Hiệu ứng làm ướt, yêu cầu: HLB: 7-9
Hiện tượng thấm ướt được định nghĩa là hiện tượng khí hấp phụ trên bề mặt rắn bị thay thế bởi chất lỏng. Các chất có khả năng tăng cường khả năng thay thế này được gọi là chất làm ướt. Thấm ướt thường được phân loại thành ba loại: thấm ướt tiếp xúc (thấm ướt bám dính), thấm ướt ngâm (thấm ướt ngâm) và thấm ướt lan rộng (thấm ướt lan rộng). Trong số này, thấm ướt lan rộng thể hiện tiêu chuẩn cao nhất của sự thấm ướt, và hệ số lan rộng thường được sử dụng làm chỉ số để đánh giá hiệu suất thấm ướt giữa các hệ thống khác nhau. Ngoài ra, góc tiếp xúc cũng là một tiêu chí để đánh giá chất lượng thấm ướt. Chất hoạt động bề mặt có thể được sử dụng để kiểm soát mức độ thấm ướt giữa pha lỏng và pha rắn.
Trong ngành công nghiệp thuốc trừ sâu, một số chế phẩm dạng hạt và dạng bột cũng chứa một lượng chất hoạt động bề mặt nhất định. Mục đích của chúng là để cải thiện độ bám dính và lượng thuốc trừ sâu lắng đọng trên bề mặt mục tiêu, đẩy nhanh tốc độ giải phóng và mở rộng diện tích lan tỏa của các hoạt chất trong điều kiện ẩm ướt, từ đó nâng cao hiệu quả phòng ngừa và điều trị bệnh.
Trong ngành công nghiệp mỹ phẩm, chất hoạt động bề mặt đóng vai trò là chất nhũ hóa và là thành phần không thể thiếu trong các sản phẩm chăm sóc da như kem dưỡng da, sữa dưỡng thể, sữa rửa mặt và nước tẩy trang.
Micelle và sự hòa tan,Yêu cầu: C > CMC (HLB 13–18)
CMC là nồng độ tối thiểu mà tại đó các phân tử chất hoạt động bề mặt liên kết với nhau để tạo thành micelle. Khi nồng độ vượt quá giá trị CMC, các phân tử chất hoạt động bề mặt sẽ tự sắp xếp thành các cấu trúc như hình cầu, hình que, hình phiến hoặc hình tấm.
Hệ thống hòa tan là hệ thống cân bằng nhiệt động học. Nồng độ micelle tới hạn (CMC) càng thấp và độ liên kết càng cao thì nồng độ chất phụ gia tối đa (MAC) càng lớn. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hòa tan được thể hiện ở ba khía cạnh: nó ảnh hưởng đến sự hình thành micelle, độ hòa tan của chất được hòa tan và độ hòa tan của chính chất hoạt động bề mặt. Đối với các chất hoạt động bề mặt ion, độ hòa tan của chúng tăng mạnh khi nhiệt độ tăng, và nhiệt độ mà tại đó sự tăng đột ngột này xảy ra được gọi là điểm Krafft. Điểm Krafft càng cao thì nồng độ micelle tới hạn càng thấp.
Đối với các chất hoạt động bề mặt không ion polyoxyethylene, khi nhiệt độ tăng đến một mức nhất định, độ hòa tan của chúng giảm mạnh và xảy ra hiện tượng kết tủa, làm cho dung dịch trở nên đục. Hiện tượng này được gọi là sự vẩn đục, và nhiệt độ tương ứng được gọi là điểm vẩn đục. Đối với các chất hoạt động bề mặt có cùng chiều dài chuỗi polyoxyethylene, chuỗi hydrocarbon càng dài thì điểm vẩn đục càng thấp; ngược lại, với cùng chiều dài chuỗi hydrocarbon, chuỗi polyoxyethylene càng dài thì điểm vẩn đục càng cao.
Các chất hữu cơ không phân cực (ví dụ: benzen) có độ hòa tan rất thấp trong nước. Tuy nhiên, việc thêm các chất hoạt động bề mặt như natri oleat có thể làm tăng đáng kể độ hòa tan của benzen trong nước – quá trình này được gọi là hòa tan. Hòa tan khác với sự hòa tan thông thường: benzen được hòa tan không phân tán đồng đều trong các phân tử nước mà bị giữ lại bên trong các micelle được hình thành bởi các ion oleat. Các nghiên cứu nhiễu xạ tia X đã xác nhận rằng tất cả các loại micelle đều giãn nở ở các mức độ khác nhau sau khi hòa tan, trong khi các tính chất liên kết của dung dịch tổng thể vẫn không thay đổi nhiều.
Khi nồng độ chất hoạt động bề mặt trong nước tăng lên, các phân tử chất hoạt động bề mặt tích tụ trên bề mặt chất lỏng để tạo thành một lớp đơn phân tử dày đặc, định hướng. Các phân tử dư thừa trong pha khối tập hợp lại với các nhóm kỵ nước hướng vào bên trong, tạo thành các micelle. Nồng độ tối thiểu cần thiết để bắt đầu hình thành micelle được định nghĩa là nồng độ micelle tới hạn (CMC). Ở nồng độ này, dung dịch lệch khỏi trạng thái lý tưởng, và một điểm uốn rõ rệt xuất hiện trên đường cong sức căng bề mặt so với nồng độ. Việc tiếp tục tăng nồng độ chất hoạt động bề mặt sẽ không làm giảm sức căng bề mặt nữa; thay vào đó, nó sẽ thúc đẩy sự phát triển và nhân lên liên tục của các micelle trong pha khối.
Khi các phân tử chất hoạt động bề mặt phân tán trong dung dịch và đạt đến một ngưỡng nồng độ nhất định, chúng liên kết với nhau từ các monome riêng lẻ (ion hoặc phân tử) thành các cụm keo gọi là micelle. Sự chuyển đổi này gây ra những thay đổi đột ngột trong các tính chất vật lý và hóa học của dung dịch, và nồng độ mà tại đó điều này xảy ra được gọi là CMC (nồng độ tới hạn micelle). Quá trình hình thành micelle được gọi là sự tạo micelle.
Sự hình thành micelle trong dung dịch chất hoạt động bề mặt nước là một quá trình phụ thuộc vào nồng độ. Trong các dung dịch cực kỳ loãng, nước và không khí gần như tiếp xúc trực tiếp, do đó sức căng bề mặt chỉ giảm nhẹ, vẫn gần bằng sức căng bề mặt của nước tinh khiết, với rất ít phân tử chất hoạt động bề mặt phân tán trong pha khối. Khi nồng độ chất hoạt động bề mặt tăng lên vừa phải, các phân tử nhanh chóng hấp phụ lên bề mặt nước, làm giảm diện tích tiếp xúc giữa nước và không khí và gây ra sự giảm mạnh sức căng bề mặt. Đồng thời, một số phân tử chất hoạt động bề mặt trong pha khối tập hợp lại với các nhóm kỵ nước của chúng được sắp xếp thẳng hàng, tạo thành các micelle nhỏ.
Khi nồng độ tiếp tục tăng và dung dịch đạt đến trạng thái hấp phụ bão hòa, một lớp màng đơn phân tử dày đặc hình thành trên bề mặt chất lỏng. Khi nồng độ đạt đến CMC, sức căng bề mặt của dung dịch đạt giá trị tối thiểu. Vượt quá CMC, việc tăng thêm nồng độ chất hoạt động bề mặt hầu như không ảnh hưởng đến sức căng bề mặt; thay vào đó, nó làm tăng số lượng và kích thước của các micelle trong pha khối. Khi đó, dung dịch bị chi phối bởi các micelle, đóng vai trò như các lò phản ứng vi mô trong quá trình tổng hợp bột nano. Với sự gia tăng nồng độ liên tục, hệ thống dần chuyển sang trạng thái tinh thể lỏng.
Khi nồng độ dung dịch chất hoạt động bề mặt trong nước đạt đến CMC, sự hình thành micelle trở nên rõ rệt hơn khi nồng độ tăng. Điều này được đặc trưng bởi một điểm uốn trên đường cong sức căng bề mặt so với logarit nồng độ (đường cong γ–log c), cùng với sự xuất hiện các tính chất vật lý và hóa học không lý tưởng trong dung dịch.
Các micelle chất hoạt động bề mặt ion mang điện tích bề mặt cao. Do lực hút tĩnh điện, các ion trái dấu bị hút về bề mặt micelle, trung hòa một phần điện tích dương và âm. Tuy nhiên, một khi các micelle hình thành cấu trúc mang điện tích cao, lực cản của lớp khí quyển ion do các ion trái dấu tạo ra sẽ tăng lên đáng kể – một đặc tính có thể được khai thác để điều chỉnh khả năng phân tán của bột nano. Vì hai lý do này, độ dẫn điện tương đương của dung dịch giảm nhanh chóng khi nồng độ tăng vượt quá CMC, làm cho điểm này trở thành một phương pháp đáng tin cậy để xác định nồng độ micelle tới hạn của chất hoạt động bề mặt.
Cấu trúc của các micelle chất hoạt động bề mặt ion thường có hình cầu, bao gồm ba phần: lõi, vỏ và lớp điện kép khuếch tán. Lõi được cấu tạo từ các chuỗi hydrocarbon kỵ nước, tương tự như hydrocarbon lỏng, với đường kính dao động từ khoảng 1 đến 2,8 nm. Các nhóm metylen (-CH₂-) liền kề với các nhóm đầu phân cực có tính phân cực một phần, giữ lại một số phân tử nước xung quanh lõi. Do đó, lõi micelle chứamột lượng nước bị giữ lại đáng kể, và các nhóm -CH₂- này không được tích hợp hoàn toàn vào lõi hydrocarbon dạng lỏng mà thay vào đó tạo thành một phần của lớp vỏ micelle không lỏng.
Lớp vỏ micelle còn được gọi là giao diện micelle-nước hoặc pha bề mặt. Nó không đề cập đến giao diện vĩ mô giữa micelle và nước mà là vùng giữa micelle và dung dịch chất hoạt động bề mặt đơn phân trong nước. Đối với micelle chất hoạt động bề mặt ion, lớp vỏ được hình thành bởi lớp Stern trong cùng (hoặc lớp hấp phụ cố định) của lớp điện kép, với độ dày khoảng 0,2 đến 0,3 nm. Lớp vỏ không chỉ chứa các nhóm đầu ion của chất hoạt động bề mặt và một phần các ion đối kháng liên kết mà còn chứa một lớp hydrat hóa do sự hydrat hóa của các ion này. Lớp vỏ micelle không phải là một bề mặt nhẵn mà là một giao diện "gồ ghề", kết quả của sự dao động gây ra bởi chuyển động nhiệt của các phân tử đơn phân chất hoạt động bề mặt.
Trong môi trường không phải nước (dung dịch gốc dầu), nơi các phân tử dầu chiếm ưu thế, các nhóm ưa nước của chất hoạt động bề mặt tập trung vào bên trong để tạo thành lõi phân cực, trong khi các chuỗi hydrocarbon kỵ nước tạo thành lớp vỏ ngoài của micelle. Loại micelle này có cấu trúc ngược lại so với các micelle nước thông thường và do đó được gọi là micelle ngược; ngược lại, các micelle hình thành trong nước được gọi là micelle bình thường. Hình 4 cho thấy mô hình sơ đồ của các micelle ngược được hình thành bởi chất hoạt động bề mặt trong dung dịch không phải nước. Trong những năm gần đây, micelle ngược đã được sử dụng rộng rãi trong tổng hợp và điều chế các chất mang thuốc ở kích thước nano, đặc biệt là để bao bọc các loại thuốc ưa nước.
Thời gian đăng bài: 26/12/2025