Chất hoạt động bề mặt là gì? Đặc điểm, phân loại và ứng dụng của nó

Chất hoạt động bề mặt (tiếng Anh: Surfactant, Surface active agent) là một loại hóa chất mà phân tử của nó gồm hai thành phần: một đầu phân cực (ưa nước) và một đuôi không phân cực (kị nước).

Chất hoạt động bề mặt.

Chất hoạt động bề mặt là gì?

Chất hoạt động bề mặt là sản phẩm linh hoạt nhất của ngành công nghiệp hóa chất. Chúng được sử dụng trong mọi lĩnh vực công nghiệp, từ chất tẩy rửa gia dụng đến các chất hòa tan, thẩm thấu trong nông nghiệp.

Thuật ngữ Surfactant bắt nguồn từ surface active agent. Chúng là các phân tử lưỡng tính và do đó được hấp thụ trong giao diện không khí và nước. Tại mặt phân cách, chúng tự sắp xếp sao cho phần kỵ nước ở trong không khí và phần kỵ nước ở trong nước. Điều này sẽ làm giảm độ căng bề mặt hoặc bề mặt giữa các bề mặt.

Đặc điểm chất hoạt động bề mặt

Chất hoạt hóa bề mặt được dùng để làm giảm sức căng bề mặt của một chất lỏng. Nếu có nhiều hơn hai chất lỏng không hòa tan thì chất hoạt hóa bề mặt làm tăng diện tích tiếp xúc giữa hai chất lỏng đó.

Chất hoạt động bề mặt là các phân tử amphiphilic có phần kỵ nước và phần ưa nước. Đuôi kỵ nước là một hydrocacbon, fluorocarbon hoặc siloxan. Các chất hoạt động bề mặt thường được phân loại dựa trên đầu phân cực của chúng vì các đuôi kỵ nước thường giống nhau. Nếu nhóm đầu không có điện tích, chất hoạt động bề mặt được gọi là không ion. Nếu nhóm đầu có điện tích âm hoặc dương, nó được gọi là anion hoặc cation, tương ứng. Nếu nó chứa cả nhóm dương và nhóm âm, thì chất hoạt động bề mặt được gọi là zwitterionic.

Chất hoạt động bề mặt anion và không ion cho đến nay là những loại chất hoạt động bề mặt được sử dụng nhiều nhất trong ngành công nghiệp. Chất hoạt động bề mặt anion được sử dụng nhiều, đặc biệt là trong các sản phẩm tẩy rửa như bột giặt và dầu gội. Mặt khác, chất hoạt động bề mặt không chứa ion thường được sử dụng làm chất làm ướt và trong công nghiệp thực phẩm. Cả chất hoạt động bề mặt cation và zwitterionic đều được sử dụng đặc biệt hơn vì chúng đắt hơn để sản xuất.

Tính ưa-kị nước của chất hoạt động bề mặt

Tính ưa, kị nước của một chất hoạt hóa bề mặt được đặc trưng bởi một thông số là độ cân bằng ưa kị nước (tiếng Anh: Hydrophilic Lipophilic Balance-HLB), giá trị này có thể từ 0 đến 40. HLB càng cao thì hóa chất càng dễ hòa tan trong nước, HLB càng thấp thì hóa chất càng dễ hòa tan trong các dung môi không phân cực như dầu.

Tính ưa-kị nước của chất hoạt động bề mặt.

Chất hoạt động bề mặt ethoxylates- gọi là nonionic surfactants, vd: nonyl ethoxylate, octyl ethoxylate… Tùy theo độ HLB ta có:

HLB : 1-3 phá bọt
HLB : 4-9 nhũ nước trong dầu
HLB : 9-11 wetting agents
HLB : 11-15 nhũ dầu trong nước
HLB : 15 chất khuếch tán

Phân loại chất hoạt động bề mặt

Tùy theo tính chất mà chất hoạt hóa bề mặt được phân theo các loại khác nhau. Nếu xem theo tính chất điện của đầu phân cực của phân tử chất hoạt hóa bề mặt thì có thể phân chúng thành các loại sau:

Chất hoạt hóa ion (tiếng Anh: ionic): khi bị phân cực thì đầu phân cực bị ion hóa.

Chất hoạt hóa dương: khi bị phân cực thì đầu phân cực mang điện dương, ví dụ: Cetyl trimêtylamôni brômua (CTAB).
Chất hoạt hóa âm: khi bị phân cực thì đầu phân cực mang điện âm, ví dụ: bột giặt, axít béo.

Chất hoạt hóa phi ion (tiếng Anh: non-ionnic): đầu phân cực không bị ion hóa, ví dụ: Ankyl poly(êtylen ôxít).

Chất hoạt hóa lưỡng cực (tiếng Anh: zwitterionic): khi bị phân cực thì đầu phân cực có thể mang điện âm hoặc mang điện dương tùy vào pH của dung môi, ví dụ: Dodecyl đimêtylamin ôxít.

Phân loại chất hoạt động bề mặt.

Ứng dụng chất hoạt động bề mặt

Chất hoạt động bề mặt ứng dụng rất nhiều trong đời sống hàng ngày. Ứng dụng phổ biến nhất là: bột giặt, sơn, nhuộm…

Xem thêm: Vai trò của chất hoạt động bề mặt trong ngành tẩy rửa

Trong công nghiệp dệt nhuộm: Chất làm mếm 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.