Ứng dụng chất hoạt động bềmặt trong các sản phẩm tẩy rửa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA
 BÀI BÁO CÁO MÔN CÔNG NGHỆ CÁC CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT ĐỀ TÀI ỨNG DỤNG CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT TRONG CÁC SẢN PHẨM TẨY RỬA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : Nguyễn Thị Bích Thuyền Lương Huỳnh Vũ Thanh SINH VIÊN THỰC HIỆN MSSV Nguyễn Vũ Trường 2033080 Trần Công Minh 2063982 Vũ Trung Kiên 2063970 Nguyễn Thành Luân 2063978 Trần Văn Phòng 2063995 Lớp CNHH K32 Nhóm:14 Năm học 2009 - 2010 Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa Trang 1 MỤC LỤC
 MỤC LỤC ....................................................................................... trang 1 MỞ ĐẦU......................................................................................... trang 3 PHẦN I . CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH TẨY RỬA ..... trang 5 I.1 Định nghĩa và cơ chế của sự tẩy rửa ................................... trang 5 I.1.1 Định nghĩa sự tẩy rửa .................................................. trang 5 I.1.2 Cơ chế tẩy rửa ............................................................. trang 5 I.2 Vai trò của các CHĐBM .................................................... trang 5 I.2.1 Giảm sức căng bề mặt của nước và lấy bẩn ra ............. trang 5 I.2.2 Chống chất bẩn tái bám ............................................... trang 6 I.2.3 Là chất tạo bọt ........................................................... trang 6 I.3 Ảnh hưởng của môi trường nước đến sự tẩy rửa ................ trang 6 PHẦN II. CÁC LOẠI CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT CÓ TÁC DỤNG TẨY RỬA ................................................................................ trang 8 II.1 Các CHĐBM anion .......................................................... trang 8 II.1.1 Các ankyl aren sulfonat ............................................. trang 8 II.1.2 Các Akyl sulfat .......................................................... trang 8 II.1.3 Các Ankyl sulfonat .................................................... trang 9 II.1.4 Các xà phòng ............................................................. trang 9 II.2 Các CHĐBM nonion ........................................................ trang 9 II.2.1 Các rượu béo etoxy hóa ............................................. trang 9 II.2.2 Các rượu – amit ......................................................... trang 10 II.2.3 Các polyglycerol ete .................................................. trang 10 II.2.4 Các ankyl polyglucosit (APG) ................................... trang 10 II.3 Các CHĐBM cation .......................................................... trang 10 PHẦN III. TẦM QUAN TRỌNG CỦA CHĐBM TRONG CÁC SẢN PHẨM TẨY RỬA ....................................................................... trang 11 III.1 Công thức của bột giặt .................................................... trang 11 III.1.1 Công thức tạo bột cổ điển ......................................... trang 11 III.1.1.1 Công thức giặt tay ............................................. trang 11 III.1.1.2 Công thức bột giặt dành cho giặt máy ............... trang 11 III.1.2 Công thức cổ truyền không tạo bọt ........................... trang 12 III.2 Sản phẩm tẩy rửa dạng lỏng ............................................ trang 12 III.3 Phân tích tầm quan trọng của CHĐBM trong các sản phẩm tẩy rửa ........................................................................................... trang 13 Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa Trang 2 PHẦN IV. SẢN XUẤT CHẤT TẨY RỬA ..................................... trang 14 IV.1 Sản xuất xà phòng ........................................................... trang 14 IV.2 Sản xuất bột giặt .............................................................. trang 16 IV.3 Sản xuất chất tẩy rửa dạng lỏng ....................................... trang 17 PHẦN V. KẾT LUẬN ..................................................................... trang 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................... trang 20 Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa Trang 3 4.5 9.8 9.5 3.8 2 2 0 2 4 6 8 10 K g/ n gư ờ i/n ăm Nhật bản Bắc Mỹ Tây Âu Châu Mỹ La Tinh ĐNA - Úc Châu Phi Châu Hình 1 ĐỒ THỊ BIỂU THỊ MỨC TIÊU DÙNG CHẤT TẨY RỬA CỦA NGƯỜI TÊU DÙNG TRÊN THẾ GIỚI NĂM 1996 MỞ ĐẦU ☺ Đã từ lâu, trong số những nhu cầu sinh hoạt hàng ngày, xà phòng và các chất tẩy rửa tổng hợp thuộc loại không thể thiếu. Chẳng những thế nhóm sản phẩm này còn được sử dụng càng nhiều trong các ngành khác của nền kinh tế quốc dân. Số liệu của World Market Analyses cho thấy nhu cầu tẩy rửa trên thế giới (đơn vị tính 1000 Tấn). Năm 1991 1992 1993 1994 1995 1996 Xà bông % 5149 24.4 5095 24.5 5035 24.3 4995 24.1 5084 23.8 5076 23.7 Chất tẩy rửa dạng thanh % 1208 5.7 1227 6.1 1289 6.2 1278 6.2 1323 6.2 1339 6.2 Bột giặt % 12904 61.3 12675 60.9 12664 61.2 12555 60.7 12859 60.1 13245 62 Bột nhãn/gen % 210 1 213 1 222 1.1 312 1.5 341 1.6 359 1.7 Chất tẩy rửa dạng nước % 1595 7.6 1536 7.4 1484 7.2 1544 7.5 1797 8.4 1357 6.3 Tổng 21066 20796 20694 20684 21404 21372 Khối lượng sản xuất này cho thấy mức tiêu dùng bột giặt trung bình khoảng 4.5 kg/người/năm. Tuy nhiên có sự phân bố không đồng đều trên thế giới. Hiện nay trên thi trường có rất nhiều mặt hàng bột giặt(omo, fix, viso…), nước rửa chén ( sunlight , Mỹ hảo …) và xà bông tắm ( safeguard, Lifeboy, dove, X men…). Mỗi nhà sản sản xuất có những công thức phối chế khác nhau, nhưng đều Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa Trang 4 trên nguyên tắc cơ bản về thành phần của chất tẩy rửa. Các thành phần có trong chúng là: chất hoạt đông bề mặt (CHĐBM), các tác nhân làm mềm nước, tác nhân tạo môi trường bazơ, chất chống bám, chất làm tăng bọt, chất làm mềm vải, chất tạo hương, chất xúc tác sinh học. Trong đó CHĐBM là thành phần không thể thiếu. Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa Trang 5 PHẦN I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH TẨY RỬA: I.1 Định nghĩa và cơ chế của sự tẩy rửa: I.1.1 Định nghĩa sự tẩy rửa: Sự tẩy rửa được định nghĩa là “làm sạch mặt của một vật thể rắn, với một tác nhân riêng biệt, chất tẩy rửa, theo một tiến trình lý hóa khác hẳn với việc hòa tan thông thường” 1.1.2 Cơ chế tẩy rửa: Quá trình tẩy rửa xảy ra theo các bước như sau:  Dung dịch tẩy rửa trong nước làm giảm sức căng của nước, nước thấm sâu vào xơ sợi.  Quá trình lấy bẩn ra.  Quá trình chống tái bám chất bẩn.  CHĐBM tạo bọt, chất bẩn không tan tập trung lên bề mặt bọt và bị đẩy ra ngoài hay phân tán vào trong dung dịch ở dạng huyền phù, treo lơ lửng. I.2 Vai trò của các CHĐBM: I.2.1 Giảm sức căng bề mặt của nước và lấy bẩn ra: CHĐBM làm giảm sức căng bề mặt của nước làm cho vải được thấm ướt hoàn toàn. Mỗi phân tử của CHĐBM có 1 đầu ái nước, đầu này bị các phân tử nước hút và 1 đầu không ưa nước – đầu này đồng thời vừa đẩy nước vừa hút vào các chất dầu mỡ bẩn. Các lực ngược nhau này đã kéo các chất bẩn ra và làm chúng treo lơ lửng trong nước ở dạng hòa tan, nhũ hoặc huyền phù. Khuấy đảo của tay hay máy giặt đã giúp kéo hẳn các chất bẩn ra khỏi bề mặt cần làm sạch. Các vết bẩn phân cực thì dùng CHĐBM anion, các vết bẩn không phân cực thì dùng CHĐBM không ion. VD : cơ chế tẩy rửa vết bẩn có chất béo: Ban đầu, sợi có dính vết bẩn dạng dầu mỡ được ngâm trong môi trường nước. Do sức căng bề mặt của nước lớn nên nước không thể tách hoặc hòa tan vết bẩn. Khi hòa tan chất tẩy rửa vào nước, dung dịch chất tẩy rửa này có sức căng bề mặt nhỏ hơn nước. Dung dịch có thể thấm sâu vào sợi vải và lôi các vết dầu mỡ ra, các vết dầu mỡ được lấy ra và treo lơ lửng ở dạng nhũ tương hoặc dung dịch đồng nhất. Dầu mỡ Dầu mỡ Dung dịch chất tẩy rửa Sợi Sợi Nước Hình 2: CƠ CHẾ TẨY RỬA CÁC VẾT DẦU MỠ Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa Trang 6 I.2.2 Chống chất bẩn tái bám: Các vết bẩn trong dung dịch tẩy có thể ưa hoặc kỵ nước. Các hạt ưa nước sẽ phân tán vào trong nước và không bị tái bám. Ngược lại các hạt kỵ nước lại có khuynh hướng bám trơ lại vải. Trong dung dịch tẩy rửa, phần lớn bề mặt vải và hạt bẩn tích điện âm. Các CHĐBM anion bị hút vào hạt bẩn và sợi làm tăng hàng rào tĩnh điện giữa chúng và các hạt giúp sự phân tán các hạt bẩn ổn định, ngăn sự tái bám. Nhưng đến một nồng độ nào đó của vết bẩn và CHĐBM nhất định, khi nồng độ anion càng cao thì sự tái bám càng tăng do sự nén ép lớp điện tích kép bao bọc bề mặt sợi và hạt. Các CHĐBM nonion có dây kỵ nước của phân tử càng dài thì tính chống tái bám càng lớn. Các chất nonion hấp phụ vào bề mặt sợi và các hạt bẩn hướng phần ưa nước ra ngoài. Hàng rào lập thể được tạo ra và cả lớp nước hydrat hóa sẽ ngăn chặn các hạt tiến lại gần sợi, chống lại sự tái bám. Nhưng thực tế CHĐBM nonion có khả năng chống tái bám thấp hơn các anion. CHĐBM cation không có tác dụng chống tái bám, nó không thích hợp cho việc giặt tẩy. CHĐBM cation tích điện dương, bề mặt vải tích điện âm vì vậy chúng bám vào vải nên không có tác dụng chống tái bám. I.2.3 Là chất tạo bọt: CHĐBM tạo bọt làm cho chất bẩn không tan tập trung lên bề mặt bọt và bị đẩy ra ngoài. Một CHĐBM hay hỗn hợp CHĐBM có khả năng tạo bọt tối đa quanh cmc. Với một loại CHĐBM, cmc càng nhỏ thì khả năng tạo bọt càng lớn. Đối với alky sulfat, chiều dài dây Cacbon tăng thì độ hòa tan cmc giảm, khả năng tạo bọt tăng; khi di chuyển nhóm ưa nước vào trong dây hay dùng dây Cacbon mạch nhánh thì làm tăng cmc từ đó làm giả khả năng tạo bọt. Chất HDBM không ion tạo bọt ít hơn ion trong nước. Để tăng khả năng tạo bọt người ta thêm vào các thành phần phụ da, đó là các chất hữu cơ có cực có thể làm giảm cmc của CHĐBM. Các chất tăng cường bọt trong bột giặt, nước rửa chén, các dầu gội đầu là mono hay dietanol amid tạo bọt bền, mịn và đều. I.3 Ảnh hưởng của môi trường nước đến sự tẩy rửa: Môi trường nước cứng có chứa nhiều ion Ca2+ và Mg2+ làm kết tủa xà bông, giảm bọt. Do đó trong bột giặt có chứa các thành phần có tác dụng làm mềm nước. Ta có thể sử dụng các chất tạo phức như ortho phosphat, pyro phosphat, di Hình 3: CƠ CHẾ CHỐNG TÁI BÁM Bề mặt hạt bẩn (tích điện âm) CHĐBM anion (mang điện âm) Bề mặt sợi (tích điện âm) - - - - - - - - - - - - Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa Trang 7 phosphat, tri phosphat (tên gọi không chính xác là tripolyphosphat TPP), EDTA (etylen Diamin Tetra-acetat), NTA (Nitrilo Tri-acetic) … Nhưng do các chất tạo phức có chưa phospho sẽ cung cấp dinh dưỡng cho các thực vật sống trong nước nhất là tảo, làm cho chúng phát triển nhanh nên tiêu thụ nhiều O2 hòa tan trong nước vào ban đêm làm cá chết hàng loạt nên hạn chế dùng. Sử dụng chất tạo môi trường kiềm và có tác dụng đệm để duy trì môi trường này. Các chất thường sử dụng như TPP, Na2CO3, NaHCO3, các silicat. Trước đây, người ta sử dụng TPP khá phổ biến nhưng hiện nay Zeolit (các silicat) đang từ từ thay thế các carboxylat cùng các loại polymer phân giải sinh học tăng tốc và các silicat mới đang đi vào thị trường. Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa Trang 8 PHẦN II. CÁC LOẠI CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT CÓ TÁC DỤNG TẨY RỬA: Các chất hoạt động bề mặt là thành phần chính trong các sản phẩm tẩy rửa. Nó có tác dụng tẩy sạch các vết bẩn và ngăn cản sự tái bám của chất bẩn lên vải. Chất hoạt động bề mặt được sử dụng trong các sản phẩm tẩy rửa là CHĐBM anion và nonion. Tuy nhiên do tính phong phú của các vết bẩn, các môi trường tẩy rửa, đối tượng cần tẩy rửa nên không có CHĐBM nào đáp ứng hoàn toàn các yêu cầu trên. Việc lựa chọn các CHĐBM phụ thuộc điều kiện nghiên cứu:  Nhiệt độ tẩy rửa.  Các đối tượng cần tẩy rửa (loại sợi dệt).  Trạng thái môi trường (nước cứng hay không).  Mức nổi bọt.  Sản phẩm có phosphat không.  Hình thức của chất tẩy rửa (lỏng, bột thường hay bột đậm đặc).  Phương trình bào chế (tự động hay NTR- Non Tower Route, theo thuật ngữ Anglosaxon).  Ngoài ra việc chọn lựa còn tùy thuộc vào số lượng và chất lượng của các thành phần khác. Có thể sử dụng kết hợp CHĐBM ion và nonion. Các CHĐBM thường sử dụng trong các sản phẩm tẩy rửa như: II.1Các CHĐBM anion: II.1.1 Các ankyl aren sulfonat: Công thức hóa học của chúng: Các ankyl aren sulfonat là các CHĐBM anion quan trọng nhất để sản xuất ra đa số các loại bột giặt bán trên thị trường. Thực nghiệm cho thấy tính HĐBM của chúng phụ thuộc nhiều vào nhóm Ankyl:  Gốc ankyl mạch thẳng có khả năng tẩy rửa tốt hơn so với ankyl mạch nhánh. Gốc ankyl càng phân nhánh thì thì CHĐBM tương ứng càng dễ tan trong nước. Mặt khác ankyl mạch nhánh khó bị phân hủy sinh học.  Gốc ankyl bậc I có tính tẩy rửa tốt hơn.  Nhóm phenyl sulfat ở vị trí nguyên tử carbon số 1 trên gốc ankyl thì khả năng tẩy rửa cực đại khi gốc ankyl thẳng có số nguyên tử carbon khoảng 11 đến 14. Khi nhóm phenyl càng di chuyển vào giữa mạch thì khả năng tẩy rửa càng giảm. II.1.2 Các Akyl sulfat: Công thức hóa học của chúng: R SO3Na R – CH2OSO3Na Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa Trang 9 Chúng là este của axit sulfuric và rượu béo. R là gốc hidrocarbon có từ 9 đến 17 nguyên tử carbon. Người ta còn phân biệt ankylsulfat bậc 1 và bậc 2 tùy thuộc bậc của rượu. Ankylsulfat bậc 2 có khả năng tẩy rửa kém hơn. Nhóm sulfat càng gần đầu mạch carbon bao nhiêu thì khả năng tẩy rửa càng tốt. Khả năng tạo bọt càng kém khi mạch hidrocarbon càng dài. II.1.3 Các Ankyl sulfonat: Công thức hóa học của chúng: Trong công nghiệp sản xuất chất tẩy rửa, người ta thường dùng ankyl sulfonat bậc hai. Tính chất tẩy rửa tốt nhất khi chiều dài mạch carbon là C14. Trong môi trường nước cứng tác dụng của nó xấu hẳn so với ankyl aren sulfonat II.1.4 Các xà phòng: Xà phòng là muối của Na hoặc K với axit béo. Công thức hóa học của chúng: Nguyên liệu sử dụng để sản xuất xà phòng tốt nhất là các axit béo bão hòa có gốc hidro carbon từ C12 đến C18. Nếu mạch carbon có nhiều hơn 18 nguyên tử carbon, tính tẩy rửa tốt nhưng có độ tan kém ở nhiệt độ thường nên không thể hiện tính HĐBM. Nếu mạch carbon có ít hơn 12 nguyên tử carbon thì khả năng tẩy rửa và tạo bọt kém (có nhiều bọt nhưng bọt không bền) mặc dù chúng có độ hòa tan cao. Người ta thấy rằng khi mạch carbon có 14 nguyên tử carbon thì tốt nhất cho tẩy rửa. Xà phòng có nhược điểm là không hoạt động trong môi trường pH thấp, bị thuỷ phân thành axit béo ngay cả trong môi trường trung tính (pH = 7); dễ tạo thành muối không tan trong môi trường nước có ion Ca2+, Mg2+. II.2 Các CHĐBM nonion: CHĐBM không ion (nonionic) ngày càng được sử dụng rộng rãi vì chúng có khả năng hoạt động trong môi trường nước cứng, môi trường chứa lượng lớn chất điện ly, chứa nhiều ion kim loại nặng và môi trường pH thấp. II.2.1 Các rượu béo etoxy hóa: Công thức hóa học của chúng: Trong những CHĐBM không ion thương mại, các sản phẩm làm từ các rượu béo với oxit etylen là loại được dùng nhiều nhất ngày nay. RSO3Na CH – SO3Na R1 R2 RCOONa R – O – (CH2CH2O)nH Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa Trang 10 II.2.2 Các rượu – amit: Công thức hóa học của chúng: Các ankyl monoetanolamit được sử dụng để tăng hoặc ổn định bọt trong những công thức gốc ankyl ete sulfat (nước rửa chén hoặc dầu gội đầu). Chúng cũng có những đặc tính làm đặc sệt, làm óng ánh hoặc làm mềm, tùy theo dây carbon R. II.2.3 Các polyglycerol ete: Công thức hóa học của chúng: Các chất này hoàn toàn phù hợp với da và có những đặc tính tạo bọt rất tốt. II.2.4 Các ankyl polyglucosit (APG): Công thức hóa học của chúng: Trong đó n từ 1 đến 3, R là gốc hidro carbon có tử 9 đến 13 nguyên tử Carbon. Các chất này được sử dụng trong công thức bột, nhưng thường là trong các sản phẩm lỏng, nước rửa chén. Chúng rất dịu với da mặt khác chúng dễ phân hủy sinh học. II.3 Các CHĐBM cation: Các CHĐBM cation không thích hợp cho tẩy rửa. Chúng có tác dụng làm mềm vải, nhưng nếu đưa chúng vào bột giặt, nó sẽ kết hợp với anion tạo muối không tan. Vì vậy cần có một sản phẩm để làm mềm vải riêng và được sử dụng sau khi giặt. Một số trường hợp có thể đưa chất làm mềm vải vào nhưng phải thay đổi thành phần và thêm một số phụ gia khác, tuy nhiên sản phẩm này chưa được sử dụng nhiều. Ngoài ra CHĐBM cation còn có tác dụng tẩy trùng, ta sử dụng chúng để tẩy trùng cho quần áo. R – C – N H CH2 – CH2 – OH O Akyl monoetanolamit R – (OCH2 – CH )n – OH CH2OH R – CH – CH2 – (OCH2 – CH – CH2)n – OH OH OH R CH2OH O OH H O O OH n Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa Trang 11 PHẦN III. TẦM QUAN TRỌNG CỦA CHĐBM TRONG CÁC SẢN PHẨM TẨY RỬA: III.1 Công thức của bột giặt: III.1.1. Công thức tạo bột cổ điển: III.1.1.1 Công thức giặt tay: Thành phần Tỉ lệ (% Khối lượng) Anionic ABS hoặc LAS 15 – 30 Nonionic 0 – 3 TPP 3 – 20 Silicat Na 5 – 10 Cacbonat Na 5 – 10 Sulfat Na 20 – 50 Cacbonnat Ca 0 – 15 Bentonit (set) /calcit 0 – 15 III.1.1.2 Công thức bột giặt dành cho giặt máy: Trong trường hợp này các công thức khác biệt nhau rất ít: - Sự có mặt hoặc không có mặt photphat - Sự có mặt của những chất tẩy trắng : perborat/TEAD hoặc perborat/ SNOB. Thành phần Tỉ lệ (% khối lượng) Công thức có Photpho Công thức khôngcó Photpho Anionic 10 – 20 10 – 20 Nonionic 0 – 5 0 – 5 TPP 15 – 30 - Silicat Na 5 – 15 5 – 15 Cacbonat Na 5 – 15 5 – 20 Sulfat Na 5 – 15 5 – 30 Xà bông 0 - 1.5 0 – 2 Perborat Na 0 – 15 0 – 15 TAED hoặc SNOB 0 – 4 0 – 4 Polime 0 – 2 0 – 5 Zeolit - 15 – 35 Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa Trang 12 III.1.2 công thức cổ truyền không tạo bọt: Thành phần Tỉ lệ (% khối lượng) Châu Âu Hoa Kỳ Nhật Bản Anionic 5 – 15 8 – 22 15 – 25 Nonionic 3 – 7 0 – 6 0 – 4 Chất xây dựng + Chất khác 30 – 45 30 – 50 25 – 40 Perborat 15 – 25 - - TAED 2 – 5 - - Tác nhân phụ 15 – 25 15 – 30 25 – 40 Sự khác biệt chính các công thức trên là ở chỗ tỉ suất các Anionic rất cao, không có tác nhân tẩy trắng và tác nhân chống bọt ở công thức của Hoa Kỳ và Nhật Bản. III.2 Sản phẩm tẩy rửa dạng lỏng. Thành Phần Tỉ lệ (% khối lượng) Công thức A Công thức B LAS Trietanolamin 15 30 Rượu béo Etoxy hóa ( 7 OE ) 30 15 Axit stearic 15 15 Axit Xitric 0.2 0.2 Axit Dietylentriamin Pentametylen - - Phosphonic 0.3 0.3 Proteaza 0.05 0.05 Chất tẩy quang học 0.25 0.25 Nhũ tương Silicon (DB 110) 0.2 0.2 Rượu 10 10 1,2_Propan dion 5 5 Trietanolamin dùng để điều chỉnh pH 7 7 Nước 17 17 CHĐBM không ion được dùng trong nước rửa chén với tỉ lệ thấp để điều chỉnh bọt, ổn định bọt, tăng cường khả năng hoạt động trong môi trường nước cứng, ít hai da. Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa Trang 13 III.3 Phân tích tầm quan trọng của CHĐBM trong các sản phẩm tẩy rửa: Trong các công thức pha chế ở trên, ta thấy mọi sản phẩm tẩy rửa có chứa rất nhiều thành phần khác nhau, các công thức không giống nhau hoàn toàn về số lượng cũng như các hóa chất sử dụng. Nhưng nhìn chung tất cả các công thức đều có chứa các CHĐBM. Các CHĐBM là thành phần không thể thiếu, chúng có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt của nước, giúp nước thẩm sâu vào sơ sợi để hòa tan vết bẩn. Đối với chất bẩn không tan, chúng sẽ bị CHĐBM lấy ra ngoài dưới dạng huyền phù. Sau đó CHĐBM tạo bọt để đẩy bụi bẩn nổi lên trên, không cho chúng tái bám trở lại. Nhìn chung, chúng ta có thể tưởng tượng là nếu không có CHĐBM trong các chất tẩy rửa thì quá trình tẩy bẩn sẽ không xảy ra được. Các thành phần khác chỉ là thành phần phụ có tác dụng cải thiện khả năng tẩy rửa. Vai trò của các thành phần phụ:  Sulfat natri : Khi thêm vào dung dịch CHĐBM một chất điện ly nào đó, thí dụ: NaCl, Na2SO4 thì hiện tượng tạo micelle xảy ra ở nồng độ thấp hơn và như vậy có thể giảm được lượng CHĐBM cần thiết khi giặt giũ.  Silicat natri (Thủy tinh lỏng): Ổn đinh bọt, ngăn cản bẩn tái bám vào vải. Trong bột giặt nó làm tăng độ bền của bột, ngăn không cho chúng bị dính vào nhau, đảm bảo bột luôn tơi xốp.  Các muối peoxit: Có tính chất tẩy trắng, khử khỏi vải các chất bẩn có màu như: nước trà, nước hoa quả,… Khi hòa tan vào nước, nguyên tử oxy hoạt động tách ra có tác dụng oxy hóa rất mạnh. Trong đó có Napeborat, NaBO2.H2O2.3H2O là chất bột trắng chứa 10.38% oxy hoạt động được dùng nhiều nhất trong công nghiệp.  Bentonit (xà phòng vô cơ): Thành phần chính là nhôm silicat (80-90%). Khi cho vào nước, nó không tan mà trương nở thể tích đến 8 lần, chuyển thành dạng gel. Nhờ tính nhũ hóa mà nó giữ trong dung dịch các chất bẩn mà xà phòng, chất tẩy rửa đã lấy ra (tuy nhiên nó có thể bị hấp thụ một phần lên vải).  Các muối phosphat: Natripoliphotphat Na5P3O10 tăng tính kiềm, giảm độ cứng của nước do tạo phức với các ion Ca2+, Mg2+.  Carbonat natri: Tạo và di trì môi trường kiềm, thủy phân các chất bẩn có nguồn gốc dầu mỡ, mồ hôi. Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa Trang 14 PHẦN IV. SẢN XUẤT CHẤT TẨY RỬA: IV.1 Sản xuất xà phòng: Nguyên liệu sử dụng để sản xuất xà phòng tốt nhất là các axit béo bão hòa có gốc hidro carbon từ C12 đến C18. Nếu mạch carbon có nhiều hơn 18 nguyên tử carbon, tính tẩy rửa tốt nhưng có độ tan kém ở nhiệt độ thường nên không thể hiện tính HĐBM. Nếu mạch carbon có ít hơn 12 nguyên tử carbon thì khả năng tẩy rửa và tạo bọt kém (có nhiều bọt nhưng bọt không bền) mặc dù chúng có độ hòa tan cao. Người ta thấy rằng khi mạch carbon có 14 nguyên tử carbon thì tốt nhất cho tẩy rửa. Trong giai đoạn tẩy màu, có thể sử dụng phương pháp sấy chân không ở (900C ) hoặc chưng cất lôi cuốn hơi nước để lấy hết nước trong dầu mỡ ra hoặc sử dụng các chất hấp phụ như than hoạt tính, bentonit hoạt hóa bằng axit. Giai đoạn xà phòng hoá, ta thường sử dụng dung dịch kiềm NaOH hoặc KOH. Ta sử dụng dung dịch NaOH để sản xuất xà phòng cứng, sử dụng dung dịch KOH để sản xuất xà phòng mềm. Dung dịch Na2CO3 không dùng để xà phòng hoá, nhưng được sử dụng để trung hoà axit béo dư trong sản xuất xà phòng. Thu hồi glycerin Nước muối, glycerin, kiềm dư Nước muối bão hoà Tẩy trắng, khử mùi Xà phòng hoá Rửa bằng nước muối nhiều lần (3 lần) Loại muối (bằng dung dịch NaOH loãng) Sấy khô (sấy chân không) Hoàn tất Xà phòng Các loại dầu mỡ Trộn theo tỉ lệ thích hợp Hình 4: SƠ ĐỒ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT XÀ PHÒNG Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa Trang 15 Phản ứng xà phòng hóa: Giai đoạn rửa bằng nước muối: Việc rửa bằng nước muối nhằm tăng tỉ trọng của pha lỏng từ đó đẩy xà phòng nổi lên trên. Ngoài ra việc làm này còn để tận thu xà phòng. Để thấy rõ điều này ta xét phản ứng thủy phân xà phòng : Phản ứng trên là phản ứng thuận nghịch, xà phòng là RCOONa. Khi cho muối ăn vào hỗn hợp, nồng độ Na+ tăng lên làm cho phản ứng dịch chuyển theo chiều tạo xà phòng, vì vậy ta thu được lượng xà phòng tối đa. Giai đoạn hoàn tất, xà phòng sau khi sấy được trộn với chất màu, hương liệu, phụ gia … trong máy trộn trục vít, sau đó được đưa qua trục cán, rồi đưa qua máy đùn (có bộ phận hút chân không để loại bỏ bọt khí) làm đồng nhất xà phòng. Xà phòng được đùn ra thành một thanh dài, liên tục, được cắt thành từng bánh nhỏ theo chiều dài xác định, sau đó được dập khuôn định hình, lượng xà phòng dư trong quá trình dập khuôn được thu hồi và đưa trở lại máy đùn. Thu hồi glycerin: glycerin được thu hồi để sử dụng cho mục đích khác, nó là một cấu tử quý. Phần dung dịch được cho vào thiết bị chưng cất chân không để thu hồi glycerin với nồng độ dưới 8%. RCOONa RCOO- + Na+ CH2 – OCOR1 CH2 – OCOR3 CH – OCOR2 R1COONa + 3NaOH R2COONa R2COONa + CH2 – OH CH – OH CH2 – OH Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa Trang 16 IV.2 Sản xuất bột giặt: Việc sản xuất những bột giặt truyền thống được chia làm ba giai đoạn chính:  Tạo một hỗn hợp lỏng - đặc (kem nhão) với các nguyên liệu chịu được nhiệt độ cao, sau đó được phun thành bột: Hỗn hợp có được bằng cách trộn những nguyên liệu như phosphat, zeolit, carbonat natri, sulfat natri, chất hoạt động bề mặt, polyme, chất tẩy quang học. Một số cẩn trọng cần được thực hiện, chẳng hạn các axit béo cần phải được trung hoà riêng trong một máy trộn riêng trước khi được cho vào hỗn hợp kem nhão. Hỗn hợp này được khuấy trộn mạnh để tạo sự đồng đều. Sau đó hỗn hợp được đưa vào máy trộn thứ hai mà thời gian lưu được kiểm tra để cho phép hydrat hoá những muối vô cơ. Hỗn hợp sau đó được bơm áp suất cao lên vòi phun có đường kính nhất định trên nóc tháp và rơi trong một luồng không khí nóng (khoảng 3000C). Sau đó ta thu được bột căn bản. Bột căn bản này được để nguội từ từ sau khi đã được chuyển ra ngoài khí trời.  Ta có được bột căn bản, sau khi để nguội ta thêm vào những thành phần nhạy cảm hơn: Các thành phần nhạy cảm (enzym, perborat, TAED, dầu thơm) cần được thêm vào ở nhiệt độ dưới 350C để tránh sự phân huỷ nhiệt. Không khí nóng (3000C) Các chất rắn Các chất lỏng Cột phun Bột bền Enzy m Chất lỏng Dầu thơm Bột thành phẩm Đóng gói Các thành phần khác Nước Sản xuất bột nền Phối trộn các thành phần khác Không khí, hơi nước,bụi. Hình 5: SƠ ĐỒ PHƯƠNG THỨC SẢN XUẤT BỘT GIẶT Bột giặt gói Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa Trang 17 Giai đoạn này cần nhấn mạnh về các thao tác khi thêm enzym vào, chúng ta cần có những biện pháp an toàn tránh gây ảnh hưởng đến sức khoẻ công nhân.  Sau đó bột hoàn chỉnh được đóng gói. IV.3 Sản xuất chất tẩy rửa dạng lỏng: Phần lớn chất tẩy rửa dạng lỏng được sản xuất bằng những bồn trộn có máy trộn khác nhau. Hình 4 là sơ đồ sản xuất sản phẩm tẩy rửa dạng lỏng không liên tục. Quá trình sản xuất có một số yếu tố ảnh hưởng đến tính ổn định của sản phẩm:  Thứ tự các nguyên liệu đưa vào.  Nhiệt độ.  Tốc độ khuấy. Trước tiên người ta đưa nước vào trong máy trộn chính và khuấy. Trong các bồn phụ, nếu cần người ta điều chế xà phòng, các dung dịch CMC Na. Sau đó, Thành phẩm Nước đã khử khoáng Chất tạo màu và chất tạo mùi SƠ ĐỒ BÀO CHẾ SẢN PHẨM LỎNG Axit Sulfonic NaOH NI LES Thùng trộn Thành phẩm Hình 6: SƠ ĐỒ BÀO CHẾ SẢN PHẨM LỎNG Thùng trộn Cánh khuấy Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa Trang 18 người ta cho vào bình khuấy trộn chính (luôn luôn khuấy trộn với tốc độ vừa phải) các chât silicat natri, CMC Na, LAS Na, oleat kali, chất tẩy quang học. Sau đó hỗn hợp được đun nóng đến nhiệt độ khoảng 600C đến 700C. Khi đạt nhiệt độ đó người ta ngưng đun và thêm vào một lượng TPP xác định, tiếp tục khuấy cho đến khi có được một hỗn hợp đồng nhất. Xong người ta thêm những CHĐBM không ion và làm nguội hỗn hợp (luôn luôn đang trong tình trạng được khuấy trộn) xuống nhiệt độ khoảng 300C đến 350C. Sau cùng người ta thêm vào nước còn thiếu (chẳng hạn nước bị bốc hơi trong quá trình điều chế), chất tạo màu, chất tạo mùi, các enzym… Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa Trang 19 PHẦN V. KẾT LUẬN Hiện nay trên thị trường có rất nhiều sản phẩm lên quan đến tẩy rửa. Hầu hết các sản phẩm thành phần quan trọng nhất ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm là các chất có khả năng tẩy rửa (CHĐBM). Từ đó quá trình sản xuất chất tẩy rửa thường chú ý đến việc nghiên cứu đến tính năng của CHĐBM. Trong các CHĐBM thường sử dụng để sản xuất sản phẩm tẩy rửa là các CHĐBM loại Anion, nonion và số ít các cation. Đặc biệt hiên nay trong các sản phẩm trên đều dùng CHĐBM anion và các tính năng đặc trựng của chúng. Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa Trang 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO Louis Hồ Tấn Tài – “Các sản phẩm tẩy rửa và chăm sóc cá nhân” – 1999. Mai Hữu Khiêm – “Hóa lý” – ĐHBK TpHCM – 1994 Lê Thị Ngọc Trâm – “Đề cương môn học công nghệ các chất hoạt động bề mặt” Trần Kim Quy – “Tổng hợp các CHĐBM” – Nha xuất bản TpHCM – 1989