đời sống sinh hoạt hằng ngày, hay sử dụng chúng làm các chất
xúc tác trong các phản ứng công nghiệp nhằm nâng cao hiệu suất sản xuất của các quá trình
công nghiệp.
Khoảng 2800 B.C người Babylon cổ đại đã phát minh ra xà phòng (đây là chất hoạt động
bề mặt đầu tiên được sử dụng trong việc tẩy rửa).
Hình 1.1 Lọ đựng xà phòng của người Babylon cổ
Sau đó người ta nhận thấy rằng một vài dịch ép thực vật, như saponin glycosit từ bồ kết
hoặc bồ hòn có thể hỗ trợ quá trình giặt rửa. Từ đó công nghệ sản xuất xà phòng được phát
triển nhờ áp dụng quá trình xà phòng hóa (thủy phân trong môi trường kiềm) đối với dầu mỡ
động và thực vật.
Hình 1.2 Bồ kết và bồ hòn

6. Do xà phòng có nhiều hạn chế khi sử dụng nên chất hoạt động bề mặt tổng hợp bắt đầu
xuất hiện vào cuối thế kỉ XIX với tên gọi turkey red oil (TRO) –sulfate hóa dầu thầu dầu đỏ,
có vai trò quan trọng trong quá trình nhuộm vải.
Hình 1.3 Turkey red oil (TRO)
Trong thế chiến thứ nhất, do sự thiếu hụt về dầu mỡ tự nhiên, người Đức đã tổng hợp ra
chất hoạt động bề mặt hoàn toàn từ nguyên liệu công nghiệp: alkyl naphthalene sulfonates (từ
propyl hoặc buthyl ancohol với naphthalene), có khả năng thấm ướt nổi bật, được sử dụng
rộng rãi cho đến ngày nay.
Đến đầu những năm 1930, các alkyl aryl sulfonates mạch dài xuất hiện ở Mỹ. Đến khi kết
thúc chiến tranh thế giới thứ 2, các alkyl aryl sulfonates chiếm dần thị phần của ancohol
sulfonates và được ứng dụng như chất tẩy rửa chính trong nhiều sản phẩm.
Cùng lúc đó tại Anh, alkylbenzene sulfonate (ABS) được tổng hợp từ phân đoạn của dầu
mỏ. Với ưu điểm là giảm chi phí sản xuất và tăng khả năng sử dụng mà ABS nhanh chóng
chiếm thị phần của chất tẩy rửa, chiếm hơn 1 nửa lượng chất hoạt động bề mặt được sử dụng
trên thế giới trong giai đoạn 1950-1965.
a. b. c.
Hình 1.4 Butyl naphthalene sulfonates (a); ABS (b) và LAS (c)
Đến đầu những năm 1960, người ta nhận thấy các chất hoạt động bề mặt ABS có chứa các
mạch alkyl dài, phân nhánh rất khó bị phân hủy sinh học tự nhiên (xuất hiện bọt ở các sông
hồ và nước thải sinh hoạt). Do đó, nhóm các chất hoạt động bề mặt linear alkylbenzene
sulfonate (LABSA hay LAS) dễ phân hủy hơn đã dần thay thế vị trí của ABS trong công
nghiệp chất tẩy rửa.
Ngày nay, các chất hoạt động bề mặt ngoài việc được nghiên cứu để sử dụng làm chất tẩy
rửa thân thiện với môi trường còn được sử dụng vào các mục đích khác trng y học, sinh học,
công nghiệp khai khoáng…
1.2. Định nghĩa về các chất hoạt động bề mặt
Chất hoạt động bề mặt (HĐBM) là là những chất có khả năng làm thay đổi tương tác pha
và năng lượng ở mặt ranh giới tiếp giáp lỏng – khí, lỏng – rắn hoặc dầu – nước … Các chất

7. này có khả năng hấp phụ lên lớp bề mặt (độ hấp phụ Г > 0), có độ tan tương đối nhỏ và sức
căng bề mặt σ bé hơn dung môi.
Các chất hoạt động bề mặt trong nước đa số là các chất hữu cơ: axit béo, muối của axit
béo, ester, rượu, alkyl sulfate…
Phân tử chất hoạt động bề mặt thường được cấu tạo bởi hai phần:
 Phần phân cực (hidrophin hay lipophob): là các nhóm chức có cực: -COOH, -
CONH2, -C6H4SO3
-
, - SO3
2-
.... các nhóm này liên kết mạnh với các dung môi có cực
như (H2O...) gọi là đầu ưa cực (với dung môi là nước được gọi là đầu ưa nước (ái
nước, háo nước)).
 Phần không phân cực (lipophin hay hidrophob): đó là các gốc hydrocacbon. Các
gốc này liên kết tốt với dung môi không cực nên được gọi là đuôi kị nước (ghét
nước, ái dầu, háo dầu hay ưa dầu)).
Chất hoạt động bề mặt gồm hai nhóm ưa nước và ưa dầu kết hợp với nhau trong phân tử
nên được gọi là chất hoạt động bề mặt lưỡng chức.
Người ta thường ký hiệu các chất hoạt động bề mặt theo một trong ba kiểu sau:
Đuôi kỵ nước
(không cực)
Đầu ưa nước
(có cực)
Ngoài ra người ta có thể đánh dấu thêm bằng các ký hiệu:
Chất hoạt động bề mặt anion
Chất hoạt động bề mặt cation
Chất hoạt động bề mặt lưỡng ion
Chất hoạt động bề mặt không ion
Chất không phải là chất HĐBM, chúng có xu hướng rời khỏi bề mặt dung dịch để tan vào
trong dung dịch (độ hấp phụ Г < 0), có độ tan cao và sức căng bề mặt σ lớn hơn dung môi.
Sức căng bề mặt

8. Nồng độ
Hình 1.3 Sự phụ thuộc của sức căng bề mặt theo nồng độ (điều kiện đẳng nhiệt)
1: Chất hoạt động bề mặt 2: Chất không hoạt động bề mặt
3: Chất không ảnh hưởng đến sức căng bề mặt
Chất không ảnh hưởng đến sức căng bề mặt là những chất phân bố đều đặn trên cả lớp bề
mặt và trong dung dịch, do đó không ảnh hưởng nhiều đến sức căng bề mặt của dung môi
Ví dụ: đường saccharose hòa tan vào trong nước không làm thay đổi sức căng bề mặt trên
giới hạn lỏng – khí
1.3. Phân loại các chất hoạt động bề mặt theo sử dụng
Trên cơ sở tính chất của các chất HĐBM và các hệ thống nhũ người ta phân chia chúng
thành một số loại sau đây:
1.3.1. Chất hoạt động bề mặt tan trong nước
Các chất HĐBM này gồm 2 phần: phần hiđrocacbon (lipophin hay hidrophob) và phần
chứa các nhóm phân cực như –COONa, –SO3Na, –OH … (hidrophin hay lipophob) có tác
dụng làm cho chúng dễ tan trong nước. Chúng được sử dụng ở dạng dung dịch nước làm các
chất giặt rửa, chất tuyển nổi, chất phá nhũ, chất ức chế ăn mòn, chất thấm ướt…
Tính chất đặc trưng của các chất HĐBM tan trong nước là tác dụng của nó ở trên bề mặt
phân cách nước - không khí nghĩa là làm giảm sức căng bề mặt của chất điện ly ở giới hạn
tiếp giáp không khí.
Về mặt cấu tạo, các chất HĐBM tan trong nước được chia thành các chất HĐBM cationic,
anionic và không ionic.
1.3.2. Chất hoạt động bề mặt hòa tan dầu nước
Phần hiđrophin làm cho nó tan trong nước còn gốc hiđrocacbon dài tạo cho nó tan trong
dầu. Chất HĐBM tan dầu nước được sử dụng làm các chất phá nhũ, tạo nhũ và chất ức chế
ăn mòn kim loại.
1.3.3. Chất hoạt động bề mặt tan trong dầu
Phần lipophin là các gốc hiđrocacbon mạch nhánh hay hiđrocacbon vòng thơm tạo cho nó
dễ tan trong dầu. Chất HĐBM tan trong dầu được sử dụng để thêm vào dầu, mỡ làm chất ức
chế ăn mòn, biến tính bề mặt chất rắn, tạo nhũ… Chất HĐBM tan trong dầu, không hòa tan
và không phân ly trong dung dịch nước.

9. Các chất HĐBM tan trong dầu, trong môi trường hiđrocacbon ít phân cực cũng như các
chất HĐBM tan trong nước trong môi trường nước phân cực đều tạo nên các mixen gây nên
giới hạn tướng mixen-môi trường.
Hình 1.5 Chất HĐBM tan trong nước và chất HĐBM tan trong dầu
Ngoài ra, dựa trên hiện tượng hình thành keo tụ của dung dịch người ta cũng phân chia các
chất HĐBM thành hai nhóm là chất HĐBM keo tụ và chất HĐBM không keo tụ:
 Chất HĐBM keo tụ (hay tạo mixen) là những chất trong dung dịch sau khi đạt nồng
độ bão hòa không tạo ra kết tủa hay không phân lớp mà tạo ra các mixen có kích thước
vài nanomet đến vài micronmet.
 Chất HĐBM không keo tụ (hay hòa tan phân tử) tạo ra một dung dịch trong.
Chất HĐBM keo tụ được ứng dụng làm bền vững hóa hệ phân tán và các chất giặt rửa.
Chất HĐBM không keo tụ được dùng làm chất phân tán và chất tạo bọt. Tuy nhiên trong một
số trường hợp cả hai chất này đều có tác dụng như nhau, ví dụ chất HĐBM không keo tụ được
dùng làm chất đồng nhũ hóa hay chất bền vững hóa bọt kém bền, còn chất HĐBM keo tụ lại
được dùng làm chất tạo màng.
1.4. Ứng dụng của các chất hoạt động bề mặt trong sản xuất và đời sống
Các chất HĐBM có ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất công, nông nghiệp, xây dựng.
1.4.1. Công nghiệp hóa chất:
Trong công nghiệp hoá chất, các chất hoạt động bề mặt được dùng làm:
Chất tạo màng: giảm độ dính của cao su, hỗ trợ quá trình nhuộm màu, kị nước hóa của giấy
(không thấm nước).
Chất phân tán: tăng chất lượng của quá trình hòa trộn của cao su, phân tán chất màu, nghiền
xi măng…
Chất thấm ướt: quá trình sản xuất nhựa
Chất bền nhũ: polime hóa thể nhũ, chế tạo cao su mủ, tạo hạt sản phẩm
Chất tạo bọt: chế tạo chất dẻo xốp, sự tạo bọt trong các quá trình sản xuất khác nhau như
công nghiệp sản xuất chất giặt rửa, sản xuất và pha chế các thuốc bảo vệ thực vật.
Chất tuyển nổi: tuyển nổi các muối và quặng
1.4.2. Khai thác và chế biến dầu mỏ
Chất ức chế ăn mòn: phá nhũ dầu thô
SO3Na
C20
SO3Na
C20
C8
SO3Na
C5 OH
C8

10. Chất giặt rửa: chất tạo bọt và nhũ hóa
Dịch khoan, thêm chất nhũ hóa vào dung dịch khoantạo ra nhũ tương
Làm sạch và bảo vệ các phương tiện chứa đựng và vận chuyển dầu mỡ
Bền vững hóa các chất chống oxi hóa
Phá nhũ dầu thô- làm sạch dầu thô.
1.4.3. Công nghiệp nhẹ như dệt, da, thực phẩm, nhuộm
Chất chống thấm ướt: Xử lý bề mặt sợi và sản phẩm khác
Chất thấm ướt: công nghiệp da, sợi và chất màu
Chất nhũ hóa: bôi mỡ dầu các da, da có lông, sợi
Chất giặt rửa
1.4.4. Công nghiệp luyện thép và chế tạo máy
Màng mỏng: chất phủ bề mặt điện hóa, chất giúp cháy khi hàn thép
Chất thấm ướt
Chất ức chế ăn mòn
Chất nhũ hóa
Chất tuyển nổi và chất tẩy rửa
1.4.5. Công nghiệp và kĩ thuật xây dựng
Chất tạo màng và chất kị nước: chất phụ gia xi măng
Chất phân tán: trộn tốt hơn các thành phần
Điều hòa sự phát triển của các tinh thể trong quá trình sản xuất xi măng
Chất tạo bọt: chế tạo bê tông bọt, thạch cao mịn, bọt chữa cháy
Chất nhũ hóa: nhũ bitum, nhũ chữa cháy
Chất phụ gia cho quá trình nghiền xi măng và đông cứng xi măng
1.4.6. Nông nghiệp
Chất phun mù: chế tạo thuốc bảo vệ thực vật (trừ sâu, trừ cỏ ..) dạng sương mù phun bằng
máy bay…
Chất tạo màng và chất kị nước: chất chống mất phân bón trong đất
Chất nhũ hóa: chế tạo các dung dịch thuốc bảo vệ thực vật dạng nhũ phun tay, phun máy…
1.4.7. Công nghiệp thực phẩm
Chất tạo màng ngăn cản sự hóa cứng của bánh mì

11. Chất điều hòa sự phát triển của tinh thể trong quá trình chế biến đông lạnh
Chất nhũ hóa trong quá trình sản xuất magarin (bơ thực vật), sữa nhân tạo, mayone và các
sản phẩm khác
Chất bám dính bề mặt kim loại khi sơn phủ các lớp bảo vệ hộp đựng thực phẩm
1.4.8. Công nghiệp dược phẩm
Chất thấm ướt làm cho thuốc phân tán lan truyền tốt hơn trong cơ thể
Chất nhũ hóa trong quá trình sản xuất crem bôi mặt, crem dưỡng da, các dạng thuốc phun
sát trùng
Chất bền nhũ chế tạo thuốc dạng sirô
Chất khử bọt, công nghiệp tổng hợp vi sinh
Chất giặt tẩy
Chất chống vi trùng, vi khuẩn
1.4.9. Sinh học
Chế tạo màng sinh học
Chất bền vừng tạo nhũ thiên nhiên (sữa, mủ cao su)
Bảng 1.1 Một số ứng dụng tiêu biểu của chất hoạt động bề mặt
T
TT
Lĩnh vực sử dụng Chức năng
1 Sản phẩm chăm sóc cá nhân (Personal
care product)
Sản phẩm tẩy rửa gia đình và công nghiệp
(Household & Industrial Laudry &
Cleaning product)
Tẩy rửa, thấm ướt, kiểm soát bọt, nhũ hóa và
chống tĩnh điện
2 Hoá chất nông nghiệp (Agrochemicals) Nhũ hóa, thấm ướt, performance enhancement
3 Phụ gia thực phẩm
Chế biến thực phẩm
Nhũ hóa và bền hóa (ổn định)
Tẩy rửa, thấm ướt, kiểm soát bọt
4 Dầu mỏ Nhũ hóa/phá nhũ, tẩy, thu hồi dầu trầm tích

12. 5 Sơn và latex
Polymer
Nhũ hóa, ổn định và phân tán pigment
Chất trợ gia công/sản xuất, chất chống tĩnh điện
6 Dệt Tẩy giặt, thấm ướt và đều màu, trợ phân tán.
7 Kỹ thuật (cơ khí)
Gia công sợi (Fibre Processing)
Tẩy rửa, nhũ hóa và bôi trơn.
Bôi trơn và chống tĩnh điện
8 Dược phẩm
Công nghệ sinh học

13. Chương 2 (9 tiết)
PHÂN LOẠI VÀ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
2.1. Phân loại các chất hoạt động bề mặt
Các chất hoạt động bề mặt (HĐBM) trong phân tử của chúng có chứa những nhóm ưa nước
(hidrophin) và nhóm kị nước (hidrophob) do đó được coi là phân tử lưỡng tính.
Dựa trên cấu tạo hóa học người ta phân chia các chất HĐBM thành 4 loại:
 Chất HĐBM anionic, kí hiệu
 Chất HĐBM cationic, kí hiệu
 Chất HĐBM không ionic, kí hiệu
 Chất HĐBM lưỡng tính.
 Chất HĐBM ampholit (amphotere) chứa điện tích âm hay điện tích dương phụ thuộc
pH môi trường, kí hiệu
 Chất HĐBM đa điện tích.
 Chất HĐBM polime.
2.1.1. Chất hoạt động bề mặt anionic
Chất HĐBM anioic là loại chất HĐBM phổ biến và được sử dụng từ lâu, gồm các loại sau:
2.1.1.1. Các cacboxylat (xà phòng)
Xà phòng là tên dùng cho các chất hóa học hay hỗn hợp các chất tạo thành khi axit béo tác
dụng với chất kiềm. Hay xà phòng là muối natri, kali của axit béo (RCOOX).
Xà phòng chủ yếu thu được từ phản ứng xà phòng hóa dầu mỡ của động thực vật.
Nguyên tắc chính là thủy phân liên kết ester của glyceride, đưa về dạng axit tự do và trung
hòa các axit béo đó để được xà phòng.
RCOOH + NaOH  RCOONa + H2O
2.1.1.2. Các sulfate
Người ta dùng thuật ngữ “chất hoạt động bề mặt sulfate” để chỉ nhóm các chất hoạt động
bề mặt có chứa nhóm sulfate –OSO3
-
trong phần ái nước. Trong đó:
 Nhóm sulfate này có thể liên kết trực tiếp với phần kị nước hoặc liên kết gián tiếp
qua các liên kết trung gian như amide, ester, ether …

14.  Nhóm sulfate có thể là nhóm phân cực duy nhất trong phần ái nước hoặc là nhóm
phân cực chính trong phần ái nước có nhiều nhóm phân cực.
a. b.
Hình 2.1 Chất hoạt động bề mặt sodium lauryl sulfate (a) (b)
Alkyl sulfate là chất hoạt động bề mặt tiêu biểu cho họ sulfate này. Các tính chất hoạt động
bề mặt của alkyl sulfate phụ thuộc vào cấu tạo và chiều dài của gốc alkyl cũng như vị trí của
nhóm sulfate trong mạch. Các kết quả thực nghiệm cho thấy:
 Khả năng tẩy rửa của 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. Khả tẩy rửa của alkyl sulfate bậc I tốt
hơn bậcII.
 Trong các alkyl sulfate bậc II, tính hoạt động bề mặt giảm khi nhóm sulfate di
chuyển vào giữa mạch. Ví dụ như pentadecyl sulfate: C15H31OSO2ONa bậc 2, khi
nhóm sulfate di chuyển từ C2 vào C6 thì khả năng tẩy rửa của chúng chỉ còn một
nửa.
 Tính hoạt động bề mặt của alkyl sulfate giảm khi gốc alkyl phân nhánh, mặt khác
sự phân nhánh của gốc alkyl sẽ làm giảm khả năng phân hủy sinh học của alkyl
sulfate.
2.1.1.3. Các sulfonate
Người ta dùng thuật ngữ chất hoạt động bề mặt sulfonate để chỉ các chất hoạt động bề mặt
có chứa nhóm sulfonate (-SO3
-
) trong phần ái nước. Trong đó:
 Nhóm sulfonate có thể là nhóm phân chức duy nhất trong phần ái nước hoặc là
nhóm phân chức chính trong phần ái nước chứa nhiều nhóm phân cực.
 Nhóm sulfonat có thể liên kết trực tiếp với phần kị nước hoặc liên kết gián tiếp qua
các liên kết trung gian như liên kết amide, ester…
 Quá trình sulfo hóa thu được các axit sulfonic hay dẫn xuất của nó có nguyên tử lưu
huỳnh liên kết trực tiếp với nguyên tử carbon.

15. Chất hoạt động bề mặt alkyl arene sulfonate:
 Các chất hoạt động bề mặt alkyl arene sulfonate phổ biến nhất là alkyl benzene
sulfonate (ABS) có phần kị nước là gốc alkyl nối vào vòng benzene, phần ái nước là
nhóm sulfonate – SO3
-
, gốc alkyl thường có C trên dưới 12. Chúng có một số tính chất
cơ bản sau:
 Sulfonate chứa gốc alkyl phân nhánh có khả năng tẩy rửa thấp hơn so với
sulfonate có gốc alkyl thẳng.
 Gốc alkyl càng phân nhánh thì alkyl benzene sulfate tương ứng càng dễ tan
trong nước, khi chiều dài gốc alkyl tăng, độ phân nhánh tăng thì khả năng hòa
tan trong nước giảm.
 Khi gốc alkyl thẳng, nhóm phenyl sulfate ở vị trí C1 thì khả năng tẩy rửa của
sulfonate đạt cực đại khi gốc alkyl dài khoảng C11- C14.
 Vị trí nhóm phenyl sulfonate cũng ảnh hưởng đến tính chất tẩy rửa. Alkyl
benzene sulfonate trong đó gốc alkyl là C12, thẳng, khả năng tẩy rửa tốt khi
nhóm phenyl sulfonate ở C1, C2, C3, khi nhóm này di chuyển vào giữa thì khả
năng tẩy rửa giảm.
 Khi mức độ phân nhánh của gốc alkyl tăng, khả năng phân hủy sinh học giảm,
cùng một số lượng C, alkyl benzene sulfonate mạch thẳng có khả năng phân
hủy sinh học gấp hàng chục lần so với các alkyl benzene sulfonate nhánh.
 Sản phẩm tiêu biểu cho loại này được sử dụng nhiều nhất là DBSA (dodecyl benzene
sulfonic axit), trong đó gốc alkyl là tetramer của propylene. Hiện nay DBSA bị cấm
sử dụng do khả năng phân hủy sinh học kém, được thay bằng LAS (Linear
Alkylbenzene Sulfonate).
Các chất hoạt động bề mặt sulfonate khác:
 Parafin sulfonate ( SAS: Secondary Alkyl Sulfonate)
 Sulfat rượu bậc một ( PAS: Primery Alcohol Sulfate)
CH2CH2)n
(O
R OSO3 Na
 Axít Olefin Sulfonic (AOS)
(m + n = 9 ÷ 15)
CH3 (CH2)m CH CH (CH2)n SO3
-
(CH2)n
C
H3 C
H
SO3
(CH2)m CH3
-

16.  Alkyl Ether Sulfate ( LES: Lauryl Ether Sulfate)
a. b.
c. d.
Hình 2.2 DBAS (a,c) và LAS (b,d)
2.1.1.4. Các sản phẩm ngưng tụ của axit béo
Isothinonat
R C
O
OCH2CH2SO3Na
Taurat
R C
O
N
CH3
CH2CH2SO3Na
Sacosinat
R C
O
N
CH3
CH2CH2COONa
Axit béo ngưng tụ
Ankylamit glutamic
Dẫn xuất axit photphoric (axyl hóa protein)
R O (CH2-CH2-O)n SO3
-
C CH2
CH3
C
CH3
CH3
CH3
CH2
C
CH3
CH3
C
H3
SO3
-
O
OH
OH
O
N C
O
H
R C
O
N
peptit COO Na
SO3
(CH2)n
-
C
H3

17. Axyl hóa sản phẩm thủy phân protein
Dẫn xuất anionic của alkylpoliglicosit
O
OR
RO
RO
OR
O
O
RO
RO
OR
O
n
R= H, CO CH
OH
CHCOONa
OH
, CO CH2 C
OH
COONa
CH2COONa CO CH2 CH
SO3Na
COONa
,
2.1.2. Chất hoạt động bề mặt cationic
2.1.2.1. Giới thiệu
Chất hoạt động bề mặt mà khi hòa tan vào nước phân ly ra ion hoạt động bề mặt dương
(chiếm phần lớn kích thước toàn bộ phân tử do chứa hidrocacbon mạch khá dài) và ion âm
không có tính hoạt động bề mặt.
Ví dụ:
𝐶𝐻3(𝐶𝐻2)14𝑁𝐻4
+
𝐶𝑙−
⇆ 𝐶𝐻3(𝐶𝐻2)14𝑁𝐻4
+
+ 𝐶𝑙−
Octadecyl amonium chloride
Ưu điểm:
 Các chất hoạt động bề mặt cation êm dịu với da, tẩy dầu ít, không dùng với mục
đích tạo bọt.
 Làm bền bọt, tạo nhũ tốt...
Nhược điểm:
 Có khả năng hoạt động bề mặt không cao.
 Chất hoạt động bề mặt cation được gọi là xà phòng đảo ngược, chúng không có khả
năng tẩy rửa cho xơ sợi như các chất hoạt động bề mặt anion mà bị hấp phụ mạnh
lên xơ sợi hoặc vải, len.
 Có khả năng phân giải sinh học kém.

18. Phân loại:
 Theo nguyên tố dị tố trong chất hoạt động bề mặt:
 Cation chứa nitơ:
 Các amin no.
 Các amin thơm
N
C16H33
Cl
N
N (CH2)2NHCOR
R
CH3
Cl
Cetylpyridiumchloride Caùcimidazain bậc 4
 Cation chứa lưu huỳnh:
C16H33 S CH3
C2H5
Br
 Theo bậc của amin:
 Amin mạch dài bậc 1.
 Amin mạch dài bậc 2.
 Amin mạch dài bậc 3
 Muối amoni bậc 4. Công thức tổng quát:
 Các hợp chất chứa 1 dây ankyl:
 Các hợp chất chứa 2 dây ankyl:
Cũng như các chất hoạt động bề mặt anion, ion không hoạt động bề mặt cũng có ảnh hưởng
đến tính chất của chất hoạt động bề mặt. Các ion khác nhau sẽ làm cho tính hoạt động bề
mặt cũng như độ tan khác nhau.
2.1.3. Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính
2.1.3.1. Giới thiệu
Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính là chất có chứa nhóm chức có tính acid đồng thời chứa
nhóm chức có tính bazơ.
Có khả năng hoạt động bề mặt không cao, ở pH thấp chúng là chất hoạt động bề mặt
cationic và là anionic ở pH cao. Có khả năng phân hủy sinh học. Lượng dùng khoảng 0,2% -
1% trong các sản phẩm tẩy rửa.
R1
N
+
R3
R2 R4
X
R-CH2
N
+
CH3
C
H3
CH3
Cl
R
N
+
CH3
R CH3
Cl

19. Phân loại:
 Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính axit cacboxylic, thường là các amino axit có gốc
ankyl mạch dài.
 Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính sulfate/sulfonate.
Trong nhóm các chất hoạt động bề mặt lưỡng tính, hiện nay các dẫn xuất từ betain được
sử dụng rộng rãi nhất. Chúng gồm các nhóm chính sau: Ankylamino propyl betain.
Hình 2.6 Cocoamino propyl betain (CAPB)
 Khi R là gốc lauryl thì có tính tẩy rửa rất tốt, khả năng tạo bọt mạnh, không là khô
da, dịu cho da... được sử dụng phối trộn trong: dầu gội, sữa tắm, nước rửa chén...
với tên gọi: cocoamino propyl betain (CAPB).
 Các chất hoạt đông bề mặt lưỡng tính betain thường dùng là:
 Alkyl amido propyl betain
 Sulfonate betain
 Alkyl amidopropyl sulfobetain
 Betain ethoxy
Đặc điểm sản phẩm:
 Tính tẩy rửa tốt.
 Tạo bọt.
NH
C
O
R (CH2)3
CH2
N
+
CH3
CH3
C O
O
CH2
N
+
CH3
CH3
CH
OH
R CH2
SO3
-
CH2
N
+
CH3
CH3
CH
OH
CH2-CH2-CH2 CH2
SO3
-
NH
C
O
R
CH2
N
+
C2H4OH
C2H4OH
C
O
O
R

20.  Không hại da, không làm rát da.
 Ít độc hại.
2.1.4. Chất hoạt động bề mặt không ion
2.1.4.1. Giới thiệu
Các chất tẩy rửa khi hòa tan vào trong nước không phân ly thành ion gọi là chất hoạt động
bề mặt không sinh ion (NI) do phần ái nước có những đặc trưng:
 Không ion hóa khi hòa tan vào nước nhưng vẫn phân cực.
 Kích thước đủ lớn để chất hoạt động bề mặt có thể hòa tan được vào nước.
 Khi thay đổi kích thước phần ái nước thì mối tương quan giữa phần ái nước và kị
nước thay đổi trong một khoảng rộng.
 Chủ yếu chứa các liên kết polyete và nhóm hydroxyl.
NI có khả năng hoạt động bề mặt không cao. Êm dịu với da, lấy dầu ít. Làm bền bọt, tạo
nhũ tốt. Có khả năng phân giải sinh học. Ít chịu ảnh hưởng của nước cứng và pH của môi
trường, tuy nhiên có khả năng tạo phức với một số ion kim loại nặng trong nước....
Phân loại:
 Copolimer có công thức chung: HO-(OE)n-(OP)m-(OE)n-H, hoặc HO-(OP)n-(OE)m-
(EP)n-H. Chúng tạo bọt kém nên dùng phổ biến trong các sản phẩm tẩy rửa chuyên
dùng cho máy: máy rửa chén, máy giặt, không gây hại cho môi trường, độc tính
yếu. Tuy nhiên dùng lượng không lớn vì khả năng phân hủy sinh học chậm.
 Các oxit amin, ankyl amin, rượu amit, polyglycerol ete, polyglucosit (APG)... Nhóm
này có tính chất nổi trội là rất ổn định với chất tẩy có clo, nước javel, chất oxy hóa...
thường dùng làm tác nhân nền, tăng tính ổn định bọt, làm sệt, tạo ánh xà cừ cho sản
phẩm ... đặc biệt dễ bị phân hủy sinh học.
Một số non ionic tiêu biểu là:
 Các rượu béo ethoxy hóa:
 Các copolymer oxít ethylen (OE) và oxít propylen (OP)
 Các amide
Alkyl monoethanol amide Alkyl diethanol amide
 Polyglycerol ete
R O (CH2-CH2O)n H
H (O-CH2-CH2)m O (CH2-CH-O)n (O-CH2-CH2)m-H
R C
O
N
CH2-CH2-OH
CH2-CH2-OH
R CHOH-CH2-(OCH2-CHOH-CH2)n -OH
R C
O
N
H
CH2-CH2-OH

21. CH2 O C R
O
CH O C R
CH2 O P
OH
A
O
O
A lµ: O C2H4 N
CH3
CH3 OH
CH3
 Các alkylpolyglucosit (APG)
n = 1 ÷ 3 và R = C9 ÷ C13
2.1.5. Chất hoạt đông bề mặt ampholit (giới thiệu để đọc tài liệu)
2.1.5.1. Photpholipit:
a) Photphatiđylcholin: Lexitin (Lécithines)
CH2 O C
O
C15H31
CH O C
O
C15H31
CH2 O P
O
OH
O C2H4 N
CH3
CH3 OH
CH3
(A)Hiđroxit của trimetylamino etanol hay cholin
A lµ: N
CH3
CH3 OH
CH3
CH2
CH2
O
b) Photphatiđyletanolamin: céphaline (xephalin)
(A) Etanolamin hay colamin
A lµ: O CH2 CH2 NH2
c) Photphatiđylinositol
(A) Hexolxiclic hay inositol
R (OCH2-CH)n - OH
CH2OH
O
OH
O R
O
CH2OH
OH
n
CH2 O C
O
C15H31
CH O C
O
C15H31
CH2 A
C«ng thøc chung cña photphati®yl

22. A lµ: CH
NH2
COOH
CH2
O
R NH (CH2)n C
O
OH
A lµ:
OH OH
OH
O
H
H
OH
H
O H
H
d) Photphatiđylserin
(A) Etanolaminocacboxylic hay xerin
Axit akylaminocacboxylic
2.1.5.2. Beten (Bétaines) chứa nhóm amonihiđroxit
N OH
CH3
CH3
CH3
CH2 COOH
Dẫn xuất của glicol nhận được qua oxi hóa cholin: H2N – CH2 – COOH
N OH
CH3
CH3
CH3
CH2 CH2OH
N OH
CH3
CH3
CH3
CH2 COOH
[O]
Cholin Beten
Các hiđrat hay hiđroxit amoni bậc 4 nhận được qua phản ứng của hiđroxit kim loại với
muối amoni bậc 4.
+ KOH
N Br
CH3
CH3
CH3
CH3
N OH
CH3
CH3
CH3
CH3
+ KBr
2.1.5.3. Ngưng tụ betenic: dạng muối clorua.
a) Betenclohiđrat:

23. N + ClCH2
CH3
CH3
CH3 COOH N
CH3
CH3
CH3
CH2 COOH
Cl
Trimetylamin betenclohiđrat
b) N-trietanolaminaxeticclohiđrat.
N + ClCH2
CH2
CH2
CH2 COOH
HOCH2
HOCH2
HOCH2
Cl
N
CH2
CH2
CH2 COOH
CH2
CH2
CH2
CH2
HO
HO
HO
Trietanolamin
c) Este của axit béo.
Cl
C
O
R
N
CH2
CH2
CH2 COOH
CH2
CH2
CH2
CH2
O
HO
HO
Cl
C
O
R
N
CH2
CH2
CH2 C
CH2
CH2
CH2
CH2
O
HO
HO
O
CH3
Dạng axit Dạng este
* Bước trung gian điều chế các sản phẩm trên là các dẫn xuất amit hoặc este của axit
cacboxylic :
amit amin thÕ
amit dieste
R C
O
N
CH2 CH2OH
CH2 CH2 N
CH2 CH2OH
CH2 CH2OH
R C
O
N
CH2 CH2
CH2 CH2 O C
O
R
O C
O
R
R C
O
O CH2 CH2 CH2 CH2 CH2OH
este
amit monoamidoeste
R C
O
N
CH2 CH2OH
CH2 CH2OH
R C
O
N
CH2 CH2OH
CH2 CH2 O C
O
R
d) Các sunfobeten hay cacboxylbeten:
C12H25N
CH3
CH3
CH2CH2CH2OSO2
C12H25N
CH3
CH3
CH2COO
(Sunfobeten) (Cacboxylbeten)

24. 2.1.5.4. Các arylsunfon: dạng muối nội phân tử
C2H4NH2
NH
R
SO3
N C
N
C
N
C
R
NH2
SO3
2.1.6. Chất hoạt động bề mặt đa điện tích (giới thiệu để sv tự đọc)
Chất HĐBM đa điện tích đã được biết đến và sử dụng trên 50 năm, đặc biệt phổ biến là dạng
cation. Trong phân tử của chúng có thể chứa 2, 3 hoặc nhiều hơn nữa tâm mạng điện tích
dương (+) hoặc âm (-), phân tử thường có dạng đime, trime hay polime.Về mặt cấu tạo các
chất HĐBM này còn có thể phân chia theo các loại:
 Chất HĐBM oligome
 Chất HĐBM oligomeric
 Chất HĐBM gemini
 Chất HĐBM monome
Chất HĐBM oligome, phân tử gồm các phần mang điện tích ghép lại (hình a), chất
HĐBM oligomeric gồm các phần mang điện tích khác nhau (như copolime) ghép lại (hình
b), chất HĐBM gemini gồm hai nửa phân tử mang điện tích ghép lại (hình c), chất HĐBM
monome là các loại phân tử mang một điện tích như trên (hình d)
a) Chất HĐBM oligome b) Chất HĐBM oligomeric
c) Chất HĐBM gemini d) Chất HĐBM monome
Hình 2.1. Mô hình các chất HĐBM đa điện tích
Mức độ oligo hóa phân tử các chất HĐBM tức là số lượng các phần mang điện tích trong
phân tử chất HĐBM thay đổi tùy thuộc vào yêu cầu và điều kiện phản ứng tổng hợp. Dưới
đây trình bày một số loại thường gặp.
2.1.6.1. Chất HĐBM gemini (đime).
a) Chất HĐBM gemini (đime) dạng cation
Trong phân tử có chứa hai nửa mang điện tích dương (+) đối xứng với nhau, thường
gặp là các muối amoni bậc 4 như các chất dưới đây:

25. N
R
O
N
R
2Br
n
N
R
(CH2)n N
R
2Br N
R
N
R
2Br
N S R
N
S
R Y 2Br
(a) (b) (c)
(d)
(e)
H
N
N
O
R
O
O
N
N
O
R
O
O
H
b) Chất HĐBM gemini dạng anion.
Phần lớn các chất HĐBM gemini dạng anion là các sunfonat (a), sunfat (b), photphat
(c), cacboxylat (d) với các phần mang điện tích âm (-) như sơ đồ dưới đây:
X Y
O
R
X
Y
O
R
Y = O, O-(CH2CH2O)n-
(a) X = CH2CH2CH2SO3Na
(b) X = OSO3Na
(c) X = OPO(OH)(ONa)
(d) X = OCH2CO2Na
NaO3S O
O
R SO3Na
O
O
R
s NaO P
O
OR
O NaO
P
O
OR
O
(e) (f)
c) Chất HĐBM dẫn xuất axit amin.
Từ các axit amin điều chế các chất HĐBM gemini với sự thay đổi cấu tạo ở các đầu
phân tử khác nhau như hình dưới: chất (a) không ionic, chất (b) anionic.
CH3[OCH2CH2]n
N
[CH2CH2O]nCH3
N
NH N
C
O
R
C
R
O
O
H
H H
H H
NH
N
R
O
N
SO3K
S
O
NH
N
R
O
N
KO3S
S
O
(a)
(b)
d) Chất HĐBM dẫn xuất đường.

26. Chất HĐBM gemini dựa trên cacbohiđrat là các sản phẩm mới, chúng có khả năng
phân hủy sinh học, ví dụ chất (a), (b) đều là chất HĐBM không ionic:
N N
OH OH
OH OH
OH R R OH
OH
OH
OH
OH
n
(a)
O
O
R
O
OH
O
O
HO
OH
OH
OH
O
O
O
O
O
O
R
O
OH
O
O
OH
HO
HO
HO OH (b)
e) Chất HĐBM dị đime.
Phân tử của loại này gồm hai nửa khác nhau, không đối xứng, ví dụ phân tử (a) dạng
cationic và (b) cationic và anionic:
(a) (b)
N
N N
N
H
N COO
2Br Br
f) Chất HĐBM đối quang.
Trong phân tử của chúng có chứa tâm đối xứng, ví dụ:
O
R
O
O OPO3Na2
O
O
R
Na2O3P
*
*

27. 2.1.6.2. Chất HĐBM oligome.
Cấu tạo của oligome có thể là trime, tetrame hay polime dạng cationic hay anionic,
không ionic như các ví dụ dưới đây:
1) Cationic:
N
R
N N
OH
R
OH
R
3Br
N
R
N
R
N N
R R
4Br
N
R
N
N
R
N
R
3Br
(a)
(b)
(c)
2) Anionic
R
O
O
SO3Na
O
O
O
NaO3S
O
R
O
O
O
R
NaO3S
(d)
3) Không ionic:
CH)n
OH
H(OCH2 CHCH2O)nH
OH
CHCH2O)nH
OH
( (
n
(e)

28. Các chất (a), (b) mạch thẳng, (c), (d) mạch nhánh, hợp chất (e) polime vòng thơm
benzen.
d) Chất HĐBM oligomeric, các phần tử khác nhau.
O
CmH2m+1
O
X
O
CmH2m+1
O
X
O
CmH2m+1
(a) (b)
(c)
RCONH(CH2)3N
CH3
CH3
CH2CH(OH)CH2 O P
O
OH
O
O
OH
OH
HO
CH2 O C
O CH3
O
CH2 O C
O CH3
CH2 O C
O CH3
HO
OH
2.1.7. Chất hoạt động bề mặt polime (giới thiệu)
Phân tử polime có thể chứa một hay nhiều điện tích âm hoặc dương hoặc không mang điện
tích, có cấu tạo chung:
A A
B
A A
B
A A
B
A A
B n
A A (A)n A B (B)n B B
A và B là nhóm hiđrophil và lipophil. Ví dụ :
OH
R
CH2
OH
COONa
CH2
R
OH
CH2
OH
COONa
CH2
(a)
Chất HĐBM anionic
CH3O (CH2CH2O)45 C
O
CH CH COOC12H25
(b)
Chất HĐBM không ionic
N
CH3
CH2 CH
OH
CH2
C12H25
n
(c)
Cl
Chất HĐBM cationic

29. 2.2. Một số tính chất của các chất hoạt động bề mặt
2.2.1. Sức căng bề mặt
2.2.1.1. Định nghĩa
Xét trên bề mặt phân chia pha lỏng – khí của một chất lỏng nguyên chất:
 Mọi phân tử chất lỏng đều chịu sự tương tác của các phân tử chất lỏng khác xung
quanh nó.
 Các phân tử trong lòng pha lỏng: các lực tương tác cân bằng nhau.
 Các phân tử ở trên ranh giới phân chia pha: lực tương tác về phía pha lỏng lớn hơn
về phía pha khí → tạo ra lực ép lên phần chất lỏng về phía bên trong→ tạo ra áp nội
áp pi (hay áp suất phân tử) → kéo các phân tử chất lỏng vào trong →sức căngbề
mặt giảm đến mức tối thiểu.
Hình 2.9 Bề mặt phân chia lỏng – khí của một chất lỏng nguyên chất
Các phân tử ở trên lớp bề mặt có thế năng lớn hơn so với các phân tử bên trong. Phần năng
lượng lớn hơn đó gọi là năng lượng bề mặt của chất lỏng.
Sức căng bề mặt được định nghĩa là lực căng trên một đơn vị chiều dài cắt ngang bề mặt.Trong
hệ đo lường quốc tế, sức căng bề mặt được đo bằng Newton trên mét (N·m-1
).
dEs = ds hay  = dEs/ds
Trong đó:
 năng lượng tạo ra một đơn vị bề mặt hay còn gọi là sức căng bề mặt.
Nói cách khác: “ Lực tác dụng trên một đơn vị chiều dài của giới hạn (chu vi) bề mặt phân
chia pha và làm giảm bề mặt của chất lỏng gọi là sức căng bề mặt ”.
Đơn vị của  : N/m
dyn/cm = erg/cm2
= 10-3
N/m = 1 mN/m
J/m2
= kg/s2
= N/m

30. Cũng có thể định nghĩa sức căng bề mặt là công cơ học thực hiện khi lực căng làm cho
diện tích bề mặt thay đổi một đơn vị đo diện tích. Như vậy nó cũng là mật độ diện tích của
năng lượng; ý nghĩa này mang lại tên gọi năng lượng bề mặt cho đại lượng vật lý này. Như
vậy, trong hệ đo lường quốc tế, đơn vị đo sức căng bề mặt tương đương Jul trên mét vuông.
Dưới tác dụng của sức căng bề mặt, thể tích khối chất lỏng sẽ hướng tới dạng hình cầu (nếu
không có ngoại lực).
2.2.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sức căng bề mặt
a. Ảnh hưởng của bản chất chất hoạt động bề mặt
Chất lỏng càng phân cực thì sức căng bề mặt càng lớn.
Hình 2.10 Sự phụ thuộc của sức căng bề mặt  vào hiệu số độ phân cực α của hệ lỏng-
khí (•) và lỏng-lỏng (o).
Sức căng bề mặt  giảm khi số nguyên tử C trong mạch tăng lên đến một giới hạn thì không
giảm nữa.
Hình 2.11 Sự phụ thuộc của sức căng bề mặt vào số nguyên tử cacbon trong mạch thẳng
b. Ảnh hưởng của bản chất pha tiếp xúc
Sức căng bề mặt phân chia pha là sức căng hình thành giữa bề mặt hai pha không tan vào
nhau và có cùng đơn vị với sức căng bề mặt.

31. AB = A + B - 2AB
Trong đó: AB là sức căng bề mặt phân chia hai pha A và B
A là sức căng bề mặt của pha A.
B là sức căng bề mặt của pha B.
AB là năng lượng tương tác giữa 2 pha trên một đơn vị diện tích.
Bảng 2.4 Sức căng bề mặt của các chất lỏng tiếp xúc với không khí (o) và của chất lỏng
tiếp xúc với nước (I) ở 20o
C (dyn/cm)
Chất lỏng o I Chất lỏng o I
Nước 72,75 - Ethanol 22,30 -
Benzene 28,88 35,00 n-octanol 27,50 8,50
Axit acetic 27,60 - n-hexane 18,40 51,10
CCl4 26,80 45,10 n-octane 21,80 50,80
Glycerin 66,00 - Anilin 42,90 -
Ví dụ: Khi thêm chất hoạt động vào hệ nước – không khí, các chất HĐBM sẽ di chuyển
đến bề mặt phân chia pha, định hướng đầu kém phân cực về phía pha kém phân cực và ngược
lại → làm tăng năng lượng tương tác giữa nước – không khí → làm giảm sức căng bề mặt bề
mặt phân cách giữa 2 pha.
Giá trị AB cho biết mức tương đồng giữa hai dung môi tại bề mặt phân chia pha:
 AB = 0 → 2AB = A + B → hai phân tử A và B có độ phân cực bằng nhau.
 AB = A → A
Trên bề mặt phân cách pha lỏng – lỏng: Nếu hai chất lỏng hòa tan một phần vào nhau thì
sức căng bề mặt trên giới hạn lỏng - lỏng gần bằng hiệu số giữa sức căng bề mặt của mỗi chất
(đã bão hòa chất kia) so với không khí.
Bảng 2.5 Sức căng bề mặt ở ranh giới lỏng – khí và lỏng – lỏng của hệ benzene/nước và
anilin/nước
Bề mặt chất lỏng
Nhiệt
độ
(o
C)
Sức căng bề mặt lỏng-không
khí (dyn/cm)
Sức căng bề mặt lỏng-lỏng
(dyn/cm)
Lớp hữu cơ Lớp nước Tính toán Thực nghiệm

32. Benzene/nước 19 28,8 63,2 34,4 34,4
Anilin/nước 26 42,2 46,4 4,2 4,8
c. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Sức căng bề mặt của đa số chất lỏng giảm gần như tuyến tính khi nhiệt độ tăng (trừ các
kim loại nóng chảy).
Theo phương trình của W. Ramsay và J. Shields sau khi hiệu chỉnh phương trình của R.
Eotvos:
 V2/3
= k (T c - T – 6)
Trong đó:
V: Thể tích mol của chất lỏng
T c: Nhiệt độ tới hạn, ở đó sức căng bề mặt bằng không
k: hằng số, đa số chất lỏng có k  2,1 erg/ độ
 (dyn/cm)
T (o
C)
Hình 2.12 Quan hệ giữa sức căng bề mặt và nhiệt độ
TheoVan der Waals đưa ra phương trình có dạng sau:
 = o (1 – T/T c)n
Với chất hữu cơ có n = 11/9.
Với kim loại có n  1.
Nói chung quan hệ tuyến tính giữa sức căng bề mặt và nhiệt độ có dạng sau:
T =  - T (d/dT)
(d/dT) = const.
d. Ảnh hưởng của khối lượng riêng
Sức căng bề mặt ngoài tỉ lệ thuận với khối lượng riêng của pha lỏng và tỉ lệ nghịch với
khối lượng riêng của pha rắn theo phương trình Mc Leod:
/(D-d)4
= K

33. Trong đó:
D: khối lượng riêng của pha lỏng (g/cm3
).
d: khối lượng riêng của pha khí (g/cm3
).
K: Hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ và tính chất của chất lỏng.
e. Ảnh hưởng của nồng độ
Khi tăng nồng độ chất hoạt động bề mặt: lúc đầu sức căng bề mặt giảm mạnh. Sau đó, ở
nồng độ trung bình, sức căng bề mặt tiếp tục giảm nhưng chậm hơn do phần lớn bề mặt đã
bị chiếm chỗ. Ở nồng độ lớn sức căng bề mặt ít phụ thuộc vào nồng độ.
Tính hoạt động bề mặt của một chất không chỉ phụ thuộc vào bản chất của nó mà còn phụ
thuộc vào môi trường chứa nó (dung môi): dung môi có sức căng bề mặt cao có thể làm tăng
tính hoạt động bề mặt của chất tan và ngược lại. Ví dụ: một số chất có tính hoạt động bề mặt
với nước nhưng không có tính hoạt động bề mặt trong rượu. Ở chương trình này chỉ khảo sát
các chất hoạt động bề mặt trong môi trường nước.
Sức căng bề mặt của chất lỏng nguyên chất gần như giảm đều đặn khi nhiệt độ tăng còn
dung dịch chứa chất hoạt động bề mặt có thể là một đường biểu diễn có cực đại.
2.2.1.3. Độ hoạt động bề mặt – qui tắc Trauble
Độ hoạt động bề mặt -d/dc là biến thiên sức căng bề mặt theo nồng độ chất hoạt động bề
mặt còn gọi là đại lượng Gibbs:
-d/dc = G*
Khi tăng nồng độ thì sức căng bề mặt của các chất tan (trong cùng dãy đồng đẳng) có mạch
cacbon càng dài thì sẽ càng giảm mạnh → độ hoạt động bề mặt càng lớn.
Hình 2.13 Sức căng bề mặt của các chất thuộc dãy đồng đẳng axit fomic
(1) HCOOH (2) CH3COOH (3) CH3CH2COOH
(4) CH3(CH2)2COOH (5) (CH3)2CHCH2COOH

34. Trên cơ sở thực nghiệm DuclauX và Trauber đã đưa ra quy tắc Trauber I: “ Độ hoạt động
bề mặt tăng lên từ 3 đến 3,5 lần khi tăng chiều dài mạch carbon lên 1 nhóm – CH2”. Quy
tắc này là cơ sở để tổng hợp các chất hoạt động bề mặt có độ hoạt động bề mặt theo yêu cầu.
2.2.1.4. Các phương pháp xác định sức căng bề mặt
Có 7 phương pháp phổ biến để xác định sức căng bề mặt là:
 Xác định sự biến đổi của mực chất lỏng trong mao quản
 Phương pháp cân giọt lỏng
 Phương pháp Lecomte duNouy
 Bản phẳng L.Wilhelmy
 Phương pháp đo dựa trên áp suất cực đại của bọt khí
 Phương pháp xác định hình dạng hạt và bọt khí
 Phương pháp quay nhỏ giọt
a. Xác định sự biến đổi mực chất lỏng trong quá trình mao quản
Đây là một trong những phương pháp chính xác nhất để xác định sức căng bề mặt.
Hình 2.14 Ống mao quản xác định sức căng bề mặt
Nguyên tắc đo: đo chiều cao cột chất lỏng trong mao quản
P = P1 – P2 = gh(β-) = 2/r
Trong đó:
: góc dính ướt, cos = Ro /r
Ro: bán kính của mao quản
r: bán kính mặt khum ở nơi tiếp xúc (m)
g: gia tốc trọng trường (m/s2
)
h: độ cao mực chất lỏng trong ống mao quản (m)
P1 và P2: áp suất pha khí ở trong và ngoài ống mao quản (Pa, N/m2
hoặc kg/m.s2
)
 và β: khối lượng riêng của pha khí và pha lỏng (kg/m3
)

35. sức căng bề mặt (kg/s2
)
→ = (1/2) (Ro gh(1-2) /cos
b. Phương pháp cân giọt lỏng
Đây là phương pháp khá chính xác, được sử dụng phổ biến trong phòng thí nghiệm để xác
định sức căng bề mặt trên giới hạn lỏng – khí và lỏng –lỏng.
Nguyên tắc đo: thu các giọt lỏng hình thành dưới mao quản, cân để xác định chính xác
khối lượng một giọt bằng phương pháp lấy trung bình.
Biểu thức toán (định luật Tate T) có dạng đơn giản sau:
W= mg = vg = 2Ro
Harkins W.D. và Brown F.E. đã đề nghị hiệu chỉnh w (do khối lượng cân không chính xác)
theo phương trình sau:
w = mg = vg = 2Rof*
Trong đó
f* = (R0/v1/3
) : hệ số hiệu chỉnh
v: thể tích giọt (m3
)
g: gia tốc trọng trường (m/s2
)
: khối lượng riêng (kg/m3
)
Ro: bán kính giọt lỏng (m)
sức căng bề mặt (kg/s2
)
→ = vg /2Rof*
c. Phương pháp kéo vòng Lecomte du Nouy

36. Hình 2.15 Sơ đồ phương pháp kéo vòng Lecomte du Nouy
Nguyên tắc đo: xác định lực kéo vòng kim loại ra khỏi bề mặt chất lỏng
Wk= 4Ro’=f (*)
Trong đó:
Wk: khối lượng của vòng, f là lực kéo vòng (dyn)
Để khắc phục sai số thì đưa vào hệ số hiệu chỉnh * (bù trừ biến dạng mặt phẳng khi kéo
vòng, tra trong sổ tay về sức căng bề mặt hoặc dựa vào đồ thị Harkins), hệ số này là hàm của
(R3
/V, Ro/ro):
* = /’ = f(R3
/V, Ro/ro)
Trong đó:
’: sức căng bề mặt được tính theo phương trình (*)
V: Thể tích bề mặt cong
ro: bán kính của tiết diện vòng R0: bán kính của vòng
W.D, Jordan H.F. cũng có thể tính được * theo phương trình Znidema- Waters::
(* -a)2
= (4b/ 2
).(1/Rò
2
).(f/(4Ro.(1 - 2))) + c
Trong đó:
1 và 2 khối lượng riêng của chất lỏng ở dưới và trên vòng
a = 0,7250
b = 9,075. 10-4
c = 0,04434 – 1,679 ro/Ro
d. Phương pháp bản phẳng Wilhelmy
Cơ sở lý thuyết giống với phương pháp kéo vòng Du Nouy nhưng thay vòng tròn bằng bản
phẳng với chu vi ngoài khoảng 4 cm. Với ưu điểm xác định được sức căng bề mặt ngoài của
các chất lỏng có độ nhớt cao (sức căng bề mặt ngoài lớn).

37. Hình 2.16 Máy đo sức căng bề mặt Dunouy Ring (Xác định theo hai phương pháp
vòng Dunouy và bản phẳng Wilhelmy)
2.2.2. Cấu tạo chất hoạt động bề mặt trên ranh giới lỏng – khí
Sự hấp phụ () tăng tỷ lệ với chiều dài mạch carbon trong một dãy đồng đẳng và các đường
này đạt giá trị giới hạn khi nồng độ chất hoạt động bề mặt đủ lớn.
Ở nồng độ nhỏ, trên cùng một đơn vị diện tích bề mặt, số lượng phân tử chất hoạt động bề
mặt là khác nhau khi chiều dài phần kị nước khác nhau. Ở nồng độ đủ lớn, một đơn vị bề mặt
sẽ chứa cùng một số lượng phân tử chất hoạt động bề mặt có chiều dài phần kị nước khác
nhau.
Khi nồng độ C nhỏ, mạch hydrocarbon sẽ bị đẩy về phía không khí, có thể bị ngã nghiêng
do mạch hydrocarbon linh động và có khối lượng riêng bé, phần phân cực ở trong nước. Khi
nồng độ C lớn, số phân tử chất hoạt động bề mặt tăng lên, mạch hydrocarbon dựng đứng lên,
song song với nhau, vuông góc với mặt nước, tạo thành một màng sít chặt gọi là màng ngưng
tụ → các phân tử chất hoạt động bề mặt sẽ chiếm cùng diện tích dù cho chúng có chiều dài
khác nhau.
Khí
Lỏng
Hình 2.17 Phân bố của chất hoạt động bề mặt tạ ranh giới lỏng – khí
(a) Khi nồng độ thấp (b) Khi nồng độ đủ lớn
2.2.3. Sự hình thành micelle
Trong dung dịch, ở nồng độ nhỏ, các phân tử chất hoạt động bề mặt hoà tan riêng biệt. Khi
nồng độ chất họat động bề mặt tăng lên một giá trị nào đó, các phân tử hòa tan liên kết với
nhau tạo thành các micelle. Các micell có dạng hình cầu trong đó trong đó các phân tử chất

38. hoạt động bề mặt liên kết với nhau bằng đầu hydrocarbon và hướng nhóm phân cực ra dung
dịch nước.
Ví dụ trong dung dịch xà phòng (muối của axit béo), xà phòng có thể tồn tại dưới dạng các
phân tử không ion hóa RCOONa, ion RCOO-
và Na+
, các sản phẩm do thủy phân RCOOH,
dạng tập hợp các phân tử không ion hóa, các ion và các axit béo (micelle):
xRCOONa.yRCOOH.zRCOO-
.z’Na+
.
Số phân tử xà phòng trong một tập hợp như vậy vào khoảng 50, đường kính hình cầu
khoảng gấp đôi chiều dài phân tử xà phòng tạo nên nó.
Hình 2.18 Sự hình thành cấu trúc micelle của chất hoạt động bề mặt
Ở các nồng độ cao hơn, các micell có kích thước tăng lên và các gốc hydrocarbon mỗi lúc
mỗi thêm song song với nhau hình thành các micell tấm hay các dạng khác:
Hình 2.19 Các dạng cấu trúc micelle khác nhau
Trong dung môi không phân cực, các phân tử xà phòng trong micell sẽ hướng các nhóm
phân cực vào phía trong micell còn phần kị nước sẽ quay ra ngoài.

39. Hình 2.20 Các dạng micelle trong dung môi nước và dung môi không phân cực
Các micelles làm cho dung dịch CHĐBM có dạng tự nhiên là dạng keo, điều này rất quan
trọng đối với những tính chất của chất tẩy rửa, vì:
 Cung cấp lượng CHĐBM dự trữ ở bề mặt chất lỏng để giữ cho dung dịch bãohòa
và làm cho ứng suất bề mặt của dung dịch luôn luôn nhỏ nhất, điều này giúp việc
thấm ướt các thớ vải dễ dàng hơn.
 Có thể hòa tan các chất dầu: bên trong các micelle gần như là một dung môi
 Hydrocarbon có thể chứa các chất bẩn dạng dầu và mang nó theo để thải cùng nước
giặt.
2.2.4. Nồng độ micelle tới hạn
Hình 2.21 Sự thay đổi tính chất vật lý của dung dịch chất hoạt động bề măt tại nồng độ
micell tới hạn
Nồng độ dung dịch chất hoạt động bề mặt mà ở đó sự hình thành micell trở nên đáng kể
gọi là nồng độ micell tới hạn (CMC).
Áp suất thẩm thấu
Độ đục
Sức căng bề mặt
Độ dẫn điện
Nồng độ
CMC

40. Khi nồng độ dung dịch chất hoạt động bề mặt đạt đến giá trị CMC, sẽ có sự thay đổi rõ rệt
tính chất vật lý: độ đục, độ dẫn điện, sức căng bề mặt, áp suất thẩm thấu…..  xác định được
CMC.
Các yếu tố ảnh hưởng đến CMC:
 Chiều dài mạch cacbon: tỉ lệ nghịch với CMC. Trong môi trường nước cất, đối với
các phân tử có C ≤ 16, CMC của các chất hoạt động bề mặt ion giảm đi ½ lần khi
mạch cacbon tăng thêm 1nhóm –CH2- . Đối với chất hoạt động bề mặt không ion,
sự khác biệt này còn rõ ràng hơn. Khi mạch C  18 thì CMC hầu như không đổi.
Ví dụ: CMC của chất họat động bề mặt alkyl sulfate Natri trong nước ở 40o
C
Số nguyên tử C 8 10 12 14 16 18
CMC x 103
mol/L 140 33 8,6 2,2 0,58 0,23
 Nhiệt độ: tỉ lệ nghịch với CMC.
 Chất điện ly: tỉ lệ nghịch với CMC.
Ví dụ: CMC của lauryl sulfate natri trong dung dịch NaCl ở 25o
C
Nồng độ NaCl (mol/L) 0 0,01 0,03 0,1 0,3
CMC x 103
mol/L 8,1 5,6 3,1 1,5 0,7
 Chất hữu cơ: Việc thêm các chất hữu cơ vào dung dịch chất hoạt động bề mặt ảnh
hưởng đến CMC theo những hướng khác nhau tùy thuộc vào bản chất của chất thêm
vào. Dung dịch chứa nhiều chất hoạt động bề mặt có CMC nhỏ hơn CMC của các
dung dịch chứa từng chất hoạt động bề mặt riêng biệt.
2.2.5. Điểm Kraft
Điểm Kraft là nhiệt độ tại đó chất hoạt động bề mặt có độ hòa tan bằng CMC. Khi đạt đến
nhiệt độ này một lượng lớn chất hoạt động bề mặt sẽ được phân tán trong dung dịch dưới
dạng micelle.
Đối với chất hoạt động bề mặt anion, khi chiều dài mạch C tăng, điểm Kraft cũng tăng.
Ví dụ:Điểm Kraft của dung dịch alkyl sulfate trong nước như sau:
Số nguyên tử C 10 12 14 16 18
Điểm Kraft (oC) 8 16 30 45 56
Lưu ý rằng các giá trị này có thể thay đổi khi có mặt của các thành phần khác

41. 2.2.6. Điểm đục
Điểm đục là nhiệt độ tại đó chất hoạt động bề mặt không ion không thể hòa tan, tách ra
khỏi dung dịch làm dung dịch trở nên đục.
Đối với chất hoạt động bề mặt không ion trên cơ sở ethylen oxýt, điểm đục sẽ giảm khi độ
dài gốc alkyl tăng hoặc khi lượng oxit ethylene trong phân tử giảm xuống.
2.2.7. Cân bằng hydrophin-lipophin (HLB)
Nếu phần ái nước tác dụng mạnh hơn phần kị nước thì chất họat động bề mặt dễ hòa tan
trong nước hơn, ngước lại nếu phần kị nước tác dụng mạnh hơn phần ái nước thì chất họat
động bề mặt dễ tan trong pha hữu cơ hơn. Mối tương quan giữa phần ái nước và kị nước được
đặc trưng bằng giá trị HLB.
HLB cho biết tỷ lệ giữa tính ái nước so với tính kị nước, được biểu thị bằng thang đo có 0
giá trị từ 1-40. Các chất hoạt động bề mặt có tính ái nước thấp sẽ có HLB nhỏ, các chất họat
động bề mặt có tính ái dầu thấp sẽ có HLB lớn.
Có thể ước lượng sơ bộ giá trị HLB dựa trên tính chất hòa tan trong nước hay tính phân
tán của chất hoạt động bề mặt trong nước. Ứng với độ phân tán khác nhau thì giá trị HLB
khác nhau.
Bảng 2.6 Giá trị HLB trong một số môi trường phân tán
Mức độ phân tán HLB
- Không phân tán trong nước 1-4
- Phân tán kém 3-6
- Phân tán như sữa sau khi lắc 6-8
- Phân tán như sữa bền 8-10
- Phân tán trong mờ đến trong 10-13
- Dung dịch trong > 13
Ngoài ra giá trị HLB còn được xác định theo nhóm ưa nước và kị nước (theo Davies). Giá
trị HLB của các nhóm cho trong bảng dưới đây:
Bảng 2.7 Giá trị HLB đối với một số nhóm ưa nước và kị nước
Nhóm ái nước HLB Nhóm kị nước HLB
- SO4Na 38,7 -CH<,-CH2-, -CH3, =CH- 0,475

42. - COOK 21,1
- COONa 19,1
-N< 9,4
- ester ( vòng sorbitol) 6,8
- ester (tự do) 2,4
- COOH 2,1
- OH ( tự do) 1,9
- O-
1,3
-OH ( vòng sorbitol) 0,5
-CH2-CH2-O- 0,33
-CH2-CH2-CH2-O- 0,15
Từ cấu trúc đã cho giá trị HLB được tính theo biểu thức sau:
HLB = 7 +  HLB nhóm ái nước - HLB nhóm kị nước
 Công thức của Kawakami:
HLB = 7 + 11,7 log ( Mn/Md)
Trong đó:
Mn : Khối lượng phần tử ưa nước trong phân tử
Md : Khối lướng phần tử ưa dầu trong phân tử
 Công thức tính ester của axit béo và rượu đa chức:
HLB = 20 ( 1 – S/A)
Trong đó:
S: Chỉ số xá phòng hóa của ester
A: Chỉ số axit của axit béo
Nếu ester không đo được chỉ số xà phòng thì có công thức sau:
HLB = (E + P) / 5
Trong đó:
E:phần trăm khối lượng của EO.

43. P: phần trăm khối lượng rượu đa chức.
 Theo Griffin, nếu hỗn hợp có nhiều chất hoạt động bề mặt thì
HLB hh =  xi HLBi
Trong đó:
xi:phần khối lượng trong tổng lượng chất họat động bề mặt.
Hiếm có trường hợp mà ái lực của phần kị nước đối với dầu lại bằng ái lực của đầu ưa nước
đối với nước. Có thể thấy rằng tỉ lệ giữa các lực này là yếu tố quan trọng để quyết định tính
năng chất nhũ hóa trong hệ nhũ, vì vậy cần có sự đánh giá mức độ cân bằng này.
Trong chất nhũ hóa làm đặc, ví dụ tham khảo tính cân bằng này từ sự ngưng tụ sản phẩm
của ethylene oxide vàstearylalcohol:đếm mỗi nhóm –CH2- hay CH3- như một đơn vị thì gốc
kị nước là 18 và gốc ái nước là 3+n (O là 3 và –CH2-CH2O- là n). Nếu n<15 tính kị nước sẽ
cao hơn, nếu n>15 thì xu hướng ngược lại.
nH2C CH2 + H3C (CH2)16CH2OH = H3C (CH2)16CH2(OCH2CH2)nOH
O
(n thay đổi từ 2 đến 30 trong những sản phẩm trên thị trường)
Tính cân bằng giữa phần kị nước và ái nước rất quan trọng vì nó quyết định loại nhũ tương
hình thành. Công ty hóa học Atlas đã phát minh một cách định lượng cho phép thể hiện mức
độ cân bằng của chất nhũ hóa được nêu lên như một con số thuần – HLB. Con số đơn giản
này là do sự đo % của phần ái nước trong phân tử chia cho 5. Nếu chất nhũ hóa nonionic có
100% ái nước thì nó sẽ có giá trị HLB là 100/5. Thang đo HLB kéo dài từ 0 đến 20 (theolý
thuyết). Trong trường hợp polyethylene glycol ether của stearyl alcohol, HLB được tính như
sau:
Trọng lượng gốc kị nước của stearyl : C18H37 = 253
Trọng lượng gốc ái nước: 44n+17
 Nếu n=3, trọng lượng phân tử = 253+[(44.3)+17]=253+149=403
HLB= 149/403*100/5=7.4
 Nếu n=20, trọng lượng phân tử =253+897=1150
HLB= 897/1150*100/5=15.6
Kết quả tính toán giá trị HLB từ giá trị nhóm được trình bày trong bảng sau:
Bảng 2.8 Sự tương quan HLB giữa thực tế và tính toán
Chất hoạt động bề mặt Giá trị thực Giá trị tính toán
Tween 18 15 15,

44. 8
Tween 81 10 10,
9
Span 20 8,6 8,5
Span 40 6,7 7,0
Span 60 4,7 5,7
Span 80 4,3 5,0
Glycerol Stearate 3,8 3,7
Span 65 2,1 2,1
2.2.8. Đặc tính bề mặt lỏng – rắn và quan hệ bề mặt trong hệ ba pha
Các bề mặt rắn tương tự như các bề mặt lỏng cũng chứa một năng lượng tự do vì sự không
cân bằng của lực tác dụng lên các phân tử trên lớp bề mặt.
Bảng 2.9 Sức căng bề mặt của một số chất rắn
Chất rắn Sức căng bề mặt (dyn/cm)
CaF2 (30o
C) 2500
BaSO4 (25o
C) 1250
PbF2 (25o
C) 900
CaSO4. 2H2O 270
Khi một chất lỏng tiếp xúc với bề mặt rắn (không tan vào chất lỏng), các phân tử của cả
hai pha sẽ tương tác với nhau (thông qua lực hút) qua bề mặt phân chia pha, do đó làm giảm
sức căng bề mặt.
Trong thực tế có những bề mặt liên quan đến ba pha. Về mặt hình học ba pha chỉ tiếp xúc
với nhau theo một đường giao tuyến. Hệ ba pha thường gặp là : L-R-K, L-L-K, L-L-R. Hệ ba
pha gồm hai pha rắn rất quan trọng nhưng rất khó nghiên cứu. Các hệ ba pha gồm ba chất
lỏng không tan lẫn thì rất hiếmgặp.
Hệ ba pha thường gặp nhất là hệ R-L-K, đơn giản nhất là trường hợp một giọt chất lỏng
nằm trên bề mặt rắn trong không khí.
Trên một đơn vị chiều dài của chu vi giọt lỏng có tác dụng của ba lực, các lực có xu hướng
làm giảm bề mặt phân chia pha nên sẽ có hướng như hình vẽ.

45. Hình 2.22 Hệ ba pha của giọt chất lỏng nằm trên bề mặt rắn trong không khí
Trong đó:
được gọi là góc dính ướt
Khi <90o
: chất lỏng sẽ chảy loang ra trên bề mặt rắn gọi là hiện tượng dính ướt, lúc
này các phân tử chất lỏng tác dụng với các phân tử chất rắn mạnh hơn tương tác giữa
chúng với nhau (RK >RL +LK)
Khi > 90o
giọt chất lỏng sẽ co lại, tương tác giữa các phân tử chất lỏng mạnh hơn so
với tương tác giữa các phân tử lỏng và rắn, bề mặt lỏng rắn có xu hướng thu về một
điểm gọi là hiện tượng trượt ướt.
Hiện tượng dính ướt được sử dụng để giải quyết một loạt các vấn đề thực tế trong công
nghiệp nhuộm, tẩy giặt, trong việc sử dụng thuốc trừ sâu hay trong tuyển quặng.
(Khí)
(Lỏng
)
(Rắn)
LK
LR
RK

46. Chương 3 (6 tiết)
KHẢ NĂNG TẠO NHŨ TƯƠNG, TẠO BỌT CỦA CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
3.1. Khả năng tạo nhũ tương
Nhũ tương là hệ có pha phân tán và môi trường phân tán đều ở dạng lỏng, tạo thành giữa
hai chất lỏng không tan vào nhau. Trong đó, có một pha lỏng phân cực thường gọi là pha
“nước” ký hiệu n hay w (water)- pha lỏng kia không phân cực thường gọi là “dầu” ký hiệu d
hay o (oil).
Hình 4.1 Nhũ tương
3.1.1. Phân loại nhũ tương
3.1.1.1. Phân loại theo tính chất của pha phân tán và môi trường phân tán
Nhũ tương nước trong dầu (n/d hoặc w/o) gồm các giọt nước phân tán trong dầu.
Nhũ tương dầu trong nước (d/n hoặc o/w) gồm các hạt dầu phân tán trong nước.
Hình 4.2 Nhũ tương nước trong dầu và dầu trong nước
Nhận biết:
 Thêm một ít nước vào hệ nhũ tương, nước chỉ trộn lẫn trong nhũ tương d/n mà
không trộn lẫn trong nhũ tương n/d.
 Thêm một ít chất màu chỉ có khả năng tan vào một loại chất lỏng: nước hoặc dầu,
nó sẽ nhuộm màu giọt chất lỏng hay môi trường phân tán, qua kính hiển vi điện tử
có thể xác định được nhũ tương.
Đo độ dẫn điện của nhũ tương: độ dẫn điện của nhũ tương d/n (gần bằng độ dẫn điện của
nước) > n/d (rất nhỏ).

47. 3.1.1.2. Phân loại theo nồng độ của pha
Nhũ tương loãng: nồng độ pha phân tán < 0,1 %, có đường kính khoảng 10-5
cm, có tích
điện. Điện tích này là do sự hấp phụ các ion của chất điện ly vô cơ hoặc dung môi có mặt
trong môi trường.
Nhũ tương đậm đặc: chứa một lượng lớn pha phân tán, có thể đến 74 % thể tích. Đường
kính hạt tương đối lớn > 1 m, có thể được nhìn thấy bằng kính hiển vi thường.
Nhũ tương rất đậm đặc có tỷ lệ pha phân tán > 74% thể tích, các hạt không còn là hình cầu
như 2 loại kia mà có hình đa diện ngăn cách nhau như tổ ong, có tính chất cơ học giống như
gel (có thể cắt bằng dao).
3.1.2. Hiện tượng nhũ hóa
Sự nhũ hóa là quá trình phân tán một chất liệu vào một chất liệu khác (thường đều ở dạng
lỏng) dưới dạng những giọt cầu. Độ bền của sự nhũ hóa sẽ phụ thuộc vào sự phân lớp của các
pha.
Để tăng độ bền của quá trình nhũ hóa cần:
 Tăng độ nhớt của pha ngoại
 Giảm tính linh động của pha nội nhờ việc gây ra sự khó khăn khi chúng va chạm.
 Bảo đảm pha nội tồn tại ở những giọt nhỏ nhất và hợp lý, điều này sẽ làm giảm khả
năng bám dính của hai giọt.
 Tăng sức bền cơ học của bề mặt, sẽ giảm lực nhiệt động gây ra sự kết tụ.
3.1.3. Chất nhũ hóa
3.1.3.1. Khái niệm
Nhũ tương là hệ phân tán không bền vững nên muốn thu được hệ bền vững thì phải cho
thêm chất nhũ hóa.
Những chất có khả năng liên kết hai pha trên bề mặt theo bản chất của chúng được gọi là
chất hoạt động bề mặt. Với đặc trưng này chúng có thể làm chất nhũ hóa. Những chức năng
liên quan đến vai trò trong sự tạo nhũ đã chứng minh tính phổ biến của chúng đối với sản
phẩm về nhũ.
3.1.3.2. Phân loại chất nhũ hóa
Theo tính chất của phần kị nước:
 Sự đa dạng trong chiều dài gốc hydrocarbon.
 Độ bất bão hòa của gốc hydrocarbon
 Sự phân nhánh của gốc hydrocarbon
 Sự có mặt và vị trí của nhóm aryl trong gốc hydrocarbon
Theo loại điện tích

48.  Anionic
 Stearate glyceryl SE
 Glycol stearate và nguyên liệu khác
 Glycol stearate + hexylene glycol + SLES
 Nonionic
 Glyceril stearate + laureth_23
 PED-20 stearate
 Stearamide MEA stearate
 Cationic
 Diethylaminoethyl stearate
 Lưỡng tính
Stearate glyceryl SE PED-20 stearate
Hình 4.3 Chất nhũ hóa
3.1.3.3. Vai trò của chất nhũ hóa trong quá trình tạo nhũ
-- --- -- -- -- - -- -- -- -- --
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- - - o
-- -- -- -- -- -- - -- -- -- -- - --
TSO
TSW s
-- --- --- --- --- --- ---- --- ---
-- -- -- -- -- -- --- -- --- --- -- w
- -- -- -- -- -- -- -- --- -- -- -- -
Chất nhũ hóa trong nhũ tương tồn tại giống như một lớp phim chất hoạt động bề mặt, có
thể coi là pha thứ 3 của nhũ tương ổn định, hình thành 2 sức căng bề mặt nội Tws và Tos.

49.  Nếu giá trị HLB cao (lớn hơn 10) thì Tso sẽ dài hơn Tsw → pha dầu trở thành pha
phân tán.
 Nếu giá trị HLB thấp → nước sẽ là pha phân tán.
Hiện tượng trên cho thấy cần thiết phải có đủ chất nhũ hoá hiện diện để hình thành ít nhất
1 lớp đơn bao phủ lên bề mặt giọt của pha phân tán.
3.1.4. Độ bền vững và tập hợp của nhũ tương
Tính bền vững của nhũ tương phụ thuộc nhiều vào bản chất và hàm lượng chất nhũ hóa.
Bản chất của chất nhũ hóa không chỉ xác định độ bền vững mà còn xác định được loại nhũ
tương. Thực nghiệm cho thấy:
 Nếu chất nhũ hóa tan tốt trong nước (ái nước HLB lớn) thì sẽ tạo thành nhũ tương
d/n (o/w).
 Nếu chất nhũ hóa tan tốt trong dầu (ái dầu HLB nhỏ) thì sẽ tạo thành nhũ tương n/d
(w/o).
Để làm chất nhũ hóa có thể dùng các chất có bản chất khác nhau: các chất hoạt động bề
mặt ion, không ion, các polymer, các chất rắn….
Tính bền vững của nhũ tương được quyết định bởi các yếu tố sau:
 Sự giảm sức căng bề mặt phân chia pha (sự giảm này càng nhiều nếu độ phân cực
của hai chất lỏng càng gần nhau).
Ví dụ: sức căng bề mặt benzene-nước tính toán 34,4 và thực nghiệm 34,4 (18 o
C).
Chloroform- nước là 33,4 và 33,8 (18 o
C).
 Khi cho thêm chất nhũ hóa vào hệ, chúng sẽ hấp phụ lên bề mặt phân chia pha, là
giảm sức căng bề mặt, thể tích khối chất lỏng sẽ hướng tới dạng hình cầu (diện tích
bề mặt đạt cực tiểu).
 Thêm chất hoạt động bề mặt (nhũ hóa) là giảm sức căng bề mặt sẽ ngăn chặn sự kết
hợp của các hạt của pha phân tán.
 Yếu tố cơ học: chất nhũ hóa tạo thành một lớp xung quanh pha phân tán, lớp này có
độ nhớt cao, có khả năng hydrate hóa mạnh (d/n) cản trở không cho các hạt của pha
phân tán kết dính lại với nhau.
 Lớp điện tích kép:
 Đối với nhũ tương d/n, các ion chất hoạt động bề mặt hấp phụ lên bề mặt
pha phân tán, tạo thành lớp điện tích kép, các hạt này có điện tích cùng dấu
sẽ đẩy nhau không cho kết dính lại với nhau làm cho hệ nhũ tương bền
vững.

50.  Đối với nhũ tương n/d: cũng có sự tạo thành lớp điện tích kép nhưng điện
tích rất nhỏ do mức độ điện ly kém, tuy nhiên hằng số điện môi e nhỏ nên
lực đẩy tĩnh điện vẫn đủ lớn để làm bền nhũ.
 Thể tích pha phân tán chiếm tỷ lệ nhỏ làm cho khả năng va chạm của các hạt nhỏ là
giảm sự kết dính.
3.1.5. Các biện pháp làm bền nhũ
3.1.5.1. Cơ sở về tính ổn định của nhũ tương
Tính ổn định của nhũ tương được mô tả theo hai quan điểm cơ học và quan điểm nhiệt
động học.
4.6.1.1. Mô tả cơ học
Hình 4.5 Cấu tạo các loại nhũ tương dầu – nước
Khi hỗn hợp dầu và nước gồm 2 lớp bị lắc tạo lốc xoáy. Lực cắt của xoáy lốc này sẽ phân
cắt các pha thành các khối cầu phân tán vào nhau. Lực cắt này bị chống lại bởi sức căng bề
mặt tại mặt tiếp xúc giữa hạt và khối chất lỏng. Khi kích thước hạt giảm xuống nó cần những
xoáy lốc nhỏ hơn. Vì vậy, kích thước sau cùng của giọt phụ thuộc gần như chỉ vào sức căng
bề mặt của mặt phân cách và mức độ xáo trộn hình thành trong pha liên tục.
Trong khi các hạt của pha phân tán phân chia thì đồng thời một số chúng cùng kết tụ lại.
Quá trình kết tụ có thể bao gồm 2 giai đoạn:
 Giai đoạn 1: các giọt cùng pha phải tiến đến gần được nhau để va chạm vào nhau
nhưng có rất ít va chạm tạo kết hợp ngay (va chạm hoạt động). Lớp ngăn cách giữa
hai hạt va chạm có thể làm cho chúng bật ra.
 Giai đoạn 2: khi các hạt tiến đến gần nhau, giữa chúng sẽ xuất hiện lực hút phân tử
(Vander Waals) làm chúng hút nhau. Do lực hút giữa các phân tử trong nội bộ hạt
lớn hơn sức căng bề mặt giữa hai pha, hai hạt trong pha phân tán kết hợp nhau. Mức
độ dễ dàng của quá trình kết tụ tăng dần theo kích thước hạt.
4.6.1.2. Sự mô tả nhiệt động
Khi một chất bị phân tán ở trạng thái phân chia nhỏ nhất trong chất khác, diện tích bề mặt
tiếp xúc giữa 2 pha sẽ lớn vượt bậc. Vì hệ chỉ bền khi mức năng lượng ổn định (cực tiểu) nên

51. các hạt nhỏ có khuynh hướng kết tụ tạo thành hạt lớn – giảm sức căng bề mặt – giải phóng
năng lượng dư ra ngoài và đưa hệ về dạng phân lớp ban đầu.
3.1.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền nhũ
4.6.2.1. Ảnh hưởng của sự tích điện
Đối với chất nhũ hóa ion (anion hay cation) trong môi trường nước sẽ tích điện trên bề mặt
của giọt dầu, do đó chính lực đẩy nhau của các điện tích cùng dấu trên các hạt giúp chống lại
quá trình kết tụ. Từ đây cho thấy rằng điều kiện ổn định lý tưởng khi toàn bộ lớp màng phân
cách đều được bao bọc bởi các điện tích.
Đối với chất nhũ hóa không ion, sự tích điện cũng xuất hiện khi hai chất lỏng có hằng số
điện môi khác nhau bị trộn lẫn. Khi đó chất có hằng số điện môi cao hơn mang điện tích
dương và ngược lại.
4.6.2.2. Lượng chất nhũ hóa
Phải có lượng vừa đủ chất tạo nhũ để tại ra ít nhất 1 lớp phủ trên bề mặt giọt phân tán.
Thông thường độ ổn định có thể được cải thiện bởi 1 lượng chất tạo nhũ vượt hơn mức độ
cần thiết tối thiểu.
4.6.2.3. Sự định hướng của pha
Ảnh hưởng của giá trị HLB của hệ chất nhũ hóa đóng vai trò rất lớn. Rõ ràng pha có sức
căng bề mặt lớn có khuynh hướng tạo bề mặt có hình lòng chảo, nó sẽ trở thành pha phân tán.
Nếu sức căng bề mặt trên bề mặt pha bằng nhau hoặc gần bằng thì sự đảo pha xảy ra rất dễ
dàng. Người ta thấy rằng có 1 giá trị HLB mà tại đó sự đảo pha xảy ra rất dễ.
4.6.2.4. Tỉ lệ dầu và nước
Tỉ lệ này được xem như 1 thông số để cảm nhận sự xuất hiện nhũ và độ nhớt, nó còn ảnh
hưởng đến độ bền. Nếu pha phân tán chiếm tỉ lệ cao (có rất nhiều giọt) va chạm có hiệu quả
sẽ tăng lên và khoảng cách trung bình mà các giọt đến gặp nhau được giảm xuống. Tất cả
điều này gia tăng khả năng kếttụ.
4.6.2.5. Nhiệt độ
Khi đã dùng đúng chất nhũ hóa thì nhiệt độ là yếu tố quan trọng để có 1 hệ nhũ tương bền
tối ưu. Độ tan của chất nhũ hóa trong hệ phụ thuộc vào nhiệt độ, nói cách khác, giá trị HLB
phụ thuộc vào nhiệt độ. Vì vậy, sự thay đổi nhiệt độ có thể làm giảm độ bền của nhũ.

52. 4.6.2.6. Độ nhớt của môi trường phân tán
4.6.2.7. Sự phối hợp các chất nhũ hóa
3.1.5.3. Các biện pháp làm bền nhũ
4.6.3.1. Sự lựa chọn giá trị HLB tối ưu.
4.6.3.2. Độ ẩm
Một yếu tố khác để làm bền cho loại nhũ O/W là thêm vào các chất làm ẩm để tránh bị khô
khi tiếp xúc với không khí.
Sự khô của sản phẩm – mà kết quả là sự phá vỡ nhũ tương, phụ thuộc vào nhiệt độ của sản
phẩm, mức độ tiếp xúc với không khí và độ ẩm tương đối của không khí.
Tất cả những gì chất làm ẩm có thể làm được là làm giảm độ mất nước vào không khí và
hiệu quả này nên tăng cường bằng việc bao gói kín.
Hiện nay có 3 chất làm ẩm được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp mỹ phẩm là glyceryl,
sorbitol, propylen glycol.
4.6.3.3. Phương thức sản xuất
Sự định hướng nhũ phụ thuộc vào cách khuấy và tốc độ khuấy, với tốc độ khuấy đã cho có
1 tỉ lệ thể tích mà trên mức này thì pha nặng là phân tán còn dưới mức này là pha nhẹ là pha
phân tán. Giữa giới hạn 2 chiều này (vùng chưa ổn định) cho thấy có hiện tượng trễ. Do vậy,
nếu nước được thêm vào nhũ tương W/O ổn định lại 1 tốc độ khuấy không đổi thì cuối cùng
sẽ đảo pha tại 1 giới hạn tỉ lệ thể tích thấp hơn. Nếu thêm dầu vào, khi qua vùng chưa ổn định,
quá trình nghịch đảo sẽ xảy ra nếu giới hạn trên xuất hiện. Khi tốc độ khuấy tăng điểm đảo
pha của mọi tỉ lệ thể tích có khuynh hướng tăng đến 1 giá trị không đổi phụ thuộc vào cách
khuấy. Lưu ý rằng với cùng thể tích pha bằng nhau, ở tốc độ khuấy cao, pha nặng có khuynh
hướng là pha liên tục.
3.1.6. Điều chế và phá vỡ hệ nhũ tương (sự đảo nhũ)
Trong thực tế nhũ tương được điều chế bằng quá trình phân tán cơ học với sự có mặt của
chất nhũ hóa bằng các thiết bị khuấy trộn hoặc sóng siêu âm.
a. b.
Hình 4.4 Điều chế nhũ tương bằng thiết bị khuấy trộn (a) và sóng siêu âm (b)

53. Quá trình nhũ hóa không chỉ phụ thuộc vào:
 Bản chất của chất nhũ hóa
 Tác dụng cơ học.
 Nhiệt độ.
 Tương quan về độ phân cực giữa các pha.
Phá vỡ hệ nhũ tương:
 Nhũ tương loại d/n phá vỡ nhờ:
 Chất nhũ hóa anion thường được phá vỡ bằng cách cho keo tụ dưới tác dụng
của ion kim loại nặng (làm kết tủa chất nhũ hóa).
 Chất nhũ hóa là chất hoạt động bề mặt không ion thì cũng có thể phá vỡ bằng
các chất điện ly ở nồng độ cao. Lúc này xảy ra sự muối kết.
 Tất cả nhũ tương đều có thể bị phá vỡ khi thêm chất hoạt động bề mặt thích hợp.
Đó là những chất có khả năng đẩy chất nhũ hóa ra khỏi lớp hấp phụ nhưng không
có khả năng làm bền nhũ.
 Các nhũ tương còn có thể bị phá vỡ bằng ly tâm, lọc, đun nóng…
Sự đảo nhũ:
 Sự thay đổi qua lại giữa hai loại nhũ, gọi là sự đảo nhũ tương: pha phân tán chuyển
thành pha liên tục và ngược lại.
 Sự đảo nhũ trong những điều kiện nhất định có thể được tạo ra do tác dụng cơ học
lâu dài. Ví dụ như kem d/n sau một thời gian dài có thể chuyển thành kem n/d.
3.1.7. Một số chất hoạt động bề mặt được dùng làm chất nhũ hóa O/W
HLB Value = 0.5 Chemical description Trade name
8.6 Sorbitan monolaurate
Ariacel 20 Armotan
ML Drewmuise SML
Emasol 110
Emsorb 2515
Glycomul
Hodag SML
Span 20

54. 8.8 Polyoxyethylene (5) nonyl phenol T-Det N-4
8.8 Polyoxyethylene (5) monooleate Ethofat 0/15
8.8 PEG 400 dioleate
Emerest 264B
Hodag 42-0
Pegosperse 400 – DO
Tegester PEG
400 – DO
9.0 Polyoxyethylene (5) monostearate Ethofat 60/15
9.0 Polyoxyethylene poiyol fatty acid ester Arlatone T
9.1 Polyoxyethylene (5) oleyl ether Arosufl JL-457
9.6 Polyoxyethylene (4) sorbitan monostearate
Glycosperse S-4
Tween 61
9.6 PEG 400 dilaurate
Emerest 2652
Hodag 42-L
Kesso 182D46
Pegosperse 400 DL
9.7 Polyoxyethylene (4) lauryl ether
Brij 30
Ethosperse LA-4
Glycosperse LA-4
10.0 Polyoxyethylene (5) sorbitan monooleate
Emsorb 6901
Glycosperse 0-5
Sorbinox 0-5
Tween 81
10.0 Polyoxyethylene (5) laurate
Arosufl MFL-418
Ethofat C/15
10.4 PEG 300 monooleate Neutronyx 834
10.4 PEG 600 dioleate Hodag 62-0
10.5 PEG 600 distearate
Hodag 62-S
S 1013

55. 10.5 Polyoxyethylene (20) sorbitan tristearate
Armotan PTS-20
Emorb 6907
Glycosperse TS-20
Hodag PSTS-20
Sorbinox TS-20
Tween 65
10.8 Polyoxyethylene fatty glyceride Arlatone G
11.0 Polyoxyethylene (20) sorbitan trioleate
Emsorb 6903
Hodag PSTO-20
Sorbinox TO-20
Tween 85
11.0 Glycerol monostearate, sefl- emulsifying Arlacel 165
11.0 Polyoxyethylene lanolin derivative G-1790
3.2. Khả năng tạo bọt
3.2.1. Độ bền vững tập hợp của bọt
Bọt được hình thành do sự phân tán khí trong môi trường lỏng khi có mặt chất tạo bọt.
Hiện tượng này làm cho bề mặt dung dịch chất tẩy rửa tăng lên.
Hình 5.1 Cấu tạo màng bọt
Khả năng 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.
Độ bền vững cực đại của bọt ứng với chất hoạt động bề mặt có gốc hydrocarbon trung bình
và với dung dịch có nồng độ trung bình. Những chất thấp hơn trong dãy đồng đẳng có tính
hoạt động bề mặt kém, những chất cao hơn có độ hòa tan thấp.
Bên cạnh bản chất và nồng độ của chất tạo bọt , thời gian tồn tại của bọt còn phụ thuộc vào
nhiệt độ, độ nhớt của dung dịch…..Tốc độ phá vở bọt thường tăng theo nhiệt độ do sự giải

56. hấp phụ chất tạo bọt trên bề mặt phân chia pha và do sự bong trương chất lỏng, làm cho
màng bị mỏng đi dần dần phá vỡ. Sự tăng độ nhớt của dung dịch làm tăng độ bền cho bọt.
3.2.2. Các nguyên nhân làm bền bọt
Lực tĩnh điện: do lực đẩy tĩnh điện giữa hai đầu phân cực của hai lớp anionic hấp phụ trên
ranh giới lỏng khí, làm cho màng ngăn cách bọt khí không bị mỏng đi.
Độ nhớt: chưa có một nghiên cứu chứng minh ảnh hưởng của độ nhớt lên độ bền bọt, có
một số giả thiết các màng bền vững do có độ nhớt cao.
Tính đàn hồi của màng: tính đàn hồi tăng thì màng dễ vỡ.
3.2.3. Các tác nhân làm tăng bọt
Để làm tăng bọt cho dung dịch chất tẩy rửa có thể đi theo hai hướng sau:
 Chọn chất hoạt động bề mặt tạo bọt hay không tạo bọt.
 Sử dụng các phụ gia làm tăng bọt.
3.2.3.1. Chọn lựa chất hoạt động bề mặt
Một chất hoạt động bề mặt hay hỗn hợp chất hoạt động bề mặt có thể làm thành hệ thống
tạo bọt. Thông thường, số lượng bọt tăng với nồng độ đạt tối đa quanh CMC. Các yếu tố ảnh
hưởng đến CMC có thể tăng hoặc giảm bọt là:
 Nhiệt độ:
 Chất họt động bề mặt anionic: khi nhiệt độ tăng, độ hòa tan tăng làm khả
năng tạo bọt tăng.
 Chất hoạt động bề mặt không ion: độ hòa tan (do đó khả năng tạo bọt) giảm
với nhiệt độ sau điểm đục.
 Sự có mặt của chất điện ly: làm giảm trị số CMC của chất hoạt động bề mặt → thay
đổi khả năng tạo bọt của chất hoạt động bề mặt.
 Cấu trúc phân tử của chất hoạt động bề mặt :
 Chất hoạt động bề mặt NI ít tạo bọt hơn chất hoạt động bề mặt ion trong dung
dịch nước.
 Đối với cùng một họ chất hoạt động bề mặt, CMC càng kém thì khả năng tạo
bọt càng cao. Ví dụ như đối với alkyl sulfate, khi chiều dài mạch C tăng khả
năng tạo bọt tăng.
 Cation đối của chất hoạt động bề mặt anion có liên quan đến sự ổn định (độ
bền) của bọt. Theo Kondon và cộng sự, sự ổn định bọt của dodecyl sulfate
giảm theo thứ tự sau:
NH4
+
> (CH3)4N+
> (C2H5)4N+
> (C4H9)4N+

57. 3.2.3.2. Sử dụng các chất phụ gia làm tăng bọt
Theo Schick và Fowker , việc thêm vào một số hợp chất đối cực ( ion đối) có thể làm giảm
CMC của chất hoạt động bề mặt . Khi hợp chất có cùng mạch C với chất hoạt động bề mặt
thì khả năng tạo bọt và ổn định bọt tăng:
Ether glycerol < Ether sulfonyl < Amide < Amide thay thế
Trong thực tế người ta sử dụng mono hay diethanol amide làm những chất tăng bọt trong
bột giặt tạo bọt, nước rửa chén hoặc dầu gội đầu.
3.2.4. Các tác nhân chống bọt
Để giảm bớt bọt trong dung dịch chất tẩy rửa người ta dùng các chất chống bọt
(antifoamer). Các chất chống bọt tác động theo hai cách:
 Ngăn cản sự tạo bọt: thường là các ion vô cơ như canxi có ảnh hưởng đến sự ổn
định tĩnh điện hoặc giảm nồng độ aniion bằng kết tủa.
 Tăng tốc độ phân hủy bọt: là các chất vô cơ hay hữu cơ sẽ đến thay thế các phân
tử các chất hoạt động bề mặt của màng bọt làm màng bọt ít ổn định (không bền).
3.2.4.1. Cơ chế phá vỡ bọt bằng các hạt kị nước
Xét mô hình sau:
Các hạt kị nước có thể được tạo thành khi cho xà phòng vào công thức bột giặt. Xà phòng
sẽ tác dụng với ion canxi tạo thành xà phòng canxi (kị nước) không tan. Các hạt này sẽ nằm
trên màng bọt và trở nên không đồng nhất. Phần màng tiếp xúc với hạt kị nước trở nên mỏng
dần và sau cùng tự tạo lỗ ở đó và bọt bị phá vỡ.
Hệ thống anionic/NI/xà phòng đã được sử dụng trong thời gian dài để sản xuất các sản
phẩm không bọt dùng cho các máy giặt. Xà phòng no có hiệu quả phá bọt cao và được sắp
xếp theo dãy sau:
Xà phòng mỡ cá voi > xà phòng colza > stearate > xà phòng mỡ bò > xà phòng dầu dừa.
Nhược điểm:
 Thiếu hiệu quả ở nước ngọt (không có sự tạo thành xà phòng canxi).
 Đóng bánh (gel hóa) trong bộ phận phân phối bột (khi nhiệt độ thấp).
Phim
Không khí (K) Hạt kị nước
Lỏng (L)
Phim
Không khí (K) Hạt kị nước
Lỏng (L)

58. 3.2.4.2. Cơ chế chảy loang
Xét mô hình sau:
Hệ thống anionic/NI với các tác nhân chống bọt được sử dụng rộng rãi bao gồm:
 Stearyl phosphate (mono và distearyl phosphate)
 Dầu và sáp
 Các silicon,silic kị nước
Các hợp chất này tác dụng theo cơ chế chảy loang. Các phân tử của chúng di chuyển về
phía bề mặt của màng bọt để thay thế các phân tử của chất hoạt động bề mặt. Như vậy một
bề mặt có bọt được thay thế bởi bề mặt ít bọt hơn. Điều này chỉ có thể thực hiện được bởi một
hợp chất có sức căng bề mặt kém có khả năng chảy loang trên bề mặt dung dịch. Đặc tính này
được biểu diễn bởi hệ số chảy loang S:
S =  F – ( A -  FA)
Trong đó:
F: sức căng bề mặt của dung dịch tạo bọt
  A: sức căng bề mặt của tác nhân chống bọt
FA: sức căng bề mặt của dung dịch tạo bọt/chống bọt
3.2.5. Điều chế và phá vỡ bọt
Bọt được điều chế bằng cách sục khí (thường là không khí) đi qua dung dịch chất tạo bọt
bằng cách khuấy mạnh chất tạo bọt.
Trong nhiều trường hợp sự tạo bọt có ý nghĩa thực tế to lớn:
 Bọt có vai trò trong quá trình tuyển nổi quặng
 Sự tạo bọt là yếu tố tích cực trong quá trình giặt giũ
 Nhờ sự tạo bọt và sau đó khử bọt, có thể làm sạch một số chất lỏng khỏi chất hoạt
động bề mặt
 Bọt có ý nghĩa to lớn trong cứu hoả, để dập tắt đám cháy người ta dùng bọt trong đó
pha phân tán là carbon dioxide, ngăn không cho không khí tiếp xúc với đám cháy.
 Sự tạo bọt là cần thiết khi sản xuất các chất dẻo xốp
Phim
Không khí (K)
Lỏng (L)
Silicon
/ Dầu Phim
Không khí (K)
Lỏng (L)
Silicon
/ Dầu

59. Trong một số trường hợp sự tạo bọt là không cần thiết, cần loại trừ. Ví dụ như khuấy trộn
một số dung dịch bọt dễ hình thành, gây khó khăn cho quá trình khuấy trộn. …. Để phá bọt
có thể:
 Thêm vào chất chống bọt (antifoamer) như các dẫn xuất của silicon, một số rượu.
 Tăng nhiệt độ: khi nhiệt độ tăng xảy ra sự giải hấp chất tạo bọt, nhiệt độ làm bốc
hơi dung môi, làm cho bọt bị phá vỡ.
 Biện pháp cơ học.
 Hút chân không.