CHẤT HOẠT ĐỘNG bề mặt ALKYL POLYGLUCOSIDES (APGs) ỨNG DỤNG TRONG VIỆC làm SẠCH bề mặt và CHẤT tẩy rửa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BÁO CÁO MÔN HỌC: HOẠT CHẤT BỀ MẶT Đề tài: CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT ALKYL POLYGLUCOSIDES (APGs) - ỨNG DỤNG TRONG VIỆC LÀM SẠCH BỀ MẶT VÀ CHẤT TẨY RỬA GVHD: TS PHAN NGUYỄN QUỲNH ANH SVTH: LÝ TRÀ MY – 18139099 LỚP: DH18HS Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ iii DANH MỤC BẢNG BIỂU iv LỜI MỞ ĐẦU v CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ALKYL POLYGLUCOSIDES (APGs) 1.1 Lịch sử nghiên cứu Alkyl Polyglucosides: 1.2 Giới thiệu: 1.3 Đặc điểm Alkyl Polyglucosides: 1.4 Phương pháp tổng hợp Akyl Glycosides: 1.5 Công nghệ sản xuất: 1.5.1 Nguyên liệu để tổng hợp APGs: 1.5.2 Phương pháp tổng hợp APGs: 1.6 Phân tích sản phẩm APGs: 1.7 Đánh giá sinh thái, độc tính thuộc tính da liễu: CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CỦA ALKYL POLYGLUCOSIDES 10 2.1 Sức căng bề mặt Alkyl Polyglucosides: 10 2.2 Tính chất động học: 10 2.3 Kích ứng da mắt: 11 2.4 Khả phân hủy sinh học: 11 2.5 Sự hòa tan: 12 2.6 Tính tạo bọt: 12 2.7 Công suất làm ướt: 13 i 2.8 Tính chất hydrotropic: 14 2.9 Nhũ hóa: 14 2.10 Các dẫn xuất APGs: 14 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT ALKYL POLYGLUCOSIDES (APGs) TRONG VIỆC LÀM SẠCH BỀ MẶT VÀ CHẤT TẨY RỬA 15 3.1 Nước rửa chén bát tay ( Manual Dishwashing Detergents – MDDs): 15 3.2 Trong việc tẩy rửa: 18 3.3 Trong giặt tẩy: 19 3.4 Một số ứng dụng khác: 21 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO 23 ii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Tổng hợp glycosides theo Fisher Hình 1.2 Phương trình tổng hợp Alkyl Glucosides Hình 1.3 Cơng thức Akyl glucosides Hình 1.4 Sản phẩm APGs sau tổng hợp Hình 1.5 Tổng hợp số phương pháp tổng hợp Akyl Glycosides Hình 1.6 Nguồn carbohydrate cho qui mô công nghiệp tổng hợp APGs DE=dextrose tương đương Hình 1.7 Tóm tắt q trình tổng hợp APGs phương pháp tổng hợp trực tiếp Hình 1.8 Quá trình tổng hợp APGs phương pháp thay Hình 1.9 Thành phần hai mẫu chất HĐBM APGs Hình 3.1 Yêu cầu nước rửa chén bát tay 16 Hình 3.2 C12/14 APGs – Cơng thức sản phẩm rửa chén dạng khối Bắc Mỹ 16 Hình 3.4 Cơng thức sản phẩm nước châu Á 17 Hình 3.3 Công thức sản phẩm Mỹ Latinh 17 Hình 3.5 Cơng thức sản phẩm nước châu Âu 17 Hình 3.6 Cơng thức chung cho chất tẩy rửa phòng tắm 18 Hình 3.7 Cơng thức chung cho chất tẩy rửa cửa sổ 19 Hình 3.8 Cơng thức bột giặt dạng lỏng 19 Hình 3.9 Cơng thức chung bột giặt dạng bột 20 iii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Nồng độ micelle tới hạn CM từ phép đo sức căng bề mặt 10 Bảng 2.2 Alkyl Polyglycoside thử nghiệm độc tính cấp tính qua đường miệng chuột 11 Bảng 2.3 Chiều cao bọt, thời gian bán hủy bọt, thời gian thấm ướt độ ổn định nhũ tương đối vớ iAPGs 12 iv LỜI MỞ ĐẦU Thời kì cơng nghiệp bắt đầu phát triển, chất hoạt động bề mặt có nhiều đóng góp vượt trội vơ quan trọng.Chât hoạt động bề mặt xuất hầu hết ngành công nghiệp bật như: xây dựng, thuốc bảo vệ thực vật, mỹ phẩm, chất tẩy rửa, Trong đó, chất hoạt động bề mặt Alkyl Polyglucosides (APGs) có nhiều đóng góp đặc biệt tính chất ưu việt như: dễ tổng hợp, thân thiệt với mơi trường, chi phí thấp, dễ tổng hợp, nhiều tính chất hóa lý đặc trưng, Do đó, APGs có mặt nhiều ngành cơng nghiệp lớn ngồi nước Trước hết, em xin cảm ơn cô Phan Nguyễn Quỳnh Anh giảng dạy truyền tải học với kiến thức hay mẻ để chúng em có thêm hiểu biết ứng dụng cho sau Trong báo cáo “ Chất hoạt động bề mặt Alkyl Polyglucosides (APGs) ứng dụng làm bề mặt chất tẩy rửa”, em xin trình bày cách khái quát lịch sử nghiên cứu, số phương pháp tổng hợp APGs, tính chất hóa lý, ứng dụng công nghiêp, Bài báo cáo tổng hợp từ nhiều khác nhau, tài liệu nước ngồi nước nên khơng tránh khỏi sai sót, mong thơng cảm góp ý để cáo cáo hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Lý Trà My v Chất hoạt động bề mặt alkyl polyglucosides - Ứng dụng việc làm bề mặt chất tẩy rửa ` CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ALKYL POLYGLUCOSIDES (APGs) 1.1 Lịch sử nghiên cứu Alkyl Polyglucosides: Năm 1893, alkyl polyglucosides tổng hợp xác định Emil Fischer [1] Sau 40 năm, việc sử dụng alkyl glucosides chất tẩy rửa nộp đơn xin cấp sáng chế Đức [2] Gần đây, lực sản xuất toàn giới tăng lên khoảng 60 000 tấn/ năm [3] Cho đến năm 1997, ước tính lực sản xuất APGs khoảng 70000 đến 80000 tấn/ năm [4,5] Hình 1.1 Tổng hợp glycosides theo Fisher Vào năm 1992, việc sử dụng thương mại APGs bắt đầu với khánh thành 23000 t.p.a sản xuất công ty cổ phần Cognis (trước tổng công ty Henkel Cor) [6] Khoảng 330 sáng chế số 380 có liên quan đến ứng dụng, đặc biệt ứng dụng chất diệt côn trùng, chất làm tẩy rửa, mỹ phẩm công nghiệp [7] APGs sản xuất quy mô công nghiệp vài năm qua từ hỗn hợp phức tạp chất đồng phân đồng phân khác (bao gồm đồng phân lập thể) [8] Do có khả phân hủy sinh học cao khơng có tác dụng độc hại nên APGs dần thay chất hoạt động bề mặt nonion có nguồn gốc từ ngành cơng nghiệp hóa dầu [9] 1.2 Giới thiệu: Alkyl Polyglycosides (APGs) nhóm chất hoạt động bề mặt khơng ion bao gồm hy-drophilic saccharide chuỗi alkyl béo kỵ nước sử dụng rộng rãi nhiều ứng dụng gia đình cơng nghiệp Chúng có nguồn gốc từ đường, thường dẫn xuất glucose, rượu béo Nguyên liệu thô cho sản xuất công nghiệp thường tinh bột chất béo, sản phẩm cuối thường hỗn hợp hợp chất phức tạp với loại đường khác bao gồm phần cuối ưa nước nhóm alkyl có độ dài thay đổi [10] Khi có nguồn gốc từ glucose, chúng gọi alkyl polyglucosides Hình 1.2 Phương trình tổng hợp Alkyl Glucosides Hình 1.3 Cơng thức Akyl glucosides Hình 1.4 Sản phẩm APGs sau tổng hợp 1.3 Đặc điểm Alkyl Polyglucosides: APGs có sẵn thị trường hỗn hợp phức tạp loại khác mức độ trùng hợp (DP) theo chiều dài chuỗi alkyl [4] Các monoglucosit alkyl nhóm thành phần có nhiều 50% tổng số, diglycoside oligome cao lên đến heptaglucoside DP đặc tính quan trọng liên quan đến đặc tính hóa lý ứng dụng APGs DP tính cách xác định loại, số lượng, phân bố alkyl mono oligogluco chiều dài chuỗi alkyl Sự phức tạp APGs yêu cầu kỹ thuật phân tích hiệu cho sản phẩm phát triển, kiểm soát sản phẩm, phân hủy sinh học, độc tính nghiên cứu mơi trường [6,24] 1.4 Phương pháp tổng hợp Akyl Glycosides: Hình 1.5 Tổng hợp số phương pháp tổng hợp Akyl Glycosides Nhà khoa học người Đức Emil Fischer phát tổng hợp APGs phản ứng glucose rượu béo diện chất xúc tác axit [11] Một số phương pháp phịng thí nghiệm phát triển để tổng hợp nhiều loại chất hoạt động bề mặt APGs tạo điều kiện cho việc nghiên cứu hóa lý chúng, số phương pháp chẳng hạn phương pháp Koenigs-Knorr [12,13],Phương pháp axit Lewis [14,15], phương pháp Schmidt [16], Bazơalkyl hóa có xúc tác [17], tổng hợp có xúc tác enzym[18,19], Tổng hợp Fischer chấp nhận rộng rãi việc sản xuất cơng nghiệp APGs, khả chúng để kiểm soát mức độ trùng hợp sản phẩm với phạm vi rộng [20] Các APGs điều chế với độ dài chuỗi alkyl dài (C16/18 )có khả hòa tan nước chúng chủ yếu sử dụng làm chất nhũ hóa công thức mỹ phẩm [4] 1.5 Công nghệ sản xuất: 1.5.1 Nguyên liệu để tổng hợp APGs: Phần ưa nước APGs có nguồn gốc từ cacbohydrat phần kỵ nước có nguồn gốc từ tự nhiên tổng hợp từ hỗn hợp rượu béo [20] Dựa tinh bột từ alkyl polyglucoside khôngyêu cầu phân loại ghi nhãn mối nguy [33] APGs có độc tính sinh thái tương đối thấp [34] Bảng 2.2 Alkyl Polyglycoside thử nghiệm độc tính cấp tính qua đường miệng chuột [33] Chiều dài chuỗi C8/10 C12/14 C12/14 Mức độ polyme hóa 1.6 1.6 1.4 50 60 60 Bệnh chuột Sốt xuất huyết Sốt xuất huyết Wistar Số lượng ĐV -5 5-5 2-2 Giới tính Đực - Đực - Đực - Tỷ lệ tử vong 0/5 – 0/5 0/5 – 0/5 0/2 – 0/2 Hoại tử động vật 0/5 – 0/5 0/5 – 0/5 0/2 – 0/2 >5000 >5000 >2000 Sự tập trung (% hoạt chất) LD50/mg/kg thể trọng 2.3 Kích ứng da mắt: Tác động gây kích ứng APGs da mắt thỏ thực quy trình nêu “Đánh giá an toàn Chemi-cals Thực phẩm, Thuốc Mỹ phẩm ”cho thấy da ngứa mắt [35] APGs với chuỗi alkyl C8 –C16 thuộc nhóm chất hoạt động bề mặt nhẹ cho công thức làm thể phát kích ứng da giảm nhẹ mức độ trùng hợp nhỏ (từ DP = 1,2 đến DP =1,65) [36] 2.4 Khả phân hủy sinh học: APGs coi dễ dàng phân hủy sinh học, APGs phụ thuộc vào chuỗi alkyl đường độ dài [37] Sự phân hủy sinh học APGs với thời gian dài chuỗi alkyl nhanh so với chuỗi ngắn [38] Khả phân hủy sinh học APG có chuỗi alkyl dài chậm APGvới chuỗi alkyl ngắn [37] Các điều tra phân tích sinh học APGs phương pháp sắc ký lỏng -khối phổ phát 11 APGs có chuỗi alkyl phân hủy sinh học nhanh chuỗi có chuỗi ngắn hơn[37] Tuy nhiên, chuỗi đường dài gây trình phân hủy sinh học chậm phân cấp APGs 2.5 Sự hòa tan: Sự hòa tan tượng đồng quan trọng Ứng dụng chất hoạt động bề mặt dựa khả hòa tan chúng với thành phần không tan nước Đối với độ dài chuỗi định, hòa tan micelle loại khác thường tuân theo trình tự: ion> cation> anion [39] 2.6 Tính tạo bọt: Các đặc tính tạo bọt APGs phụ thuộc vào chiều dài chuỗi alkyl [40] Bọt có chiều cao giảm chiều dài chuỗi alkyl tăng lên, với giá trị lớn nhận cho C9 APGs sau bọt bắt đầu giảm Thứ tự đảo ngược từ quan điểm ổn định,với chiều dài chuỗi ngày tăng độ ổn định bọt tăng lên Độ ổn định tối đa đạt C12 APGs [40] Các chất tẩy rửa có chứa APGs dễ dàng giảm bớt sử dụng số lượng nhỏ xà phòng tăng lên bổ sung lượng nhỏ chất hoạt động bề mặt anion [4] Các thông số sức căng bề mặt, độ đàn hồi bề mặt độ nhớt bề mặt, chịu trách nhiệm điều chỉnh đặc tính tạo bọt mong muốn hệ thống [41] 12 Bảng 2.3 Chiều cao bọt, thời gian bán hủy bọt, thời gian thấm ướt độ ổn định nhũ tương đối vớ iAPGs S.N Chất HĐBM Chiều cao bọt (mm) Thời gian phân hủy tối thiểu bọt Thời gian làm ướt (s) Sự ổn định nhũ tương (s) C8APG 20 31 67 230 C9APG 60 19 61 210 C10APG 36 15 51 288 C12APG 30 210 53 310 C14APG 18 90 57 426 2.7 Công suất làm ướt: Khả thấm ướt chất hoạt động bề mặt yếu tố quan trọng Sức mạnh thấm ướt chất hoạt động bề mặt tăng tốc khuếch tán xâm nhập hóa chất kiềm thuốc nhuộm vào sợi vải cải thiện chất tẩy rửa nhuộm [41] Việc bổ sung chất hoạt động bề mặt vào nước giúp cải thiện khả dung dịch nước để làm ướt lan rộng chất rắn bề mặt [41] Thời gian thấm ướt APGs giảm độ dài chuỗi alkyl tăng lên APGs có đặc tính thấm ướt thâm nhập tuyệt vời chúng sử dụng rộng rãi công nghệ thuốc bảo vệ thực vật [4] APGs cho thấy khả thấm ướt tốt chất hoạt 13 động bề mặt nguyên chất khả thấm ướt chúng không bị ảnh hưởng đáng kể độ cứng độ pH nước 2.8 Tính chất hydrotropic: Hydrotrope tăng lên để làm cho trộn lẫn độc tố Các nghiên cứu cho thấy hiệu hydrotropic APGs ứng dụng định phụ thuộc nhiều vào cấu trúc có mặt chúng Hiệu ứng hydrotropic bao gồm số khía cạnh khác độ cao điểm đám mây phá vỡ q trình [42] 2.9 Nhũ hóa: Một hệ nhũ tương phải đáp ứng số yêu cầu, bao gồm ổn định chất tốt, đạt yêu cầu hiệu suất lưu biến cảm quan [43] C 12/14 APGs nghiên cứu glycerol chứa nhũ tương dạng gel [43] Nó tạo phức chất mesophase khoảng nồng độ 10–25% Cấu trúc dạng keo với phân vùng cụ thể nước ảnh hưởng đến tốc độ bay khỏi mẫu làm dịu q trình hydrat hóa da hiệu [43] C 16/18 APGs đặt tên cetearyl glucoside cetearyl alcohol sử dụng làm chất ổn định loại nhũ tương khác cho số hoạt chất mỹ phẩm thuốc [43] C18 alcohol sử dụng làm chất đồng nhũ hóa, tự nhũ hóa o / w có chứa 20–60% C16/18 APGs làt hích hợp thực tế để xây dựng loại kem mỹ phẩm kem dưỡng da Độ nhớt dễ dàng điều chỉnh thông qua lượng C16/18 APGs [43] 2.10 Các dẫn xuất APGs: Một loạt Alkyl Polyglucoside điều chế cáchcác phương pháp tương đối đơn giản thay nucleophilic [44, 45] Bắt đầu từ APGs có chuỗi alkyl 8, 10,12,14,16 cacbon (C8 –C16 ) với mức độ trung bình trùng hợp (DP) 1.1– 1.5, ba chuỗi APGs dẫn xuất chuẩn bị Bởi diện nhiều nhóm hydroxyl, APGs nằm phân tử chức hóa [6,46] Các dẫn xuất APGs thực cách chuyển hóa chất thành nhóm hydroxyl nguyên tử C6 glucose Để tránh hình thành hỗn hợp phân tích phức tạp, chứng minh sử dụng APGs với giá trị DP thấp 1,1 [44,45] 14 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT ALKYL POLYGLUCOSIDES (APGs) TRONG VIỆC LÀM SẠCH BỀ MẶT VÀ CHẤT TẨY RỬA Alkyl Polyglycosides sử dụng rửa chén thủ công chất tẩy rửa đa nước giặt, Bản thân APGs có hiệu suất làm tuyệt vời, xác định phù hợp với tiêu chuẩn chất lượng IPP [47] Chất tẩy rửa đa với đặc điểm khả tương thích tốt với da nên có tính axit nhẹ kiềm Alkyl Polyglycosides chất hoạt động bề mặt mức hiệu suất làm cao không bị ảnh hưởng thay đổi giá trị pH Người tiêu dùng ngày thích chất tẩy rửa đa với sựtạo bọt vừa phải thấp Khả tạo bọt chất tẩy rửa có chứa Alkyl Polyglycosides dễ dàngg iảm cách sử dụng lượng nhỏ xà phòng tăng lên thêm lượng nhỏ chất hoạt động bề mặt anion Các APGs sử dụng công thức chất tẩy rửa chất có độ dài chuỗi alkyl C 12/14 giá trị DP khoảng 1,42 Là chất hoạt động bề mặt khơng ion, chúng đặc biệt có tác dụng chống lại chất nhiễm mỡ Hệ thống chất hoạt động bề mặt tối ưu hóa thường dựa hỗn hợp bề mặt anion không ion sử dụng công thức chất tẩy rửa đại [48] 3.1 Nước rửa chén bát tay ( Manual Dishwashing Detergents – MDDs): APGs với độ dài chuỗi akyl C12/14 ưu tiên cho MDDs với DP trung bình điển hình khoảng 1,4 Đối với nhà phát triển sản phẩm họ đặt số yêu cầu như: + Có khả tương tác tổng hợp tốt với chât hoạt động bề mặt anion + Khả tạo bọt tốt + Khả kích ứng da thấp + Đặc tính sinh thái tuyệt vời độc tính thấp + Nguồn gốc hồn tồn từ nguồn tái tạo 15 Hình 3.1 Yêu cầu nước rửa chén bát tay Các tính chất APGs kết hợp với chất hoạt động bề mặt khác thảo luận sử dụng rộng rãi thị trường châu Âu, Bắc Mỹ, Châu Mỹ Latinh châu Á [49] Hình 3.2 C12/14 APGs – Công thức sản phẩm rửa chén dạng khối Bắc Mỹ 16 Hình 3.3 Cơng thức sản phẩm Mỹ Latinh Hình 3.4 Cơng thức sản phẩm nước châu Á Hình 3.5 Cơng thức sản phẩm nước châu Âu 17 3.2 Trong việc tẩy rửa: Các APGs có mạch alkyl tương đối dài với độ dài chuỗi alkyl C12/14 DP khoảng 1,4 cho thấy đặc biệt hiệu cho chất tẩy rửa tay Tuy nhiên, APGs tương đối ngắn có độ dài chuỗi C8/10 DP khoảng 1,5 đặc biệt hữu ích việc tạo chất tẩy rửa đa chuyên dụng Các công thức cho thấy chất tẩy rửa có chứa chất hoạt động bề mặt kết hợp chất hoạt động bề mặt dựa nguyên liệu hóa dầu tự nhiên biết đến đầy đủ [49] Hiện nay, APGs mạch ngắn có sẵn thị trường với nhiều ứng dụng hiệu suất phổ rộng như: + Hiệu làm tốt + Khả ứng suất môi trường thấp chất dẻo suốt + Khả hịa tan tốt + Tính ổn định chống lại axit kiềm + Cải thiện tính chất nhiệt độ thấp chất hoạt động bề mặt + Kích ứng da thấp + Đặc tính sinh thái tuyệt vời độc tính thấp Hiện nay, sản phẩm tìm thấy sản phẩm chất tẩy rửa đa chất tẩy rửa đặc biệt chất tẩy rửa nhà vệ sinh, chất tẩy rửa cửa sổ, chất tẩy rửa bếp sản phẩm lau nhà, Hình 3.6 Cơng thức chung cho chất tẩy rửa phịng tắm 18 Hình 3.7 Cơng thức chung cho chất tẩy rửa cửa sổ 3.3 Trong giặt tẩy: - Dạng lỏng: Vào năm 1989 APGs lần sử dụng chất tẩy rửa dạng lỏng Thành phần chất tẩy rửa dạng lỏng dựa kết hợp chất hoạt động bề mặt không ion, chất hoạt động bề mặt anion, xà phòng hydrotrop ( hợp chất hòa tan chất kỵ nước vào dung dịch nước) Các hydrotropes mà khơng góp phần làm thay phần APGs Chất tẩy rửa đặc biệt dạng lỏng tạo có giá trị pH