báo cáo: ỨNG DỤNG CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT TRONG CÁC SẢN PHẨM TẨY RỬA pptx

Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa 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 cầ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA

Lương Huỳnh Vũ Thanh

Năm học 2009 - 2010

Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa

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

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

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)

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

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

Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa

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

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

Nước

Hình 2: CƠ CHẾ TẨY RỬA CÁC VẾT DẦU MỠ

Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa

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

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

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

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

Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa

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

Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa

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:

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

Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa

III.1.2 công thức cổ truyền không tạo bọt:

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

Ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa

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+

.

 Carbonat natri: Tạo và di trì môi trường kiềm, thủy phân các chất bẩn có nguồn gốc dầu mỡ, mồ hôi