Các phương pháp tiên tiến để phân tích chất hoạt động bề mặt
Chất hoạt động bề mặt như chất làm ẩm, chất nhũ hóa, chất làm sạch hoặc chất tạo bọt đóng vai trò quan trọng trong quá trình trộn chất lỏng hoặc khi chúng tiếp xúc với chất rắn. Các câu hỏi yêu cầu phân tích diện tiếp xúc có liên quan đến việc phát triển, tối ưu hóa và định lượng chính xác chất hoạt động bề mặt. Chất hoạt động bề mặt làm giảm sức căng bề mặt hoặc sức căng liên vùng tốt như thế nào ? Nó hoạt động nhanh như thế nào? Cải thiện thấm ướt được bao nhiêu? Có xu hướng tạo bọt không, và bản chất của bất kỳ bọt nào được hình thành là gì?
Máy đo sức căng bề mặt hãng Kruss dùng để đo sức căng bề mặt và do đó xác định hiệu quả của chất hoạt động bề mặt. Chúng đo chính xác sức căng bề mặt và giúp phát triển và tối ưu hóa nhũ tương. Máy đo độ căng động cung cấp bí quyết cần thiết để sử dụng chất hoạt động bề mặt nhanh chóng. Các phân tích được thực hiện với các thiết bị đo góc tiếp xúc cung cấp thông tin đáng tin cậy về mức độ thấm ướt. Và các công cụ phân tích bọt giúp tối ưu hóa sản phẩm tạo bọt hoặc ngăn bọt.
Đo sức căng bề mặt
Sức căng bề mặt là một tham số quan trọng đối với nhiều tác vụ và quy trình, ví dụ:
- In ấn, sơn phủ, liên kết
- Thấm ướt trong quá trình làm sạch
- Bể chứa tráng men
- Chữa cháy
- Bảo vệ thực vật
- Phân tán bột và sắc tố, ví dụ như trong kem chống nắng, latex, bê tông
Các bề mặt kỵ nước và các hạt thấm ướt kém do sức căng bề mặt cao của nước. Chất hoạt động bề mặt làm giảm sức căng bề mặt, cải thiện khả năng thấm ướt của bề mặt rắn và khả năng phân tán của bột.
Máy đo độ căng định lượng ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt dựa trên phép đo chính xác, bán tự động hoặc hoàn toàn tự động của sức căng bề mặt. Các phép đo giọt treo quang học với các công cụ phân tích hình dạng giọt cho phép nghiên cứu khối lượng mẫu nhỏ nhất.
Đo nồng độ mixen tới hạn (CMC)
Phép đo CMC cung cấp thông tin quan trọng cho việc sử dụng chất hoạt động bề mặt, ví dụ:
Hiệu quả liên quan đến tác dụng làm sạch của chất hoạt động bề mặt
Tối ưu hóa liều lượng chất làm ẩm
Nồng độ micelle tới hạn (CMC) là nồng độ mà tại đó bề mặt được bao phủ hoàn toàn bởi các phân tử chất hoạt động bề mặt. Trên nồng độ này, các cụm phân tử chất hoạt động bề mặt, được gọi là mixen , xuất hiện trong dung dịch. Trong số những thứ khác, các mixen chịu trách nhiệm về tác dụng làm sạch của chất hoạt động bề mặt, vì chúng có thể kết hợp và huy động các chất kỵ nước. Việc đo CMC cho phép xác định nồng độ chất hoạt động bề mặt tại đó hiệu quả làm sạch bắt đầu được xác định.
Trên CMC, sức căng bề mặt không giảm khi thêm chất hoạt động bề mặt. Trong trường hợp các chất làm ẩm, do đó không có lợi gì khi sử dụng liều lượng cao hơn CMC vì lý do chi phí và các cân nhắc về sinh thái. Liều lượng của chất hoạt động bề mặt làm chất làm ướt có thể được tối ưu hóa bằng cách đo CMC.
Máy đo độ căng cao cấp hãng Kruss đo CMC hoàn toàn tự động. Phép đo có thể được thực hiện ở thể tích không đổi với dải nồng độ rất rộng do sự tương tác giữa định lượng và chiết xuất. Kết quả là, CMC được đo rất chính xác.
Đo sức căng bề mặt giữa các chất lỏng
- Các phép đo sức căng bề mặt thường được thực hiện trong các lĩnh vực sau và để trả lời các câu hỏi sau:
- Nhũ tương cho thực phẩm, mỹ phẩm hoặc thuốc
- Hoá già chất lỏng kỵ nước, ví dụ như dầu máy biến thế
- Vi nhũ tương để thu hồi dầu cấp ba, tẩy nhờn không dung môi, sinh khả dụng của dược phẩm kỵ nước
Là chất nhũ hóa, chất hoạt động bề mặt làm giảm sức căng bề mặt giữa các pha không hòa tan với nhau và do đó cải thiện khả năng trộn lẫn. Đồng thời, chúng làm cho các giọt nhỏ hình thành dễ dàng hơn và hoạt động để ổn định nhũ tương , vì chúng làm chậm hoặc ngăn chặn sự hợp nhất của các giọt.
Sức căng bề mặt của chất lỏng đối với nước là thước đo tính kỵ nước của nó. Do đó, phép đo sức căng bề mặt được sử dụng để đảm bảo chất lượng của chất lỏng mà hỗn hợp pha với nước là không mong muốn. Một ví dụ là việc phân tích dầu biến áp cách điện theo tiêu chuẩn ASTM D-971.
Máy đo độ căng của chúng tôi đo lực căng bề mặt giữa hai chất lỏng bằng phương pháp vòng, tấm hoặc que. Các phép đo quang học có thể được thực hiện với các công cụ phân tích hình dạng giọt nước đối với số lượng mẫu nhỏ.
Máy đo độ căng thả quay được thiết kế cho lực căng bề mặt rất thấp xuống tới 10 -6 mN/m, ví dụ như xảy ra trong thu hồi dầu cấp ba (Thu hồi dầu tăng cường, EOR). Các phép đo này giúp phát triển và định lượng các kết hợp chất hoạt động bề mặt cho vi nhũ tương.
Đo sức căng bề mặt động
Sức căng bề mặt động hoặc sức căng liên vùng rất quan trọng, ví dụ, trong các ứng dụng sau đây của chất hoạt động bề mặt :
- Các quy trình thấm ướt công nghiệp nhanh như in, sơn, phủ, liên kết
- Khả năng phun và thấm ướt khi phun
- Trộn chất lỏng để nhũ hóa
- Kiểm tra hàm lượng chất hoạt động bề mặt trong dung dịch tẩy rửa
Các bề mặt và giao diện được hình thành ở tốc độ cao trong các ứng dụng và quy trình sản xuất khác nhau. Tuy nhiên, chất hoạt động bề mặt cần một khoảng thời gian nhất định để khuếch tán và hấp phụ. Do đó, sức căng bề mặt và sức căng liên vùng phụ thuộc vào khoảng thời gian kể từ khi một ranh giới pha mới được hình thành. Theo đó, sức căng bề mặt hoặc sức căng mặt phân cách có thể cao hơn đáng kể với các quá trình động so với ở trạng thái ổn định. Tình trạng này ảnh hưởng đáng kể đến sự lựa chọn đúng đắn và liều lượng của chất hoạt động bề mặt.
Máy đo độ căng áp suất bong bóng đo sức căng bề mặt động ở sự hoá già bề mặt chỉ vài mili giây.
Phương pháp áp suất bong bóng cũng có thể được sử dụng để xác định thành phần của bể chứa chất hoạt động bề mặt ở nồng độ trên CMC. Trong phạm vi này, sức căng bề mặt tĩnh không còn phụ thuộc vào nồng độ. Để thử nghiệm, một đường cong tham số có thể được tạo ra bằng một dụng cụ đo cố định và sau đó được sử dụng cho các thử nghiệm tiếp theo tại chỗ với một đơn vị áp suất bong bóng di động.
Với các quá trình lỏng-lỏng động, chẳng hạn như quá trình nhũ hóa, giá trị phụ thuộc vào thời gian của sức căng bề mặt là rõ ràng. Máy đo độ căng âm lượng giảm đo giá trị động này trên một phạm vi tốc độ rộng. Kết quả sẽ giúp lựa chọn và định lượng chính xác chất hoạt động bề mặt phù hợp để tối ưu hóa sản phẩm hoặc quy trình.
Đo góc tiếp xúc
Phép đo góc tiếp xúc được sử dụng để mô tả đặc điểm của chất hoạt động bề mặt nhằm trả lời các câu hỏi sau:
Ảnh hưởng đến khả năng thấm ướt của việc bổ sung chất hoạt động bề mặt
Độ thấm ướt của chất rắn chứa chất hoạt động bề mặt
Góc tiếp xúc là một dấu hiệu cho thấy mức độ thấm ướt chất lỏng được cải thiện bằng cách bổ sung chất hoạt động bề mặt. Các công cụ phân tích hình dạng giọt nước đo góc tiếp xúc với mức độ tự động hóa cao tùy thuộc vào yêu cầu. Các phép đo ở nhiệt độ cao hoặc thấp, độ ẩm được kiểm soát hoặc động lực định lượng thay đổi mô phỏng linh hoạt các điều kiện của quy trình thấm ướt
Chất rắn thường được hoà trộn với chất hoạt động bề mặt để cải thiện khả năng thấm ướt bằng nước. Một ví dụ về điều này là việc sử dụng chất hoạt động bề mặt để thúc đẩy và đẩy nhanh quá trình hòa tan viên nén. Sự thay đổi góc tiếp xúc theo thời gian đặc biệt quan trọng để nghiên cứu ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt. Sự phụ thuộc vào thời gian này phản ánh tốc độ mà các chất hoạt động bề mặt hấp thụ tại bề mặt phân cách với chất lỏng và hoạt động để cải thiện khả năng hòa tan.
Phân tích bọt
Phân tích bọt có liên quan trong các lĩnh vực sau để tối ưu hóa quá trình hình thành và ổn định bọt cũng như để ngăn ngừa tạo bọt:
Tạo bọt chủ động: Chăm sóc cơ thể, bọt ẩm thực, tuyển nổi, chữa cháy
Chống tạo bọt: In và sơn phủ, làm lạnh chất bôi trơn, vận chuyển chất lỏng, vệ sinh công nghiệp
Chất hoạt động bề mặt thường tạo bọt và thường được sử dụng đặc biệt để tạo bọt. Các lĩnh vực ứng dụng cụ thể dẫn đến các yêu cầu khác nhau về khả năng tạo bọt, độ ổn định của bọt, độ ẩm và kích thước của bong bóng trong bọt. Các thiết bị phân tích bọt của chúng tôi sử dụng các phương pháp và kỹ thuật tạo bọt có thể lặp lại để đo chiều cao bọt theo thời gian. Độ ẩm của bọt và sự thay đổi độ cao trong một khoảng thời gian ở các độ cao khác nhau trong cột bọt có thể được đo bằng mô-đun độ dẫn của chúng tôi. Mô-đun phân tích cấu trúc bọt quang học xác định sự phân bố kích thước bong bóng và sự phụ thuộc vào thời gian của nó để tối ưu hóa bản chất của bọt một cách cụ thể.
Sự tạo bọt của chất hoạt động bề mặt thường có tác dụng không mong muốn đối với quy trình và chất lượng sản phẩm. Chất hoạt động bề mặt ít tạo bọt thường được sử dụng và các chất ức chế tạo bọt được thêm vào để ngăn tạo bọt. Bọt tan nhanh hình thành từ các hỗn hợp như vậy có thể được phân tích một cách đáng tin cậy để tối ưu hóa việc ngăn ngừa bọt.
Phân tích lưu biến bề mặt
Nghiên cứu lưu biến bề mặt nâng cao kiến thức chuyên sâu của bạn về chất hoạt động bề mặt trong các lĩnh vực sau:
- Tính di động của chất hoạt động bề mặt
- Ổn định màng
- Ổn định bọt
- Ổn định nhũ tương
Tính lưu biến bề mặt nghiên cứu sự thay đổi sức căng bề mặt hoặc sức căng liên vùng như là một hàm của tốc độ và mức độ thay đổi của diện tích bề mặt. Các công cụ lưu biến bề mặt đo các đại lượng như độ đàn hồi của diện tiếp xúc (mô đun lưu trữ) và độ nhớt của diện tiếp xúc (mô đun tổn thất). Các đại lượng này cho phép rút ra kết luận liên quan đến tính linh động của chất hoạt động bề mặt và tính ổn định của màng chất lỏng cũng như các giọt trong nhũ tương. Các kết quả cũng thường có thể tương quan với các thông số bọt như tốc độ thoát nước và độ ổn định của bọt.
Hiểu sâu về tính lưu biến của diện tiếp xúc làm tăng kiến thức chuyên sâu về hành vi của chất hoạt động bề mặt trong nhũ tương và bọt. Điều này sau đó có thể đóng góp vào việc tối ưu hóa các sản phẩm và quy trình trong đó có một phần chất hoạt động bề mặt.
Nguồn: https://www.kruss-scientific.com/en-US/know-how/use-cases/characterization-of-surfactants
Minh Khang là nhà phân phối và nhập khẩu trực tiếp các sản phẩm đo góc tiếp xúc, sức căng bề mặt hãng Kruss.
EN