alkyl polygluside

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TPHCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC  BÁO CÁO MÔN HỌC HOẠT CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT ALKYL POLYGLUSIDE(APGs) SINH VIÊN THỰC HIỆN: Trần Phước Hoàng MSSV: 19139051 Nghành: CN kỹ thuật hóa học Khóa: 2019 Alkyl polygluside (APGs) MỤC LỤC MỤC LỤC i i LỜI MỞ ĐẦU iii PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BÈ MẶT 1.1 Khái niệm 1.2 Thành phần cấu trúc 1.3 Phân loại 1.4 Ứng dụng .2 PHẦN 2: ALKYL POLYGLUSIDE(APGs) 2.1 Giới thiệu .3 2.2 Quá trình phát triển 2.3 Công nghệ sản xuất 2.3.1 Nguyên liệu thô để sản xuất APGs 2.3.1.1 Rượu béo 2.3.1.2 Nguồn carbohydrate 2.3.1.3 Độ polymer hóa ( độ trùng hợp ) 2.2.3 Sản xuất APGs ( Sản xuất Dodecyl polyglucosides: APGs-12) .6 2.4 Phân tích sản phẩm APGs 2.4.1 Phân tích sản phẩm APGs phương pháp GC 2.4.2 Phân tích sản phẩm APGs phương pháp HPLC 2.5 Ứng dụng 2.5.1 APGs việc làm bề mặt chất tẩy rửa .8 2.5.1.1 Nước rửa chén bát .8 2.5.1.2 Trong việc tẩy rửa .9 2.5.1.3 Trong giặc tẩy .10 2.5.2 APGs sản phẩm chăm sóc cá nhân 11 2.5.2.1 Trong mỹ phẩm 11 Alkyl polygluside (APGs) 2.5.2.2 Trong nhiều sản phẩm khác 12 PHẦN 3: KẾT LUẬN 13 TÀI LIỆU THAM KHẢO 14 i ii Alkyl polygluside (APGs) LỜI MỞ ĐẦU Suốt thời kỳ phát triển công nghiệp đại, chất hoạt động bề mặt có nhiều đóng góp vơ quan trọng Chúng xuất hầu hết ngành công nghiệp, từ xây dựng, nông nghiệp đến thực phẩm, mỹ phẩm Trong đó, Alkyl polyglucosides (APGs) có nhiều đóng góp đặc biệt tính chất ưu việt như: dễ tổng hợp, ảnh hưởng đến sức khỏe, thân thiện mơi trường, có nhiều tính chất i hóa lý đặc trưng,…Do đó, APGs có mặt nhiều ngành cơng nghiệp từ hóa chất đến thực phẩm Trong báo cáo “Chất hoạt động bề mặt – Ankyl polyglucosides (APGs)”, em xin trình cách tổng quát lịch sử nghiên cứu, quy trình sản xuất, tính chất ứng dụng APGs Bài báo cáo tổng hợp từ nhiều nguồn khác nhau, phần lớn từ tài liệu nước nên khơng tránh khỏi sai sót q trình dịch sang tiếng Việt, mong thơng cảm góp ý! TRẦN PHƯỚC HOÀNG iii Alkyl polygluside (APGs) PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT 1.1 khái niệm Chất hoạt động bề mặt (Surfactants) chất có khả làm giảm sức căng bề mặt dung môi chứa nó, có khả hấp phụ lên lớp bề mặt, có độ tan tương đối nhỏ Nó đóng vai trị chất tẩy rửa, chất làm ướt, chất nhủ hóa, chất tạo bọt chất phân tán 1.2 Thành phần cấu trúc Chất hoạt động bề mặt thường có cấu trúc phân tử có tính ưa nước (hydrophilic) tính kỵ nước (hydrophobic) Bởi vậy, chất hoạt động bề mặt bao gồm phần không tan nước phần tan nước Phần ưa nước (tan nước): thông thường nhóm ion khơng ion nhóm phân cực mạnh cacboxyl (COO-), hydroxyl (-OH), amin (NH2), sulfat (-OSO3) i Phần kỵ nước (không tan nước): thông thường mạch hydro cacbon dài 8C-21C, ankyl thuộc mạch ankal, ankle mạch thẳng hay có gắn vịng cylo hay bezene 1.3 Phân loại Tùy theo tính chất mà chất hoạt hóa bề mặt phân theo loại khác Nếu xem theo tính chất điện đầu phân cực phân tử chất hoạt hóa bề mặt phân chúng thành loại sau: 1) Chất hoạt động bề mặt ion: Khi bị phân cực đầu phân cực bị ion hóa Chất hoạt hóa dương: bị phân cực đầu phân cực mang điện dương Ví dụ: cetyl trimethylamoni bromua (CTAB) Chất hoạt hóa âm: bị phân cực đầu phân cực mang điện âm Ví dụ: Ankyl benzen sulfonat, xà phịng muối axit béo 2) Chất hoạt động bề mặt khơng ion: : đầu phân cực khơng bị ion hóa Ví dụ: Ankyl poly (ethylene oxide) 3) Chất hoạt động bề mặt lưỡng cực: bị phân cực đầu phân cực mang điện âm mang điện dương tùy vào pH dung mơi, ví dụ: Dodecyl dimethylamine oxide 1.4 Ứng dụng: Chất hoạt hóa bề mặt ứng dụng nhiều đời sống hàng ngày Ứng dụng phổ biến bột giặt, sơn, nhuộm Alkyl polygluside (APGs) Ngoài ứng dụng lĩnh vực khác như: * Trong công nghiệp dệt nhuộm: Chất làm mềm cho vải sợi, chất trợ nhuộm * Trong cơng nghiệp thực phẩm: Chất nhũ hóa cho bánh kẹo, bơ sữa đồ hộp * Trong công nghiệp mỹ phẩm: Chất tẩy rửa, nhũ hóa, chất tạo bọt * Trong ngành in: Chất trợ ngấm phân tán mực in * Trong nông nghiệp: Chất để gia công thuốc bảo vệ thực vật * Trong xây dựng: Dùng để nhũ hóa nhựa đường, tăng cường độ đóng rắn bê tơng * Trong dầu khí: Chất nhũ hóa dung dịch khoan * Trong cơng nghiệp khống sản: Làm thuốc tuyển nổi, chất nhũ hóa, chất tạo bọt để làm giàu khoáng sản i Alkyl polygluside (APGs) PHẦN 2: ANKYL POLYGLUCOSIDES (APGs) 2.1 Giới thiệu Alkyl polyglucosides (APGs) chất hoạt động bề mặt không ion, sử dụng rộng rãi hộ gia đình có nhiều ứng nhiều ứng dụng cơng nghiệp Nó có nguồn gốc từ loại đường, thường sản xuất từ glucose rượu béo Các nguyên liệu cho sản xuất APGs công nghiệp tinh bột chất béo Phương trình tổng hợp alkyl glucoside Cơng thức alkyl polyglucoside APGs thân thiện mơi trường, có khả tự phân hủy, khơng độc hại, ảnh hưởng đến da làm từ ngun liệu tái tạo, glucose chiết xuất từ ngô rượu béo từ loại dầu dừa cọ Với gia tăng chiều dài mạch carbon, độ hòa tan APGs thay đổi nhiều thường HLB thay đổi từ 10-19 Sản phẩm tạo có sức i căng bề mặt thấp tác dụng tốt việc làm sạch, làm ướt, độ hòa tan, ổn định với nhiệt, bền với nước cứng bền với kiềm, chất tạo bọt,… Nó tương thích với nhiều chất hoạt động bề mặt khơng ion khác Sản phẩm APGs sau tổng hợp Alkyl polygluside (APGs) 2.2 Quá trình phát triển Nhà hóa học người Đức Emil Fischer phát triển trình xác định tổng hợp APGs vào năm 1893 Q trình biết đến "Fischer glycosidation" bao gồm phản ứng xúc tác axit glycoses với rượu Một kỷ sau, sau nghiên cứu phát triển nỗ lực tốn phức tạp, công ty Henkel (Đức) thiết kế thành cơng quy trình sản xuất cơng nghiệp cho APGs Hermann Emil Fischer (1852-1919) Tổng hợp glycosides theo Fischer Ngay từ năm 1893, Fischer nhận thấy tính chất thiết yếu APGs, chẳng hạn ổn định cao q trình oxi hóa thủy phân, đặc biệt môi trường kiềm mạnh Cả hai đặc điểm có giá trị quan trọng ứng dụng hoạt động bề mặt i Các sáng chế mô tả cách sử dụng APGs ứng dụng chất tẩy rửa nộp Đức vào năm 1934 Rohm & Haas người đưa thị trường octyl/decyl polyglycoside với số lượng lớn vào cuối năm 70, BASF sau SEPPIC Vào đầu năm 1980, số công ty bắt đầu chương trình để phát triển APGs với chuỗi alkyl dài (dodecyl/tetradecyl) nhằm tạo chất hoạt động bề mặt dùng mỹ phẩm chất tẩy rửa Bao gồm Henkel KGaA, Düsseldorf (Đức) Horizon-một đơn vị Công ty Sản xuất A.Estaley Decatur, Illinois Alkyl polygluside (APGs) Đỉnh cao khai thác thương mại APGs đạt vào năm 1992 với việc khánh thành nhà máy sản xuất chất kết dính APG cơng suất 25.000 tấn/năm tập đồn Henkel Hoa Kỳ năm 1995 với việc mở nhà máy thứ hai công suất tương đương Henkel KGaA Đức 2.3 Công nghệ sản xuất 2.3.1 Nguyên liệu thô để sản xuất APGs 2.3.1.1 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) Pha loãng chất béo sử dụng tổng hợp APGs 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 q trình hydro hóa sau Tùy thuộc vào độ dài chuỗi alkyl mong muốn rượu béo, nguyên liệu dầu chất béo nguyên liệu sau: dầu dừa dầu hạt cọ dãyC12/14 dầu ót dầu hạt cải dầu cho rượu béo C16/18 2.3.1.2 Nguồn Carbohydrate Phần ưu 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 APGs Các carbohydrate polymer bao gồm, ví dụ: tinh bột glucose syrups có chất lượng thấp carbohydrate đơn phân tử có thểlà dạng có glucose Lựa chọn ngun liệu thơ khơng ảnh ahưởng đến chi phí ngun vật liệu mà cịn ảnh hưởng đến chi phí sản xuất 2.3.1.3 Độ polymer hóa (Độ trùng hợp) Thơng qua tính đa 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) Hình bên cho thấy phân bố APGs với DP = 1,3 Trong hỗn hợp này, nồng độ oligomers riêng lẻ (mono-, di-, tri-, -, glycosid) phần lớn phụ thuộc vào tỷ lệ glucose rượu hỗn hợp phản ứng DP trung bình tính chất quan trọng tính chất hóa lý ứng dụng APGs i Trong phân bố cân bằng, DP chuỗi alkyl có độ dài tương tính chất sản phẩm, chẳng hạn tính phân cực, độ hịa tan,… Alkyl polygluside (APGs) 2.3.2 Sản xuất APGs (Sản xuất Dodecyl polyglucosides: APGs-12) Tóm tắt q trình để tổng hợp alkyl polyglycosides Có hai phương pháp để sản xuất APGs-12 phương pháp glycosid hóa gián tiếp phương pháp glycosid hóa trực tiếp Q trình chuyển hóa qua hai giai đoạn (gián tiếp) đòi hỏi nhiều thiết bị tổng hợp trực tiếp Trong giai đoạn đầu tiên, carbohydrate phản ứng với rượu mạch ngắn (ví dụ: n-butanol propylen glycol) Trong giai đoạn thứ hai, alkyl glucoside mạch ngắn chuyển hóa rượu có mạch tương đối dài (C12/14-OH) để tạo thành APGs cần thiết 2.4 Phân tích sản phẩm APGs Các phương pháp phân tích cho APGs H Waldhoff, J Scherler M Schmitt nhóm khác vào năm 1995 1996 Các APGs thương mại hỗn hợp phức tạp khác chủ yếu độ trùng hợp chiều dài chuỗi alkyl Thành phần hai mẫu chất hoạt động bề mặt APGs i Alkyl polygluside (APGs) Alkyl monoglycosides nhóm thành phần có hàm lượng > 50%, diglycosides oligomers cao tiếp đến heptaglycosides Một lượng nhỏcác loại có hàm lượng glycosid hóa cao có mặt Các loại có mức độ glycosid hóa> thường khơng xác định phân tích định lượng hàm lượng liên quan nhỏ Các kỹ thuật phân tích quan trọng sử dụng thường xuyên để xác định đặc tính thành phần dấu vết APGs thương mại sắc ký lỏng hiệu cao (HPLC- High Performance Liquid Chromatography) sắc ký khí (GC-Gas Chromatography) 2.4.1 Phân tích APGs phương pháp GC Kỹ thuật GC chứng minh đặc biệt thích hợp cho việc phân tích alkyl mono oligoglycosides sắc ký khí nóng nhiệt độ cao (HTGC) HTGC sử dụng nhiệt độ lên đến 400° C, cho phép oligomeric alkyl polyglycosides lên đến heptaglycosides sơi để phân tích Các nhóm hydroxyl APGs phải chuyển đổi thành dung dịch silylether trước phân tích để ngăn ngừa phân hủy mẫu Một HTGC điển hình mẫu polyglycoside thương mại thể hình bên HTGC chuỗi dài APGs (C12/14-APG) Alkyl polygluside (APGs) 2.4.2 Phân tích APGs phương pháp HPLC Đặc tính phân tích APGs HPLC thường thực cách sử dụng hệ thống đảo pha cực trị Trong hầu hết trường hợp, không cần chuẩn bị mẫu cụ thể.Sau hòa tan chất rửa giải, dung i dịch mẫu lọc trực tiếp tiêm vào hệ thống Một sắc ký đồ điển hình điều kiện sắc ký thể bên HPLC chromatogram of C12/14-APG sample Thời gian lưu tương ứng với độ béo chất tách Các cá thể xác định định lượng phương pháp chuẩn bên cách sử dụng APGs thương mại để hiệu chuẩn Các monoglycosid alkyl tách riêng đủ phép định lượng đủ xác Việc xác định chi tiết oligoglycosid riêng lẻ tách   anomer, pyranosides furanosides thực với pha điện cực lớn địi hỏi thời gian phân tích dài cách đặn Việc phân tích APGs sản phẩm APGs thương mại phương pháp HPLC cho kết tốt cho nhiệm vụ phân tích khơng địi hỏi phải có độ phân giải cao nhiều thành phần Các ứng dụng điển hình bao gồm nhận dạng nguyên liệu thơ, phân tích APGs tương đối, định lượng tính toán dựa hàm lượng alkyl monoglycoside 2.5 Ứng dụng 2.5.1 APGs việc làm bề mặt chất tẩy rửa 2.5.1.1 Nước rửa chén bát tay (Manual Dishwashing Detergents-MDDs) APGs với độ dài chuỗi alkyl C12/14 ưu tiên cho MDDs DP trung bình điển hình khoảng 1,4 Đối với nhà phát triển sản phẩm, APGs có số tính chất thú vị: Alkyl polygluside (APGs) * Có khả tương tác tổng hợp tốt với chất có khả tương tác tổng hợp tốt với chất * Khả tạo bọt tốt * Khả kích ứng da thấp * Đặc tính sinh thái tuyệt vời độc tính thấp * Nguồn gốc hoàn toàn từ nguồn tái tạo i Yêu cầu nước rửa chén 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 2.5.1.2 Trong việc tẩy rửa Các APGs có mạch alkyl tương đối dài với độ dài chuỗi alkyl C12/14 DP khoảng 1,4 tỏ đặc biệt hiệu cho chất tẩy rửa tay Tuy nhiên, APGs tương đối ngắn có độ dài chuỗi C8/10 DP khoảng 1,5 (C8/10-APG) đặc biệt hữu ích việc tạo chất tẩy rửa đa chuyên dụng Các công thức cho 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 Hiện nay, APGs mạch ngắn có sẵn thị trường, nhiều ứng dụng tìm thấy APGs hiệu suất phổ rộng chúng: * Hiệu làm tốt * Khả nứt ứng suất môi trường thấp (ESC) chất dẻo suốt * Khả hòa tan tốt * Tính ổn định chống lại axit kiềm * Cải thiện tính chất nhiệt độ thấp chất hoạt động bề mặt Alkyl polygluside (APGs) * Kích ứng da thấp * Đặc tính sinh thái tuyệt vời độc tính thấp Ngày nay, sản phẩm tìm thấy chất tẩy rửa đa chất tẩy rửa đặc biệt, chất tẩy rửa phòng tắm, chất tẩy rửa nhà vệ sinh, chất tẩy rửa cửa sổ, chất tẩy rửa nhà bếp sản phẩm lau sàn nhà i Công thức dùng chung cho chất Công thức chung cho chất tẩy rửa cửa sổ Tẩy rửa phòng tắm 2.5.1.3 Trong giặt tẩy Dạng lỏng: APGs lần sử dụng chất tẩy rửa lỏng vào năm 1989 Thành phần chất tẩy lỏng nặng dựa kết hợp chất hoạt động bề mặt không ion, chất hoạt động bề mặt anion, xà phòng hydrotrop (hợp chất mà 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 50%,... lý ứng dụng APGs i Trong phân bố cân bằng, DP chuỗi alkyl có độ dài tương tính chất sản phẩm, chẳng hạn tính phân cực, độ hịa tan,… Alkyl polygluside (APGs) 2.3.2 Sản xuất APGs (Sản xuất Dodecyl