ALKYL POLYGLUCOSIDE (APG) và ỨNG DỤNG của ALKYL POLYGLUCOSIDE TRONG CÔNG NGHIỆP mỹ PHẨM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM TIỂU LUẬN MÔN HOẠT CHẤT BỀ MẶT ĐỀ TÀI: ALKYL POLYGLUCOSIDE (APG) VÀ ỨNG DỤNG CỦA ALKYL POLYGLUCOSIDE TRONG CÔNG NGHIỆP MỸ PHẨM GVHD : TS Phan Nguyễn Quỳnh Anh Sinh viên thực : Nguyễn Thị Ngọc Lan Lớp : DH18HT MSSV : 18139080 TP.HCM, Tháng 1, Năm 2022 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH iv LỜI MỞ ĐẦU v CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT 1 Khái niệm 1.1 Sức căng bề mặt 1.2 Chất hoạt động bề mặt Cấu trúc phân tử chất hoạt động bề mặt Phân loại chất hoạt động bề mặt Tính chất hóa lý chất hoạt động bề mặt Một số ứng dụng chất hoạt động bề mặt .6 Chọn lựa sử dụng chất hoạt động bề mặt mỹ phẩm 6.1 Tẩy rửa 10 6.2 Thẩm ướt 10 6.3 Tạo bọt 10 6.4 Nhũ hóa 10 6.5 Làm tan 10 PHẦN 2: TỔNG QUAN VỀ ALKYL POLYGLUCOSIDE(APG) 11 Quá trình phát triển 11 Định nghĩa alkyl polyglycoside (APG) .11 Cấu trúc alkyl polyglycoside 12 Các tính chất alkyl polyglycoside 12 4.1 Tính chất vật lý 12 4.2 Tính chất hóa học 13 4.3 Tính chất sinh học 13 4.4 Tính chất hóa lý 13 ii Nguyên liệu thô sản xuất APG 13 5.1 Rượu béo 13 5.2 Nguồn carbohydrate 14 Phương pháp tổng hợp APG .14 Một số chất hoạt động bề mặt Alkyl polyglucoside 15 Đánh giá độc tính alkyl polyglucoside 16 8.1 Độc tính cấp tính 16 8.2 Kích ứng da 16 8.3 Tính gây đột biến 17 8.4 Độc tính điện tử 17 Đánh giá khả phân hủy sinh học Alkyl polyglycoside 18 9.1 Phân hủy sinh học hiếu khí 18 9.2 Phân hủy sinh học kỵ khí 18 9.3 Phân hủy sinh học thử nghiệm mô nhà máy xử lý nước thải 18 9.4 10 Thử nghiệm để phát chất chuyển hóa dễ ăn mịn 19 Ứng dụng alkyl polyglucoside 19 PHẦN 3:ỨNG DỤNG CỦA ALKYL POLYGLUCOSIDE TRONG CÔNG NGHIỆP MỸ PHẨM 20 Trong dầu gội đầu 20 Trong sản phẩm làm da 21 Trong dầu xả 21 Dầu gội cô đặc .21 Kem lotions 21 PHẦN 4: KẾT LUẬN 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO .23 iii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sức căng bề mặt Hình 1.2: Cấu trúc phân tử chất hoạt động bề mặt Hình 1.3: Phân bố chất hoạt động bề mặt giới hạn lỏng-khí a) Khi nồng độ thấp b) Khi nồng độ đủ lớn Hình 1.4: Sự hình thành cấu trúc micelle chất hoạt động bề mặt .5 Hình 2.1: Hermen Emil Fischer (1852-1919) .11 Hình 2.2: Cơng thức hóa học alkyl polyglucoside 12 Hình 2.3: Q trình tổng hợp Alkyl polyglucoside cơng nghiệp 15 iv LỜI MỞ ĐẦU Trong suốt q trình phát triển cơng nghiệp, chất hoạt động bề mặt đóng vai trị vơ quan trọng, ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực như: dệt, nông nghiệp, thực phẩm, mỹ phẩm, tẩy rửa …Góp phần làm đa dạng hóa sản phẩm, phục vụ cho đời sống hàng ngày người Alkyl polyglucoside(APG) chất hoạt động bề mặt từ tự nhiên, thân thiện với môi trường, dễ tổng hợp, khơng độc hại, an tồn với sức khỏe người, khơng gây kích ứng da, nên sử dụng dược phẩm, mỹ phẩm, giặt tẩy cao cấp, Nhờ tính chất khơng độc hại khơng gây kích ứng, khả tương thích da tuyệt vời, khả tạo bọt hoạt động bề mặt vượt trội Alkyl polyglucoside chất hoạt hoạt động bề mặt phù hợp ngành công nghiệp mỹ phẩm v CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT Khái niệm 1.1 Sức căng bề mặt Sức căng bề mặt chất lỏng lực kéo phân tử bề mặt vào bên chất lỏng theo hướng vng góc với bề mặt thống Chất lỏng phân cực, nội áp lớn Nội áp kéo phân tử chất lỏng vào bên trong, nên có xu hướng làm cho bề mặt giảm đến tối thiểu điều kiện định Do đó, lực tác dụng lên đơn vị chiếu dài để tách khỏi bề mặt gọi sức căng bề mặt, tính dyn/cm, ký hiệu σ Sức căng bề mặt tỉ lệ với nội áp tương tác phân tử lớn sức căng bề mặt cao.[1] Hình 1.1 Sức căng bề mặt 1.2 Chất hoạt động bề mặt Chất hoạt động bề mặt chất có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt dung mơi Các chất có khả hấp phụ lên lớp bề mặt, có độ tan tương đối nhỏ, khơng chúng có xu hướng rời khỏi bề mặt vào lòng chất lỏng Các chất hoạt động bề mặt nước đa số chất hữu acid béo, muối acid béo, ester, rượu, alkyl sulfate…[2] Sự giảm lượng bề mặt quan sát thấy tạo bọt, lan rộng chất lỏng chất rắn, phân tán hạt rắn môi trường lỏng tạo huyền phù.[3] Cấu trúc phân tử chất hoạt động bề mặt[2] • Các phân tử chất hoạt động bề mặt bao gồm hai phần: Phần phân cực (ưa nước) thường chứa nhóm carboxylate, sulfonate, sulfate, amine bậc bốn,… Nhóm làm cho phân tử chất hoạt động bề mặt có lực lớn nước bị kéo vào lớp nước • Phần khơng phân cực (kỵ nước) gốc hydrocarbon không phân cực kỵ nước, không tan nước, tan pha hữu không phân cực nên bị đẩy đến pha không phân cực Phân tử chất hoạt động bề mặt biểu diễn sau: Hình 2: Cấu trúc phân tử chất hoạt động bề mặt Phân loại chất hoạt động bề mặt Dựa vào cấu trúc hóa học phân thành: • Phân loại theo chất nhóm háo nước • Phân loại theo chất nhóm kỵ nước • Phân loại theo chất liên kết nhóm háo nước kỵ nước 3.1 Phân loại theo chất nhóm háo nước Theo chất nhóm háo nước chất hoạt động bề mặt chia thành nhóm sau: chất hoạt động bề mặt anion, cation, lưỡng tính khơng ion 3.1.1 Chất hoạt động bề mặt anion Chất hoạt động bề mặt anion chất hoạt động bề mặt dung dịch nước phân ly thành ion mang điện tích âm (anion) ion mang điện tích dương (cation) Trong đó, anion chất mang chất hoạt động bề mặt thích hợp.[4] Chất hoạt động bề mặt anion đa dạng thành phần sản phẩm tẩy rửa cá nhân CHĐBM anion tác nhân thấm ướt, chất nhũ hóa, chất phân tán cho sản phẩm sử dụng nông nghiệp Tuy nhiên, CHĐBM bị thụ động hóa mơi trường nước cứng (Ca2+, Mg2+) kim loại ion (Al3+, Fe3+).[5] Các chất hoạt động bề mặt anion sử dụng phổ biến alkyl sunfat, alkyl ethoxylate sulphat xà phòng Khả hòa tan nước chất hoạt động bề mặt xác định có mặt liên kết đơi.[6] 3.1.2 Chất hoạt động bề mặt cation Chất hoạt động bề mặt cation chứa nhóm hydrocacbon kỵ nước nhóm ưa nước, phân ly mơi trường nước tạo thành cation anion Tuy nhiên, cation chất mang đặc tính hoạt động bề mặt.[4] CHĐBM cation tác nhân tẩy rửa tạo bọt tốt Do đầu ưa nước tích điện dương nên CHĐBM cation hấp thụ mạnh bể chứa điện tích âm vải, tóc màng tế bào vi khuẩn Vì vậy, thường sử dụng thành phần nước xà phòng làm mềm, dầu xả làm mềm tóc.[5] Chất hoạt động bề mặt cation chủ yếu sử dụng cetrimide có tetradecyl trimethyl amoni bromide với lượng tối thiểu dodecyl hợp chất hexadecyl benzalkonium chloride, cetylpyridinium chloride, vv [6] 3.1.3 Chất hoạt động bề mặt không ion Chất hoạt động bề mặt không ion chất hoạt động bề mặt mà dung dịch nước không phân ly thành ion Khả hòa tan chất nước cung cấp nhóm phân cực nhóm polyglycol ether nhóm polyol.[4] CHĐBM khơng ion ứng dụng rộng rãi hoạt động mơi trường có lượng lớn chất điện ly, môi trường nước cứng, mơi trường axit, mơi trường có loại ion kim loại nặng Loại CHĐBM thường làm dịu nhẹ với da, lấy dầu ít, tạo bọt kém, thường sử dụng chất tẩy rửa cho máy giặt giặt giũ.[5] 3.1.4 Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính dung dịch nước chứa điện tích dương điện tích âm phân tử Tùy thuộc vào thành phần điều kiện môi trường (giá trị pH) chất có liên kết anion cation.[4] Những chất hoạt động bề mặt nhẹ nên đặc biệt thích hợp sử dụng sản phẩm cá nhân đặc biệt với da nhạy cảm Chúng thường sử dụng dầu gội đầu, sản phẩm mỹ phẩm nước rửa chén tính tạo bọt cao.[6] 3.2 Phân loại theo chất nhóm kỵ nước - Gốc alkyl mạch thẳng: C8-18 - Gốc alkyl mạch ngắn C3-C12 gắn vào nhân thơm - Olefin nhánh: C8-C20 - Hydrocarbon từ dầu mỏ - Hydrocarbon mạch dài thu từ phản ứng CO H2.[2] 3.3 Phân loại theo chất liên kết nhóm kỵ nước nước - Nhóm háo nước liên kết trực tiếp nhóm kỵ nước: RCOONa, ROSO3Na, - Nhóm háo nước liên kết với nhóm kỵ nước thơng qua liên kết trung gian - Liên kết ester: RCOO-CH2CHOHCH2-OSO3Na - Liên kết amide: R-NHCOCH2SO3Na - Liên kết ether: ROC2H4OSO3Na.[2] Tính chất hóa lý chất hoạt động bề mặt[2] 4.1 Cấu tạo lớp bề mặt giới hạn lỏng khí Để hiểu cấu tạo lớp bề mặt giới hạn lỏng khí người ta tìm hiểu mối quan hệ độ hấp thu Γ nồng độ C chất hoạt động bề mặt có đơn vị diện tích bề mặt • Khi bị hấp phụ, nhóm phân cực chất hoạt động bề mặt bị nước kéo mạnh vào lòng dung dịch, phần khơng phân cực bị đẩy pha khí, phân tử chất hoạt động bề mặt phân bố thành lớp phân tử • Khi nồng độ C nhỏ, mạch hydrocacbon bị đẩy phía khơng khí, phần phần phân cực nước.Khi nồng độ C lớn, số phân tử chất hoạt động bề mặt tăng lên, mạch hydrocacbon dựng đứng lên song song với vng góc với mặt nước tạo thành màng ngưng tụ Hình 1.3: Phân bố chất hoạt động bề mặt giới hạn lỏng-khí a) Khi nồng độ thấp b) Khi nồng độ đủ lớn 4.2 Sự hình thành micelle Khi nồng độ chất hoạt động bề mặt tăng lên giá trị đó, từ phân tử hòa tan riêng biệt, số lớn micelle bắt đầu hình thành hệ Các micelle hình cầu phân tử chất hoạt động bề mặt liên kết với đầu hydrocarbon hướng nhóm phân cực dung dịch nước Hình 4: Sự hình thành cấu trúc micelle chất hoạt động bề mặt Sự tạo thành micelle do: • Lực hút Vander Waals phần hydrocarbon kỵ nước, lực đẩy nhóm tích điện dấu • Lực hút phân tử nước, phân tử nước đẩy mạnh hydrocarbon kỵ nước khỏi dung dịch làm cho chúng phải liên kết lại với 4.3 Nồng độ micelle tới hạn Khi nồng chất hoạt động bề mặt tăng lên đến giá trị đó, từ phân tử riêng lẻ có hình thành micelle Nồng độ dung dịch chất hoạt động bề mặt mà hình thành micelle trở nên đáng kể gọi nồng độ micelle tới hạn Dựa vào thay đổi tính chất vật lý đột ngột thay đổi độ đục, độ dẫn điện, sức căng bề mặt, áp suất thẩm thấu… người ta xác định CMC • Làm máy móc tái sinh giấy thải 5.10 Ứng dụng chữa cháy Trong chữa cháy, tùy theo loại vật liệu cháy mà phải áp dụng vật liệu chữa cháy khác Đối với đám cháy vật liệu than hồng nước khơng có phụ gia phù hợp (tác dụng làm mát) Tuy nhiên, đám cháy giấy, bột gỗ, nước xâm nhập vào bên nguồn lửa có tác dụng làm chậm đám cháy Tuy nhiên, với chất làm ướt có chứa nước đám cháy chữa cháy hiệu Đối với cháy bể chứa, hầm mỏ, tàu, kho chứa vật liệu rắn lỏng dễ cháy, đường băng sân bay, v.v., bọt nặng phù hợp Các chất tạo bọt đặc biệt dựa chất hoạt động bề mặt tổng hợp, phần tác dụng làm mát chúng, bọt vừa lan truyền nhanh chóng bao phủ khu vực cháy lớp bọt có khả thấm khơng khí liên tục Điều ngăn cản khuếch tán oxy không khí vào lửa Bọt nhẹ đặc biệt thích hợp để chữa cháy xăng dầu đám cháy dung môi khác 5.11 Ứng dụng thác dầu thô Chất hoạt động bề mặt ứng dụng nhiều hoạt động khai thác dầu thô Trong hoạt động khoan, dung dịch khoan dùng để bôi trơn, làm mát dụng cụ khoan, để xả hạt đá khoan lên trên, để nâng đỡ thành lỗ khoan ngăn chặn dầu khí phun đột ngột sau xâm nhập cặn Chất hoạt động bề mặt sử dụng làm chất phân tán trình xả nước Chất tạo bọt mạnh sử dụng khoan bọt Năng suất hệ thống sản xuất tăng lên cách sử dụng chất hoạt động bề mặt Chọn lựa sử dụng chất hoạt động bề mặt mỹ phẩm[3] Việc sử dụng chất hoạt động bề mặt mỹ phẩm có lĩnh vực tùy thuộc vào tính chất chúng : • Tẩy rửa • Làm ướt cần có tiếp xúc tốt dung dịch đối tượng • Tạo bọt • Nhũ hóa sản phẩm, tạo thành độ bền nhũ tương định, ví dụ kem da tóc • Làm tan cần đưa vào sản phẩm cấu tử không tan, ví dụ đưa hương liệu 6.1 Tẩy rửa Tẩy rửa trình phức tạp liên quan đến việc thấm ướt đối tượng (tóc hay da) Nếu chất cần loại dạng rắn dính mỡ, trình tẩy rửa liên quan đến nhũ tương hóa chất dầu loại bền hóa nhũ tương Với nhu cầu làm da, xà phòng vốn chất tẩy rửa tốt Theo thói quen , người ta thường địi hỏi có bọt nhiều dù khơng có chức gì, khả tạo bọt xà phịng tăng dễ dàng cách thêm vào acid béo mạch dài Việc làm tóc phức tạp q trình làm tóc, thể tích bọt có đóng vai trị 6.2 Thẩm ướt Tất tác nhân hoạt động bề mặt có số tính chất làm ướt 6.3 Tạo bọt Để tạo thể tích bọt lớn bền, người ta thường sử dụng SLES tăng cường với alkanolamide 6.4 Nhũ hóa Một tác nhân nhũ hóa tốt thường địi hỏi phần kỵ nước dài tác nhân thấm ướt Hiện xà phòng sử dụng làm tác nhân nhũ hóa mỹ phẩm dễ điều Nếu acid béo đưa vào pha dầu kiềm đưa vào pha nước, nhũ tương bền dầu/nước dễ dàng hình thành trộn lẫn Nhũ tương nước/dầu số kem tóc thường bền hóa xà phịng chứa kali Các chất HĐBM khơng ion có giá trị nhũ tương 6.5 Làm tan Tất chất hoạt động bề mặt nồng độ CMC có tính chất làm tan Điều quan trọng cần phải kết hợp hương liệu hữu hay chất hữu không tan vào sản phẩm, ví dụ xà phịng gội đầu 10 PHẦN 2: TỔNG QUAN VỀ ALKYL POLYGLUCOSIDE(APG) Quá trình phát triển Năm 1893, nhà hóa học người Đức Emil Fischer phát triển trình tổng hợp APG, lần ông kết hợp rượu béo glucose thu từ dầu dừa dầu hạt cọ ngô để tạo alkyl glucoside Hiện nay, trình gọi “Fischer glycosidation” Gần kỷ trơi qua trước quy trình cơng nghiệp phát triển để sản xuất glucoside Nhưng Fischer sử dụng rượu ưa nước Hình 2.1: Hermen Emil Fischer (1852-1919) metanol glycerol, tạo alkyl monoglucoside tinh khiết, quy trình cơng nghiệp sử dụng rượu kỵ nước với chuỗi alkyl từ octyl (C8) đến glucoside hexadecyl (C16), tạo hỗn hợp phức tạp alkyl mono-, di-, tri- oligopolyglucoside Vì lý này, alkyl glucoside sản xuất quy trình cơng nghiệp biết đến rộng rãi với tên gọi alkyl polyglucoside Ngay từ năm 1893, Fisher nhận thấy tính chất thiết yếu APG, chẳng hạn ổn định cao trình oxy hóa thủy phân, đặc biệt mơi trường kiềm mạnh Cả hai đặc điểm có giá trị quan trọng ứng dụng hoạt động bề mặt Vào đầu năm 1980, số công ty bắt đầu phát triển APG với chuỗi alkyl dài nhằm tạo chất hoạt động bề mặt dùng mỹ phẩm chất tẩy rửa.[7] Định nghĩa alkyl polyglycoside (APG)[1] Alkyl polyglucoside (APG) chất hoạt động bề mặt không ion tạo thành từ glucose rượu mạch dài Về sản phẩm acetal Nguyên liệu sản xuất APG công nghiệp tinh bột chất béo 11 Cấu trúc alkyl polyglycoside[1] Alkyl polyglycoside có tính chất hóa học vượt trội chất hoạt động bề mặt không ion khác cấu trúc hóa học chúng (phần ưa nước mạnh glucose, phần kỵ nước mạnh: rượu béo) Cơng thức hóa học Alkyl polyglycoside : Hình 2.2: Cơng thức hóa học alkyl polyglucoside Các tính chất alkyl polyglycoside[1] 4.1 Tính chất vật lý: 4.1.1 Độ tan Độ tan APG (alkyl polyglucoside) dung môi hữu nước giảm tăng số cacbon mạch n-alkyl Do đó, chúng tập trung bề mặt có hoạt tính bề mặt cao APG hoạt động tốt dung môi như: xylen, terpene nước 4.1.2 Sức căng bề mặt APG làm giảm mạnh sức căng bề mặt liên diện nước/dầu Đây nhân tố có tính định nhiều qui trình nhũ hóa tẩy rửa Khi chiều dài mạch cacbon tăng lên, sức căng bề mặt giảm rõ rệt Nếu chất đồng dung môi thêm vào, sức căng bề mặt giảm xa APG có sức căng bề mặt thấp so sánh với tác nhân nhũ hóa khác như: sorbitol, ethoxylate, ester acid béo đơn chức sức căng bề mặt APG nhỏ 1-2 lần 4.1.3 Độ tạo bọt APG có độ tạo bọt trung bình, giá trị tạo bọt chúng giảm theo đường thẳng với gia tăng chiều dài mạch cacbon Khi gia tăng mức độ glucoside hóa, tăng khả tạo bọt 12 4.1.4 Điểm đục Điểm đục APG thay đổi : • Thêm muối làm giảm điểm đục • Thêm chất hoạt động bề mặt anion làm tăng điểm đục • Thêm chất hoạt động bề mặt cation: lúc đầu điểm đục giảm, sau tăng lên điện tích âm micell APG bị trung hòa chất hoạt động bề mặt cation 4.2 Tính chất hóa học Alkyl polyglucoside hợp chất không ion Giống acetal, Alkyl polyglucoside thủy phân thành rượu béo glucose nhiệt độ cao môi trường acid Tương tự với carbon hydrat, alkyl polyglucoside chứa nhóm OH bậc bậc 2,để hình thành hợp chất cation, anion, khơng ion Những nhóm OH bậc hoạt động nhóm bậc bị oxy hố sulfat hố dễ dàng 4.3 Tính chất sinh học APG có khả phân hủy sinh học tạo chất không gây độc hại cho môi trường xem hợp chất: “ thân thiện môi trường “ APG (C8/10, C10/12, C10/14) phân hủy 95% - 100%, nghĩa APG dễ dàng biến chất điều kiện hiếu khí kỵ khí Mức độ phân hủy dựa vào mạch alkyl, tăng số lượng cacbon mạch alkyl khả phân hủy giảm 4.4 Tính chất hóa lý − Tính chất pha − Tính chất lưu biến − Tính chất liên kết − Pha vi nhũ tương bề mặt rắn.[8] Nguyên liệu thô sản xuất APG[8] 5.1 Rượu béo Rượu béo thu từ nguồn dầu mỏ (rượu béo tổng hợp) từ nguồn tài nguyên tự nhiên, tái tạo chất béo dầu (rượu béo tự nhiên) 13 Trong tổng hợp APG, chất béo pha loãng để tạo thành phần kỵ nước phân tử Các rượu béo tự nhiên thu sau q trình chuyển hố phân đoạn chất béo dầu ( triglycerides), tạo thành esters methyl axit béo tương ứng trình hydro hóa sau 5.2 Nguồn carbohydrate Phần ưa nước phân tử APGs bắt nguồn từ carbohydrate Dựa tinh bột từ ngơ, lúa mì khoai tây, carbohydrate polymer monomer thích hợp làm nguyên liệu cho sản xuất APG Việc lựa chọn ngun liệu thơ khơng ảnh hưởng đến chi phí ngun vật liệu mà cịn ảnh hưởng đến chi phí sản xuất ➢ Độ polymer hóa (Độ trùng hợp) Thơng qua da dạng nguồn carbohydrate, điều kiện phản ứng Fischer xúc tác axit tạo hỗn hợp oligomer, trung bình có nhiều đơn vị glycose gắn vào phân tử rượu Số lượng trung bình đơn vị glycose liên kết với nhóm rượu mơ tả mức độ trùng hợp (DP) DP trung bình tính chất quan trọng đổi với tỉnh chất hóa lý ứng dụng APG Trong phân bố cân bằng, DP chuỗi alkyl có độ dài tương tính chất sản phẩm, chẳng hạn tính phân cực, độ hịa tan, Về ngun tắc, phân bố oligomer mơ tả mơ hình tốn học P M McCurry cho thấy mơ hình phát triển P.J Flory để mô tả phân oligomer sản phẩm dựa monome đa chức áp dụng cho APGS Phiên sửa đổi phân bổ Flory mô tả APGS hỗn hợp oligomers phân bố có trật tự Hàm lượng phân tử hỗn hợp oligomer giảm với mức độ trùng hợp ngày cảng tăng Việc phân phối oligomer thu mơ hình tốn học phù hợp với kết phân tích Phương pháp tổng hợp APG[1] Có hai phương pháp: • Phương pháp glucoside hóa Koenigs- Knorr: Phương pháp khó ứng dụng cơng nghiệp tạo nhiều chất thải, phù hợp cho tạo chất chuẩn, độ tinh khiết cao 14 • Phương pháp tổng hợp Fisher: Khi so với phương pháp Koenigs- Knorr, phương pháp phức tạp hơn, q trình acetal hóa xúc tác H+ (hay gọi glucoside hóa); phản ứng khơng chọn lọc Tổng hợp alkyl polyglucoside qui trình Fisher có hai cách tiến hành: tổng hợp trực tiếp tổng hợp gián tiếp Trong hai trường hợp trên, phải sử dụng chất xúc tác acid để ưu tiên cho phản ứng tạo liên kết glucoside Người ta sử dụng acid: HCl, H2SO4, H3PO4, BF3, muối Những acid sufonic thường dùng là: alkyl benzensunfonic, alkylsunfat, alkylbenzensunfonat, alkylsunfonat,… Hình 3: Quá trình tổng hợp Alkyl polyglucoside công nghiệp Một số chất hoạt động bề mặt Alkyl polyglucoside STT Tên khoa học Mạch carbon Nhóm APG Caprylyl/Capryl C8-C10 APG0810 glucoside Coco glucoside C8-C14 APG0814 Decyl glucoside C8-C14 APG0814 Lauryl glucoside C12-C14 APG1214 15 Đánh giá độc tính alkyl polyglucoside[8] 8.1 Độc tính cấp tính Để đánh giá liệu sản phẩm gây hại chí độc hại sau uống tiếp xúc qua da, cần có thơng tin độc tính cấp tính sản phẩm Bằng cách khử chất béo, độc tính cấp tính tác dụng ngoại ý xảy thời gian ngắn dùng liều chất phụ gia tiêm nhiều liều thời gian ngắn 8.1.1 Độc tính cấp sau uống Sau kết thí nghiệm họ thấy rằng, loại alkyl polyglycoside liều cực cao 5000 mg/kg thể trọng thấp LD(LD liều lượng chất gây tử vong 50 % động vật thử nghiệm sử dụng đường uống) Hơn nữa, alkyl polyglycoside khơng có độc tính chủng cụ thể (hai chủng thử nghiệm Wistar Sprague Dawley khơng có độ nhạy alkyl polyglycoside) Trên sở thử nghiệm này, khơng có rủi ro polyglycoside nuốt phải Theo quy tắc phân loại EU Hoa Kỳ, polyglycoside alkyl không yêu cầu phân loại ghi nhãn nguy hiểm 8.1.2 Độc tính cấp sau tiếp xúc với da Việc sử dụng alkyl polyglycoside dự kiến liên quan đến tiếp xúc qua da Do đó, cần có thơng tin nguy sức khỏe tiềm ẩn tiếp xúc với da thời gian ngắn Dựa theo kết thí nghiệm, kết luận an tồn việc tiếp xúc với da 24 vô hại- Alkyl polyglycoside khơng độc cấp tính sau bơi ngồi da 8.2 Kích ứng da Kích ứng da mắt tai nạn Trong đó, người tiêu dùng tiếp xúc với alkyl polyglycoside dạng loãng, việc tiếp xúc với hóa chất chưa pha lỗng xảy ra, đặc biệt trình sản xuất xử lý Tùy thuộc vào tác động bề mặt polyglycoside alkyl da mà có đặc điểm kích ứng ăn mịn Các kết nói chung cho thấy khả làm dịu da tốt alkyl polyglycoside sau thời gian tiếp xúc năm liên quan đến độc tính tế bào kích ứng Sau tiếp xúc, độc tính tế bào chủ yếu bị ảnh hưởng q trình hóa lý Alkyl polyglycoside 3% khơng cho thấy khả gây độc tế bào Thậm chí, việc sử dụng alkyl polyglycoside 10% gây suy giảm độc tố tế bào lớp biểu bì 16 hạ bì sau tiếp xúc so với việc áp dụng SLS 96 (Sodium Lauryl Sulfate, pH 5.5) Đối với C12/14 alkyl polyglycoside nồng độ 100% gây kích ứng, khơng ăn mịn Kích ứng da khơng phụ thuộc vào độ pH Một mẫu có độ pH=7 tạo phản ứng tương tự độ pH= 11,5 Từ kết xét nghiệm kích ứng da, kết luận C8/10 alkyl polyglycoside C12/14 alkyl polyglycoside nồng độ < 30% khơng cần phân loại ghi nhãn 8.3 Tính gây đột biến Alkyl polyglycoside không gây đột biến ngược chủng Salmonella typhimurium thử nghiệm dù có khơng có hoạt hóa chuyển hố 8.4 Độc tính điện tử Trong nhiễm độc cấp tính liên quan đến tác dụng phụ liều đơn, dạng phổ biến khiến người tiếp xúc với chất hóa học liều lặp lại khơng tạo tác dụng độc Các tác dụng chậm xảy thơng qua tích tụ chất hóa học mơ, điều quan trọng phải xác định khả gây tác dụng chậm cách thử nghiệm cận điện tử Thử nghiệm cận mãn tính cung cấp thơng tin mối nguy có sức khỏe Phát sinh từ việc tiếp xúc lặp lặp lại khoảng thời gian giới hạn cơng cụ hữu ích để ước tính mức độ phơi nhiễm khơng có tác dụng mức độ phơi nhiễm khơng có tác dụng phụ hữu ích việc thiết lập tiêu chí an toàn phơi nhiễm người Theo kết mô tả, liều hàng ngày 1000 mg/kg khơng dẫn đến tác dụng tích lũy độc tố Do đó, liều lượng phân loại “không quan sát mức tác dụng ngoại ý” (NOAEL) Kết luận: Trên sở thơng tin có sẵn, polyglycoside alkyl khơng coi độc có hại thử nghiệm độc tính cấp tính, mức cao nồng độ phải xếp vào loại gây kích ứng da mắt Ngồi ra, hiệu ứng nhạy cảm khó xảy NOAEL 1000 mg/kg thể trọng ước tính độc tính sau uống nhiều lần Trong thử nghiệm in vitro, polyglycoside alkyl không cho thấy khả 17 gây đột biến gen nhiễm sắc thể An toàn sử dụng xử lý bao gồm việc sử dụng khơng cách thấy trước, chẳng hạn trẻ em vơ tình nuốt phải sản phẩm mỹ phẩm Nhờ độc tính cấp tính qua đường miệng thấp, alkyl polyglycoside khơng góp phần gây độc cho mỹ phẩm sản phẩm gia dụng khác Nói cách khác, giá trị độc tính cấp tính qua đường miệng (LD) vài gam kg trọng lượng thể bị nhiễm độc nghiêm trọng sản phẩm Đánh giá khả phân hủy sinh học Alkyl polyglycoside[8] 9.1 Phân hủy sinh học hiếu khí Kết nhiều thử nghiệm phân hủy sinh học sẵn sàng OECD cho thấy alkyl polyglycoside phân hủy sinh học dễ dàng theo kết luận OECD 121, trải qua trình phân hủy sinh học nhanh chóng cuối mơi trường 9.2 Phân hủy sinh học kỵ khí Từ kết kiểm tra sàng lọc tình hình mơi trường thực tế, kết luận alkyl polyglycoside có khả phân hủy sinh học điều kiện kỵ khí Alkyl polyglycoside đứng vào hàng ngũ chất hoạt động bề mặt có đặc tính phân hủy sinh học tối ưu chỗ chúng phân hủy sinh học cách nhanh chóng điều kiện môi trường 9.3 Phân hủy sinh học thử nghiệm mô nhà máy xử lý nước thải Nước thải có chứa thành phần chất tẩy rửa sản phẩm qua sử dụng thường tinh lọc nhà máy xử lý nước thải trước chúng vào nguồn nước tiếp nhận Do đó, việc phân hủy sinh học nhà máy xử lý nước thải hóa chất xác định nồng độ chất nước mặt, trầm tích sơng, bùn, v.v Việc loại bỏ C12/14 APG điều kiện nhà máy xử lý nước thải khảo sát hai thử nghiệm mơ hình: thử nghiệm xác nhận OECD, thử nghiệm đơn vị ghép OECD 301 A Trong hai thử nghiệm, thời gian lưu nước giờ, để đo phân hủy sinh học sơ cấp, sau tuần việc loại bỏ alkyl polyglycoside vượt 98%, sau tuần khơng có alkyl polyglycoside phát nước thải 18 Cho thấy phân hủy sinh học alkyl polyglycoside nhà máy xử lý nước thải chứng minh khả phân hủy sinh học tuyệt vời chất hoạt động bề mặt 9.4 Thử nghiệm để phát chất chuyển hóa dễ ăn mịn Mặc dù chất “dễ phân hủy sinh học” coi trải qua trình phân hủy sinh học cuối nhanh chóng cịn số điều khơng chắn mức độ hồn thành q trình phân hủy cuối Kết cho thấy alkyl polyglycoside khơng có dư lượng cuối phân hủy sinh học điều kiện môi trường thực tế 10 Ứng dụng alkyl polyglucoside[1] APG có tính tạo bọt trung bình, khả thấm ướt tốt, mịn, có tính tẩy rửa có tính cộng tính với chất hoạt đông bề mặt anion cation khác APG thuận lợi nơi có nhiệt độ khơng q cao mơi trường khơng có acid, chúng acetal cấu trúc đường APG có sức căng bề mặt thấp, khả phân tán cao nên chúng sử dụng nhiều ứng dụng kỹ thuật Khả áp dụng chất hoạt động bề mặt phụ thuộc vào tính chất riêng mà cịn phụ thuộc vào tính APG kết hợp với chất hoạt động bề mặt khác Là nonion nhẹ, APG dễ kết hợp với chất hoạt động bề mặt anion, khơng ion, betaine, cation APG có tính dịu, khơng gây kích ứng da, khơng gây độc hại nên sử dụng mỹ phẩm, sữa tắm Có tính thấm ướt với hiệu tạo nhũ cao, có khả thấm ướt qua màng Bền vững với dung dịch muối cho phép trộn phân hóa học với sản phẩm nơng học Tính chất tạo nhũ tốt APG khiến chúng thích hợp cho việc điều chế nhũ tương cực mịn APG sử dụng làm tác nhân tẩy rửa, chất tẩy rửa, chất làm có tính kiềm, sản phẩm chăm sóc cá nhân như: dầu gội, sữa tắm, nước rửa tay, chất tạo nhũ, chất bôi trơn Do khả tạo bọt APG thấp nên ứng dụng rộng rãi kỹ thuật phun, bơm… 19 PHẦN 3: ỨNG DỤNG CỦA ALKYL POLYGLUCOSIDE TRONG CÔNG NGHIỆP MỸ PHẨM Trong lĩnh vực mỹ phẩm, alkyl polyglycoside đại diện cho nhóm chất hoạt động bề mặt kết hợp đặc tính chất không ion anion thông thường Cho đến nay, tỷ lệ lớn sản phẩm thương mại đại diện C8/14 alkyl polyglycoside cho công thức làm đặc trưng đặc tính chăm sóc da tóc chúng Các ứng dụng báo cáo C12/14 alkyl polyglycoside hoạt động chất nhũ hóa cơng thức cụ thể đặc biệt vi nhũ tương Ngoài ra, hiệu suất C16/18 alkyl polyglycoside sở o/w tự nhũ hóa pha trộn với rượu béo.[8] APG lưu trữ thời gian dài phạm vi nhiệt độ lớn hơn, đồng thời, có chức làm ẩm, đáp ứng đầy đủ yêu cầu hiệu suất thành phần hoạt chất cho mỹ phẩm APG sử dụng hoạt chất để sản xuất mỹ phẩm nước Loại mỹ phẩm cho thấy đặc tính dưỡng ẩm chăm sóc da tốt Vẫn số vấn đề chất lượng chất làm thể người tại, nghiêm trọng chúng chứa chất độc hại mức, chẳng hạn Hg, Pb As, khơng gây hại nghiêm trọng cho da tóc, mà cịn gây nhiễm mơi trường Một hệ dầu gội bồn tắm làm APG làm sở có sức tạo bọt tuyệt vời, bọt trắng mịn, mềm mại cho da, khơng gây kích ứng cho mắt, không gây ô nhiễm cho môi trường, chống nước cứng tốt điều hòa điều hòa tốt Chức bảo trì đặc biệt phù hợp để chuẩn bị đồ vệ sinh cá nhân cao cấp Trong dầu gội đầu Vì APG khơng gây kích ứng cho da mắt người, làm giảm kích ứng tác nhân hoạt động khác kết hợp với Do đó, nguyên liệu thiết yếu dầu gội kích ứng thấp dầu gội trẻ em APG nhờ độ nhẹ có tác dụng bảo vệ tóc bị hư tổn Nó sử dụng tác nhân hoạt động để nhuộm tóc thấm Hiệu suất tạo kiểu sau kết hợp với protein hydrolysate so sánh với chất tạo kiểu thường sử dụng-polyvinylpyrrolidone Nó dễ dàng để rửa APG sử dụng để xây dựng hệ dầu gội sữa rửa thể, với sức mạnh tạo bọt mạnh mẽ bọt mịn.[10] 20 Trong sản phẩm làm da APG có độ an tồn tốt, dịu nhẹ, khử nhiễm, tạo bọt ổn định bọt, khả tương thích rheology Do đó, thường sử dụng sản phẩm sữa tắm làm da sữa rửa mặt Thêm lượng nhỏ APG làm chất điều hịa vào cơng thức dưỡng da tắm làm cho da cảm thấy thoải mái sau rửa.[10] Trong dầu xả APG có tác dụng làm mềm da, khơng gây kích ứng mắt có tác dụng điều hịa bảo trì tốt cho tóc Sự phối hợp với muối amoni bậc bốn có lợi để cải thiện khả chải ướt tóc, khả chải khô không thay đổi Thêm số loại dầu, chẳng hạn octyldodecanol, vào điều hòa cải thiện khả chải ướt Việc sử dụng APG chất nhũ hóa mỹ phẩm làm giảm kích ứng cơng thức, tăng hiệu giữ ẩm công thức cải thiện hiệu sản phẩm chức năng.[10] Dầu gội cô đặc Sự phát triển chất cô đặc làm cụ thể khái niệm tiếp thị kết nhu cầu người tiêu dùng luật pháp để giảm chất thải bao bì Ngun liệu thơ đậm đặc u cầu cho cơng thức để kiểm sốt cân nước Tuy nhiên, công thức loại thường nhớt yêu cầu kỹ thuật xử lý đặc biệt để pha loãng Bằng cách thêm alkyl polyglycoside, phát triển sản phẩm tiêu dùng có nồng độ cao dễ pha lỗng.[8] Kem lotions Hợp chất polyglycoside alkyl chuỗi dài cung cấp giải pháp đơn giản cho sản phẩm có nguồn gốc thực vật, đặc biệt cho da nhạy cảm Hỗn hợp dầu tuân theo khái niệm dòng thác trượt mang lại cảm giác mịn màng dễ chịu cho da.[8] 21 PHẦN 4: KẾT LUẬN Thị trường chất tẩy rửa mỹ phẩm thay đổi, ln mang đến nhiều hội tuyệt vời cho chất hoạt đọng bề mặt Đặc biệt, không tăng hiệu suất mà cịn giúp bảo vệ mơi trường Alkyl polyglucoside ví dụ cho phát triển thành cơng theo hướng Do đặc tính đặc biệt chúng APG đại diện cho cho xu hướng đổi mới: - Được sản xuất từ tài nguyên thiên nhiên, tái tạo - Chất hoạt động bề mặt khơng ion, tương thích với tất lớp chất hoạt động bề mặt - Dễ phân hủy sinh học - Ít độc, gây khó chịu, - Chất hoạt động bề mặt / chất nhũ hóa nhẹ - Đặc tính nhũ hóa khả tẩy rửa tốt - Khả tương thích da tốt - Có tính tạo bọt tốt, mịn [9] 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Minh Nhật, Tổng hợp chất hoạt động bề mặt không ion alkyl polyglucoside theo phương pháp vi sóng, Luận văn thạc sĩ, Trường đại học Bách Khoa, TP Hồ Chí Minh, 2005 [2] Lê Thị Hồng Nhan, Hóa học kỹ thuật chất hoạt dộng bề mặt, Trường đại học Bách Khoa, TP Hồ Chí Minh, 2019 [3] Vương Ngọc Chính, Hương liệu mỹ phẩm, NXB Đại học Quốc Gia, TP Hồ Chí Minh, 2005 [4].Tham khảo:Falbe, J (Ed.) (2012) Surfactants in consumer products: Theory, Technology and Application Springer Science & Business Media [5] Trần Thị Thùy Linh, Tổng hợp chất hoạt động bề mặt anion từ oleic acid, Luận văn tốt nghiệp, Trường đại học Cần Thơ, 2010 [6] Manisha mishra, P.Muthuprasanna, ed Basics and Potential Applications of Surfactants – A Review, 2009 [7] Bud Brewster, Preserving Formulations Containing Alkyl Polyglucosides, 2013 [8] Hill, Karlheinz, Wolfgang von Rybinski, and Gerhard Stoll, eds Alkyl polyglycosides: technology, properties, and applications John Wiley & Sons, 2008 [9] George Deckner, Popular Ingredients: Alkyl Polyglucosides (APGs), 2013 [10] http://m.vn.gpcchem.asia/info/alkyl-poly-glycoside-apg-0810-0814-1214-for-s- 61641199.html?fbclid=IwAR2VQyURGp-WL3Yc PfbPZv9hbaarwsosUoNUYIjt4HgEcuj3vAygFm9T34 23 ... 19 Ứng dụng alkyl polyglucoside 19 PHẦN 3 :ỨNG DỤNG CỦA ALKYL POLYGLUCOSIDE TRONG CÔNG NGHIỆP MỸ PHẨM 20 Trong dầu gội đầu 20 Trong sản phẩm làm da 21 Trong. .. thấp nên ứng dụng rộng rãi kỹ thuật phun, bơm… 19 PHẦN 3: ỨNG DỤNG CỦA ALKYL POLYGLUCOSIDE TRONG CÔNG NGHIỆP MỸ PHẨM Trong lĩnh vực mỹ phẩm, alkyl polyglycoside đại diện cho nhóm chất hoạt động bề... chén, chất làm sản phẩm chăm sóc cá nhân, mỹ phẩm, 5.2 Ứng dụng công nghiệp thực phẩm Điều quan trọng việc lựa chọn chất hoạt động bề mặt cho chất tẩy rửa công nghiệp hiệu ứng khử chất béo làm