Suốt thời kỳ phát triển của nền công nghiệp hiện đại, các chất hoạt động bề mặt đã có nhiều đóng góp vô cùng quan trọng. Chúng xuất hiện hầu hết trong các ngành công nghiệp, từ xây dựng, nông nghiệp đến thực phẩm, mỹ phẩm. Trong đó, Alkyl polyglucosides (APGs) đã có nhiều đóng góp đặc biệt do những tính chất ưu việt của nó như: dễ tổng hợp, ít ảnh hưởng đến sức khỏe, thân thiện môi trường, có nhiều tính chất hóa lý đặc trưng,…Do đó, APGs có mặt ở nhiều ngành công nghiệp từ hóa chất đến thực phẩm.
Ankyl polyglucosides (APGs) CBHD: Ts Hồ Quốc Phong BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BÁO CÁO MÔN HỌC CÔNG NGHỆ CÁC CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT ANKYL POLYGLUCOSIDES (APGs) CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN: Ts Hồ Quốc Phong Trần Thanh Tân MSSV: B1407686 Ngành: CN Kỹ thuật hóa học - Khóa: 40 Tháng 3/2017 i Ankyl polyglucosides (APGs) CBHD: Ts Hồ Quốc Phong MỤC LỤC MỤC LỤC .i LỜI MỞ ĐẦU iii PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT 1.1 Khái niệm 1.2 Thành phần cấu trúc 1.3 Phân loại 1.4 Ứng dụng PHẦN 2: ANKYL POLYGLUCOSIDES (APGs) 2.1 Giới thiệu 2.2 Quá trình phát triển .4 2.3 Công nghệ sản xuất 2.3.1 Nguyên liệu thô để sản xuất APGs 2.3.1.1 Rượu béo .5 2.3.1.2 Nguồn Carbohydrate 2.3.1.3 Độ polymer hóa (Độ trùng hợp) 2.3.2 Sản xuất APGs (Sản xuất Dodecyl polyglucosides: APGs-12) .7 2.3.2.1 Tổng hợp APGs-12 phương pháp tổng hợp trực tiếp 2.3.2.2 Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp 10 2.3.2.2.1 Tỷ lệ mol rượu glucose 10 2.3.2.2.2 Ảnh hưởng chất xúc tác 10 2.3.2.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ 12 2.3.2.2.4 Ảnh hưởng áp suất 13 2.4 Phân tích sản phẩm APGs .13 2.4.1 Phân tích APGs phương pháp GC 14 2.4.2 Phân tích APGs phương pháp HPLC 15 2.5 Ứng dụng .15 2.5.1 APGs việc làm bề mặt chất tẩy rửa 15 2.5.1.1 Nước rửa chén bát (Manual Dishwashing Detergents-MDDs) 15 2.5.1.2 Trong việc tẩy rửa .16 2.5.1.3 Trong giặt tẩy 17 2.5.2 APGs sản phẩm chăm sóc cá nhân 18 2.5.2.1 Trong mỹ phẩm 18 i Ankyl polyglucosides (APGs) CBHD: Ts Hồ Quốc Phong 2.5.2.2 Trong nhiều sản phẩm khác 19 PHẦN 3: KẾT LUẬN 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 21 ii Ankyl polyglucosides (APGs) CBHD: Ts Hồ Quốc Phong LỜI MỞ ĐẦU Suốt thời kỳ phát triển công nghiệp đại, chất hoạt động bề mặt có nhiều đóng góp vô 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 môi trường, có nhiều tính chất hóa lý đặc trưng,…Do đó, APGs có mặt nhiều ngành công 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 không tránh khỏi sai sót trình dịch sang tiếng Việt, mong thầy thông cảm góp ý! Trần Thanh Tân iii Ankyl polyglucosides (APGs) CBHD: Ts Hồ Quốc Phong 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 trò 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 không ion nhóm phân cực mạnh cacboxyl (COO-), hydroxyl (-OH), amin (NH2), sulfat (-OSO3) Phần kỵ nước (không tan nước): thông thường mạch hydro cacbon dài 8C-21C, ankyl thuộc mạch ankal, ankle mạch thẳng hay có gắn vòng cylo hay bezene Tính ưa, kị nước chất hoạt động bề mặt đặc trưng thông số độ cân ưa kị nước (tiếng Anh: Hydrophilic Lipophilic Balance-HLB), giá trị từ đến 40 HLB cao hóa chất dễ hòa tan nước, HLB thấp hóa chất dễ hòa tan dung môi không phân cực dầu Nếu có nhiều hai chất lỏng không hòa tan chất hoạt hóa bề mặt làm tăng diện tích tiếp xúc hai chất lỏng Khi hòa chất hoạt hóa bề mặt vào chất lỏng phân tử chất hoạt hóa bề mặt có xu hướng tạo đám (micelle, dịch mixen), nồng độ mà phân tử bắt đầu tạo đám gọi nồng độ micelle tới hạn (CMC) Nếu chất lỏng nước phân tử chụm đuôi kị nước lại với quay đầu ưa nước tạo nên hình dạng khác hình cầu (0 chiều), hình trụ (1 chiều), màng (2 chiều) 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: 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 phòng muối axit béo 2) Chất hoạt động bề mặt không ion: đầu phân cực không bị ion hóa Ví dụ: Ankyl poly (ethylene oxide) Ankyl polyglucosides (APGs) CBHD: Ts Hồ Quốc Phong 3) Chất hoạt động bề mặt lưỡng cực: bị phân cực đầu phân cực mang điện âm mang điện dương tùy vào pH dung môi, 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 Ngoài ứng dụng lĩnh vực khác như: Trong công nghiệp dệt nhuộm: Chất làm mềm cho vải sợi, chất trợ nhuộm Trong công 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 tông Trong dầu khí: Chất nhũ hóa dung dịch khoan Trong công nghiệp khoáng sản: Làm thuốc tuyển nổi, chất nhũ hóa, chất tạo bọt để làm giàu khoáng sản Ankyl polyglucosides (APGs) CBHD: Ts Hồ Quốc Phong 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 công 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 Công thức alkyl polyglucoside APGs thân thiện môi trường, có khả tự phân hủy, không độc hại, ảnh hưởng đến da làm từ nguyên 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 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 không ion khác Sản phẩm APGs sau tổng hợp Sản phẩm APGs chuẩn bị xuất Ankyl polyglucosides (APGs) CBHD: Ts Hồ Quốc Phong 2.2 Quá trình phát triển Nhà hóa học người Đức Emil Fischer phát triển trình xác định tổng hợp APGs vào năm 1893 Quá 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 công quy trình sản xuất công nghiệp cho APGs Ngay từ năm 1893, Fischer nhận thấy tính chất thiết yếu APGs, chẳng hạn ổn định cao trình oxy hóa thủy phân, đặc biệt môi trường kiềm mạnh Cả hai đặc điểm có giá trị quan trọng ứng dụng hoạt động bề mặt Hermann Emil Fischer (1852-1919) Tổng hợp glycosides theo Fischer 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 Đỉnh cao khai thác thương mại APGs đạt vào năm 1992 với việc khánh thành nhà máy sản xuất chất kết dính APG công suất 25.000 tấn/năm tập đoàn Henkel Hoa Kỳ năm 1995 với việc mở nhà máy thứ hai công suất tương đương Henkel KGaA Đức Ankyl polyglucosides (APGs) CBHD: Ts Hồ Quốc Phong Tóm tắt phương pháp để tổng hợp glycosides 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 trình chuyển hoá phân đoạn chất béo dầu (triglycerides), tạo thành esters methyl axit béo tương ứng 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 dãy C12/14 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 ngô, 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 dạng có glucose Lựa chọn nguyên liệu thô không ảnh hưởng đến chi phí nguyên vật liệu mà ảnh hưởng đến chi phí sản xuất Nói chung, chi phí nguyên liệu tăng lên theo thứ tự tinh bột/glucose, syrup/glucose glucose monohydrate/waterfree, tùy thuộc vào yêu cầu thiết bị nhà máy chi phí sản xuất giảm theo thứ tự Ankyl polyglucosides (APGs) CBHD: Ts Hồ Quốc Phong Nguồn carbohydrate cho quy mô công nghiệp tổng hợp APGs DE = dextrose tương đương 2.3.1.3 Độ polymer hóa (Độ trùng hợp) Thông 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 mô 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 Trong phân bố cân bằng, DP chuỗi alkyl có độ dài tương tính chất sản phẩm, chẳng hạn tính phân cực, độ hòa tan,… Về nguyên tắc, phân bố oligomer mô tả mô hình toán học P M McCurry cho thấy mô hình phát triển P.J Flory để mô tả phân bố oligomer sản phẩm dựa monome đa chức áp dụng cho APGs Phiên sửa đổi phân bố 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 tăng Việc phân phối oligomer thu mô hình toán học phù hợp với kết phân tích Phân phối đặc trưng oligomer glycoside dodecyl hỗn hợp DP = 1,3 R = dodecyl Ankyl polyglucosides (APGs) CBHD: Ts Hồ Quốc Phong 2.3.2 Sản xuất APGs (Sản xuất Dodecyl polyglucosides: APGs-12) Tóm tắt 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 Quá 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 Nói chung với suất, trình chuyển hoá qua nhiều giai đoạn dẫn đến chi phí nhà máy cao so với tổng hợp trực tiếp Bên cạnh hai giai đoạn phản ứng, cần thêm bồn chứa giai đoạn tái chế cho rượu mạch ngắn APGs phải tinh chế thêm phức tạp tạp chất có tinh bột (ví dụ protein) Trong trình chuyển hoá hóa đơn giản nhất, syrups có hàm lượng glucose cao (DE> 96%) loại glucose rắn phản ứng với rượu mạch ngắn áp suất thường Các trình liên tục phát triển sở Hình bên cho thấy hai đường tổng hợp cho APGs Ankyl polyglucosides (APGs) CBHD: Ts Hồ Quốc Phong 2.3.2.1 Tổng hợp APGs-12 phương pháp tổng hợp trực tiếp: Quá trình glycosid hóa C12/14 - APG FOH = fatty alcohol Phương pháp sản xuất APGs-12 trực tiếp từ glucose rượu n-dodecyl với xúc tác p-Toluenesulfonic acid acid photphoric Lợi phương pháp chi phí sản xuất thấp, độ tinh khiết sản phẩm cao sản phẩm phụ Phương pháp chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố như: chất xúc tác, tỷ lệ rượu glucose, nhiệt độ phản ứng áp suất Qua tham khảo nhiều công trình nghiên cứu điều kiện tốt để tổng hợp APGs-12 là: tỷ lệ mol rượu glucose 7: 1; nhiệt độ phản ứng 115° C, lượng chất xúc tác 1,3%, áp suất phản ứng - kPa Trong điều kiện việc tổng hợp, xúc tác axit APGs, sản phẩm thứ cấp polydextrose, ete tạp chất màu hình thành Polydextroses chất có cấu trúc không xác định hình thành trình tổng hợp thông qua trình trùng hợp glycose Loại nồng độ chất hình thành phản ứng thứ cấp phụ thuộc vào thông số trình nhiệt độ, áp suất, thời gian phản ứng, chất xúc tác,… Một vấn đề cần giải để phát triển sản xuất APGs năm gần giảm thiểu hình thành sản phẩm thứ cấp Nếu phản ứng kết thúc sớm, hỗn hợp sản phẩm chứa lượng dextrose dư đáng kể Sự chất hoạt động APGs hỗn hợp phản ứng tương quan tốt với hình thành polydextrose, hỗn hợp phản ứng trường hợp hệ thống phản ứng mức trở thành không đồng lần thông qua việc kết tủa polydextrose Theo đó, chất lượng sản phẩm sản lượng sản phẩm bị ảnh hưởng nghiêm trọng thời gian mà phản ứng chấm dứt Trong “Fischer glycosidation”, thông số nhiệt động phản ứng nhiệt độ suất có liên quan chặt chẽ với Nhiệt độ phản ứng thấp (120° C) dẫn đến thay đổi màu sắc carbohydrate Bằng cách loại bỏ sản phẩm phản ứng có độ sôi thấp (nước tổng hợp trực tiếp, rượu mạch ngắn trình chuyển hoá) từ hỗn hợp phản ứng, cân acetalization chuyển sang phía sản phẩm Nếu lượng nước tương đối lớn tạo đơn vị thời gian, ví dụ nhiệt độ phản ứng cao, cần phải loại bỏ ảnh hưởng nước từ hỗn hợp phản ứng Điều làm giảm thiểu phản ứng thứ phát (đặc biệt hình thành polydextrose) xảy có nước Hiệu bay giai đoạn phản ứng phụ thuộc không vào áp suất, mà nhiệt độ thiết kế lò phản ứng (khuấy, khu vực trao đổi nhiệt, khu vực bay ) Áp suất phản ứng tiêu biểu trình chuyển hóa biến đổi tổng hợp trực tiếp từ 20 đến 100 mbar Một nhân tố tối ưu khác quan trọng phát triển chất xúc tác có chọn lọc cho trình glycosid hóa để ngăn chặn hình thành phản ứng polydextrose ester hóa Như đề cập, acetalization trans acetalization tổng hợp Fischer xúc tác axit Về nguyên tắc, axit có đủ độ bền thích hợp cho mục đích axit sulfuric, paratoluene alkylbenzene sulfonic acid, acid sulfosuccinic Tỷ lệ phản ứng phụ thuộc vào tính axit nồng độ axit rượu Sau phản ứng, chất xúc tác axit vô hiệu hóa bazơ thích hợp, ví dụ natri hydroxit magiê oxit Hỗn hợp phản ứng trung hoà dung dịch màu vàng có chứa từ 50 đến 80% rượu béo Trong trường hợp dodecanol/tetradecanol, yêu cầu loại bỏ rượu béo dư phần lớn đáp ứng cách chưng cất nhiều lần cách sử dụng thiết bị bay lớp mỏng ống dẫn ngắn Trong thiết bị bay này, màng mỏng di chuyển tạo hiệu bay đặc hiệu cao thời gian lưu sản phẩm ngắn đồng thời có độ chân không tốt Các sản phẩm cuối sau chưng cất APGs gần tinh khiết thu chất rắn với dải nóng chảy 70-150° C Sau loại bỏ rượu béo, APGs hòa tan trực tiếp nước để tạo hỗn hợp APGs từ 50% đến 70% Trong bước tinh chế tiếp theo, hỗn hợp làm thành sản phẩm có chất lượng đạt yêu cầu theo yêu cầu thực Các bước tinh chế bao gồm việc tẩy trắng sản phẩm, điều chỉnh đặc tính sản phẩm giá trị pH, hàm lượng hoạt chất ổn định vi khuẩn Ankyl polyglucosides (APGs) CBHD: Ts Hồ Quốc Phong 2.3.2.2 Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp: 2.3.2.2.1 Tỷ lệ mol rượu glucose: Để làm cho tốc độ phản ứng nhanh, thí nghiệm thường sử dụng lượng lớn dung dịch rượu Tuy nhiên, lượng rượu sử dụng cao làm phức tạp công đoạn tinh chế sản phẩm lãng phí nguyên liệu Trong báo cáo nghiên cứu, tỷ lệ mol rượu glucose thường là: 3: 1, 4: 1, 5: 1, 6: 1, 7: 1, 8: 9: Nghiên cứu tác dụng tỉ lệ rượu glucose tổng hợp APG-12, ta tìm tỷ lệ tốt chúng: Ảnh hưởng tỷ lệ mol rượu glucose suất Khi tỷ lệ mol rượu glucose tăng, thời gian làm rõ chất lỏng phản ứng trở nên ngắn sản lượng tăng lên sau giảm xuống Khi tỷ lệ rượu gluose 9: 1, tỷ lệ sản xuất giảm xuống 92,4% Tỷ lệ thấp dẫn tới suất thấp Do di chuyển khối lượng lượng di chuyển trở nên yếu độ nhớt hệ phản ứng trở nên lớn Glucose xảy tự trùng hợp, tỷ lệ cao rượu glucose dẫn đến sản lượng cao Do chất xúc tác bị pha loãng lượng rượu lớn nên nồng độ chất xúc tác xuống thấp, làm giảm tốc độ phản ứng kéo dài thời gian phản ứng tổng hợp Điều cho thấy lượng rượu lớn tốt Tỷ lệ mol rượu glucose 7: thích hợp 2.3.2.2.2 Ảnh hưởng chất xúc tác: Để đạt phản ứng glycosid hóa dễ dàng, tốc độ phản ứng đẩy nhanh phản ứng xảy hoàn toàn cần đến có mặt chất xúc tác Các loại chất xúc tác khác có ảnh hưởng đến đặc tính sản phẩm trình bày bảng sau: 10 Ankyl polyglucosides (APGs) CBHD: Ts Hồ Quốc Phong Dữ liệu thí nghiệm cho thấy axit chí có tính chất xúc tác khác Axít sulfuric đậm đặc có tính oxy hóa cao Axit sulfuric đậm đặc dư làm oxy hóa chất Lựa chọn chất xúc tác axit 4-toluen sulfonic axit photphoric kết hợp tốt hoạt tính xúc tác tương đối axit 4-toluen sulfonic tốt Chất xúc tác phản ứng APG-12 tổng hợp đóng vai trò quan trọng Tỷ lệ phân tử axit 4-toluen sulfonic axit phốtphoric ảnh hưởng đến suất sản phẩm hình: Ảnh hưởng chất xúc tác đến suất Năng suất bổ sung axit photphoric cải thiện Phân tích cho thấy tỉ lệ thích hợp acid toluene sulfonic acid phosphoric 3: Mặc dù tỷ lệ chuyển đổi tăng lên có lượng lớn chất xúc tác, kết hợp nhiều chất xúc tác không tốt Nhưng lượng chất xúc tác lớn đến glucose tạo chất xúc tác có tính axit cao 11 Ankyl polyglucosides (APGs) CBHD: Ts Hồ Quốc Phong Ảnh hưởng hàm lượng chất xúc tác đến suất Sự gia tăng hàm lượng chất xúc tác, sản lượng phản ứng tăng nhanh Nó xác định đạt đến lượng định Khi lượng bổ sung thấp, hiệu suất xúc tác chất xúc tác yếu Tỷ lệ phản ứng chậm, dẫn đến suất thấp Vì vậy, liều lượng chất xúc tác phải đảm bảo glucose kết hợp tiêu thụ nhanh chóng Nếu không, glucose tích tụ Nó tổng hợp nguyên nhân phản ứng muộn Kích thước hạt trở nên lớn Phản ứng khó khăn Khi lượng gia tăng lớn, tỷ lệ phản ứng tăng lên; Sau đó, glucose có khuynh hướng tập hợp Phân tích cho thấy chất xúc tác phức tạp mức 1,3% tốt Nó có suất cao tốc độ phản ứng nhanh vào thời điểm 2.3.2.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ: Để thảo luận ảnh hưởng nhiệt độ đến suất, thực thí nghiệm với mức gradient nhiệt độ khác theo điều kiện tỷ lệ mol rượu glucose 7:1, hàm lượng chất xúc tác 1,3% áp suất kPa Trong trường hợp điều kiện khác không thay đổi, đặt chín điểm nhiệt độ phản ứng tương ứng 90°, 95°C, 100°C, 105°C, 110°C, 115°C, 120°C, 125°C 135°C Từ kết luận nhiệt độ phản ứng tốt Dữ liệu thực nghiệm trình bày bảng: Tác động nhiệt độ đến suất màu sắc APGs-12 12 Ankyl polyglucosides (APGs) CBHD: Ts Hồ Quốc Phong Khi nhiệt độ 90°C, tỷ lệ sản xuất thấp, khoảng 20% Khi nhiệt độ phản ứng tăng lên đến 105°C, suất tăng nhanh 90% Nó cho thấy phản ứng diễn suôn sẻ điều kiện nhiệt độ 105°C Khi nhiệt độ 90°C đến 100°C, màu sắc phản ứng không thay đổi màu trắng Khi nhiệt độ 120°C, phản ứng diễn suôn sẻ Thời gian phản ứng rút ngắn giờ, màu sắc sản phẩm trở thành màu cam-vàng Khi nhiệt độ phản ứng cao, chi phí sản xuất tăng lên sản lượng giảm Khi nhiệt độ 125°C, tạo nhiều vật liệu màu đen Bằng cách suy luận, glucose bị carbon hóa nhiệt độ cao Sản lượng giảm xuống 93% 135°C Do đó, để có chất lượng cao APG12, việc lựa chọn nhiệt độ điều quan trọng Nói chung, điều khiển nhiệt độ phản ứng tổng hợp 110°C - 120°C thích hợp 2.3.2.2.4 Ảnh hưởng áp suất: Sự thay đổi áp suất ảnh hưởng đến tỷ lệ nước Giảm thể tích nước sản phẩm cải thiện tỷ lệ sản phẩm phản ứng Nhiệt độ cao hơn, áp suất thấp tốc độ nước nhanh Trong điều kiện tỷ lệ mol rượu glucose 7: 1, nhiệt độ 115°C, lượng chất xúc tác 1,3% Ảnh hưởng suất quan sát cách thay đổi áp suất phản ứng Kết thí nghiệm thể hình: Ảnh hưởng áp suất đến suất Áp suất thấp sản lượng cao Khi áp suất lớn kPa, suất giảm xuống 20% thấp Trong kPa-8 kPa, suất thay đổi nhanh chóng Năng suất vào cân áp suất kPa Năng suất đạt 90% Do đó, áp suất phản ứng tốt nên kPa-4 kPa 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 13 Ankyl polyglucosides (APGs) CBHD: Ts Hồ Quốc Phong Thành phần hai mẫu chất hoạt động bề mặt APGs Alkyl monoglycosides nhóm thành phần có hàm lượng > 50%, diglycosides oligomers cao tiếp đến heptaglycosides Một lượng nhỏ loại có hàm lượng glycosid hóa cao có mặt Các loại có mức độ glycosid hóa > thường không 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 sôi 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) 14 Ankyl polyglucosides (APGs) CBHD: Ts Hồ Quốc Phong 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 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 đòi 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 không đòi hỏi phải có độ phân giải cao nhiều thành phần Các ứng dụng điển hình bao gồm nhận dạng nguyên liệu thô, 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: Có khả tương tác tổng hợp tốt với chất hoạt động bề mặt anion Khả tạo bọt tốt Khả kích ứng da thấp Đặc tính sinh thái tuyệt vời độc tính thấp 15 Yêu cầu nước rửa chén bát tay Ankyl polyglucosides (APGs) CBHD: Ts Hồ Quốc Phong Nguồn gốc hoàn toàn từ nguồn tái tạo 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 C12/14 APG - Công thức sản phẩm rửa chén dạng khối Bắc Mỹ Công thức chung thị trường châu Âu Công thức sản phẩm nước châu Á Công thức sản phẩm Mỹ Latinh 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 16 Ankyl polyglucosides (APGs) CBHD: Ts Hồ Quốc Phong 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 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 Công thức chung cho chất tẩy rửa phòng tắm Công thức chung cho chất tẩy rửa cửa sổ 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 không góp phần làm thay phần APGs Chất tẩy rửa đặc biệt dạng lỏng tạo có giá trị pH