Hướng dẫn lựa chọn chất hoạt động bề mặt: 4 thông số chính để làm sạch công nghiệp

Tóm tắt

Tăng trưởng công nghiệp toàn cầu đã làm tăng nhu cầu làm sạch công nghiệp tiên tiến. Sự thành công của các quá trình này phụ thuộc rất nhiều vào việc lựa chọn chất tẩy rửa. Với tiêu chuẩn môi trường ngày càng tăng, việc lựa chọn nguyên liệu thô phù hợp hiện là ưu tiên hàng đầu. Bài viết này giải thích cách chọn chất hoạt động bề mặt gốc nước bằng cách so sánh các thông số phân tử chính để mang lại kết quả hiệu quả cao và thân thiện với môi trường.

Bốn thông số quan trọng để lựa chọn chất hoạt động bề mặt

Để chọn chất hoạt động bề mặt phù hợp, chúng ta phải phân tích bốn đặc điểm phân tử: Sức căng bề mặt, Giá trị HLB, CMC và Điểm đám mây (Điểm Krafft).

1. Sức căng bề mặt

Chất hoạt động bề mặt làm giảm sức căng bề mặt của chất tẩy rửa. Các chất hoạt động bề mặt thông thường có thể giảm hiệu suất này xuống khoảng 30 mN/m. Sức căng bề mặt thấp hơn làm giảm lực co của chất lỏng. Điều này cho phép chất tẩy rửa dễ dàng lan rộng khắp bề mặt, đảm bảo làm ướt đất tốt hơn.

2. Giá trị HLB (Cân bằng ưa nước-lipophilic)

Giá trị HLB đo lường sự cân bằng giữa phần ưa nước và phần ưa mỡ của phân tử.

• HLB 1–6: Lipophilic (ái dầu). Được sử dụng làm chất khử bọt hoặc chất nhũ hóa W/O.

• HLB 7–9: Cân bằng. Được sử dụng làm chất làm ướt và thẩm thấu.

• HLB > 10: Hydrophilic (ưa nước). Thường được sử dụng làm chất nhũ hóa trong làm sạch.

3. CMC (Nồng độ Micelle tới hạn)

Nồng độ Micelle tới hạn là nồng độ thấp nhất mà tại đó các phân tử chất hoạt động bề mặt liên kết để tạo thành các mixen.

• Bên dưới CMC: Các phân tử tồn tại tự do và sức căng bề mặt giảm khi nồng độ tăng.

• Tại CMC: Sức căng bề mặt đạt mức tối thiểu.

• Trên CMC: Thêm nhiều chất hoạt động bề mặt chỉ làm tăng mật độ mixen, giúp hòa tan nhiều dầu hơn.

4. Điểm Cloud và Điểm Krafft

• Điểm Krafft: Đối với chất hoạt động bề mặt ion, độ hòa tan tăng mạnh ở nhiệt độ này. Sự chọn lọc phải xảy ra ở nhiệt độ trên điểm Krafft.

• : Đối với chất hoạt động bề mặt không ion, độ hòa tan giảm khi nhiệt độ tăng, khiến dung dịch trở nên đục. Để có kết quả tốt nhất, hãy chọn chất hoạt động bề mặt có nhiệt độ làm sạch bằng hoặc thấp hơn một chút so với điểm vẩn đục của nó.

Nghiên cứu điển hình: Công thức tẩy nhờn bằng hợp kim nhôm

Yêu cầu hệ thống

Tẩy dầu mỡ công nghiệp hiệu quả hơn trong điều kiện kiềm do xà phòng hóa chất béo. Vì vậy, chúng tôi sử dụng hệ thống Natri Hydroxide (NaOH).

Tuy nhiên, nhôm là kim loại lưỡng tính , nghĩa là nó bị ăn mòn trong cả môi trường axit và kiềm. Để ngăn ngừa thiệt hại, chúng ta phải:

1. Kiểm soát chặt chẽ hàm lượng kiềm.

2. Chọn hệ thống ức chế ăn mòn mạnh (ví dụ: Natri Silicate).

Lựa chọn chất hoạt động bề mặt

Áp dụng bốn thông số của chúng tôi cho chất tẩy rửa bằng nhôm:

• Sức căng bề mặt: Mục tiêu < 30 mN/m.

• Giá trị HLB: Mục tiêu > 10. Nếu sử dụng Ethoxylate cồn đồng phân hóa, số lượng EO (Ethylene Oxide) phải là 5+.

• Nhiệt độ & Điểm vẩn đục: Nếu làm sạch ở 50°C (siêu âm), điểm vẩn đục phải trên 50°C. Điều này đòi hỏi số lượng EO là 7+.

• Điểm rót (Dễ sử dụng): Để đạt hiệu quả ở nhiệt độ phòng, chất hoạt động bề mặt phải ở dạng lỏng (điểm rót < 30°C).

Kết luận: Đối với chất hoạt động bề mặt chính, phạm vi EO từ 7 đến 12 là lý tưởng cho quá trình nhũ hóa và tẩy rửa.

Vai trò của tác nhân thâm nhập

Trong khi các chất hoạt động bề mặt có hàm lượng EO cao là chất nhũ hóa tuyệt vời thì khả năng làm ướt của chúng lại yếu hơn. Chúng ta phải thêm chất xuyên thấu (HLB 7–9, EO 4–6).

• Chuỗi thẳng: nhũ hóa mạnh hơn.

• Chuỗi phân nhánh: Khả năng thâm nhập vượt trội.
  Đối với sử dụng công nghiệp, các chất hoạt động bề mặt có 8–10 nguyên tử carbon trong chuỗi lipophilic thường được ưa thích làm chất thẩm thấu.

Ví dụ về công thức tối ưu hóa

Nguyên liệu	Sự tập trung
Natri Hydroxit (NaOH)	1–2%
Natri silicat	2–3%
Natri Gluconat	1–2%
EDTA-2Na	1–2%
Thẩm thấu S603ED	0,1–0,5%
Chất hoạt động bề mặt chính C18 /S603EC	3–5%
Nước	Sự cân bằng

Quy trình làm sạch: Pha loãng 10–20 lần. Sử dụng để làm sạch ngâm ở nhiệt độ phòng (nên hỗ trợ siêu âm để có kết quả tốt nhất).