LOGO
TIỂU LUẬN MÔN HỌC
KỸ THUẬT NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC
ĐẶC TÍNH HÓA LÝ HỆ NHŨ TƯƠNG VÀ VI NHŨ TƯƠNG TỔNG HỢP POLYMER BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI NHŨ
Giảng viên : PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh Học viên : Đặng Văn Hân 7140786 Huỳnh Đắc Hồng Ngọc 7140792
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
NỘI DUNG TRÌNH BÀY 1 2 3 4 5
n ơ Nh
TỔNG QUAN
y u Q
TƯƠNG VÀ VI NHŨ TƯƠNG TÍNH CHẤT HÓA LÝ HỆ NHŨ èm
+D / m
K y ạ
ĐỘ BỀN NHIỆT ĐỘNG o HỆ VI NHŨ TƯƠNG
c . le
G
g o o
TỔNG HỢP POLYMER BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI NHŨ TƯƠNG KẾT LUẬN Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
2
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
TỔNG QUAN HỆ NHŨ TƯƠNG Hệ nhũ tương: là một hệ phân tán cao của hai hay nhiều n ơ chất lỏng không tan hoặc tan rất ít vào nhau.h N y u - Những giọt nhỏ của pha bị phân tán, Q m è - Pha còn lại tồn tại ở dạng phayKliên tục.
ạ D + / m
o c . le
G
g o o
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
3
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
PHÂN LOẠI HỆ NHŨ TƯƠNG Theo pha phân tán
NHŨ TƯƠNG
n ơ O/W: giọt dầu phân tán trong nước h N y u Q m è K y ạ D + giọt nước phân tán trong dầu / W/O: m o .c
Thuận
Nghịch
le g o
o G Theo nồng độ
Loại khác
Nhũ loãng, nhũ đậm đặc, nhũ phức
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
4
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
THÀNH PHẦN HỆ NHŨ TƯƠNG n phân cực và Pha dầu: Gồm những chất lỏng không ơ h N các chất hòa tan hay đồng tan vàoQchúng; uy
m è Pha nước: Gồm những ạchất yK lỏng phân cực và các D +tan / chất dễ hòa tan hay đồng vào chúng; m o c . lelà phụ gia để giúp ổn định hệ nhũ Chất nhũ hóa: g o o G
tương;
Ngoài ra, nhũ tương còn có thêm một số thành phần khác. Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
5
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
TỔNG QUAN HỆ VI NHŨ TƯƠNG Hệ vi nhũ tương: là hệ phân tán vi dị thể, gồm pha dầu n được ổn định và pha nước phân tán đồng nhất vào nhauhơvà N phân cách hai pha, y bởi phân tử các chất diện hoạt trên bề mặt u Q có tính đẳng hướng về mặt quangèhọc, m ổn định về mặt nhiệt yK động học giống một dung dịchạlỏng.
+D / m
o c . le
G
g o o
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
6
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
PHÂN LOẠI HỆ VI NHŨ TƯƠNG n ơ Dầu phân tán trong nước h N y u Q m è K y ạ phân tán trong dầu Nước D + / m
Winsor 1
Winsor 2 VI NHŨ TƯƠNG
o c . le
g o o Winsor 3 G
Winsor 44 Winsor
Hệ ba pha (vi nhũ trung gian)
Micellar 1 pha (đẳng hướng)
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
7
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
THÀNH PHẦN HỆ VI NHŨ TƯƠNG Pha dầu
n ơ Nh
Pha nước
+D / m
Vi nhũ tương
m è K y ạ
y u Q
o c . le
G
Chất g điện o o hoạt
Chất đồng điện hoạt Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
8
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
PHÂN BIỆT TÍNH CHẤT HÓA LÝ Tính chất hóa lý Kích thước Thành phần
Tính chiết quang Sức căng bề mặt
Hệ nhũ tương (Emulsion) 0,1-100 µm
Hệ vi nhũ tương n (Microemulsion) ơ h N y 10-100 nm
u Q - Pha phân tán m - Pha phân tán è - Pha liên tục yK - Pha liên tục ạ - Chất nhũ hóa - Chất nhũ hóa +D / m - Chất đồng điện hoạt o c . Phân tán ánh sáng Ánh sáng truyền thẳng e l g o o Thấp (γ ~ 0 mN/m) G Cao (γ > 1 mN/m)
Độ bền nhiệt động
Kém, không ổn định, dễ Bền, độ ổn định cao, có thể bị phân lớp để lâu mà không bị phân lớp
Ứng dụng
Mỹ phẩm, dược phẩm, Mỹ phẩm, dược phẩm, sinh sinh học, … học, công nghiệp, vật liệu.
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
9
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
ĐỘ BỀN NHIỆT ĐỘNG HỆ VI NHŨ 1
Sự phân tán ánh sáng
n ơ Nh
Phương trình Rayleigh xác định cườnguyđộ ánh sáng phân tán:
Q
Ipt = k.µ.Vè2m .Io
K y ạ
- Khi thể tích hạt (V) >> thì+DIpt >> độ phân tán ánh sáng càng / cao ⇒ Ánh sáng truyềnom qua dung dịch bị phân tán tạo thành c . e l mờ đục; dải ánh sáng hình nón g o o - Khi thể tích hạt G (V) << thì Ipt << độ phân tán ánh sáng càng bé ⇒ Ánh sáng truyền qua dung dịch sẽ đẳng hướng và truyền thẳng. Hệ vi nhũ tương có độ truyền suốt và đẳng quang cao. Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
10
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
ĐỘ BỀN NHIỆT ĐỘNG HỆ VI NHŨ 2
Sức căng bề mặt Sức căng bề mặt đặc trưng: W = dES = σ.dS m
n ơ Nh
y u Q
è K y liên quan giữa γ và hoá thế Phương trình hấp phụ Gibbs, ạ D + / µ của mỗi cấu tử trong hệ trong điều kiện đẳng nhiệt: m o dγo/wle=.c -Σi(Γidµ i) ~ - Σi(ΓiR.T.dlnCi) g o o G dγo/w = -ΓsRTdlnCs – ΓcoRTdlnCco Tích phân ta có: γo/w= γ0o/w- ΓsRTlnCs – ΓcoRTlnCco
Hệ vi nhũ tương có sức căng bề mặt rất thấp và phụ thuộc vào sức bề mặt của chất HĐBM và đồng HĐBM. Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
11
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
ĐỘ BỀN NHIỆT ĐỘNG HỆ VI NHŨ Độ bền hệ n mang những Trong chuyển động Brown, các hạthơkeo N nhau ứng với một năng lượng xác định và có thể va chạmuyvào Q xác suất nào đó. Điều kiện để hệèmkeo được bền là phải làm K cho năng lượng chuyển độngạyBrown luôn luôn nhỏ hơn thế +D năng Emax của hệ. / m o .c đặc tính: Hệ nhũ tương cólecác g o o - Hệ có nồng độ nhỏ; G - Bề mặt các hạt đều được hấp phụ; - Bề mặt các hạt đều được bảo vệ bởi các chất HĐBM 3
Hệ vi nhũ tương có độ ổn định và bền về nhiệt động. Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
12
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
ĐỘ BỀN NHIỆT ĐỘNG HỆ VI NHŨ 4
Năng lượng tự do vi nhũ tương
n ơ Xét hệ vi nhũ tương gồm các thànhNhphần: y u - Pha phân tán (dầu) có phần mol: x1; Q m è mol: x2; - Pha liên tục (nước) có phần K y ạ - Chất hoạt động bề mặt D có phần mol: x3; + / - Chất đồng hoạt ođộng m bề mặt có phần mol: x4; c . le g o o G
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
13
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
ĐỘ BỀN NHIỆT ĐỘNG HỆ VI NHŨ Để xác định độ bền nhiệt động của hệ vi nhũ tương n ơ người ta xác định biến thiên năngh lượng tự do N y 3 Helmholtz (∆F) hình thành trên 1 cm Qu hỗn hợp vi nhũ:
+D / m
m è K y ạ
o c . le
G
g o o
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
14
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
ĐỘ BỀN NHIỆT ĐỘNG HỆ VI NHŨ Bán kính droplet
www.daykemquynhon.ucoz.com
6
+D / m
n ơ Nh
m è K y ạ
y u Q
o c . le
G
g o o
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
15
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
n ơ Nh
y u Q
ỨNG DỤNG TỔNG HỢP POLYMER m è K y ạ BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI NHŨ TƯƠNG D + / m o .c
le g o
o G
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
16
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP VI NHŨ Sinh học
Dược phẩm
m è K y ạ
n ơ Nh
y Chế tạo vật liệu u Q
+D / PHƯƠNG m o c . le PHÁP VI
G
g o o
NHŨ
Các ngành khác
Thực phẩm
Mỹ phẩm
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
17
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
TỔNG QUAN POLYMER 1
Khái niệm
n ơ hcấu tạo từ các phân N Polymer là hợp chất cao phân tử được y u Q học và trong cấu trúc tử đơn giản (monome) nhờ liên kếtmhóa èlần những mắt xích cơ bản. của chúng có sự lặp đi lặp lại nhiều K y ạ Ví dụ: n CH2=CH2 n [-CH [-CH2-CH2-]n +D2-CH2-] / m o c xích cơ bản monomer e.mắt polyetylen (PE) l g o o G
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
18
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
TỔNG QUAN POLYMER 2
Cơ chế phản ứng trùng hợp
1. GĐ1: Khơi
màoKhơi mào
R-R → 2R* (hay M → M*)
Khơi mào
R* + M → RM* ……
g o o
RMn-1M* + M → RMGnM*
3. GĐ3: Tắt mạch 2RMnM* → RMnMMnR
Phátuy Q triển m Kè mạch
y ạ D
+ / Phát m Hình o c . triển le thành các
2. GĐ2: Phát triển mạch
mạc gốc tự do, hlàm trung tâm cho giai đoạn phát triển mạch
n ơ Nh
Gốc tự do tương tác với các monomer phát triển mạch hình thành gốc polymer
Ngắt mạch
Chuyển mạch
Bão hòa các gốc polymer tự do tạo thành các phân tử polymer
Sự tương tác giữa các gốc polymer tự do với các tạp chất hay dung môi trong hệ
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
19
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
TỔNG QUAN POLYMER 3
Các yếu tố ảnh hưởng quá trình trùng hợp 1
Nhiệt độ phản ứng
4
y u Q
D + / Áp suất hệ m o c . le
2
G
m è K y ạ
n ơ Nh
g o o 3
Nồng độ của monomer
Nồng độ và bản chất của chất khơi mào
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
20
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
TỔNG QUAN POLYMER 4
Các phương pháp tổng hợp polymer
n ơ Polymer có thể được điều chế bằng phản ứng trùng h N y u hợp hoặc trùng ngưng Q m è K y ạ D + / m o c . le g o o G Quá trình tổng hợp xảy ra trong môi trường xúc tác, nhiệt độ cao và áp suất. Chất lượng sản phẩm thấp. Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
21
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
TỔNG HỢP POLYMER BẰNG VI NHŨ 1
Phương pháp vi nhũ tương
n ơ Nh
Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất hiện y u Q nay. Do đặc tính đặc biệt của hệ vimnhũ như: Kè - Sức căng bề mặt cực ythấp; ạ D - Diện tích bề mặt/+phân tán lớn; mổn định, … - Nhiệt động học o c
. e gl
Nên trùngoohợp polymer bằng phương pháp vi nhũ G tương xảy ra với tốc độ nhanh, thực hiện ở nhiệt độ tương đối thấp, điều này cho phép thu được những polymer có phân tử lượng lớn và hạn chế đa phân tán. Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
22
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
TỔNG HỢP POLYMER BẰNG VI NHŨ 2
Thành phần
Thành phần hệ trùng hợp vi nhũ
n ơ Nh
+D / m
m è K y ạ
y u Q
o c . le
G
g o o
Các hợp chất khác
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
23
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
TỔNG HỢP POLYMER BẰNG VI NHŨ 3
Các giai đoạn tổng hợp polymer bằng vi nhũ
n ơ Nh
y u Q
Step 1
Step 2 D /+
m è Step K y ạ 3
Step 4
m o .c
le g o
o G
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
24
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
TỔNG HỢP POLYMER BẰNG VI NHŨ Tổng hợp quá trình hình thành polymer
n ơ Nh
www.daykemquynhon.ucoz.com
4
+D / m
m è K y ạ
y u Q
o c . le
G
g o o
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
25
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
TỔNG HỢP POLYMER BẰNG VI NHŨ 5
Ưu điểm
Polymer có khối lượng phân tử lớn, ít bị phân nhánh và đứt mạch
n ơ Nh
Kích thước, y hình dáng các monomer u trongQphân tử có tính đồng nhất cao
m è K y ạ
+D / m Ưu
o c . điểm Không có hiện tượng quágle oo nhiệt cục bộ, dễ kiểmG soát
Thân thiện với môi trường, dễ thực hiện
thông số phản ứng
Tốc độ phản ứng nhanh xảy ra ở nhiệt độ thấp Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
26
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
TỔNG HỢP POLYMER BẰNG VI NHŨ 6
Nhược điểm
Polymer dễ nhiễm tạp chất khi các tác chất trong hệ không sạch
+D / m
n ơ Nh
y u Q
Hệ bị ảnh hưởng bởi các m èyếu tố môi trường bên ngoài K ạy
Nhược Sử dụng nhiều lượng chất o c . HĐBM và đồng HĐBM gle điểm o o G
Chi phí tách chất thu hồi sản phẩm khá cao
Phát sinh thêm giai đoạn tạo vi nhũ Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
27
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
TỔNG HỢP POLYMER BẰNG VI NHŨ Ứng dụng tổng hợp polymer bằng PP vi nhũ
7 1 2 3 4
n ơ h N y u Tổng hợp polybutyl acrylate Q m è K y ạ D + / Tổng hợp polyaniline m o c . le g o polymethacrylate Tổng ohợp G
….
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
28
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
ỨNG DỤNG KHÁC
1
n ơ h nhiên liệu mới, … Thu hồi dầu, tổng hợp N y u Q m è K y ạ Tổng hợp các s/p trong DP, MP, TP, …. D + / m o c . le g oTổng hợp enzim, protein trong sinh học, …
2 3
4
o G
Các loại vật liệu nano vô cơ và hữu cơ
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
29
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
KẾT LUẬN Hệ vi nhũ tương có năng lượng tự do trên bề mặt, sức căng bề n ơ mặt và kích thước các droplet có giá trị rất nhỏ. Với các tính chất h N y u ưu điểm hơn so với hệ này đã làm cho hệ vi nhũ tương có nhiều Q nhũ tương thông thường. èm
K y ạ
Phương pháp trùng hợp vi Dnhũ được sử dụng nhiều trong việc + / mtổng hợp do phương pháp này có tốc sản xuất các loại polymer o c . độ phản ứng nhanh xảy le ra ở nhiệt độ tương đối thấp, có độ đồng g o được những polymer có phân tử lượng lớn o nhất cao cho phép thu G và hạn chế đa phân tán. Ngoài ra, hệ vi nhũ tương còn được ứng dụng nhiều trong thực tế để sản xuất ra nhiều sản phẩm hữu ích phục vụ cho cuộc sống của chúng ta. Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
30
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
LOGO
www.daykemquynhon.ucoz.com
n ơ Nh
+D / m
m è K y ạ
y u Q
o c . le
G
g o o
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
TRƯỜNG ĐẠI HỌCBÁCH KHOA TP. HCM KHOAKỸ THUẬT HÓA HỌC
n ơ h
LUẬN MÔN HỌCyN TIỂU LU
u Q
KỸ THUẬT NHIỆT ĐỘNG K m HÓA HỌC
è K ạy
D + / lý ccủa hệ nhũ tương hóa ng và vi Đề tài: Đặcc tínhm o ddụng tổng hợpp polymer bbằng c nhũ tương. Ứng . le ương pháp vi nhũ tương g phươ o o G Giảng viên : PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 05 năm 2015
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 TỔNG QUAN ....................................................................................................... 2 I. HỆ NHŨ TƯƠNG .............................................................................................. 2 1.1. Khái niệm................................................................................................... 2 1.2. Phân loại .................................................................................................... 2 1.3. Thành phần ................................................................................................ 4 1.4. Tính chất .................................................................................................... 4 II. HỆ VI NHŨ TƯƠNG ......................................................................................... 6 2.1. Lịch sử ....................................................................................................... 6 2.2. Khái niệm................................................................................................... 7 2.3. Phân loại .................................................................................................... 8 2.4. Thành phần ................................................................................................ 8 2.5. Giản đồ pha ................................................................................................ 9 2.6. Tính chất .................................................................................................. 10 2.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ vi tương ..................................................... 10 III. PHÂN BIỆT HỆ NHŨ TƯƠNG VÀ VI NHŨ TƯƠNG ................................ 11 3.1. Sự phân tán ánh sáng ................................................................................ 11 3.2. Độ bền hệ ................................................................................................. 12 3.3. Sức căng bề mặt ....................................................................................... 12 3.4. Bảng tóm tắt hệ nhũ tương và vi nhũ tương .............................................. 13 TÍNH BỀN NHIỆT ĐỘNG CỦA HỆ VI NHŨ TƯƠNG .................................. 14 I. NĂNG LƯỢNG TỰ DO HÌNH THÀNH VI NHŨ TƯƠNG ............................ 14 II. TỔNG NĂNG LƯỢNG TỰ DO HỆ VI NHŨ TƯƠNG ................................... 15 III. SỨC CĂNG BỀ MẶT HỆ VI NHŨ TƯƠNG ................................................ 15 IV. BÁN KÍNH CỦA DROPLET ........................................................................ 15 V. ĐỘ CONGTỰ NHIÊN ..................................................................................... 16 ỨNG DỤNG TỔNG HỢP POLYMER BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI NHŨ .... 18 I. TỔNG QUAN VỀ POLYMER ........................................................................ 18 1.1. Khái niệm................................................................................................. 18 1.2. Cơ chế phản ứng trùng hợp ...................................................................... 18 1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng trùng hợp ......................................... 20 II. TỔNG HỢP POLYMER BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI NHŨ TƯƠNG ............. 21 2.1. Hệ vi nhũ ................................................................................................. 22 2.2. Tổng hợp polymer bằng phương pháp vi nhũ ........................................... 22 2.3. Ưu nhược điểm tổng hợp polymer bằng phương pháp vi nhũ ................... 25 III. KẾT LUẬN ................................................................................................... 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 27
n ơ h
N y u
D + m/
Q m è K ạy
o c . le
G
g o o
Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Tiểu luận: Hệ vi nhũ tương
GVGD: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
MỞ ĐẦU Tổng hợp các vật liệu nano bằng phương pháp vi nhũ tương là một trong những lĩnh vực đang thu hút rất nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học. Kể từ khi phát hiện ra hệ vi nhũ tương, họ đã thu được nhiều thành tựu đáng kể trong nghiên cứu cơ bản và các lĩnh vực khác trong công nghiệp. Do những tính chất ưu việt của hệ vi nhũ tương như: sức căng bề mặt rất thấp, diện tích bề mặt phân pha lớn, có độ bền nhiệt động cao và khả năng hòa tan linh hoạt được dung dịch không tan khác. Cách sử dụng và ứng dụng hệ vi nhũ tương được sử dụng nhiều trong lĩnh vực hóa học và sinh học. Các vật liệu nano không những cuốn hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu của nền khoa học cơ bản mà còn là vật liệu rất quan trọng trong ngành kỹ thuật ứng dụng như: xúc tác, các vật liệu gốm kỹ thuật cao, thiết bị vi điện tử, chất từ tính cường độ cao và dược phẩm. Kỹ thuật vi nhũ tương hứa hẹn sẽ trở thành một trong những phương pháp điều chế linh hoạt với khả năng điều chỉnh được các tính chất của hạt như kiểm soát được kích thước, hình dáng, tính đồng nhất và diện tích bề mặt vật liệu.
n ơ h
N y Trong phần tiểu luận này sẽ tìm hiểu và nghiên cứu usâu về những tính chất hóa lý đặc biệt của hệ vi nhũ tương và ứng dụng củaQ hệ vi nhũ này để tổng hợp polymer từ các hợp chất hữu cơ. m è K y ạ D + / m o c . e l g o o G
Học viên thực hiện: Nhóm 5 Trang1 Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Tiểu luận: Hệ vi nhũ tương
GVGD: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
TỔNG QUAN I. HỆ NHŨ TƯƠNG 1.1. Khái niệm Nhũ tương là một hệ phân tán cao của hai hay nhiều chất lỏng không tan hoặc tan rất ít vào nhau, một trong hai có mặt dưới dạng những giọt nhỏ của pha bị phân tán, pha còn lại dưới dạng pha liên tục. Trong hầu hết thực phẩm, các giọt nhỏ có đường kính 0.1- 100µm.
n ơ h
N y u
Q m Hình 1 – Hệ vi nhũ tương dầu trong nước è Ksự tăng bề mặt liên pha kèm theo sự Sự hình thành một nhũ tương bao gồm y tăng năng lượng tự do. Sức căng bề mặtạ liên pha càng nhỏ thì nhũ tương thu được D càng dễ dàng. + / Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo nhũ: kiểu thiết bị, cường độ năng lượng m cung cấp, nhiệt độ, pH, lựco ion, sự có mặt của chất hoạt động bề mặt, sự có mặt của c lượng protein hòa tan và các nhũ tương hóa của protein, oxy, bản chất của dầu, hàm . e độ hòa tan và khả lnăng trương hóa của protein có quan hệ tỷ lệ thuận. Các loại gtan có khả năng tạo nhũ tương thấp… protein không hòa o 1.2. GoPhân loại
Nhũ tương được phân loại bằng hai cách: Phân loại dựa vào pha phân tán và phân loại theo nồng độ thể tích mà pha phân tán chiếm. Phân loại dựa vào pha phân tán:
- Nhũ tương chất lỏng không phân cực trong chất lỏng phân cực (vd: nhũ tương dầu trong nước) là các loại nhũ tương thuận hoặc nhũ tương loại một. Ký hiệu: (D/N) hay (O/W) pha phân tán là dầu còn pha liên tục là nước (hình 2).
- Nhũ tương chất lỏng phân cực trong chất lỏng không phân cực (vd: nhũ tương nước trong dầu) là nhũ tương nghịch hoặc nhũ tương loại hai. Ký hiệu: (N/D) hay (W/O): pha phân tán là nước còn pha liên tục là dầu. (hình 2).
Học viên thực hiện: Nhóm 5 Trang2 Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Tiểu luận: Hệ vi nhũ tương
GVGD: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
Hình 2 – Hệ nhũ tương thuận (O/W) và đảo (W/O) Phân loại theo nồng độ thể tích:
n ơ h
-
ớng phân tán. Nhũ tương loãng: là các nhũ tương chứa khoảng 0.1% tướng ương đậm đặc. Là nhũ tương có độ phân tán bé chế tạo bằng cách pha loãng nhũ tương ớc hạt h của các Các hạt trong nhũ tương loãng có kích thước rất khác với kích thước nhũ tương đặc và rất đặc. các nhũ tương loãng là hệ phân tán cao có đường kính hạt phân tán quanh 10-5 cm, thường được tạo nên mà không cần thêm vào hệ các chất nhũ hóa đặc biệt.
N y u
Q m chứa một m lượng Nhũ tương đậm đặc: là những hệ phân è tán lỏng- lỏng chứa ớn 0.1-1µm và lớn tướng phân tán, đến 74% thể tích. Kích thK ước các hạt tương đối lớn y sa lắng, đặc biệt là khi có sự khác biệt bi về lớn hơn. Các nhũ tương đậm đặc rất dễ ạ và môi trường phân tán càng cao. khối lượng riêng giữa tướng phân tánD + / đó độ chứa của Nhũ tương rất đậm đặc: là các hệ lỏng- lỏng trong đó m thể tích. tướng phân tán vượt quá 74% o c . có: Ngoài ra taecòn l gphức: dầu có thể phân tán trong pha nước của nhũ W/O để tạo ra Nhũ o hệ phức O/W/O, Go tương tự có hệ phức W/O/W (hình 3). -
-
-
Hình 2 – Hệ nhũ phức (W/O/W) và (O/W/O)
Học viên thực hiện: n: Nhóm 5 Trang3 Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Tiểu luận: Hệ vi nhũ tương
GVGD: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
-
Nhũ trong: phần lớn là các loại nhũ đều đục do ánh sáng bị tán xạ khi gặp các hạt nhũ phân tán, khi đường kính của các giọt dầu giảm xuống khoảng 0.05µm tác dụng của ánh sáng bị tán xạ giảm khi đó nhũ sẽ trong suốt, nhũ trong còn gọi là vi nhũ. -
Trạng thái keo: khi hòa tan đường và nước, các phân tử đường phân tán vào nước ở dạng riêng rẽ, trạng thái này gọi là trạng thái hòa tan hoàn toàn. Đối với các nhũ đục đường kính hạt phân tán lớn hơn 0.2µm. trạng thái keo là trạng thái trung gian giữa hai trạng thái: hòa tan hoàn toàn vào nhũ đục. Kích thước hạt keo khoảng 0.05-0.2µm. 1.3. Thành phần Thành phần cơ bản của hệ nhũ tương bao gồm:
- Pha dầu: Gồm những chất lỏng không phân cực và các chất hòa tan hay đồng tan vào chúng.
n ơ h
- Pha nước: Gồm những chất lỏng phân cực và các chất dễ hòa tan hay đồng tan vào chúng.
N y nhũ hóa được sử dụng có chức năng làm giảm sức căng bề mặt giữa hai pha trong u Qcác hạt của pha phân tán, hệ nhũ tương vả hình thành một màng bảo vệ xung quanh làm cho chúng không thể kết hợp lại để tạo các hạt m phân tán có thể tích lớn hơn. èsố thành phần khác như: các chất K - Ngoài ra, nhũ tương còn có thêm một y tạo cấu trúc, điều chỉnh pH, khoáng, chất chống vi sinh vật, chất tạo màu, chất tạo ạ D mùi, chất tạo vị,… + / 1.4. Tính chất m okhông bền nhiệt động. Hệ nhũ sau quá trình đồng nhất Hệ nhũ tương là hệ c . sau đó xảy ra sự phá e hủy nhũ tương như sau (hình 4): l - Sự nổi g lên hoặc lắng xuống của các giọt dưới ảnh hưởng của trong lực, o khối lượng riêng của giọt nào nặng hơn sẽ có xu hướng chìm xuống. o G
- Chất nhũ hóa: được xem là phụ gia để giúp ổn định hệ nhũ tương. Chất
- Sự kết tụ của các giọt giảm đột ngột các điện tích nên kéo theo làm giảm các lực đẩy tỉnh điện giữa các giọt, thường xảy ra khi thay đổi pH và lực ion. Sự kết tụ làm tăng kích thước bên ngoài của các giọt do dó làm tăng tốc độ phân lớp.
- Sự hợp giọt một cách tự phát sẽ làm tăng dần kích thước các giọt và cuối cùng dẫn đến phân chia thành hai lớp ngăn cách nhau bằng bề mặt phân chia phẳng, điện tích lúc này sẽ cực tiểu. - Sự xa lắng, sự kết tụ và các va chạm do chuyển động Brown hoặc chuyển động khuấy khác sẽ làm cho các giọt gần lại nhau.
Học viên thực hiện: Nhóm 5 Trang4 Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
GVGD: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
Tiểu luận: Hệ vi nhũ tương
n ơ h
www.daykemquynhon.ucoz.com
N y u
D + m/
Q m è K ạy
o c . le
G
g o o
Hình 4 – Các dạng không bền của hệ nhũ tương Hạn chế một số nguyên nhân phá nhũ:
ch - Nhũ tương có thể bbị phá vỡ khi thêm chất điện ly hóa trịị cao trong chất nhũ có tác dụng ngược trên hệ.Giả sử nhũ tương ở dạng O/W, nhũ có thể bị phá vỡ chứa ion hóa trị cao, ion hóa trị cao tác ddụng với khi sử dụng thêm chất điện ly ch chuy từ nhũ nhóm ion của chất nhũ hóa ttạo các chất không tan trong nước, tứcc chuyển sang trạng thái keo (bị keo tụ). ới chất ch nhũ hóa - Khi sử dụng thêm chất nhũ hóa có tác dụng ngược lại với ạng W/O khi thêm vào chất điện ly ở nồng độ cao ssẽ xảy ra ban đầu.Nhũ tương ở dạng phải hiện tương keo tụ) làm vỡ nhũ. hiện tượng muối kếtt (không ph
Học viên thực hiện: n: Nhóm 5 Trang5 Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Tiểu luận: Hệ vi nhũ tương
GVGD: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
- Nhũ có thể bị phá vỡ nếu đưa vào hệ một chất hoạt động bề mặt hoặc một chất nào đó có khả năng đẩy chất nhũ hóa ra hệ, như dùng rượu anylic, nhũ O/W sẽ bị phá vỡ.
- Nhũ tương có thể phá vỡ bằng ly tâm, lọc, điện ly, đun nóng. Sự tăng nhiệt độ làm chất nhũ hóa dễ bị tách ra khỏi bề mặt giọt trong quá trình giải hấp phụ hoăc hòa tan chất nhũ hóa của tướng phân tán, do đó tất cả các yếu tố này rất cần được quan tâm trong quá trình tạo nhũ của sản phẩm thực phẩm. Tính chiết quang:
- Hiện tượng đục ở một số nhũ có liên quan đến chỉ số khúc xạ của hai pha. Nếu hai pha có chỉ số khúc xạ như nhau nhưng năng lượng phân tán quang học khác nhau thì nhũ trong suốt được hình thành.
- Độ đục của nhũ thực hiện vào pha phân tán. Nói chung, hai pha bất kì nào, độ đục của nhũ tương tăng đến một giá trị cực đại giới hạn (phụ thuộc vào sự phân bố kích thước thành phần), sau đó nó lại độc lập với nhau phân tán. Nồng độ giới hạn đó tăng theo sự tăng kích thước của hạt.
n ơ h
N y u
- Đối với nhũ tốt, có kích thước phân tán khoảng 1µm, độ đục độc lập với nồng độ pha phân tán, khi nồng độ pha phân tán lớn hơn 5%.
Q m - Nhũ tốt là nhũ ít dẫn điện, vì vậy phương è pháp đo độ dẫn điện là một phương pháp đơn giản để xác định loại nhũ. K y - Sự dẫn điện liên quan đến sựạ ăn mòn điện hóa sẽ xảy ra trong những D trường hợp đựng các sản phẩm trong ống nhôm thùng chứa trong các thiết bị. + / - Với những nhũ ổn định không ion, tính dẫn điện có thể một yếu tố trong m o sự ăn mòn này. c . e II. HỆ VI NH l Ũ TƯƠNG g o sử 2.1. Lịch o Thuật ngữ vi nhũ được đề cập đến bởi Schulman và Friend trong thập niên G 40. Từ thời gian này, vi nhũ có một lĩnh vực ứng dụng rộng lớn, từ hoàn nguyên Tính dẫn điện:
dầu tới tổng hợp vật liệu nano, báo cáo của Chhabra trong những bài báo từ 1997. Ý tưởng sử dụng vi nhũ trong điều chế xúc tác được Gault đề cập đầu tiên khi cộng tác với Friberg. Khi đó Gault đang nghiên cứu sự liên hệ giữa kích thước của xúc tác kim loại chuyển tiếp và sự chọn lọc trong phản ứng hydrogenolysis và isome hóa hexan. Phương pháp thường được ứng dụng thời đó và tận tới ngày nay để điều chế xúc tác kim loại là kỹ thuật tẩm. Với phương pháp này, có thể tạo được những hạt kim loại nhỏ mặc dù rất khó để phân bố vào trong những hạt có kích thước nhỏ. Dùng phương pháp tẩm, dạng của chất mang xúc tác có ảnh hưởng tới cấu trúc và kích thước hạt kim loại. Thêm vào đó, việc tổng hợp vật liệu lưỡng kim loại lại càng khó hơn. Do cấu trúc đặc biệt của vi nhũ, người ta hy vọng nó hình thành môi trường thích hợp cho việc tạo ra những hạt nano kim loại trên chất hệ
Học viên thực hiện: Nhóm 5 Trang6 Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Tiểu luận: Hệ vi nhũ tương
GVGD: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
phân bố kích thước hẹp cũng tốt như hạt nhiều kim loại. Tổng hợp hạt nano kim loại được Boutonnet báo cáo đầu những năm 1980. Trong những báo cáo đầu tiên về sử dụng hệ vi nhũ trong việc tạo ra xúc tác kim loại quý, thường là Pt, hoặc dạng hợp phần hoạt động khác chẳng hạn Cu, hệ hai kim loại (Au-Pt) và vật liệu oxit (perovskites – CaTiO3) đã tạo được thành công bằng phương pháp này. 2.2. Khái niệm Theo Danielsson và Lindman vi nhũ tương có thể được định nghĩa như sau: “Vi nhũ tương là hệ phân tán vi dị thể, gồm pha dầu và pha nước phân tán đồng nhất vào nhau và được ổn định bởi phân tử các chất diện hoạt trên bề mặt phân cách hai pha, có tính đẳng hướng về mặt quang học, ổn định về mặt nhiệt động học giống một dung dịch lỏng”. Do đó có thể định nghĩa tổng quát như sau: Một hệ vi nhũ là một hệ của nước, dầu và chất hoạt động bề mặt. Hệ này là một dung dịch đẳng quang và thuộc tính nhiệt động ổn định. Quan sát bằng kính hiển vi, một vi nhũ trông như một dung dịch đồng thể, nhưng ở thước phân tử nó lại là hệ dị thể. Cấu trúc bên trong cùa một vi nhũ ở một nhiệt độ cho trước được quyết định bởi tỉ lệ hợp phần của nó. Cấu trúc này gồm cả những giọt nano nhỏ hình cầu đơn kích thước hoặc 1 pha chuyển tiếp (hình 5).
n ơ h
N y u
D + m/
Q m è K ạy
o c . le
G
g o o
Hình 5 - Cấu trúc hiển vi của hệ vi nhũ ở một nồng độ chất HĐBM cho trước Ở nồng độ cao của nước, cấu trúc bên trong của vi nhũ bao gồm những droplet dầu trong pha tiếp giáp nước (micelles-mixen). Với sự tăng nồng độ dầu, một mặt phân pha không có hình dạng xác định được hình thành. Ở nồng độ dầu cao, mặt phân pha chuyển thành cấu trúc của một droplet nước trong pha tiếp giáp dầu (reverse micelles – mixen nghịch), cũng được gọi là một vi nhũ nước/dầu. Giá trị kích thước của những droplet khác nhau từ 10 tới 100 nm phụ thuộc vào loại chất hoạt động bề mặt. Nó cũng chỉ ra rằng hệ rất nhạy với nhiệt độ, đặt biệt với Học viên thực hiện: Nhóm 5 Trang7 Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Tiểu luận: Hệ vi nhũ tương
GVGD: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
ệ tăng nhiệt trường hợp chất hoạt động bề mặt không ion. Như đã thấy ở hình 1, việc ầu trong khi nh những hạt nước bị phá hủyy khi giả giảm nhiệt độ. độ sẽ phá hủy các hạt dầu ới dung ddịch vi nhũ, một hệ 2 pha tồn tại. Ngoài vùng tương ứng với nhiều ứng dụng rộng rãi từ thu hồi dầu ầu (oil recovery) Phương pháp vi nhũ có nhi ực hành đầy đủ tới tổng hợp vật liệu hạtt có kích thước nano (nanoparticles). Việc thực đầu tiên của hệ vi nhũ nước trong dầu (w/o) để tổng hợp vật liệu nano được giới những ứng thiệu năm 1982 và tậpp trung vào vật liệu nano của kim loạii quý cho nh ở rất rrộng trong dụng xúc tác. Từ đó, phương pháp này có một ứng dụng được mở phả ứng xảy ra ở nhiệt độ phòng như isome hóa butan tới lĩnh vực xúc tác, từ các phản các phản ứng nhiệt độ cao như phản ứng cháy có xúc tác metan. 2.3. Phân loại Vi nhũ tương được chia làm 4 loại (hình 6):
- Winsor I: dầuu phân tán trong nước o/w
n ơ nhũ - Winsor III: hệ 3 pha trong đó chất hoạt động tan cả tronghhai pha (vi nh N tương trung gian). ykhi thêm 1 llượng vừa u ( ẳng hướng) - Winsor IV: dung dich micellar 1 pha (đ Q ạt độ động bề mặt và ancol). đủ amphiphile (chất hoạt m è K y ạ D + / m o c . le g o o G - Winsor II: nước phân tán trong ddầu w/o
Hình 6 - Các loại vi nhũ tương 2.4. Thành phần
củ hệ vi nhũ tương bao gồm: Thành phần cơ bản của m nhữ những chất lỏng không phân cực như: dầu lạ lạc, dầu đậu - Pha dầu: Gồm ng, isopropyl myristat, triglyceride m mạch ch cacbon no trung tương, dầu hướng dương, bình, acid oleic, … và các chất hòa tan hay đồng tan vào chúng như như: methanol, terpen, tinh dầu… Học viên thực hiện: n: Nhóm 5 Trang8 Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Tiểu luận: Hệ vi nhũ tương
GVGD: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
những chất lỏng phân cực hay dùng trong bào chế như: - Pha nước: Gồm nh c, propylene glycol,… và các chất dễ hòa tan hay đồng tan vào chúng. nước, ăng bbề mặt pha, - Chất điện hoạt: Là các chất có khả năng làm giảm sức căng nhũ. Một số chất điện hoạtt hay dung trong bào chế qua đó giúp hình thành hệ vi nh như natri laury sulfat, polyoxyenthylen oleyl hoạt: Là thành phần cho thêm vào có vai trò quan trọng - Chất đồng điệnn ho nh Một số chất đồng điện hoạtt hay dung như trong việc hình thành hệ vi nhũ. isopropanol, n-propanol, alcol benzylic, glyceryl caprylat,… ươ còn có thêm một số thành phần n khác như chất tăng - Ngoài ra, vi nhũ tương bả quản... hấp thu, chất tạo mùi, chất bảo 2.5. Giản đồ pha
phương tiện thường được dùng trong nghiên cứu vi nhũ Giản đồ pha là phươ tương để tìm ra vùng có cấu trúc khác nhau như vùng tạo vi nhũ tương (D/N, N/D), vùng tạo nhũ tương...
n ơ ng vớ các thành Giản đồ pha ba thành phần có hình tam giác, mỗi đỉnh ứng h với N hoạt với lượng tương ứng ng 100% trong công thức. th Trong phần dầu, nước, chất diện ho y ức có nhi nhiều hơn 3 thành phần thì u ủa giản gi đồ pha trường hợp trong công thức một đỉnh của ạt ch chất. . . với sẽ gồm hai thành phần như chất diện hoạt/ đồng diện Q hoạt, nước/ hoạt các tỷ lệ xác định. m è tác động của ủa việ việc sử dụng Ping Li, Anasuya Ghosh và Cs đã nghiên Kcác cđứuặc tính y ạt không ion hóa tr của vi nhũ ũ tương. Giản phối hợp hai chất diện hoạt ên ạ ới pha ddầu là Capmul ất diện hoạt ạt không ion húa đồ pha được sử dụng với D(hình 7).PG8,So haisánhchvùng + là Tween 20 và Cremophor EL, nnư ạo o vi nhũ tương trên ớc t / ện tíchm vùng vi nhũ tương trong giản đồ pha có ph phối hợp hai giản đồ pha cho thấy diện o nhi nhiều so với sử dụng đ ất diện hoạt. t. Thời Thờ gian hình chất diện hoạt tăng lên rất ơn ch c . ng và kích th thước tiểu phân giảm khi phối hợp hai chất ất diện di hoạt. thành vi nhũ tương e l g o Go
Hình 7 – Giản đồ pha khi phối hợp hai chất HĐBM
Học viên thực hiện: n: Nhóm 5 Trang9 Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Tiểu luận: Hệ vi nhũ tương
GVGD: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
2.6. Tính chất
- Cảm quan: Trong suốt hoặc trong mờ, ánh sáng có thể đi qua; - Độ khúc xạ ánh sáng: đánh giá bằng khúc xạ kế; - Độ nhớt: Đánh giá bằng máy đo độ nhớt (nhớt kế) - Tính dẫn điện: Cho phép quyết định vi nhũ tương là dạng dầu liên tục hay dạng nước liên tục cũng như việc kiểm tra về tính chảy hay sự đảo pha. Đánh giá bằng cách đo độ dẫn điện của vi nhũ tương. - Kích thước tiểu phân: Vi nhũ tương có kích thước tiểu phân trong khoảng 10 - 140 nm, đánh giá bằng công nghệ cộng hưởng từ hạt nhân, hoặc kính hiển vi điện tử.
- Hệ vi nhũ tương làm tăng khả năng hòa tan của dược chất trong hệ, đặc biệt với dược chất ít tan trong nước, do đó làm tăng sinh khả dụng của thuốc, đặc biệt là các dạng thuốc khác có cùng đích tác dụng. Vì vậy vi nhũ tương có thể áp dụng vào một số dạng bào chế cũ như viên nang, thuốc dùng ngoài da...
n ơ h
N y u
- Chất diện hoạt và chất đồng diện hoạt trong hệ vi nhũ tương có thể làm giảm tính đối kháng của hàng rào khuếch tán của biểu bì bởi hoạt tính tăng tính thấm của chúng do đó dược chất thấm qua da dễ dàng hơn. Có khả năng bảo vệ dược chất cao, đặc biệt với các dược chất dễ bị phân hủy.
Q m èhọc cao, bền vững, không bị phân - Là dạng có độ ổn định về nhiệt động K lớp sau thời gian bảo quản dài.Có thể dùngyvi nhũ tương để bào chế các thuốc có ạ tác dụng kéo dài. D +đến hệ vi tương 2.7. Các yếu tố ảnh hưởng / mthành một cách dễ dàng khi phối hợp hai pha dầu và Vi nhũ tương được hình o c thành của vi nhũ tương có được là do sự vận động nước lại với nhau. Sự .hình e không ngừng của các trong đó đóng vai trò quyết định là hoạt động của các l pha, g phân tử chất diện hoạt cũng như chất đồng diện hoạt. Loại pha dầu, pha nước, loại o chất diện hoạt, o tỷ lệ các thành phần, nhiệt độ cũng là yếu tố ảnh hưởng tới sự hình thành củaG vi nhũ tương. Chất diện hoạt
- Là những chất có khả năng làm giảm năng lượng bề mặt giữa hai pha trong nhũ tương. Trong công thức vi nhũ tương, tỷ lệ các chất diện hoạt khá cao so với nhũ tương thông thường.
- Một chất diện hoạt điển hình là những hợp chất lưỡng thân, tức là chất trong phân tử có chứa những nhóm thân nước và thân dầu (đầu phân cực và đầu không phân cực). Phần thân nước của chất diện hoạt có mô men lưỡng cực tĩnh điện và thường được cấu tạo bởi các nhóm carboxy –COO-, sulfit SO32-. . . Phần thân dầu thường là gốc hydrocacbon không có mô men lưỡng cực rõ ràng vì vậy nó có bản chất gần giống môi trường không hoặc ít phân cực. Chỉ có chất diện hoạt mà trong phân tử có hai thành phần này không cân bằng mới có thể làm giảm năng lượng tự do bề mặt pha, từ đó làm giảm sức căng bề mặt phân cách pha. Khi cho
Học viên thực hiện: Nhóm 5 Trang10 Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Tiểu luận: Hệ vi nhũ tương
GVGD: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
chất diện hoạt vào hỗn hợp pha nước và pha dầu, phân tử chất diện hoạt sẽ tự sắp xếp trên bề mặt hai pha, tạo thành cấu trúc tự liên kết như micell hình cầu, micell dạng hình ống, dạng bản mỏng, micell đảo...
- Sự phối hợp chất diện hoạt hay được sử dụng trong bào chế vi nhũ tương để tạo được vi nhũ tương có kích thước phân tử rất nhỏ, tăng hàm lượng dược chất trong công thức và tăng độ ổn định vật lí. Điều này giúp cho việc ứng dụng vi nhũ tương làm hệ phân phối thuốc cho các chất khó tan trong nước. Sự phối hợp này, đặc biệt giữa chất diện hoạt ion hóa và không ion hóa thường có hiệu quả trong việc tăng diện tích vùng tạo vi nhũ tương. X. Li và Cs đã nghiên cứu ảnh hưởng của hỗn hợp đồng lượng chất diện hoạt cation và anion được cho vào công thức sẽ làm tăng khả năng hũa tan của pha nước và pha dầu trong vi nhũ tương.
- Các chất diện hoạt hay dùng trong dược phẩm gồm 4 loại: Chất diện hoạt anion, chất diện hoạt cation, chất diện hoạt lưỡng tính, chất diện hoạt không ion húa.
n ơ chất diện hoạt: là một con số cụ thể phản ánh mối tương quan giữa hai phần thân h dầu và thân nước trong một phân tử chất diện hoạt. Khi một phân tử không bị thay N y đổi cấu trúc hóa học thì giá trị này không đổi. Theo hệ thống u phân loại HLB của W.Griffin, mỗi chất diện hoạt có một giá trị HLB Q xác định, cao nhất là natri laurylsulfat (40), thấp nhất là acid oleic (1). Các m chất diện hoạt còn lại có HLB è trung gian. Dựa vào chỉ số HLB, người ta sẽ xác định được khả năng sử dụng chất K diện hoạt đó. Ví dụ: y ạ + Chất diện hoạt HLB từ 3-6: Nhũ hóa cho nhũ tương nước/dầu; D + Chất diện hoạt HLB từ/+ 7-9: Dùng làm chất gây thấm; m + Chất diện hoạt HLB từ 8-13: Nhũ hóa cho nhũ tương dầu/nước; o c . cú HLB từ 13-15: Dùng làm chất tẩy rửa; + Chất diệne hoạt l g hoạt cú HLB từ 15-18: Hỗ trợ làm tăng độ tan. + Chất diện o Chất Go đồng diện hoạt - Giá trị cân bằng nước-dầu HLB (Hydrophyle-Lipophyle-Balance) của
Trong công thức vi nhũ tương hiện đại, các nhà bào chế thường cho thêm một thành phần nữa có vai trò tương tự như chất diện hoạt, gọi là chất đồng diện hoạt (co-surfactant). Chất đồng diện hoạt bản chất giống như một chất diện hoạt, là một chất lưỡng thân. Khi cho vào nhũ tương, các phân tử chất đồng diện hoạt sẽ có mặt trên bề mặt phân cách pha, trên cả màng mỏng do chất diện hoạt tạo ra trên bề mặt phân cách pha. Các chất đồng diện hoạt là chất diện hoạt không ion hóa, các alcol, các acid alkanoic và các alkyl amin. III. PHÂN BIỆT HỆ NHŨ TƯƠNG VÀ VI NHŨ TƯƠNG 3.1. Sự phân tán ánh sáng
Faraday (1857) và Tyndahl ( 1869 ) đã nghiên cứu đến hiện tượng tạo thành dải ánh sáng hình nón mờ đục khi chiếu qua dung dịch keo một chùm tia sáng mạnh. Hiện tượng này được giải thích bằng sự phân tán ánh sáng. Tia sáng trên đường đi của nó, gặp những hạt của pha phân tán, khi đó tùy thuộc vào hệ thức Học viên thực hiện: Nhóm 5 Trang11 Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Tiểu luận: Hệ vi nhũ tương
GVGD: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
giữa độ dài sóng của tia sáng và kích thước của hạt mà hiện tượng sẽ xảy ra khác nhau:
- Nếu kích thước hạt lớn hơn độ dài sóng thì ánh sáng sẽ phản xạ trên bề mặt hạt với những góc xác định, hiện tượng này được quan sát trong các hệ phân tán thô như huyền phù hoặc không khí có những hạt bụi lớn. - Nếu hạt có kích thước bé hơn độ dài sóng thì xảy ra sự nhiễu xạ. Cường độ ánh sáng phân tán theo các hướng khác nhau là khác nhau . Nếu kích thước hạt rất bé so với bước sóng thì cường độ ánh sáng phân tán theo hướng 0o và 180o là mạnh nhất. Dựa theo phương trình Rayleigh ta có: Ipt = k.µ.V2.Io Từ phương trình trên ta thấy nếu thể tích hạt càng lớn thì cường độ phân tán ánh sáng càng lớn, tức là độ phân tán của dung dịch càng cao thì cường độ phân tán ánh sáng càng yếu. Kích thước của các giọt nhũ tương lớn hơn kích thước giọt của vi nhũ tương, vì vậy mà đối với hệ nhũ tương có sự phân tán ánh sáng còn đối với hệ vi nhũ tương thì ánh sáng truyền thẳng.
n ơ h
N y u
3.2. Độ bền hệ
Q m è K ạy
Trong chuyển động Brown, các hạt keo mang những năng lượng xác định và có thể va chạm vào nhau ứng với một xác suất nào đó. Điều kiện để hệ keo được bền là phải làm cho năng lượng chuyển động Brown luôn luôn nhỏ hơn thế năng Emax của hệ. Muốn cho hệ keo được bền vững, phải làm tăng lực đẩy tĩnh điện, làm giảm xác suất va chạm hiệu quả của các hạt keo.Thường người ta sử dụng các phương pháp:
D + m/
- Tạo cho bề mặt các hạt keo hấp phụ điện tích;
o c . le
- Giữ cho hệ keo có nồng độ nhỏ. - Tạo cho bề mặt hạt keo hấp phụ chất bảo vệ (chất hoạt động bề mặt hoặc
g o Đối với o hệ vi nhũ tương hệ ổn định và bền nhiệt động. Còn đối với hệ nhũ tương thìG hệ không ổn định với sự phân chia pha. Vì trong thành phần của vi nhũ tương có chất hoạt động bề mặt. Các lớp phân tử chất hoạt động bề mặt được hấp một số hợp chất cao phân tử như geletin, polyvinil alcol . . .)
phụ định hướng bão hòa tương tự như một cấu tạo tinh thể hai chiều có tính chất làm bền cho hệ. Tính chất cơ học cấu thể của chất làm bền có ảnh hưởng đến sự bền vững của hệ keo. Ví dụ độ bền của nhũ tương sẽ tăng lên, nếu trên bề mặt phân cách pha có một lớp phân tử chất làm bền có độ nhớt cấu thể cao hoặc có độ bền vững cơ học cao làm hàng rào cơ học cấu thể ngăn cản sự dính kết các hạt. 3.3. Sức căng bề mặt Sức căng bề mặt là đại lượng đặc trưng cho lực hút giữa các phân tử của pha ngưng tụ (lỏng, rắn) và có xu hướng kéo các phân tử của bề mặt vào trong lòng thể tích; được xác định bằng công tạo nên một đơn vị diện tích bề mặt phân cách pha. Đơn vị của đại lượng này là dyn/cm2. Ta có: W = dES = σ.dS Như vậy sức căng bề măt tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt pha. Vì vậy mà sức căng bề mặt trong hệ nhũ tương sẽ lớn hơn trong hệ vi nhũ tương. Học viên thực hiện: Nhóm 5 Trang12 Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Tiểu luận: Hệ vi nhũ tương
GVGD: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
3.4. Bảng tóm tắt hệ nhũ tương và vi nhũ tương STT
1
Khái niệm
2
Kích thước
3
4
5
Nhũ tương
Vi nhũ tương
Hệ phân tán cơ học vi dị thể, tạo bởi hai chất lỏng không đồng tan, trong đó một chất lỏng được phân tán đồng đều vào chất lỏng thứ hai dưới dạng các tiểu phân.
Hệ phân tán vi dị thể, gồm pha dầu và pha nước phân tán đồng nhất vào nhau và được ổn định bởi phân tử các chất diện hoạt trên bề mặt phân cách hai pha, có tính đẳng hướng về mặt quang học, ổn định về mặt nhiệt động học giống một dung dịch đồng thể.
Nội dung
0,1-100 µm
10-100 nm
Pha phân tán, pha liên tục và chất nhũ hóa. Thường dùng tỉ lệ chất diện hoạt nhỏ hơn so với vi Thành phần nhũ tương. Ngoài ra, nhũ tương còn có thêm chất tăng độ nhớt, chất bảo quản, chất chống oxi hoá.
Tính chất
D + m/
n ơ h
N y u
Q m è K ạy
o c . le
g o o
Ứng dụng
G
Ngoài pha phân tán, pha liên tục, chất nhũ hoá còn có thêm chất đồng diện hoạt, có vai trò quan trọng trong việc hình thành vi nhũ tương. Ngoài ra, vi nhũ tương còn có thêm một số thành phần khác như chất tăng hấp thu, chất tạo mùi, chất bảo quản. - Phân tán ánh sáng; - Ánh sáng truyền thẳng; - Sức căng bề mặt lớn; - Sức căng bề mặt thấp; - Độ ổn định kém, dễ bị - Độ ổn định cao, có thể để lâu phân lớp bởi nhiệt độ, pH, … mà không bị phân lớp, … - Uống, tiêm, dùng ngoài, đặt, nhỏ mắt, … Dùng để uống, tiêm, dung - Là bán thành phẩm chế tạo ngoài, đặt, nhỏ mắt… các dạng khác: chế tạo các nano kim loại, …
Học viên thực hiện: Nhóm 5 Trang13 Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
www.daykemquynhon.ucoz.com
SĆ°u tầm báť&#x;i GV. Nguyáť…n Thanh TĂş # Google.com/+DấyKèmQuyNhĆĄn
Tiáťƒu luáşn: Hᝇ vi nhĹŠ tĆ°ĆĄng
GVGD: PGS.TS. Nguyᝅn Ng�c Hấnh
TĂ?NH BᝀN NHIᝆT Ä?áť˜NG CᝌA Hᝆ VI NHŨ TĆŻĆ NG TĂnh báť n vᝯng cᝧa hᝇ phân tĂĄn lĂ khả năng duy trĂŹ đưᝣc trấng thĂĄi phân tĂĄn khĂ´ng Ä‘áť•i theo tháť?i gian. Sáťą báť n vᝯng cᝧa cĂĄc hᝇ phân tĂĄn chᝉ cĂł tĂnh cĂĄch tĆ°ĆĄng Ä‘áť‘i, náşżu hᝇ táť“n tấi trong máť™t tháť?i gian lâu thĂŹ gáť?i lĂ báť n, còn trong máť™t tháť?i gian ngắn lĂ khĂ´ng báť n. TĂnh báť n vᝯng cᝧa hᝇ phân tĂĄn đưᝣc chia lĂ m 2 loấi: tĂnh báť n táşp hᝣp vĂ tĂnh báť n Ä‘áť™ng háť?c. Hai yáşżu táť‘ nĂ y liĂŞn quan máşt thiáşżt váť›i nhau. I. NÄ‚NG LƯᝢNG Táť° DO HĂŒNH THĂ€NH VI NHŨ TĆŻĆ NG Sáťą hĂŹnh thĂ nh cĂĄc droplet xảy ra áť&#x; máť™t nhiᝇt Ä‘áť™ vĂ tháťƒ tĂch xĂĄc Ä‘áť‹nh. Do Ä‘Ăł Ä‘áťƒ xĂĄc Ä‘áť‹nh Ä‘áť™ báť n nhiᝇt Ä‘áť™ng cᝧa hᝇ vi nhĹŠ tĆ°ĆĄng ngĆ°áť?i ta xĂĄc Ä‘áť‹nh biáşżn thiĂŞn năng lưᝣng táťą do Helmholtz (∆F) hĂŹnh thĂ nh trĂŞn 1 cm3 háť—n hᝣp vi nhĹŠ. XĂŠt hᝇ vi nhĹŠ gáť“m máť™t chẼt hoất Ä‘áť™ng báť mạt hòa tan vĂ o nĆ°áť›c (pha liĂŞn t᝼c) vĂ chẼt Ä‘áť“ng Ä‘iᝇn hoất hòa tan trong dầu. KĂ˝ hiᝇu (xi) lĂ náť“ng Ä‘áť™ phần mol cẼu táť (i) váť›i (i=1): phần mol chẼt HÄ?BM; (i=2): phần mol chẼt Ä‘áť“ng HÄ?BM; (i=3): phần mol nĆ°áť›c vĂ (i=4): phần mol dầu. Ban đầu trấng thĂĄi cᝧa hᝇ hĂŹnh thĂ nh cĂĄc giáť?t láť?ng cĂł bĂĄn kĂnh R vĂ sau Ä‘Ăł xảy ra quĂĄ trĂŹnh hẼp ph᝼ cᝧa cĂĄc chẼt HÄ?BM vĂ Ä‘áť“ng HÄ?BM áť&#x; báť phân pha cᝧa cĂĄc giáť?t láť?ng. HĂła tháşż cᝧa máť™t cẼu táť xĂĄc Ä‘áť‹nh báť&#x;i cĂ´ng thᝊc:
n ĆĄ h
N y u
Q m = + . . ln ( . è) (1) KcẼu táť (i); Trong Ä‘Ăł: : hĂła tháťƒ chuẊn cᝧa y ấ k : háşąng sáť‘ Boltzmann; D +fugacity cẼu táť (i). / f : hoất Ä‘áť™ mtáťą do Helmholtz do sáťą quĂĄ trĂŹnh hĂŹnh thĂ nh báť mạt o Biáşżn thiĂŞn năng lưᝣng c mol cẼu táť (x ) trĆ°áť›c hẼp ph᝼ Ä‘áşżn phần mol cuáť‘i (x ): . phân pha vĂ hòa tan tᝍ phần e l + ∑ . ( − ) − (1 − #) − . # + g ∆ = 3. (2) o GoTrong Ä‘Ăł: θ: phần tháťƒ tĂch giáť?t láť?ng;
0
B
i
’ i
i
!
$
%
R: bĂĄn kĂnh giáť?t láť?ng;
Îł: sᝊc căng báť mạt hᝇ vi nhĹŠ; ni: phầnmol cẼu táť (i) trĂŞn 1 cm3; p1, p2: ĂĄp suẼt pha liĂŞn t᝼c vĂ pha phân tĂĄn; p∞: ĂĄp suẼt khi giáť?t láť?ng láť›n nhẼt;
νi: tháťƒ tĂch phần mol cᝧa cẼu táť i Tᝍ cĂ´ng thᝊc (2) ta tĂnh đưᝣc biáşżn thiĂŞn năng lưᝣng táťą do Helmholtz cho hᝇ vi nhĹŠ tĆ°ĆĄng gáť“m 4 thĂ nh phần chĂnh trĂŞn nhĆ° sau:
Háť?c viĂŞn tháťąc hiᝇn: NhĂłm 5 Trang14 NĆĄi báť“i dưᝥng kiáşżn thᝊc ToĂĄn - LĂ˝ - HĂła cho háť?c sinh cẼp 2+3 / Diáť…n Ä?Ă n ToĂĄn - LĂ˝ - HĂła 1000B Trần HĆ°ng Ä?ấo Tp.Quy NhĆĄn Tᝉnh BĂŹnh Ä?áť‹nh
www.daykemquynhon.ucoz.com
SĆ°u tầm báť&#x;i GV. Nguyáť…n Thanh TĂş # Google.com/+DấyKèmQuyNhĆĄn
Tiáťƒu luáşn: Hᝇ vi nhĹŠ tĆ°ĆĄng
∆ =
thĂ nh:
GVGD: PGS.TS. Nguyᝅn Ng�c Hấnh
3θ ! ! $ $ ( ( ) ) Îł + ! ' + $ ' + ( ' + ! ' ! ! $ $ ( ( ) ) & − ! (1 − θ) − $ θ + (ν! ! + ν( ( ) ! + (ν$ $ + ν) ) ) $
Khi (ν! ! + ν( ( ) = (1 − θ) vĂ (ν$ $ + ν) ) ) = θ thĂŹ phĆ°ĆĄng trĂŹnh tráť&#x;
3θ ! ! $ $ ( ( ) ) ∆ = Îł + ! ' + $ ' + ( ' + ! ' & ! ! $ $ ( ( ) ) II. Táť”NG NÄ‚NG LƯᝢNG Táť° DO Hᝆ VI NHŨ TĆŻĆ NG
Táť•ng năng lưᝣng táťą do hᝇ vi nhĹŠ tĆ°ĆĄng tấo thĂ nh trĂŞn 1 cm3 (∆F):
∆ = ∆ + ∆ *
(3)
Váť›i ∆Fe lĂ biáşżn thiĂŞn năng lưᝣng táťą do do Ä‘áť™ biáşżn thiĂŞn entropy sinh ra cᝧa cĂĄc droplet trong pha liĂŞn t᝼c.
n ĆĄ PhĆ°ĆĄng trĂŹnh hẼp ph᝼ Gibbs, liĂŞn quan Ä‘áşżn sᝊc căng cᝧa láť›phphim báť mạt vĂ N hoĂĄ tháşż Âľ cᝧa máť—i thĂ nh phần trong hᝇ trong Ä‘iáť u kiᝇn Ä‘áşłng nhiᝇt: y u dÎł = -ÎŁ (Γ dÂľ ) ~ - ÎŁ (Γ R.T.dlnC ) (4) Q Váť›i: C náť“ng Ä‘áť™ mol cᝧa thĂ nh phần m i trong hᝇ; è Γ sᝊc căng báť mạt cẼu táť K i (mol/m ). y ấ Ä‘áť™ chẼt hoất Ä‘áť™ng báť mạt vĂ chẼt coTĆ°ĆĄng ᝊng, ta cĂł C vĂ C lĂ náť“ng D surfactant vĂ chᝉ 1 cẼu táť hẼp ph᝼ Γ+ = Γ = 0. PhĆ°ĆĄng trĂŹnh (3) tráť&#x; thĂ nh / dÎł = -Γ RTdlnC – Γ RTdlnC (5) m o = Îł - Γ RTdlnC – Γ RTdlnC LẼy tĂch phân 2 váşż:Îł c . lethẼy Ä‘áťƒ giảm Îł ph᝼ thuáť™c vĂ o sᝊc căng Γ và Γ cᝧa chẼt Biáťƒu thᝊc cho g hoất Ä‘áť™ng báť mạt o vĂ co-surfactant. Tuy nhiĂŞn 2 phân táť nĂŞn đưᝣc hẼp ph᝼ Ä‘áť“ng tháť?i Ä‘áťƒ trĂĄnhotĆ°ĆĄng tĂĄc lẍn nhau lĂ m giảm hoất Ä‘áť™ng cᝧa máť—i chẼt tᝊc lĂ hoĂĄ chẼt táťą G III. SᝨC CÄ‚NG Bᝀ MáşśT Hᝆ VI NHŨ TĆŻĆ NG
o/w
i
i
i
i
i
i
i
2
i
s
co
nư᝛c
o/w
s
s
co
dầu
co
o/w
0
s
o/w
s
co
o/w
co
s
co
nhiĂŞn khĂĄc nhau hoĂ n toĂ n do Ä‘Ăł khĂ´ng tháťƒ xảy ra hiᝇn tưᝣng micelle hoĂĄ. IV. BĂ N KĂ?NH CᝌA DROPLET
XĂŠt hᝇ vi nhĹŠ tĆ°ĆĄng gáť“m thĂ nh phần lĂ nĆ°áť›c, dầu vĂ chẼt HÄ?BM hòa tan trong dầu. CĂł nhᝯng hᝇ hĂŹnh thĂ nh hᝇ vi nhĹŠ tĆ°ĆĄng mĂ khĂ´ng cần cho chẼt Ä‘áť“ng HÄ?BM. Táť•ng biáşżn thiĂŞn năng lưᝣng táťą do trong hᝇ vi nhĹŠ tĆ°ĆĄng:
∆ =
(θ
Îł + + '
, -.. ,..
+ '
,/01 (!2. - )
,/01 (!2.)
+ ∆ *
(6)
Trong Ä‘Ăł: ns vĂ n lĂ sáť‘ mol cᝧa chẼt HÄ?BM vĂ dầu trĂŞn 1 cm3 x’ vĂ x lĂ phần mol cᝧa chẼt HÄ?BM sau vĂ trĆ°áť›c khi hẼp ph᝼. BĂĄn kĂnh R cᝧa droplet áť•n Ä‘áť‹nh đưᝣc tĂnh toĂĄn báşąng phĆ°ĆĄng trĂŹnh hẼp ph᝼ vi phân Gibbs-Duhem:
Háť?c viĂŞn tháťąc hiᝇn: NhĂłm 5 Trang15 NĆĄi báť“i dưᝥng kiáşżn thᝊc ToĂĄn - LĂ˝ - HĂła cho háť?c sinh cẼp 2+3 / Diáť…n Ä?Ă n ToĂĄn - LĂ˝ - HĂła 1000B Trần HĆ°ng Ä?ấo Tp.Quy NhĆĄn Tᝉnh BĂŹnh Ä?áť‹nh
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
GVGD: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
Tiểu luận: Hệ vi nhũ tương (∆4 )
(θ
− 3 . γ(& ) = (
)
(7)
ủa droplet: Từ phương trình (6) và (7) ta tìm được bán kính gần đúng của V.
& = 3γ θ/ +
ĐỘ CONGTỰ NHIÊN
Độ cong tự nhiên Co được định nghĩa là đường cong hình thành bởi một lớp bằng nước và dầu. Do vậy đường cong này không phụ phim bề mặt của hệ cân bằ phụ thuộc trạng thái năng lượng tự do thấp ấp nh nhất. Trong thuộc vào lớpp phim, nó chỉ ph ột pha chi chiếm ưu thế, độ cong tự phát sẽ bịị lệch ệch hướng. Độ cùng một hệ khi có một cong phụ thuộc vào thành phần phân chia pha và loại chất hoạt động bbề mặt. Về đ ểm trên một bề mặtt có hai chính bán kính cong: R1 và R2, nguyên tắc, tất cả các điểm như vậy độ cong chính là C1 = 1/R1 và C2 = 1/R2.
uốn cong của Độ cong theo Mean và Gaussian được sử dụng để xác định độ uố
n ơ h
bề mặt. !
!
!
- Độ cong Mean: 5 = $ ( + ) - Độ cong Gauss: 8 =
!
7
N y u
3
7 3
Q m è K ạy
C1 và C2 được xác định như sau: các điểm trên bề mặtt cong có 2 bán kính ến n đến một điểm P trên 2 bề mặt, độ cong ccủa bề mặt cong, đặt vectơ tiếp tuyến chính là trực giao của 2 vòng tròn (hình 8).
D + m/
o c . le
G
g o o
t nhiên theo các bề mặt khác nhau Hình 8 – Độ cong tự
Học viên thực hiện: n: Nhóm 5 Trang16 Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
www.daykemquynhon.ucoz.com
SĆ°u tầm báť&#x;i GV. Nguyáť…n Thanh TĂş # Google.com/+DấyKèmQuyNhĆĄn
Tiáťƒu luáşn: Hᝇ vi nhĹŠ tĆ°ĆĄng
GVGD: PGS.TS. Nguyᝅn Ng�c Hấnh
Ä?áť™ cᝊng mạt cong là đấi lưᝣng quan tráť?ng. LiĂŞn quan Ä‘áşżn vĂšng tiáşżp giĂĄp mạt cong, K láťąc cong Ä‘Ă n háť“i ( hay Ä‘áť™ cᝊng), cĂšng váť›i Ä‘Ć°áť?ng cong táťą phĂĄt, tưᝣng trĆ°ng cho năng lưᝣng cần thiáşżt Ä‘áťƒ uáť‘n cong 1 Ä‘ĆĄn váť‹ diᝇn tĂch báť mạt. K tĆ°ĆĄng ᝊng váť›i cong Gauss đạc trĆ°ng cho káşżt cẼu láť›p phim. K âm lĂ káşżt cẼu dấng cầu, K dĆ°ĆĄng lĂ hᝇ bicontinous 3 pha. Năng lưᝣng táťą do F báşąng táť•ng năng lưᝣng tiáşżp giĂĄp Fi, năng lưᝣng cong Fb, entropy Fent.
8 @ 5! 5$ A B< + (∅) = + 9 + *:; = < + = > (5! + 5$ − 25 )$ + 8 2 Theo Ä‘Ăł, sᝊc căng báť mạt giao diᝇn cᝧa vi nhĹŠ tĆ°ĆĄng cáťąc thẼp nĂŞn AÎł12, Fb vĂ Fent cĂł tháťƒ báť? qua, Ä‘áť‘i váť›i giáť?t dấng hĂŹnh cầu R1= R2= R, bĂĄn kĂnh lĂľi Ro láť›n hĆĄn bĂĄn kĂnh R cᝧa giáť?t. Ta cĂł, năng lưᝣng táťą do: @ 1 1 $ 8 = 28 D − F + $ + > (∅)A & < & &E 4H& $
n ĆĄ h
Ä?áť‘i váť›i hᝇ Winsor I vĂ II vi nhĹŠ tĆ°ĆĄng náşąm cân báşąng pha hòa tan, kĂch thĆ°áť›c hất lĂ láť›n nhẼt vĂ bĂĄn kĂnh lĂľi láť›n nhẼt Ravmax . Ä?áťƒ năng lưᝣng táťą do thẼp nhẼt thĂŹ: JK @ &IJ. 28 + 8 = + (∅) &E 28 8H8
N y u
Q m è nhĆ° phĂŠp Ä‘o elip, X-quang, tĂĄn Theo De Gennes vĂ Taupin sáť d᝼ng káťš thuáşt K @ theo y xấ X-quang SAXS Ä‘áťƒ xĂĄc Ä‘áť‹nh K vĂ 8 háşąng sáť‘ Ξ chiáť u dĂ i cᝧa láť›p báť mạt. ấ M D = O. P + / - K >> k T suy ra ΞK lĂ vÄŠ mĂ´, nghÄŠa lĂ láť›p báť mạt báşąng pháşłng váť›i cẼu m o trĂşc máť?ng hĆĄn; c . - K ~ k T suy lera ΞK lĂ vi mĂ´, cẼu trĂşc háť—n Ä‘áť™n khĂ´ng áť•n Ä‘áť‹nh g - K thĆ°áť?ng tᝍ 100 k T cho láť›p Ä‘ĆĄn khĂ´ng hòa tan vĂ khoảng 10 k T láť›p o o dầu kĂŠp nhĆ°ng cĂł tháťƒ giảm dĆ°áť›i k T trong hᝇ vi nhĹŠ tĆ°ĆĄng. G K
N
3QR (S U) T
B
B
B
B
B
NgoĂ i ra, sáťą áť•n Ä‘áť‹nh cᝧa máť™t vi nhĹŠ tĆ°ĆĄng thĆ°áť?ng dáť… dĂ ng báť‹ xâm nháşp báşąng cĂĄch pha loĂŁng, nung nĂłng , hoạc thay Ä‘áť•i pH.
Háť?c viĂŞn tháťąc hiᝇn: NhĂłm 5 Trang17 NĆĄi báť“i dưᝥng kiáşżn thᝊc ToĂĄn - LĂ˝ - HĂła cho háť?c sinh cẼp 2+3 / Diáť…n Ä?Ă n ToĂĄn - LĂ˝ - HĂła 1000B Trần HĆ°ng Ä?ấo Tp.Quy NhĆĄn Tᝉnh BĂŹnh Ä?áť‹nh
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Tiểu luận: Hệ vi nhũ tương
GVGD: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
ỨNG DỤNG TỔNG HỢP POLYMER BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI NHŨ TƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ POLYMER 1.1. Khái niệm Polymer là hợp chất cao phân tử được cấu tạo từ các phân tử đơn giản (monome) nhờ liên kết hóa học và trong cấu trúc của chúng có sự lặp đi lặp lại nhiều lần những mắt xích cơ bản. Trong đó, monome là những phân tử hữu cơ đơn giản có chứa liên kết bội (đôi hoặc ba) hoặc có ít nhất hai nhóm chức hoạt động có khả năng phản ứng với nhau tạo thành polymer. Ví dụ: n CH2=CH2 Monomer
n [-CH2-CH2-]
[-CH2-CH2-]n
mắt xích cơ bản
polyetylen (PE)
1.2. Cơ chế phản ứng trùng hợp
n ơ h
N y u
Phản ứng trùng hợp là phản ứng kết hợp một số lớn phân tử nhỏ (monomer) thành phân tử (polymer) có khối lượng phân tử cao.
Q m è nM (-M-) K y được sử dụng rộng rãi ngày nay Hầu hết tất các các polymer hidrocacbon ạ Dhợp đều được điều chế bằng phương pháp như: cao su, plastic và một số sợi tổng + trùng hợp gốc. Cơ chế phản ứng / trùng hợp gốc xảy ra theo cơ chế dây chuyền gồm m 3 giai đoạn: Khơi mào (tạo gốc tự do), phát triển mạch và tắt mạch. o c Sơ đồ cơ chế phản ứng trùng hợp gốc: . e mào lKhơi - GĐ1: g o R-R 2R o G Phản ứng trùng hợp có thể được biểu diễn ở dạng chung nhất bằng phương
trình:
n
*
(hay M
M*)
- GĐ2: Phát triển mạch R* + M
RM*
RM* + M
RMM*
……. RMn-1M* + M
RMnM*
- GĐ3: Tắt mạch 2 RMnM* RMnMMMnR (tắt mạch tổ hợp) 2 RMnM*
RMnM + RMnM” (tắt mạch không cân đối)
Học viên thực hiện: Nhóm 5 Trang18 Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Tiểu luận: Hệ vi nhũ tương
GVGD: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
Giai đoạn khơi mào (tạo gốc tự do): Giai đoạn này các gốc tự do của monomer sinh ra do sự tương tác của gốc tự do chất khơi mào và các tác nhân vật lý bên ngoài. Có thể dùng các tác nhân kích thích monomer tạo gốc tự do như nhiệt, quang hóa, bức xạ ion. Dưới tác dụng của các tác nhân này, sự tạo gốc tự do có thể xem như là quá trình mở liên kết đôi: ĐW: :E:X
Ví dụ: CH2=CH2YZZZZZ[*CH2-CH2*
Ngoài ra còn sử dụng cách khơi màu oh-khử trong phản ứng trùng hợp. Trong trường hợp này, người ta đưa vào hệ thống cùng với chất khơi màu chất khử. Phản ứng oh-khử sẽ tạo ra gốc tự do kích thích quá trình trùng hợp. Đặc điểm của phương pháp này là tạo năng lượng hoạt hóa rất thấp nhờ vậy có thể trùng hợp ở nhiệt độ thấp hợp và như vậy khả năng xảy ra các quá trình hấp phụ, σsẽ giảm đi điều đó làm thay đổi động học các phản ứng và tính chất của polymer thu được. Ví dụ: H2O2 + Fe2+
OH* + OH- + Fe3+
n ơ h
OH* + CH2=CH2HOCH2-CH2*
N y u
Giai đoạn phát triển mạch:
Giai đoạn này bao gồm hàng loạt các phản ứng cơ sở kế tiếp nhau do gốc tự do tương tác với các phân tử monomer . Ngoài ra, bản thân mạch phát triển cũng là do gốc tự do có khối lượng phân tử tăng dần trong quá trình phản ứng.
Q m è đổi thành liên kết σ. Phản ứng Do phản ứng phát triển mạch, liên kết π biến K luôn kèm theo sự phát nhiệt do hiệu số năngylượng của liên kết π-σ. ạ Đặc điểm của giai đoạn này tốcD độ phản ứng giảm dần theo thời gian do khối +khả năng phản ứng giảm. lượng phân tử polymer tăng và làm / C H + CH =CH om C H -CH -CH C H [-CH -CH -] -CH -CH cmạch: . Giai đoạn tắt e l Phản ứng g tắt mạch làm mất khả năng hoạt động của gốc polymer hay làm o học, có thể xảy ra bằng nhiều cách khác nhau nhưng chủ yếu ngừng mạchođộng bằng haiG cách là tắt mạch tổ hợp và chuyển không cân đối giữa hai gốc. 6
5
*
2
2
6
5
2
2
*
6
5
2
2
n
2
* 2
Tắt mạch tổ hợp là sự kết hợp của hai gốc polymer thành phân tử trung hòa. Phân tử polymer có hai gốc kích thích ở đầu mạch: Ví dụ: 2C6H5[-CH2-CH2-]n-CH2-CH2*
C6H5[-CH2-CH2-]n- C6H5
Tắt mạch chuyển không cân đối là sự cho và nhận hydro của hai gốc polymer để thành một phân tử no và một phân tử không no. Phân tử polymer có một gốc kích thích ở đầu mạch: Ví dụ: 2C6H5[-CH2-CH2-]n-CH2-CH2* CH3 + C6H5[-CH2-CH2-]n-CH=CH2
C6H5[-CH2-CH2-]n-CH2-
Khả năng tát mạch phụ thuộc vào bản chất polymer và monomer, chẳng hạn trùng hợp styrene chủ yếu giai đoạn tắt mạch là tổ hợp, metylmetacrylate chủ yếu bằng chuyển không cân đối. Giai đoạn chuyển mạch: Học viên thực hiện: Nhóm 5 Trang19 Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
GVGD: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
Tiểu luận: Hệ vi nhũ tương
Ngoài ba giai đoạn chính trên còn có phản ứng chuyển mạch. Sự chuyển mạch có thể xảy ra theo nhiều cách khác nhau do sự va chạm mạch phát triển với các chất có trong hệ phản ứng. Ví dụ: C6H5-CH2-CH2* + A-B
C6H5-CH2-CH2-A + B*
1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng trùng hợp a) Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Nghiên cứu động học của quá trình trùng hợp gốc chỉ ra rằng: khi tăng nhiệt độ sẽ làm tăng tốc độ của tất cả các phản ứng hóa học trong cả ba giai đoạn trùng hợp. Việc tăng tốc độ hình thành gốc tự do (giai đoạn khơi mào)và tốc độ phát triển mạch làm tăng tốc độ chung của quá trình chuyển hóa monomer thành polymer, nhưng cũng đồng thời làm tăng tốc độ tắt mạch rút ngắn mạch phản ứng và do đó làm giảm hệ số trùng hợp tức là làm giảm giảm phân tử khối trung bình của polymer tạo thành.
n ơ h
Tuy nhiên, so sánh nă năng lượng hoạt hoá của các phản ứng thì chúng ta nhận ạt hoá ccủa phản ứng khơi mào lớn hơn nhiều so vvới năng thấy rằng: năng lượng hoạt ản ứng phát tri triển mạch và ngắt mạch. Vì vậy khi ttăng nhiệt lượng hoạt hoá của phản tăng của phản ứng khơi mào lớn hơn nhiều so vvới phản độ của phản ứng thì tốc độ tă m bởi vì theo Arrhenius, nếu năng lượng ợ hoạt hoá ứng phát triển mạch và ngắt mạch, ăng ttốc độ của của phản ứng càng cao thì mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ đến việc tăng phản ứng đó càng lớn.
N y u
D + m/
Q m è K ạy
o c . le
G
g o o
b) Ảnh hưởng của nồng độ và bản chất của chất khơi mào:
Nếu tăng nồng độ chất khơi mào, số gốc tự do tạo thành khi phân hủy tăng ứng trùng hợp trong giai đoạn lên, dẫn tới tăng số gốc tự do làm cho tốc độ phản ứng phát triển mạch tăng lên nhưng độ trùng hợp trung bình giảm phân tử khối polymer tạo thành giảm.
Học viên thực hiện: n: Nhóm 5 Trang20 Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
GVGD: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
Tiểu luận: Hệ vi nhũ tương
ết điể điểm của phương pháp trùng hợp gốc. Vì vậy trong th thực Đây là một khuyết ọn nồ nồng độ chất khơi mào thích hợp nhất tùy thuộc vào điều tế người ta phải lựa chọn ng và tính chất của sản phẩm. Thông thường ng nồ nồng độ chất kiện tiến hành phản ứng khơi mào vào khoảng 0,1 - 1% so với monomer. c) Ảnh hưởng của nồng độ monomer
Theo phương trình tốc độ phản ứng thì khi tăn tăng g nồng độ monomer tham gia phản ứng thì tốc độ chung của quá trình trùng hợp tăng theo và khối lượng phân tử của polymer càng cao.
n ơ h
d) Ảnh hưởng của áp suất
N y u
Q m è K ạy
Trong quá trình trùng hợp áp suất thường hay trung bình thực tế không ảnh hưởng nhiều. Tuy nhiên khi ở áp suất cao và siêu cao (3.000 – 5.000 atm) sẽ làm tăng khá nhiều tốc độ phản ứng trùng hợp. Một đặc điểm đặc biệt của quá trình trùng hợp là áp suất làm tăng tốc độ phản ứng, nhưng không làm giảm giá trị phân tử khối của polymer tạo thành.
D + m/
o c . le
G
g o o
II. TỔNG HỢP POLYMER BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI NHŨ TƯƠNG
Tổng hợp các hợp chất bằng phương pháp vi nhũ tương là một mảng nghiên cứu được các nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm và phát triển. Từ khi phát hiện ra hệ vi nhũ các nhà nghiên cứu thu được rất nhiều thành tựu to lớn trong lĩnh vực nghiên cứu cơ bản cũng như ứng dụng trong các ngành công nghiệp: thực phẩm, dược phẩm, công nghệ sinh học, dầu khí, chất tạo vật liệu nano vô cơ và hữu vơ, polymer, … Do đặc tính đặc biệt của hệ vi nhũ như: sức căng bề mặt cực thấp, diện tích bề mặt phân tán lớn, nhiệt động học ổn định nên phương pháp trùng hợp vi nhũ được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp sản xuất các loại polymer tổng hợp. Ưu điểm của phương pháp này là tốc độ phản ứng nhanh xảy ra ở nhiệt độ
Học viên thực hiện: n: Nhóm 5 Trang21 Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Tiểu luận: Hệ vi nhũ tương
GVGD: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
tương đối thấp, có độ đồng nhất cao điều này cho phép thu được những polymer có phân tử lượng cao và ít đa phân tán. 2.1. Hệ vi nhũ a) Khái niệm Hệ vi nhũ là một hệ của nước, dầu và chất hoạt động bề mặt. Hệ này là một dung dịch đẳng quang và thuộc tính nhiệt động ổn định. Quan sát bằng kính hiển vi, một vi nhũ trông như một dung dịch đồng thể, nhưng ở thước phân tử nó lại là hệ dị thể. Cấu trúc bên trong cùa một vi nhũ ở một nhiệt độ cho trước được quyết định bởi tỉ lệ hợp phần của nó. Cấu trúc này gồm cả những giọt nano nhỏ hình cầu đơn kích thước hoặc 1 pha chuyển tiếp. b) Thành phần chính trong hệ trùng hợp vi nhũ tương - Pha phân tán: bao gồm các monomer không phân cực như: etylen, vinyl clorua, aniline, butadiene, styrene, acrylonitrile, acrylate ester, methacrylate ester, …và các chất hũa tan hay đồng tan vào chúng.
n ơ - Môi trường phân tán: Gồm những chất lỏng phân cựchhay dùng trong bào chế như: nước, ethanol, … và các chất dễ hòa tan hay đồng tan vào chúng. N y Trong đó, nước thường được sử dụng rộng rãi do có nhiều ưu điểm hơn các dung u môi khác vì nước rẻ tiền, thân thiện với môi trường, ngoài ra nước dẫn nhiệt tốt độ Q nhớt thấp. m è - Chất hoạt động bề mặt: Chất hoạt động bề mặt là thành phần quan K y trọng nhất trong quá trình nhũ hóa Polyme. Chất hoạt động bề mặt làm giảm sức ạ căng bề mặt phân chia giữa hai pha nước-monome; giảm khả năng tổ hợp monome D thành hạt lớn giúp không xảy ra /hiện tượng phân tách pha qua đó giúp hình thành +động vi nhũ tương. Tập hợp các chất hoạt bề mặt gọi là micelle. Trong đó phần ưa m nước hướng ra bên ngoài về ophía môi trường phân tán, phần ưa dầu hướng vào bên c . trong xa môi trường phân tán. lehoạt động bề mặt: là chất có tính chất như chất hoạt động bề - Chất đồng g o làm giảm sức căng bề mặt, tăng sự đồng nhất trong quá trình hình mặt, có tác dụng o thành vi G nhũ tương. Một số chất đồng hoạt động bề mặt hay dùng như isopropanol, n-propanol, alcol benzylic, glyceryl caprylat, tetraglycol, ...
- Chất khơi mào: Sự nhũ hóa polymer hầu như xảy ra theo cơ chế gốc tự do. Nhiệm vụ của chất khơi mào như những gốc tự do có chức năng định hướng cho các monomer. Có hai phương pháp tạo chất khơi mào là: nhiệt phân và phản ứng oxi hóa. Chất khơi mào có thể là chất ưu nước hay ưa dầu. Chất khơi mào thường dùng là những chất tan trong nước như hydropeoxyt, pesulfat, peborat... vì những chất này có tác dụng rất tốt trong môi trường nước. Ngoài ra, để thúc đẩy quá trình xảy ra thuận lợi người ta thêm vào một số thành phần khác nhằm thúc đẩy quá trình chuyển mạch, ổn định pH , giúp điều chỉnh khối lượng phân tử polymer, … 2.2. Tổng hợp polymer bằng phương pháp vi nhũ Tạo hệ vi nhũ tương:
Học viên thực hiện: Nhóm 5 Trang22 Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Tiểu luận: Hệ vi nhũ tương
GVGD: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
Trước khi tổng hợp polymer bằng phương pháp vi nhũ người ta tiến hành điều chế hệ gồm các thành phần: pha phân tán (monomer), môi trường phân tán (chủ yếu là nước), chất hoạt động bề mặt (điện hoạt và đồng điện hoạt), các chất khơi mào và các hợp chất khác tạo thành một hệ vi nhũ tương (hình 9).
n ơ h
N y u Hình 9 – Giản đồ thành phần của hệ vi nhũ tương Q Tổng quan quá trình tổng hợp polymerm bằng phương pháp vi nhũ è K y ạ D + / m o c . e l g o o G
Hình 10 - Sơ đồ quá trình tổng hơp polymer bằng phương pháp vi nhũ Quá trình tổng hợp polymer được miêu tả tổng quan theo hình 10, phản ứng trùng hợp sẽ diễn ra trong lòng các mixen. Trong hệ vi nhũ được điều chế ở trên thì các monomer không tan hoặc ít tan trong nước sẽ khuếch tán vào trong các mixen của các chất hoạt động bề mặt. Các chất khơi màu tan trong nước nên các gốc tự do hình thành trong nước. Các gốc tự do này tác dụng một lượng nhỏ các monomer
Học viên thực hiện: Nhóm 5 Trang23 Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Tiểu luận: Hệ vi nhũ tương
GVGD: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
trong nước sau đó khuếch tán vào các hạt mixen chứa monomer khởi đầu cho phản ứng phát triển mạch. Theo phát triển của quá trình, monomer trong mixen bị tiêu thụ, nhưng đồng thời có nguồn bổ sung liên tục từ các mixen trong hệ phản ứng. Quá trình trùng hợp tiếp tục cho đến khi trong mixen xuất hiện thêm một gốc thứ hai làm ngừng sự phát triển mạch gây phản ứng ngắt mạch. Như vậy, mixen hấp phụ monomer chuyển dần thành polymer. Sản phẩm tạo thành theo phương pháp vi nhũ tồn tại dưới dạng nhũ (hay còn gọi là latex) của những hạt polyme trong nước. Các giai đoạn xảy ra trong quátrình tổng hợp polymer Quá trình tổng hợp polymer bằng phương pháp vi nhũ trải qua 4 giai đoạn sau: a) Giai đoạn 1: Sự trương phồng các mixen
n ơ h
N y u
Q m è K ạy
Trong giai đoạn này, các chất hoạt động bề mặt trong hệ vi nhũ tập hợp lại với nhau tạo thành các mixen. Cấu tạo của mixen bao gồm 2 phần: 1 phần phân cực (đầu mixen) ưa nước và 1 phần không phân cực (đuôi mixen) ưa các monomer. Do đó, khi các monomer trong hệ vi nhũ thì các monomer này khuếch tán nằm trong các mixen có phần đuôi hướng về monomer và phần đầu hướng ra môi trường nước. Do nồng độ các chất hoạt động bề mặt trong hệ vi nhũ lớn hơn nhiều so với các hệ nhũ tương khác nên số lượng mixen hình thành rất lớn tạo ra hệ có nhiệt động ổn định và đồng nhất.
D + m/
o c . le
g o o
b) Giai đoạn 2: Khơi màu
G
Trong giai đoạn này các chất khơi màu tan trong nước được kích thích tạo thành các gốc tự do, các gốc tự do này tác dụng một phần nhỏ các monomer trong nước tạo thành các gốc tự do polymer có khối lượng phân tử nhỏ. Gốc tự do polymer này khuếch tán kết hợp với monomer trong mixen khởi đầu cho giai đoạn phát triển mạch. c) Giai đoạn 3: Phát triển mạch polymer (trùng hợp)
Học viên thực hiện: Nhóm 5 Trang24 Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Tiểu luận: Hệ vi nhũ tương
GVGD: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
Trong giai đoạn này gốc tự do polymer hình thành trong mixen tiếp tục phản ứng với với các monomer nằm trong mixen của hệ vi nhũ tạo thành gốc polymer có kích thước và khối lượng phân tử lớn hơn. Giai đoạn này kết thúc khi trong mixen xuất hiện thêm một gốc thứ 2 làm ngừng phát triển mạch. d) Giai đoạn 4: Ngắt mạch
n ơ h
N y u
Q m è K Đây là giai đoạn bão hòa electron cặp y đôi của hai gốc. Hai gốc tự do tương tác với nhau tạo thành polymer và các ạ monomer trong mixen mất đi hoàn toàn. Ddo chỉ còn lại các polymer hoàn chỉnh nằm Cuối cùng là sự giải phóng các gốc tự + / trong các micelle. m 2.3. Ưu nhược điểmotổng hợp polymer bằng phương pháp vi nhũ c Ưu điểm:e. l - Phản ứnggxảy ra trên bề mặt có hiện tượng định hướng, ít bị phân nhánh o hay bị đứt mạch. o G tốc phản ứng tương đối lớn (xảy ra trong từng mixen); - Vận - Không có hiện tượng quá nhiệt cục bộ; - Quá trình dễ kiểm soát nhiệt độ và độ nhớt hơn so với polymer hóa dung môi; - Sản phẩm latex được sử dụng tiếp mà không cần cô lập; - Cải thiện khả năng hòa tan của monomer trong dung môi; - Polymer có trọng lượng phân tử lớn, tốc độ phản ứng cao, kích thước và hình dạng của sản phẩm có thể khống chế được; Nhược điểm: - Phát sinh thêm giai đoạn phối trộn tạo hệ vi nhũ;
Học viên thực hiện: Nhóm 5 Trang25 Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Tiểu luận: Hệ vi nhũ tương
GVGD: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
- Sử dụng một lượng lớn hàm lượng chất hoạt động bề mặt và đồng hoạt động mặt trong quá trình tạo vi nhũ; - Độ bền hệ vi nhũ bị ảnh hưởng bởi các thông số môi trường như nhiệt độ, pH, … - Dùng chất điều chỉnh, chất hoạt động bề mặt không sạch, polymer bị nhiễm bẫn bởi chất vi nhũ tương hóa. III. KẾT LUẬN Hệ vi nhũ tương có thể hình thành tự phát khi năng lượng tự do trên bề mặt đạt giá trị rất nhỏ. Lớp điện tích kép trên bề mặt do các chất hoạt động bề mặt và đồng hoạt động bề mặt tạo ra có vai trò quan trọng trong việc giảm sức căng bề mặt của hệ vi nhũ tương. Với các tính chất này đã làm cho hệ vi nhũ tương có nhiều ưu điểm hơn so với hệ nhũ tương thông thường. Phương pháp trùng hợp vi nhũ được sử dụng nhiều trong việc sản xuất các loại polymer tổng hợp do phương pháp này có tốc độ phản ứng nhanh xảy ra ở nhiệt độ tương đối thấp, có độ đồng nhất cao cho phép thu được những polymer có phân tử lượng cao và ít đa phân tán. Ngoài việc ứng dụng hệ vi nhũ tương để tổng hợp các loại polymer hữu cơ, do tính bền về nhiệt động nên hệ vi nhũ tương được ứng dụng nhiều trong thực tế để sản xuất ra nhiều sản phẩm hữu ích phục vụ cho cuộc sống của chúng ta.
n ơ h
N y u
D + m/
Q m è K ạy
o c . le
G
g o o
Học viên thực hiện: Nhóm 5 Trang26 Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định
www.daykemquynhon.ucoz.com
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Tiểu luận: Hệ vi nhũ tương
GVGD: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]Phân chia hệ nhũ tương, Khoa học Công nghệ hữu cơ hóa dầu, Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2002; [2] Thái Doãn Tĩnh, Hóa học các hợp chất cao phân tử, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật; [3] Ngô Duy Cường, Hóa học các hợp chất cao phân tử, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội; [4] Phan Thanh Bình, Hóa Học và Hóa Lý Polymer, Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2002; [6] Hoàng Ngọc Cường, Giáo trình polymer hóa đại cương, Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia; [7] Phan Thế Anh, Nguyễn Đình Lâm, Tổng hợp Polyaniline theo phương pháp trùng hợp nhũ tương đảo, Tạp chí KH&CN, Đại học Đà Nẵng số 3(44).2011;
n ơ [8] Eli Ruckenstein, J. C. Chi, Stability of Microemulsion, State University of New h York at Buffalo; NA novel route to y [9] Arabian journal of chemistry, Microemulsion method: u synthesize organic and inorganic nanomaterial, King Saud University; Q m google book. [10] Handbook of Microemulsion Science and Technologyè K stability of microemulsion, [11] E.Ruckenstein, The origin of thermodynamic y ạ Faculty of Engineering and Applied Sciences, State University of New York at D Buffalo; + / m o c . e l g o o G
Học viên thực hiện: Nhóm 5 Trang27 Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định