công nghệ hợp chất hoạt động bề mặt

giáo trình tham khảo cho sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật hóa học gồm 1 số nội dung cơ bản sau : CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT CHƯƠNG 2: THÀNH PHẦN CỦA CÁC CHẤT TẨY RỬA TỔNG HỢP CHƯƠNG 3: SẢN XUẤT BỘT GIẶT

Bé c«ng th¬ng Trêng ®¹i häc ®á CƠNG NGHỆ CÁC HỢP CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT HỐ HỌC (Lưu hành nội bộ) N¨m 2015 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT Các q trình dị thể ( hình thành hay phân hủy chất rắn, hòa tan chất rắn, lỏng khí, bay hơi, thăng hoa, tẩy rửa , tạo nhũ tương, bọt ….) q trình xảy bề mặt phân chia pha Trạng thái chất bề mặt phân chia pha khác với vật chất lòng pha có khác biệt tương tác phân tử với Sự khác biệt làm sản sinh tượng đặc biệt bề mặt phân chia pha 1.1.1 Sức căng bề mặt yếu tố ảnh hưởng 1.1.2 Các chất hoạt động bề mặt, chất khơng hoạt động bề mặt chất khơng ảnh hưởng đến sức căng bề mặt dung mơi 1.2 Tính chất vật lý dung dịch chất hoạt động bề mặt 1.2.1 Cấu tạo lớp bề mặt giới hạn lỏng- khí: .6 1.2.2 Trạng thái phân tử chất hoạt động bề mặt dung dịch: 1.2.3 Nồng độ micell tới hạn- Điểm Kraft-Điểm đục-HLB yếu tố ảnh hưởng .8 1.3.1 Chất hoạt động bề mặt khơng sinh ion (NI) 13 1.3.2 Chất hoạt động bề mặt anion 14 1.3.3 Chất hoạt động bề mặt cation .16 1.3.4 Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính 17 1.4 Ứng dụng chất hoạt động bề mặt 19 1.5 Cơ chế tẩy rửa chất hoạt động bề mặt 19 1.5.1 Tẩy rửa chất bẩn chất béo 20 1.5.2 Tẩy rửa vết bẩn dạng hạt 23 1.6 Đánh giá kỹ thuật chất hoạt động bề mặt 26 1.6.1 Khả tạo nhũ 26 1.6.2 Khả tẩy rửa 26 1.6.3 Khả tạo bọt 30 1.6.4 Các tiêu đánh giá khác .31 CHƯƠNG 2: THÀNH PHẦN CỦA CÁC CHẤT TẨY RỬA TỔNG HỢP 33 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình tẩy rửa 33 2.3 Các tác nhân tăng bọt chống bọt .36 2.4 Các tác nhân làm mềm nước 38 2.5 Các tác nhân tạo mơi trường kiềm .40 2.6 Các tác nhân tẩy trắng 40 2.7 Các chất xúc tác sinh học .44 2.8 Các tác nhân chống tái bám 45 2.9 Các tác nhân làm mềm vải 46 2.10 Các chất tạo hương .47 CHƯƠNG 3: SẢN XUẤT BỘT GIẶT 49 VÀ CÁC SẢN PHẨM TẨY RỬA KHÁC .49 3.1 Sản xuất xà phòng 49 3.1.1 Ngun liệu 49 3.1.2 Quy trình cơng nghệ 53 3.2 Sản xuất bột giặt theo phương pháp sấy phun 58 3.2.1 Phân loại bột giặt 58 3.3 Sản xuất bột giặt theo phương pháp khác 67 3.4 Sản xuất sản phẩm tẩy rửa dạng lỏng 72 3.4.1 Ngun tắc lập cơng thức 72 3.4.2 Nước giặt đẳng hướng dạng lỏng 72 3.4.2 Nước giặt cấu trúc dạng lỏng 75 3.4.3 Sản phẩm tẩy rửa đậm đặc dạng lỏng 80 3.4.4 Nước rửa chén .82 CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT 1.1 Các khái niệm Các q trình dị thể ( hình thành hay phân hủy chất rắn, hòa tan chất rắn, lỏng khí, bay hơi, thăng hoa, tẩy rửa , tạo nhũ tương, bọt ….) q trình xảy bề mặt phân chia pha Trạng thái chất bề mặt phân chia pha khác với vật chất lòng pha có khác biệt tương tác phân tử với Sự khác biệt làm sản sinh tượng đặc biệt bề mặt phân chia pha Viêc nghiên cứu tượng bề mặt có sức lơi lớn có tầm quan trọng lý thuyết thực tế Nghiên cứu tượng bề mặt đánh giá lượng hiểu rõ chất tương tác phân tử ý nghĩa thực tế tượng bề mặt chỗ, vật chất có bề mặt lớn phổ biến tự nhiên ứng dụng rộng rãi kỹ thuật Vì việc tìm hiểu sức căng bề mặt đóng vai trò quan trọng 1.1.1 Sức căng bề mặt yếu tố ảnh hưởng Sức căng bề mặt định nghĩa lực căng đơn vị chiều dài cắt ngang bề mặt Trong hệ đo lường quốc tế, sức căng bề mặt đo Newton mét (N·m-1) Cũng định nghĩa sức căng bề mặt cơng học thực lực căng làm cho diện tích bề mặt thay đổi đơn vị đo diện tích Như mật độ diện tích lượng; ý nghĩa mang lại tên gọi lượng bề mặt cho đại lượng vật lý Như vậy, hệ đo lường quốc tế, đơn vị đo sức căng bề mặt tương đương Jul mét vng Nhiều sức căng bề mặt chất lỏng xác định điều kiện định (nhiệt độ, áp suất, ) bề mặt tiếp xúc với chân khơng Sức căng bề mặt chất lỏng thay đổi theo nhiệt độ; nhiều chất lỏng, sức căng bề mặt giảm nhiệt độ tăng Khi bề mặt tiếp giáp hai chất lỏng khác nhau, sức căng bề mặt tổng cộng hiệu (cộng véctơ) sức căng bề mặt chất lỏng Các yếu tố ảnh hưởng đến sức căng bề mặt: • Sức căng bề mặt phụ thuộc vào chất chất tiếp xúc ( bảng 1.1) Chất lỏng phân cực, tương tác phân tử lớn, nội áp lớn, sức căng bề mặt lớn Bảng 1.1 Sức căng bề mặt chất lỏng tiếp xúc với khơng khí ( I) 20oC ( dyn/cm) chất lỏng tiếp xúc với nước (dyn/cm) σ Chất lỏng I Chất lỏng σ I Nước 72,75 - Ethanol 22,30 - Benzen 28,88 35,00 n-octanol 27,50 8,50 Acid acetic 27,60 - n-hexan 18,40 51,10 CCl4 26,80 45,10 n-octan 21,80 50,80 Anilin 42,90 - Glycerin 66,00 - • Sự có mặt lớp chất lỏng thứ lớp chất lỏng thứ hai khơng trộn lẩn với ln ln làm sức căng bề mặt giảm Sự giảm sức căng bề mặt nhiều khác biệt độ phân cực hai chất lỏng bé Các chất lỏng có độ phân cực gần tan lẩn với nhiều sức căng bề mặt chúng khơng • Nếu hai chất lỏng hòa tan phần vào sức căng bề mặt giới hạn lỏng - lỏng gần hiệu số sức căng bề mặt chất ( bảo hòa chất kia) so với khơng khí • Dưới tác dụng sức căng bề mặt, thể tích khối chất lỏng hướng tới dạng hình cầu ( khơng có ngoại lực) bề mặt hình cầu bề mặt bé giới hạn thể tích chất lỏng cho Ngồi yếu tố chất pha tiếp xúc có ý nghĩa định đến giá trị sức căng bề mặt, sức căng bề mặt phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhiệt độ, áp suất, độ cong bề mặt đặc biệt có mặt chất thứ hai chất lỏng Trong phần đề cập đến mối quan hệ sức căng bề mặt nhiệt độ, • Sức căng bề mặt đa số chất lỏng giảm gần tuyến tính nhiệt độ tăng ( trừ kim loại nóng chảy) theo phương trình củaa W Ramsay J Shields sau hiệu chỉnh phương trình R Eotvos • 1.1.2 Các chất hoạt động bề mặt, chất khơng hoạt động bề mặt chất khơng ảnh hưởng đến sức căng bề mặt dung mơi a) Chất hoạt động bề mặt Chất hoạt động bề mặt chất làm ướt có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt chất lỏng Phân tử chất hoạt động bề mặt thường cấu tạo hai phần: - Phần có cực: nhóm chức có cực: -COOH, -CONH 2, -C6H4SO3-, SO32- nhóm liên kết mạnh với dung mơi có cực (H2O ) nên phần có cực gọi đầu ưa cực (với dung mơi nước gọi đầu ưa nước) - Phần khơng cực: gốc hydrocacbon Các gốc liên kết tốt với dung mơi khơng cực nên gọi khơng cực, ưa dầu (kỵ nước) Một chất hoạt động bề mặt gồm hai nhóm ưa nước ưa dầu kết hợp với phân tử nên gọi chất hoạt động bề mặt lưỡng chức Người ta thường ký hiệu chất hoạt động bề mặt theo kiểu sau: Ngoài người ta đánh dấu thêm ký hiệu: 1.2 Tính chất vật lý dung dịch chất hoạt động bề mặt 1.2.1 Cấu tạo lớp bề mặt giới hạn lỏng- khí: Ở nồng độ nhỏ, đơn vị diện tích bề mặt, số lượng phân tử chất hoạt động bề mặt khác chiều dài phần kỵ nước khác Ở nồng độ đủ lớn, đơn vị bề mặt chứa số lượng phân tử chất hoạt động bề mặt có chiều dài phần kỵ nước khác nhau, người ta giải thích điều sau: 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 phía pha khơng phân cực khơng khí), phân tử chất hoạt động bề mặt phân bố thành lớp phân tử Khi nồng độ C nhỏ, mạch hydrocarbon bị đẩy phía khơng khí, bị ngã nghiêng mạch hydrocarbon linh động có khối lượng riêng bé, phần phân cực nước Khi nồng độ C lớn, số phân tử chất hoạt động bề mặt tăng lên, mạch hydrocarbon dựng đứng lên, song song với nhau, vng góc với mặt nước, tạo thành màng sít chặt gọi màng ngưng tụ Các phân tử chất hoạt động bề mặt chiếm diện tích chúng có chiều dài khác K K L L Hình 1.1: Cấu tạo lớp bề mặt chất hoạt động bề mặt giới hạn lỏng khí 1.2.2 Trạng thái phân tử chất hoạt động bề mặt dung dịch: Trong dung dịch, nồng độ nhỏ, phân tử chất hoạt động bề mặt hồ tan riêng biệt Khi nồng độ chất họat động bề mặt tăng lên giá trị đó, phân tử hòa tan riêng biệt liên kết với tạo thành micell Các micell có dạng hình cầu trong phân tử chất hoạt động bề mặt liên kết với đầu hydrocarbon hướng nhóm phân cực dung dịch nước Hình 1.2: Cấu tạo micell Ở nồng độ cao hơn, micell có kích thước tăng lên gốc hydrocarbon lúc thêm song song với hình thành micell tấm: Hình 1.3: Micell Cần lưu ý micell tạo thành khơng dung dịch nước mà dung dịch xà phòng dung mơi Khi phân tử xà phòng micell hướng nhóm phân cực vào phía micell phần kỵ nước quay ngồi Lúc xà phòng khơng điện ly, dung dịch xà phòng dung dịch phân tử khơng dung dịch ion Các micelles làm cho dung dịch CHĐBM có dạng tự nhiên dạng keo, điều quan trọng tính chất chất tẩy rửa, vì: • Cung cấp lượng CHĐBM dự trữ bề mặt chất lỏng để giữ cho dung dịch bãohòa làm cho ứng suất bề mặt dung dịch ln ln nhỏ nhất, điều giúp việc thấm ướt thớ vải dễ dàng • Có thể hòa tan chất dầu: bên micelle gần dung mơi hydrocarbon chứa chất bẩn dạng dầu mang theo để thải nước giặt 1.2.3 Nồng độ micell tới hạn- Điểm Kraft-Điểm đục-HLB yếu tố ảnh hưởng a) Nồng độ micell tới hạn (crictical micelle concentration:CMC): Khi nồng chất hoạt động bề mặt tăng lên đên giá trị đó, từ phân tư riêng lẻ có hình thành micell Nồng độ dung dịch chất hoạt động bề mặt mà hình thành micell trở nên đáng kể gọi nồng độ micell tới hạn Khi nồng độ dung dịch chất hoạt động bề mặt đạt đến giá trị CMC, có thay đổi rõ rệt tính chất vật lý dung dịch thay đổi độ đục, độ dẫn điện, sức căng bề mặt, áp suất thẩm thấu… Dựa vào thay đổi tính chất vật lý đột ngột người ta xác định CMC  Các yếu tố ảnh hưởng đến CMC: - Chiều dài mạch cacbon: Khi tăng chiều dài phần kỵ nước phân tử chất hoạt động bề mặt tạo điều kiện thuận lợi cho hình thành micell, tức giảm CMC Trong mơi trường nước cất, CMC chất hoạt động bề mặt ion giảm ½ lần mạch cacbon tăng thêm 1nhóm –CH2- Đối với chất hoạt động bề mặt khơng ion, khác biệt rõ ràng Điều đến C16 Khi mạch C ≥ 18 CMC khơng đổi Ví dụ: CMC chất họat động bề mặt alkyl sulfate Natri nước 40oC Số ngun tử C 10 12 14 16 18 CMC x 103 mol/L 140 33 8,6 2,2 0,58 0,23 Ap suất thẩm thấu Độ đục Sức căng bề mặt Độ dẫn điện CMC Nồng độ Hình 1.4: Sự thay đổi tính chất vật lý dung dịch chất hoạt động bề măt nồng độ micell tới hạn - Nhiệt độ: Khi hạ nhiệt độ dung dịch, xúc tiến cho hình thành micell cường độ chuyển động nhiệt phân tử giảm, làm tăng khả kết hợp phân tử tức làm giảm CMC - Chất điệ ly: Khi thêm chất điện ly vào dung dịch chất hoạt động bề mặt, chúng liên kết với nước hydrat hóa, điều tương tự việc tăng nồng độ chất hoạt động bề mặt lên Mặc khác, có mặt chất điện ly, ion hóa chất hoạt động bề mặt giảm ( giảm độ tan), xúc tiến cho liên kết phân tử lại với nhau, CMC giảm Ví dụ: CMC lauryl sulfate natri dung dịch NaCl 25oC Nồng độ NaCl (mol/L) 0,01 0,03 0,1 0,3 CMC x 103 mol/L 8,1 5,6 3,1 1,5 0,7 - Chất hữu cơ: Việc thêm chất hữu vào dung dịch chất hoạt động bề mặt ảnh hưởng đến CMC theo hướng khác tùy thuộc vào chất chất thêm vào Một số rượu mạch trung bình làm giảm CMC, thêm urea hay formalmid lại làm tăng CMC Dung dịch chứa nhiều chất hoạt động bề mặt có CMC nhỏ CMC dung dịch chứa chất hoạt động bề mặt riêng biệt b) Điểm Kraft-Điểm đục:  Điểm Kraft: Các chất hoạt động bề mặt ion có đặc điểm khả hòa tan chúng tăng theo nhiệt độ Điểm Kraft nhiệt độ chất hoạt động bề mặt có độ hòa tan CMC Khi đạt đến nhiệt độ lượng lớn chất hoạt động bề mặt phân tán dung dịch dạng micelle Như nhiệt độ thấp điểm Kraft, độ tan chất hoạt động bề mặt ion khơng đủ lớn để hình thành micelle Khi nhiệt độ tăng, độ tan tăng, đạt đến nhiệt độ Kraft, micelle hình thành Đối với chất hoạt động bề mặt anion, chiều dài mạch C tăng, điểm Kraft tăng Ví dụ: Điểm Kraft dung dịch alkyl sulfate nước sau: Số ngun tử C 10 12 14 16 18 Điểm Kraft (oC) 16 30 45 56 Lưu ý giá trị thay đổi có mặt thành phần khác  Điểm đục: Đối với chất hoạt động bề mặt khơng ion, độ tan chúng liên kết hydrơ nước phần phân cực ( chuổi polyoxyethylene) Khi nhiệt độ tăngđến mức đó, liên kết hydro bị phá vỡ, xảy nước, làm độ tan chất hoạt động bề mặt khơng ion giảm Điểm đục nhiệt độ chất hoạt động bề mặt khơng ion khơng thể hòa tan, tách khỏi dung dịch làm dung dịch trở nên đục Đối với chất hoạt động bề mặt khơng ion sở ethylen oxýt, điểm đục giảm độ dài gốc alkyl tănghoặc lượng oxýt ethylene phân tử giảm xuống  HLB (Hydrophile-Lipophile Balance): Các tính chất chất hoạt động bề mặt liên quan đến mối tương quan phần nước phần kỵ nước Nếu phần nước tác dụng mạnh phần kỵ nước chất họat động bề mặt dễ hòa tan nước hơn, ngước lại phần kỵ nước tác 10 Hình 3.11: Tinh thể lỏng Ta có pha lớp với anionic đơn độc anionic NI Các liposom hình thể cấu tạo tầng kép đồng tâm phân tử hoạt động bề mặt, cách lớp nước hay dung dịch chất điện giải liposom phân tán cách xa nhiều pha lỏng để cấu tạo nên có cấu trúc ổn định tỏng hạt rắn thể vẩn nước Chất điện giải tripolyphotphat chẳng hạt, hồ tan pha nước hay tồn dạng hạt rắn vượt q điểm bão hồ Các hạt này, hạt rắn khác (zeolit, calcit) thể vẩn có cấu trúc Nhưng hai vấn đề việc lập cơng thức cho nước giặt cấu trúc dạng lỏng tính ổn định độ nhớt san rphaamr Nói chung, phần dung lượng pha phân tán cao ổn định cao Tuy nhiên, pha ơhaan tán cao làm tăng độ nhớt sản phẩm gây khó khăn phải đổ sản phẩm khỏi chai Việc trì dung lượng pha phân tán gần 0,6 liposom gần liền Việc giúp sản phẩm có tính ổn định thoả đáng độ nhớt hợp lý Một khó khăn khác việc lập cơng thức cho nước giặt cấu trục dạng lỏng tượng ngưng kết liposom Hiện tượng gây độ nhớt khơng mong muốn làm cho sản phẩm khơng ổn định Để khắc phục tượng người ta sử dụng “polime giảm ngưng kết” với hàm lượng nhỏ (0,01 đến 1%) giúp tránh vấn đề khơng ổn định độ nhớt gia tăng chất hoạt động bề mặt sản phẩm Cơ chế tác động polime giải thích là: phần kỵ nước polime liên kiên vào bên lớp ngồi liposom phần ưa nước bên ngồi lớp Khi có lực đẩy phân tử chất hoạt động bề mặt phần khác liposom kế cạnh Trong trường hợp tính ổn định gia tăng, độ nhớt giảm, polime giảm ngưng kết 76 Điều quan trọng người lập cơng thức phải nghiên cứu loại chất hoạt động bề mặt dùng để có ổn định sản phẩm hồn thành hiệu  Chất anionic Người ta phải tìm giải pháp dung hồ LAS dây dài LAS dây ngắn Chẳng hạn, người ta chọn LAS có phân bố dây cacbon 10 14: tẩy rửa tốt/cấu trúc mixen chắn  Xà phòng Xà phòng từ q trình trung hồ axit béo cất từ đậu phộng KOH, có tính ổn định xà phòng mỡ động vật stearat (các chất cho nước nước giặt dạng lỏng sệt)  Chất hoạt động bề mặt khơng ion (NI) Có thể dùng rượu béo mạch thẳng etoxy hố C13 - C15 với 7.OE  Cân quan hệ ABS/Xà phòng/NI Chính tỉ lệ ba hoạt chất thành phần định tính nhớt tính ổn định sản phẩm cơng hiệu (giặt rửa khả tạo bọt) Những tỉ lệ khác thửu nghiệm phòng thí nghiệm cách sử dụng biểu đồ tam phân, thử nghiệm liên tiếp giúp thiết lập đồ vùng cấu trúc khác  Chất điện ly Người ta phân laoiaj chúng thành hai nhóm chính: - Chất điện ly “mạnh”: natri clorua, natri sunfat - Chất điện giải trung bình: natri tripolyphotphat, natri xitrat Lưu ý: diện dầu thơm cần cải thiện tính ổn định nước giặt cấu trúc dạng lỏng Hình 3.12: Biểu đồ tam phân  Ổn định enzim 77 Các enzim đặt nhiều vấn đề cho người lập cơng thức nước giặt cấu trúc dạng lỏng Các enzim ổn định mơi trường trung tính, để hiệu giặt tẩy cao sản phẩm phải có độ pH cao Giải pháp sản xuất phức chất từ pentaborat hay natri boảt glyxerol, giải phóng ion H + (cho phép pH giảm xuống khoảng 7, đảm bảo enzym ổn định) Khi có nước, phản ứng ngược lại độ pH tăng (≈ 9) giúp giặt tẩy hiệu cao  Cơng thức mẫu - Giặt rửa tay Hai cơng thức tương đương với loại bột giặt để giặt tay cho đây: Bảng 3.9 Cơng thức bột giặt tay TT Thành phần Cơng thức I Cơng thức II (thành phần %) (thành phần %) Alkyl benzen sulfonat 6,5 8,5 Xà phòng kali 1,5 2,2 Chất hoạt động bề mặt NI 2,5 3,5 CMC Na 0,05 0,05 Triphotphat 30 27 Natri silicat 2 Chất tẩy quang học 0,1 0,1 Dầu thơm 0,4 0,4 - Giặt rửa máy Cơng thức gần với loại bột giặt để giặt máy cho đây: Bảng 3.10 Cơng thức bột giặt máy TT Thành phần ngun liệu Thành phần % Alkyl benzen sulfonat Xà phòng 2,4 Chất hoạt động bề mặt NI 3,5 Toluen sulfonat 78 CMC Na 0,1 Triphotphat 25 Chất tẩy quang học 0,1 Enzim (proteaza) Gu/mg Pentaborat 10 Glyxerol 11 Dầu thơm 0,5 12 Nước Vđ 100 Tỉ trọng: 1,3 - 1,4 Độ nhớt: 250 - 400mPas - Cơng thức khơng có phot phat Bảng 3.11 Cơng thức giặt máy khơng có photphat TT Thành phần ngun liệu Thành phần % LAS 7,7 LES 2,4 Chất hoạt động bề mặt NI 2,4 Zeolit 20 Polime 3,5 Axit xitric 1,5 Glyxerol 8 Borax 5,7 CaCl2 0,3 10 Enzim 0,5 11 Chất tẩy quang học 0,05 12 Silicon 0,35 79 13 Dầu thơm 0,2 14 NaOH chỉnh pH 8,5 3.4.3 Sản phẩm tẩy rửa đậm đặc dạng lỏng Trong vòng ảnh hưởng chung sản phẩm hướng dạng đậm đặc (thực dụng, hoạt động bảo vê mơi trường: thải sản phẩm hố chất bao bì mơi trường, tiêu thụ lượng), nước giặt đẳng hướng dạng lỏng nước giặt cấu trúc dạng lỏng có sản phẩm đậm đặc giúp giảm ½ liều lượng sử dụng Sản xuất sản phẩm đẳng hướng dạng lỏng đậm đặc khơng thể thực băng cách gia tăng tỉ lệ chất xây dựng hoạt tính (điều dẫn đến sản phẩm sệt/nhão phải cần đến lượng lớn tác nhân làm ướt) Người ta lập cơng thức tốt cách: - Dùng polime giảm ngưng kết - Chọn hoạt chất thích hợp (SAS, chất hoạt động bề mặt NI, lưỡng tính) - Giảm nhiều lượng xà phòng (do cần tác nhân làm ướt làm đậm đặc hơn) - Thay đổi chất xây dựng: xà phòng/hệ thống chất xây dựng hồ tan Sự lựa chọn phụ gia thực cho thoả mãn ba đòi hỏi sau: - Hiệu tốt (đặc biệt mơi trường chưa xây dựng đủ) - Giảm tối đa số lượng tác nhân làm ướt cần thêm vào - Khơng gây hại tới mơi trường Các cơng thức mẫu nước giặt đậm đặc với polime giảm ngưng kết Mẫu TT Tên thành phần LAS Thành phần % 12,3 80 Synperonic (NI) 15,4 Natri oleat 7,5 Natri laurat 5,1 K2SO4 6,0 Glyxerol 5,0 Borax 3,5 Dequest 0,4 Silicon 0,1 10 Savinaza 0,3 11 Amilaza 0,1 12 Tinopal 0,1 13 Dầu thơm 0,3 14 Polime giảm ngưng kết 15 Nước Vđ 100 Mẫu TT Tên thành phần Thành phần % LAS 20,6 Synperonic (NI) 4,4 Glyxerol 5,0 Borax 3,5 STPP 22,0 Silicon 0,25 Silic (Gasil) 2,0 CMC Na 0,3 Blancophor 0,1 10 Dequest 0/0,2 11 Dequest 0,4 12 Dầu thơm 0,3 81 13 Alcalaz 0,5 14 Polime giảm ngưng kết 15 Nước Vđ 100 Mẫu TT Tên thành phần Thành phần % LAS 9,2 Synperonic (NI) 17,3 Natri oleat 5,6 Natri laurat 3,8 Natri xitrat.2H2O 10,0 Glyxerol 5,0 Borax 3,5 Dequest 0,4 Silicon 0,1 10 Savinaza 0,3 11 Amilaza 0,1 12 Tinopal 0,1 13 Dầu thơm 0,3 14 Polime giảm ngưng kết a 15 Polime giảm ngưng kết b 16 Nước Vđ 100 3.4.4 Nước rửa chén Trong sản xuất nước rửa chén bát gồm loại: nước rửa chén bát tay nước rửa chén bát máy Trong phạm vi giáo trình này, giới thiệu nước rửa chén bát tay 3.4.4.1 Những bề mặt cứng rửa chén bát tay 82 Những bề mặt cứng phải rửa tay đơn giản ba gồm vật gia dụng nhà bếp như: bát đĩa, dao, xoong nồi, ly tách Cấu tạo vật dụng khác đòi hỏi phải có cách sử dụng khác tuỳ theo chất lượng Bảng 3.12 : Các loại bề mặt rửa chén bát tay Thuỷ tinh Tất loại thỷ tinh: thuỷ tinh thường, thuỷ tinh kali, pha lê, - sản phẩm thuỷ tinh có trang trí khơng Sứ Trang trí nước men, nước men, nước men hay vẽ tay Sành / gốm Phần nhiều có vẽ nước men Bạc Bạc khối (có -8% đồng) mạ bạc Thép khơng rỉ Các dao, muỗng, nĩa, nồi, xoong, chảo Nhơm xoong, chảo Đồng Nồi (ít dùng ngày nay) Nhựa Polycacbonat, polypropylen Gỗ Thớt, muỗng, nĩa 3.4.4.2 Các vết bẩn Các vết bẩn thực phẩm (khơng kể vài trường hợp ngoại lệ son mơi, vết bẩn kim loại ) mà thành phần là: - Hydrat cacbon (đường, chất bột,) - Lipit (mỡ động vật, dầu thực vật) - Protit (thịt, cá, trứng, sữa, ) - Các muối khống - Các phụ gia khác (màu) Và thơng thường vết bẩn phối hợp 3.4.4.3 Các sản phẩm dùng rửa chén bát tay Thị trường sản phẩm dùng rửa chén bát tay khác nước phát triển nước phát triển, nước phát 83 triển máy rửa chén chiếm thị trường, sản phẩm truyền thống giữ vị trí hàng đầu Hơn nữa, chế tạo sản phẩm đơn giản, nên ngồi sản phẩm có thương hiệu có nhiều nhãn hiệu nhỏ tràn ngập thị trường a) Các thành phần khác vai trò chúng Căn nước rửa chén bát dựa pha chế chất hoạt động bề mặt (từ 20% tới 40% nói chung) kết hợp với chất thành phần chun biệt có vai trò làm tăng nhiều bọt Các ngun liệu phụ tạo hỗn hợp ổn định đồng chất thành phần có có độ nhớt thích hợp cho loại sản phẩm Gần đay, xuất thành phần sản phẩm giữ vị trí hàng đầu ví dụ chất bảo vệ cho da tay nhạy cảm chất phụ gia làm nước (dễ khơ hơn) để tạo sản phẩm  Các chất hoạt động bề mặt Điểm then chốt thành lập cơng thức nước rửa chén bát bọt Bọt phải dồi dào, lâu tan, cần phải cung ứng suốt q trình rửa Đối với người nội trợ, việc trước tiên sản phẩm có chất lượng tốt cần phải có lượng bọt dồi cho vào nước Người triển khai sản xuất cần phải nắm vững yếu tố hàng đầu trước đưa cơng thức sản phẩm nước rửa chén bát Đó lý chất thành phần thường có nồng độ cao anionic Các NI dùng lượng nhỏ để điều chỉnh ổn định bọt làm cho nước rút khỏi vật dụng dễ dàng - Phối hợp chất hoạt động bề mặt Các nước rửa chén bát truyền thống có cơng thức dựa Alkyl benzen sulfonat mạch thẳng thường kết hợp với etoxy sunfat (LES: nhạy cảm với độ cứng nước) tăng cường tác dụng với LAS Các LAS sử dụng có mạch cacbon từ 10 -12 ngun tử cho nước dịu nước cứng hiệu tốt kết hợp với bọt có chất lượng tốt Các LES từ C12 - C14 (khoảng - OE) cho kết tối ưu tăng cường tác dụng với LAS Tỉ số LAS/LES thay đổi 80/20 đến 70/30 tuỳ theo giá thành cơng thức Tỉ số thường dùng 70/30 Trong trường hợp nước rửa chén có nồng độ yếu (dưới 20% hoạt chất) để gia tăng hiệu mỡ, dầu, người ta thường dùng chất ổn định/chất điều chỉnh bột Các alcanolamit thường sử dụng nhiều chức 84 - Các hệ thống chất hoạt động bề mặt khác + Các hệ thống alpha olefin sulfonat/alkyl êt sulfat (AOS/LES) hữu hiệu giá thành cao Kết hợp với oxit amin chúng tạo sản phẩm mềm mịn cho da Trong AOS, dây C 14 có hiệu (ít nhạy cảm với độ cứng nước) + Các hỗn hợp alkyl sulfonat bậc hai (SAS) LES có khả tạo bọt tốt nước cứng nước mềm, chúng phù hợp với da nên sử dụng thường xun + Các hỗn hợp rượu sunfat PAS/LES có hiệu tốt giá cao hỗn hợp cổ điển LAS/LES: người ta thường kết hợp chất với alcanolamit toluen sulfonat Bảng 3.13: Tính chất chất hoạt động bề mặt khác dùng cơng thức nước rửa chén tay Anionic Tính chất - Giá thấp LAS: linear alkylbenzen sulfonat - Nhiều bọt, trừ nước cứng - Hiệu tẩy rửa tốt - Tăng cường tác dụng với LAS AES: rượu ete sunfat - Tốt nước cứng - Hồ tan tốt nước - Thích hợp với da - Tẩy rửa tốt AOS: alfa olefin sulfonat - Thích hợp với da - Tạo bọt yếu 85 - Tạo bọt tốt PAS: sunfat rượu bậc I - Độ hồ tan tẩy rửa chấp nhận - Ít nhạy cảm với nước cứng - Tẩy rửa tốt SAS ; alkyl sunfonat bậc hai - Hồ tan tốt - Hợp với da - Tạo bọt tốt NI Tính chất Khơng hiệu dẩn dầu mỡ EA: rượu béo etoxy hố - khơng nhạy cảm với độ cứng nước - Ít bọt - Có hiệu tốt APG: alkyl polyglycosit - Khơng ăn da - Dễ biến chất tác nhân sinh học  Các thành phần khác Để có sản phẩm ổn định q trình lưu trữ, cần thêm tác nhân để giúp chất thành phần hào tan điều chỉnh độ nhờn Tính ổn định chất lỏng khí hậu lạnh quan trọng Trong quốc gia có khí hậu lạnh vào mùa đơng, sản phẩm vận chuyển lưu trữ vào kho với nhiệt độ 00C sản phẩm pha khơng kỹ lưỡng, trở nên đục nhiều thời gian làm cho lại cửa hàng, sản phẩm hấp dẫn với người tiêu dùng Độ nhớt có vai trò lĩnh vực người tiêu dùng liên quan trực tiếp đên việc định lượng sử dụng: sản phẩm q sệt khó định lượng, ngược lại, sản phẩm lỏng khơng đủ sệt, người tiêu dùng có cảm giác khơng kinh tế Người ta điều chỉnh độ nhớt tính ổn định cách dụng chất hướng nước XSS (xylen sulfonat natri) ure cồn, natri clorua, kali clorua Phần lớn nước rửa chén khơng ăn da Tuy nhiên phần nhiều số khơng bao gồm chất thành phần riêng biệt đòi hỏi cân nhắc chọn lựa ngun liệu ví dụ LAS tẩy chất dầu mỡ tay làm khơ da tay Phần nhiều nhà sản xuất giảm loại bỏ LAS 86 cơng thức nước rửa chén tay họ số khác thêm vào chất dùng để bảo vệ bàn tay Người ta phân biệt ba loại: - Các chất phụ gia gốc protein lấy từ collagen dùng gây mùi hơi, đơi có màu nâu nhạt, phát triển vi sinh vật dẫn đến phai màu/có mùi - Các chất phụ gia gốc lanolin hay dẫn xuất Tuy nhiên việc sử dụng chất lợi (cần phải hâm nóng để hồ tan nên gây phức tạp cho việc chế tạo sản phẩm làm tăng giá sản phẩm - Các chất hoạt động bề mặt làm mềm người ta dùng chất lưỡng tính ion lưỡng tính (ví dụ CAPB) kết hợp với LAS để lập thành cơng thức cho nước rửa chén có nhiều hiệu mà làm mát dịu da tay c) Cơng thức mẫu nước rửa chén Người ta phân biệt ba loại cơng thức; - Cơng thức có tính kinh tế: tỉ lệ phần trăm hoạt chất khoảng 20% - Trung gian: tỉ lệ phần trăm hoạt chất khoảng 30% - Cao cấp: tỉ lệ phần trăm hoạt chất khoảng 40%  Cơng thức có tính kinh tế Thơng thường người ta tìm thấy sản phẩm có thành phần cấu tạo sau đây: LAS 14 15 13 LES (Na) - LES (Amoni) - - AOS - - Dietanolamit - EDTA 0,1 0,1 Xylen sulfonat natri - - Urê - Etanol - - Bảo quản 0,05 0,5 - 87 Nước, dầu thơm, màu Vđ 100 Vđ 100 Vđ 100  Cơng thức trung gian LAS 20 25 LES (Na) 10 Etanol 6 Ure 0,05 - Vđ 100 Vđ 100 EDTA Nước, dầu thơm, màu  Cơng thức cao cấp SAS 33 LES (Na) NI Ure 3,5 Etanol EDTA 0,3 Nước, dầu thơm, màu Vđ 100  Cơng thức khác (cơng thức sử dụng nước chanh để át mùi cá LAS 29 LES (Na) 14 Nước chanh 5-20 Etanol 5-6 Ure 88 Chất bảo quản 0,03 Nước, dầu thơm, màu Vđ 100 CÂU HỎI ƠN TẬP Câu 1: Những nguồn ngun liệu hữu dùng để sản xuất xà phòng? Trình bày ảnh hưởng ngun liệu lên tính chất xà phòng? Câu 2: Trình bày sở lý thuyết q trình nấu xà phòng? Câu 3: Trình bày phương pháp dùng để thực q trình xà phòng hố? Câu 4: Vẽ thuyết minh quy trình cơng nghệ sản xuất xà phòng trực tiếp từ chất béo? Câu 5: Vẽ thuyết minh sơ đồ cơng nghệ sản xuất xà phòng cách trung hồ axit béo? Câu 6: Nêu ngun tắc để thiết lập cơng thức cho bột giặt đậm đặc? Câu 7: Phân loại bột giặt nêu đặc điểm loại bột giặt? Câu 8: Ngun tắc thiết lập cơng thức cho chất tẩy rửa dạng lỏng? Câu 9: Vẽ sơ đồ quy trình, thuyết minh quy trình sản xuất bột giặt theo phương pháp sấy phun? Câu 10: Vẽ sơ đồ cơng nghệ, thuyết minh quy trình sản xuất bột giặt theo phương pháp sấy phun? Câu 11: Trình bày số cơng thức nước tẩy rửa dạng lỏng vai trò thành phần cơng thức đó? TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Minh Tân (1993), " Tổng hợp hữu hóa dầu ", ÐHBK TPHCM [2] Nguyễn Quốc Tín, Ðỗ Phổ (1984), " Xà phòng chất tẩy giặt tổng hợp ", NXB Khoa học kỹ thuật [3] Louis Hồ Tấn Tài (1999), " Các sản phẩm tẩy rửa chăm sóc cá nhân ", Unilever Việt Nam [4] Nguyễn Hữu Phú (2006), Hóa lý hóa keo, NXBKHKT 89 90 [...]... 1-3 và R = C9-C13 O OH 1.3.2 Chất hoạt động bề O R n mặt anion Chất hoạt động bề mặt mà khi hòa tan vào nước phân ly ra ion hoạt động bề mặt âm, chiếm phần lớn kích thước tồn bộ phân tử hay chính là mạch Hidrocacbon 14 khá dài, và ion thứ hai khơng có tính hoạt động bề mặt Đó là chất hoạt động bề mặt anion Có khả năng hoạt động bề mặt mạnh nhất so với các loại khác Làm tác động tẩy rửa chính trong khi... Sulfate) (CH2-CH2-O)n R O SO3 • • Xà bơng O R C O 1.3.3 Chất hoạt động bề mặt cation Chất hoạt động bề mặt mà khi hòa tan vào nước phân ly ra ion hoạt động bề mặt dương, chiếm phần lớn kích thước tồn bộ phân tử hay chính là mạch Hidrocacbon khá dài, và ion thứ hai khơng có tính hoạt động bề mặt Có khả năng hoạt động bề mặt khơng cao Chất hoạt động bề mặt cation có nhóm ái nước là ion dương, ion dương thơng... loại chất hoạt động bề mặt Có nhiều cách phân loại chất hoạt động bề mặt nhưng cách phân loại theo cấu tạo hóa học là được sử dụng nhiều nhất Phân loại theo cấu tạo hóa học chia chất hoạt động bề mặt ra làm 2 loại: chất sinh ra ion và chất khơng sinh ra ion Chất sinh ra ion được chia làm ba loại: hoạt tính anion, hoạt tính caction và lưỡng tính 1.3.1 Chất hoạt động bề mặt khơng sinh ion (NI) Các chất tẩy... dịch chất tẩy rửa có thể đi theo hai hướng sau: - Chọn chất hoạt động bề mặt tạo bọt hay khơng tạo bọt - Sử dụng các phụ gia làm tăng bọt a) Chọn lựa chất hoạt động bề mặt: Một chất hoạt động bề mặt hay hỗn hợp chất hoạt động bề mặt có thể làm thành hệ thống tạo bọt Thơng thường, số lượng bọt tăng với nồng độ đạt tối đa quanh CMC Như vậy về mặt lý thuyết có thể tiên đốn khả năng tạo bọt của một chất hoạt. .. của chất hoạt động bề mặt làm thay đổi khả năng tạo bọt của chất hoạt động bề mặt đó - Cấu trúc phân tử của chất hoạt động bề mặt : Theo lý thuyết khả năng tạo bọt tùy theo cấu trúc phân tử của chất hoạt động bề mặt Tuy nhiên trên thực tế rất 30 phức tạp vì khơng có sự tương quan trực tiếp giữa khả năng tạo bọt và sự ổn định bọt Tuy nhiên có những nguyện tắc tổng qt như sau: + Chất hoạt động bề mặt. .. tính chất sau: • Khi có chất hoạt động bề mặt trong nước thì sức căng bề mặt dung dịch giảm làm tăng tính thấm ướt đối với vải sợi  Các phân tử chất hoạt động bề mặt hấp phụ lên bề mặt sợi và lên các hạt chất bẩn rắn hay lỏng và khi đó, dưới ảnh hưởng của sức căng bề mặt khơng đổi trên ranh giới chất bẩn – vải, chất bẩn se lại thành giọt và dễ dàng tách ra khỏi bề mặt sợi dưới tác dụng cơ học  Chất hoạt. .. hỏi sự giặt tẩy thích hợp khác nhau dưới tác dụng của nước, nhiệt độ, tác dụng cơ học của máy giặt và tác dụng hóa học của chất tẩy rửa 33 2.2 Các chất hoạt động bề mặt Chất hoạt động bề mặt là thành phần chính có tác dụng tẩy rửa trong chất tẩy rửa Trong thực tế, điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng phối hợp nhiều loại chất hoạt động bề mặt Tuy nhiên, chất hoạt động bề mặt chủ yếu và phổ biến... Khi cho các chất hoạt động bề mặt vào dung dịch tẩy rửa , sức căng bề mặt giảm, vì vậy dung dịch tẩy rửa sẽ dể thấm ướt vải sợi cũng như các bề mặt rắn khác, dể thấm vào mao quản của vải sợi bẩn Trong khi đó nước khơng có chất hoạt động bề mặt sẽ khơng thể thấm vào những mao quản đó đước vì nước có sức căng bề mặt khá cao Lúc chưa có chất hoạt động bề mặt , góc thấm ướt > 90 o, việc thêm các chất tẩy... của các chất này giúp phân tán tốt các chất hoạt động bề mặt chính làm tăng khả năng giặt tẩy 2.3 Các tác nhân tăng bọt và chống bọt  Các tác nhân làm tăng bọt ( foam bootster): Để làm tăng bọt cho dung dịch chất tẩy rửa có thể đi theo hai hướng sau: - Chọn chất hoạt động bề mặt tạo bọt hay khơng tạo bọt - Sử dụng các phụ gia làm tăng bọt a) Chọn lựa chất hoạt động bề mặt: Một chất hoạt động bề mặt hay... vào thời gian chìm của cuộn chỉ trong dung dịch chất hoạt động bề mặt Hiện tượng thấm ướt nhờ chất hoạt động bề mặt có nhiều ứng dụng để giải quyết các vấn đề thực tế trong kỹ thuật sơn, nhuộm, tẩy trắng, trung hòa các chất diệt cơn trùng, sâu bọ Các bề mặt rắn ở đây thường khơng thấm ướt, việc thêm chất hoạt động bề mặt thích hợp sẽ làm giãm sức căng bề mặt của nước, giúp cho việc thấm ướt dể dàng hơn ... bề mặt gì? Có yếu tố yếu tố ảnh hưởng tới sức căng bề mặt? Câu 2: Định nghĩa phân loại chất hoạt động bề mặt? Câu 3: Trình bày giải thích trạng thái chất hđbm bề mặt giới hạn lỏng khí? Câu 4: Trình. .. bề mặt yếu tố ảnh hưởng Sức căng bề mặt định nghĩa lực căng đơn vị chiều dài cắt ngang bề mặt Trong hệ đo lường quốc tế, sức căng bề mặt đo Newton mét (N·m-1) Cũng định nghĩa sức căng bề mặt. .. độ tăng Khi bề mặt tiếp giáp hai chất lỏng khác nhau, sức căng bề mặt tổng cộng hiệu (cộng véctơ) sức căng bề mặt chất lỏng Các yếu tố ảnh hưởng đến sức căng bề mặt: • Sức căng bề mặt phụ thuộc