Nghiên cứu tổng hợp chất hoạt động bề mặt để xử lý dầu mỡ trên vải sợi

bộ giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hµ néi - luận văn thạc sĩ khoa học nghiên cứu tổng hợp chất hoạt động bề mặt để xử lý dầu mỡ vải sợi ngành : công nghệ hoá học Hoàng hải Người hướng dẫn khoa học : pgs.ts đinh thị ngọ hà Nội 2007 MC LC Nội dung Trang Mở đầu…………………………… …………………………………… CHƯƠNG I : TỔNG QUAN LÝ THUYẾT…………………………… 1.1 Các loại vải sợi nguồn nhiễm bẩn……… ……………… 1.1.1 Giới thiệu chung loại vải sợi…………………………… 1.1.2 Cấu trúc tính chất hố lý bề mặt vải sợi……………………… 1.1.3 Các nguồn nhiễm bẩn vải sợi………………………………… 1.1.4 Tiền xử lý vải sợi……………………………………………… 1.1.5 Lựa chọn dầu thực vật thích hợp để tổng hợp chất tẩy rửa vải sợi 10 1.1.6 Giới thiệu số chất tẩy rửa vải sợi…………………………… 10 1.2 Dầu thông chất tẩy rửa…………………………………………… 12 1.2.1 Giới thiệu dầu thông………………………………………… 12 1.2.2 Thành phần chất tẩy rửa………………………………………… 13 1.3 Cơ chế tẩy rửa……………………………………………………… 25 1.3.1 Các yếu tổ ảnh hưởng đến trình tẩy rửa 25 1.3.2 Các chế tẩy rửa khác 26 1.4 Các phương pháp biến tính dầu thơng……………………………… 31 1.4.1 Sulfat hố dầu thơng…………………………………………… 31 1.4.2 Hydrat hố dầu thơng…………………………………………… 33 1.4.3 Oxy hố dầu thông……………………………………………… 34 CHƯƠNG : THỰC NGHIỆM ……………………………………… 35 2.1 Nghiên cứu tính chất hố lý bề mặt vải cotton………………… 35 2.1.1 Chuẩn bị mẫu vải Cotton………… ……………………… 35 2.1.2 Chụp SEM mẫu vải Cotton…………………….……………… 35 2.2 Tổng hợp chất HĐBM phương pháp sulfat hoá dầu thông… 35 2.2.1 Nguyên liệu…………………………………………………… 35 2.2.2 Thiết bị, dụng cụ……………………………………………… 35 2.2.3 Sulfat hố dầu thơng để tổng hợp chất hoạt động bề mặt 36 2.3 Chế tạo hỗn hợp chất tẩy rửa sở dầu thông sulfat hoá…… 37 2.3.1 Nguyên liệu……………………….……………………… 37 2.3.2 Thiết bị, dụng cụ………………….………………………… 37 2.3.3 Điều chế………………………….………………………… 37 2.4 Đánh giá hoạt tính chất tẩy rửa điều chế………………… 38 2.4.1 Pha dung dịch chất tẩy rửa…………………………………… 39 2.4.2 Ngâm mẫu để xác định khả tẩy rửa…………………… 39 2.4.3 Đo độ trắng vải………………………………………… 39 2.5 Xác định số thơng số hố lý chất tẩy rửa………………… 40 2.5.1 Xác định độ bay hơi………………………………………… 40 2.5.2 Đo sức căng bề mặt (SCBM) chất tẩy rửa nước… 40 2.5.3 Xác định hàm lượng lưu huỳnh……………………………… 43 2.5.4 Xác định độ nhớt động học………………………………… 46 2.5.5 Xác định tỷ trọng…………………………………………… 48 CHƯƠNG : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ………………………… 50 3.1 Nghiên cứu cấu trúc bề mặt vải cotton………………………… 50 3.1.1 Cấu trúc vải cotton…………………………………………… 50 3.1.2 Bề mặt vải cotton…………………………………………… 52 3.2 Cơ chế bám dính dầu mỡ vải sợi………………………… 53 3.3.Khảo sát nguyên liệu dầu thông ban đầu……… ………………… 55 3.3.1 Thành phần dầu thông……………………………………… 55 3.3.2 Các thông số hố lý dầu thơng……………………… … 56 3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình sulfat hố…………………… 56 3.4.1 Ảnh hưởng nồng độ axit………………………………… 57 3.4.2 Ảnh hưởng lượng axit………………………………… 58 3.4.3 Ảnh hưởng nhiệt độ…………………………………… 59 3.4.4 Ảnh hưởng thời gian phản ứng………………………… 61 3.4.5 Hàm lượng lưu huỳnh ……………………………………… 62 3.4.6 So sánh khả tẩy rửa dầu thơng sulfat hố dầu thơng 64 chưa biến tính 3.5 Thảo luận chế phản ứng sulfat hoá 64 3.6 Xác định nhóm xuất sau q trình sulfat hố phổ IR 66 3.7 Tổng hợp chất tẩy rửa (CTR) từ dầu thơng biến tính sulfat hố… 67 3.7.1 Ảnh hưởng hàm lượng axit oleic đến hoạt tính CTR… 68 3.7.2 Ảnh hưởng hàm lượng TEA đến hoạt tính CTR……… 69 3.7.3 Ảnh hưởng phụ gia tẩy trắng đến hoạt tính CTR… 70 3.7.4 Ảnh hưởng nhiệt độ tới hoạt tính CTR……………… 73 3.7.5 Ảnh hưởng thời gian ngâm mẫu đến hoạt tính CTR… 74 3.8 Thành phần chất tẩy rửa BK-HNS………………………………… 75 3.9 Đề xuất chế tẩy rửa…………………………………………… 76 3.10 Một số thơng số hố lý chất tẩy rửa BK-HNS… …………… 79 3.11 Quy hoạch thực nghiệm………………………………………… 80 Kết luận………………………………………………………………… 86 Tài liệu tham khảo……………………………………………………… Tóm tắt…………………………………………………………………… Abstract………………………………………………………………… Luận văn thạc sĩ khoa học MỞ ĐẦU Trong ngành công nghiệp dệt, công đoạn xử lý dầu mỡ bám vải sợi sau dệt đóng vai trò quan trọng Vải sợi phải xử lý làm dầu mỡ tạp chất trước tiến hành cơng đoạn sau nhuộm màu, in hoa để tránh tượng loang màu, bền màu… Hiện doanh nghiệp dệt may nước phải nhập ngoại hoàn toàn lượng chất tẩy rửa dùng cho công đoạn Các chất tẩy rửa nhập ngoại có giá thành cao, gây nhiễm mơi trường nặng nề Mặt khác, nước ta có nguồn dầu thực vật dồi dào, giá rẻ, phù hợp làm nguyên liệu để sản xuất chất tẩy rửa Vì vậy, việc nghiên cứu tổng hợp chất tẩy rửa có hoạt tính cao, giá rẻ, thân thiện với mơi trường từ nguồn dầu thực vật dồi nước để thay dần chất tẩy rửa nhập ngoại nhu cầu thiết Luận văn nghiên cứu trình tổng hợp chất tẩy rửa từ dầu thơng sulfat hố để xử lý dầu mỡ vải sợi, bao gồm điểm với nội dung sau đây: - Nghiên cứu cấu trúc vải sợi cotton chế bám dính dầu mỡ bề mặt vải từ đề xuất chế tẩy rửa dầu mỡ bám bề mặt vải - Biến tính dầu thơng phương pháp sulfat hố để tạo chất hoạt động bề mặt có hoạt tính cao, dễ phân huỷ sinh học, thân thiện với môi trường để thay chất hoạt động bề mặt sản xuất từ dầu mỏ gây ô nhiễm môi trường - Phối trộn dầu thơng sulfat hố với phụ gia khác để tạo chất tẩy rửa dầu mỡ vải sợi có hoạt tính cao Hồng Duy Hải Luận văn thạc sĩ khoa học CHƯƠNG I : TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 CÁC LOẠI VẢI SỢI VÀ NGUỒN GỐC NHIỄM BẨN 1.1.1 Giới thiệu chung loại vải sợi Ngày có nhiều loại sợi sử dụng công nghiệp may mặc, loại sợi địi hỏi xử lý khác Thơng thường ta chia sợi thành ba nhóm dựa theo nguồn gốc chúng [1,15,26,45]: • Sợi thiên nhiên : Được sản xuất từ thảo mộc (như bông, sợi gai) động vật (như len, tơ).Trong bơng sử dụng cơng nghiệp dệt với tỉ lệ lớn 52÷60%, cịn len chim t 6ữ9% ã Si nhõn to : Dn xut từ xenluloza (viscose, autate, rayonne…) • Sợi hỗn hợp : Sợi hỗn hợp gồm hỗn hợp sợi thiên nhiên sợi tổng hợp polyester-bông sợi Sợi hỗn hợp phát huy ưu điểm loại sợi mà hạn chế nhược điểm riêng loại sợi • Sợi tổng hợp : Polyester, acrylic, polyamit…Sợi tổng hợp hỗn hợp nhiều loại sợi (như polyeste-bông sợi) giúp phối hợp ưu điểm loại sợi sử dụng Các loại sợi dệt khác tóm tắt bảng 1.1 [1] Hoàng Duy Hải Luận văn thạc sĩ khoa học Bảng 1.1 : Các loại sợi dệt khác Loại sợi Đặc tính Sợi thiên nhiên thực vật: Khuyến cáo xử lý Chịu nhiệt cao, Dai, bền BÔNG - SỢI GAI chà xát mạnh xử lý Clo Sợi thiên nhiên động Mỏng manh, 40% Phải xử lý thận trọng, vật: sức bền dai chúng giặt xả nhiệt độ 20 LEN - TƠ bị ướt đến 30oC tối đa Sợi nhân tạo (viscose, Dẫn xuất sợi thiên Không dùng Clo để xử axcetate) nhiên thực vật Sợi hỗn hợp (hỗn hợp Kết hợp ưu điểm sợi Nhiệt độ giặt phụ thuộc sợi tổng hợp tự nhiên sợi tổng hợp thiên nhiên) lý vào chất loại sợi Có tính bền Chúng Ít chịu nhiệt độ Sợi tổng hợp: khơng nước cao Do việc tẩy rửa NYLON - RILSAN chất bẩn thấm sâu vào, cần xác nhận ngoại trừ số chất mỡ thận trọng Hiện để sản xuất vải cho công nghiệp may mặc người ta thường sử dụng vải pha Vải pha vải dệt từ loại xơ khác nhau, nhằm thu sản phẩm dệt có tính chất sử dụng Các mặt hàng vải pha sản xuất sử dụng phổ biến giới, nhiên nước ta loại vải bắt đầu tổ chức sản xuất Phương pháp thông dụng để sản xuất vải pha pha trộn loại xơ với từ giai đoạn kéo sợi Việc pha trộn loại xơ với mang lại lợi ích sau [47,48,50]: Hồng Duy Hải Luận văn thạc sĩ khoa học - Để giảm giá thành sản phẩm: chẳng hạn pha với len, xơ polyamit với len giá thành vải giảm nhiều len loại nguyên liệu quý đắt - Để đạt hiệu sử dụng mới: chẳng hạn pha xơ xenlulo (bông,visco) với xơ tổng hợp (polyamit, polyester, polyacrylonitrin), xơ xenlulo hút ẩm, hút mồ hôi tốt, bị nhàu, độ bền thấp, thời gian sử dụng ngắn; xơ tổng hợp bền hơn, chịu tác dụng phá huỷ vi sinh vật, lại có khả chống biến dạng cao, giữ nếp lâu Vì lý kể nên mặt hàng vải pha đa dạng, chủ yếu pha xơ thiên nhiên với xơ tổng hợp, bao gồm loại vải pha sau [41,42]: - Vải pha xơ hiđrat xenlulo - Vải pha xơ axetat - Vải pha xơ polyamit - Vải polyester pha bơng (cịn gọi vải Pe/co) - Vải len pha xơ polyamit - Vải len pha xơ polyester 1.1.2 Cấu trúc tính chất hố lý bề mặt vải sợi a Cấu trúc vải Vải cấu tạo từ nhiều bó sợi, bó sợi gồm nhiều sợi Mỗi sợi vải lại tạo nên từ nhiều xơ, xơ xếp cách ngẫu nhiên tạo hệ thống mao quản với đường kính trung bình 50nm [32, 15] Giữa bó sợi có khoảng cách bó sợi lại xếp chồng lên để tạo độ dầy vải Chính xếp tạo hệ thống lỗ trống, giúp cho chất bẩn dễ dàng sâu vào cấu trúc vải b Hố lý bề mặt vải sợi Hồng Duy Hải Luận văn thạc sĩ khoa học Tất loại xơ, sợi dệt dùng công nghiệp dệt hợp chất cao phân tử Tất hợp chất cao phân tử khó hồ tan, có số hợp chất cao phân tử có nhiệt độ nóng chảy cố định, cịn đa số gia nhiệt bị phân huỷ trước chuyển sang trạng thái mềm hay chảy lỏng, bị phân huỷ mà không chảy lỏng [1,15,26] - Sợi : thành phần chủ yếu sợi xenlulo (C6H10O5)n, chiếm tới 96%, lại thành phần : keo pectin, nitơ, mỡ, sáp tro Bề mặt sợi khơng tích điện, có sức căng bề mặt lớn khó bị nhiễm bẩn dầu mỡ so với loại sợi khác [45,51] - Sợi polyamit (sợi tổng hợp): mạch đại phân tử chứa nhóm metylen (-CH2-), nhóm liên kết với liên kết peptit (-CO-NH-) Khả tĩnh điện sợi cao dễ bị lão hoá tác dụng ánh sáng mặt trời [15,47] - Sợi polyeste : mắt xích sợi polyester có dạng tổng quát sau : -[-CO-C6H4-CO-O-(CH2)2-O-]- Sợi polyester tương đối bền với tác dụng axit, chất oxy hố, chất khử dung mơi hữu thông thường lại bền tác dụng kiềm Do chứa nhóm ưa nước, có cấu trúc chặt chẽ nên sợi có hàm ẩm thấp Do sợi có khả cách điện cao dễ tích điện gây khó khăn cho q trình dệt nhuộm [15,56] 1.1.3 Các nguồn gốc nhiễm bẩn vải sợi Dầu mỡ bám vào vải sợi nhiều nguồn khác nhau, cụ thể [15,26,48] : - Dầu mỡ bám quần áo công nhân nhà máy đóng tàu, cửa hàng sửa chữa xe máy, tơ, - Q trình khai thác chế biến ngành cơng nghiệp dầu khí - Trong cơng nghiệp dệt, vải dệt từ sợi Trước sợi qua máy dệt để tạo thành vải sợi đưa qua dung dịch hoá chất (có Hồng Duy Hải Luận văn thạc sĩ khoa học chứa dầu) sáp Mục đích cơng đoạn để tránh cho sợi bị xù lông để sợi khơng bị dính vào q trình dệt (do dầu sáp bao quanh sợi làm giảm khả tĩnh điện sợi) Các loại sợi dệt chứa lượng tạp chất định, sau dệt sợi lại chứa thêm dầu (bao gồm dầu mỡ từ máy dệt dầu đưa vào để bao quanh sợi nhằm chống lại tĩnh điện sợi) Vì lẽ mà vải mộc chưa có tính chất sử dụng, chưa thể đem nhuộm in hoa thuốc nhuộm hố chất khó khuyếch tán vào vải làm màu nhuộm khó bền Bởi vậy, trước nhuộm in hoa tất loại vải phải làm hoá học hay thường gọi chuẩn bị, tiền xử lý Vải qua chuẩn bị dễ thấm nước, thấm mồ hôi, có độ trắng cần thiết, nhẵn mịn, mềm mại đẹp mà cịn có khả hấp phụ thuốc nhuộm cao, làm cho màu dễ bền Luận văn nghiên cứu loại vết bẩn dầu mỡ vải sợi xuất hiên trình dệt 1.1.4 Tiền xử lý sau dệt Quy trình cơng nghệ thiết bị tiền xử lý dạng sản phẩm (xơ, sợi hay vải), loại vật liệu (xơ thiên nhiên hay xơ hoá học), yêu cầu chất lượng sản phẩm định Nói chung, trình chuẩn bị vải gồm có : kiểm tra phân loại, đốt đầu xơ, giũ hồ, giặt, nấu, tẩy trắng, làm bóng, gỡ sấy…và q trình phụ khác tuỳ thuộc vào loại vật liệu [15,26,45] Ở công đoạn tẩy trắng vải, cần phải sử dụng lượng chất tẩy rửa định Xuất phát từ yêu cầu chất tẩy rửa cho vải sợi bị nhiễm bẩn dầu mỡ, nghiên cứu tổng hợp chất tẩy rửa từ dầu thực vật Chất tẩy rửa sử dụng dầu thực vật làm chất hoạt động bề mặt có pha thêm số phụ gia khác Hoàng Duy Hải Luận văn thạc sĩ khoa học Độ trắng vải % 99 98 98 97 96 96.1 95.9 98.5 97.2 96.5 96.4 96.2 95.7 94.7 95 94 94.8 93.8 93.4 92.9 93 92 94.2 91 90 % Phụ gia tẩy trắng NaClO H2O2 Na2SO3 Hình 3.18: Ảnh hưởng hàm lượng phụ gia tẩy trắng tới hoạt tính CTR Như vậy, với điều kiện thí nghiệm phụ gia tẩy trắng khác gây ảnh hưởng khác tới hoạt tính chất tẩy rửa Dựa vào đồ thị ta thấy phụ gia H2O2 với hàm lượng 6%(kl) chất tẩy rửa cho hiệu tẩy trắng tốt Vì chúng tơi lựa chọn phụ gia H2O2 làm nguyên liệu để pha chế chất tẩy rửa 3.7.4 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hoạt tính CTR Sau lựa chọn thành phần tối ưu cho chất tẩy rửa gồm : 91% DTBT, 6% phụ gia tẩy trắng H2O2, 2% axit oleic, 1% TEA tiến hành khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ tới trình tẩy rửa Bằng cách thay đổi nhiệt độ tẩy khác nhau, giữ nguyên tốc độ khuấy ngâm mẫu khoảng thời gian định, thu kết sau : Bảng 3.13 : Sự phụ thuộc hoạt tính tẩy rửa vào nhiệt độ Tên mẫu Nhiệt độ Độ trắng vải (oC) (%) 70 Hoàng Duy Hải Luận văn thạc sĩ khoa học S43 30 97.3 S44 40 98.5 S45 50 98.58 S46 60 98.63 Từ bảng số liệu ta xây dựng đồ thị biểu diễn phụ thuộc hoạt tính tẩy rửa vào nhiệt độ sau: Độ trắng vải (%) 99 98.5 98.58 98.63 40 50 60 98.5 98 97.5 97.3 97 96.5 30 Nhiệt độ (C) Hình 3.19 : Ảnh hưởng nhiệt độ tẩy tới hoạt tính tẩy rửa Khi tăng nhiệt độ, độ trắng vải tăng lên Ở nhiệt độ lớn 40oC hiệu tẩy trắng gần khơng đổi, nhiên q trình giặt tẩy diễn nhiệt độ cao làm cho sợi vải nhanh bị lão hóa hơn, lựa chọn nhiệt độ tẩy trắng tối ưu 40oC 3.7.5 Ảnh hưởng thời gian ngâm mẫu đến hiệu tẩy rửa Chúng tiến hành cố định nhiệt độ tẩy trắng, cố định tốc độ khuấy thay đổi thời gian ngâm mẫu Kết thể bảng số liệu : Bảng 3.14 : Sự phụ thuộc hiệu tẩy rửa vào thời gian ngâm mẫu 71 Hoàng Duy Hải Luận văn thạc sĩ khoa học Thời gian ngâm Độ trắng vải (giờ) (%) S47 94.2 S48 98.5 S49 96.8 S50 95.4 Tên mẫu Từ bảng số liệu ta có đồ thị 98.5 Độ trắng vải (%) 99 98 96.8 97 96 95 95.4 94.2 94 93 92 Thời gian (h) Hình 3.20 : Ảnh hưởng thời gian ngâm mẫu tới hoạt tính tẩy rửa Như vậy, tăng thời gian ngâm mẫu độ trắng vải tăng lên Nhưng ngâm mẫu lâu độ trắng vải lại giảm Có thể cho rằng, thời gian ngâm mẫu tăng lên khả vết bẩn tái bám trở lại bề mặt sợi vải tăng lên Do đó, thời gian ngâm mẫu hợp lý 3h 3.8 THÀNH PHẦN CHẤT TẨY RỬA BK-HNS 72 Hoàng Duy Hải Luận văn thạc sĩ khoa học Sau nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng tới hoạt tính tẩy rửa chất tẩy rửa vải sợi (vải cotton), tổng hợp chất hoạt động bề mặt, sở phối trộn thành chất tẩy rửa BK-HNS có thành phần sau Bảng 3.15 : Thành phần tối ưu để tổng hợp chất tẩy rửa BK-HNS Mẫu S35 Thời Độ DTBT H2O2 oleic TEA Nhiệt độ gian trắng (% kl) (% kl) (% kl) (% kl) (oC) ngâm vải (giờ) (%) 98.5 91 40 3.9 ĐỀ XUẤT CƠ CHẾ TẨY RỬA Từ kết chụp SEM thấy dầu mỡ bám vải sợi chủ yếu bề mặt khoảng trống bó sợi Điều hoàn toàn hợp lý cấu tử dầu mỡ chủ yếu chất có phân tử lượng cao, cấu tạo phân tử cồng kềnh dẫn tới kích thước phân tử lớn, khó sâu vào hệ thống mao quản sợi với đường kính mao quản trung bình 50nm Tuy nhiên có phân tử có kích thước nhỏ (như parafin dùng trình chuốt sợi) len lỏi sâu vào pore sợi vải Dầu thơng sulfat hố chất hoạt động bề mặt anion phân cực mạnh, lại có cấu trúc tương đồng với cấu tử có thành phần dầu mỡ nên dễ dàng hồ tan chất bẩn kéo khỏi bề mặt vải sợi Mặt khác, kích thước động học phân tử DTBT khoảng 4.1Å ÷ 4.7Å (nhỏ nhiều đường kính mao quản sợi khoảng cách bó sợi) nên dễ dàng len lỏi vào khoảng trống để kéo vết bẩn Từ kết thực nghiệm thu được, thấy độ trắng vải cao chất tẩy rửa có sử dụng phụ gia H2O2 Điều đặc biệt kết 73 Hoàng Duy Hải Luận văn thạc sĩ khoa học thể có mặt đồng thời DTBT H2O2 mà khơng thể chất đứng độc lập Theo chúng tơi, có hướng giải thích điều : • Có lẽ có hình thành hợp chất trung gian hoạt động DTBT H2O2 Bởi tác dụng nhiệt độ ánh sáng, hydropeoxit H2O2 dễ dàng bị phân ly thành gốc tự HO* Các gốc tự tác dụng với phần α-pinen β-pinen chưa phản ứng hết tạo terpinol có hoạt tính tẩy rửa cao Mặc khác gốc HO* cịn tác dụng với cấu tử dầu thơng sulfat hố để tạo gốc tự Sự kết hợp gốc tự tạo hợp chất có hoạt tính tẩy rửa tốt DTBT ban đầu Việc làm rõ thành phần cấu trúc thực hợp chất trung gian phức tạp, đòi hỏi phải nghiên cứu thời gian dài với phương tiện tân tiến Do điều kiện không cho phép, đưa số giả thuyết hợp chất trung gian nhu sau: CH3 CH3 CH3 C C COH HC CH3 CH CH H2 C CH HC + OH HC CH3 CH2OH CH H2 C CH CH2 + OH HC CH3 CH2OH CH H2 C CH CH2 CH2 CH2 CHOH CHOH C C COH CH3 CH2 CH H2 C CH CH2 + OH HC CH3 CH2 CH H2 C CH CH2 74 + OH HC CH3 CH2 CH H2 C CH CH2 Hoàng Duy Hải Luận văn thạc sĩ khoa học • H2O2 bị phân tách thành H2O O nguyên tử Chúng ta biết O ngun tử có tính oxy hố cao Hơn kích thước động học nhỏ kích thước động học dầu thơng sulfat hố, sâu vào pore vải (mà vị trí dầu thơng sulfat hố khơng thể vào được) để “lơi” chất bẩn Ngoài để đề xuất chế tẩy rửa dầu mỡ khỏi bề mặt vải sợi, chúng tơi cịn dựa vào mối quan hệ SCBM với hoạt tính chất tẩy rửa Kết sau: Bảng 3.16 : Quan hệ hoạt tính tẩy rửa sức căng bề mặt Tên mẫu Độ trắng vải (%) SCBM (mN/m) S35 98.5 10.09 S36 97.2 11.08 S34 96.4 11.14 S37 96.2 11.19 S33 95.9 11.24 S40 94.7 11.97 S41 94.2 12.63 S39 93.4 13.39 Từ bảng số liệu ta có đồ thị : 75 Hồng Duy Hải Độ trắng vải (%) Luận văn thạc sĩ khoa học 98 97.2 96.4 97 96.2 96 95.9 94.7 95 94.2 93.4 94 93 92 91 11.08 11.14 11.19 11.24 11.97 12.63 13.39 SCBM (mN/m) Hình 3.21 : Mối quan hệ hoạt tính tẩy rửa sức căng bề mặt Từ đồ thị hình 3.15 thấy rằng, mẫu có hoạt tính tẩy rửa lớn SCBM nhỏ ngược lại Cơ chế “Rolling up” liên quan đến việc tẩy rửa vết bẩn thể lỏng có chất béo chủ yếu nhờ chất HĐBM làm giảm sức căng giao diện Sau có CMC khơng cịn giảm sức căng giao diện Tuy nhiên người ta thấy độ tẩy rửa gia tăng vượt CMC, ta cần phải nhờ chế khác-sự hồ tan hố Chất bẩn hoà tan mixen chất HĐBM dung dịch chứa nước theo cách tách khỏi bề mặt nhiễm bẩn, nhiên phần nhỏ chất HĐBM có mặt trạng thái mixen Như vậy, để có tẩy rửa tốt, khơng cần phải giảm SCBM (cơ chế “Rolling up”) mà cịn phải tăng nồng độ hoạt chất để hình thành mixen (hồ tan hố) có số mixen vừa đủ, tuỳ theo lượng vết bẩn béo có mặt Có thể mơ tả chế tẩy rửa dầu mỡ vải sợi theo mơ hình sau : 76 Hoàng Duy Hải Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 3.22 : Mơ tả q trình tẩy rửa dầu mỡ vải sợi Giai đoạn I : Chất hoạt động bề mặt công vào vết bẩn nằm bề mặt vải sợi pore Trong giai đoạn chất hoạt động bề mặt dịch chuyển bao phủ xung quanh phân tử chất bẩn Giai đoạn II, III : Sự công chất HĐBM tác nhân khác Các chất hoạt động bề mặt có đầu phân cực đầu khơng phân cực Đầu khơng phân cực hướng phía vết bẩn dầu mỡ, tương tác với phần tử dầu mỡ, hồ tan chúng, đầu khơng phân cực hướng phía dung dịch Nhờ tác động chất HĐBM góc thấm ướt phân tử vế bẩn vải tăng lên, phân tử dầu mỡ có xu hướng tách khởi sợi vải Giai đoạn IV : Giọt dầu chất bẩn khác bị tách khỏi sợi Nhờ tác động học cac chất hoạt động bề mặt, phân tử dầu mỡ tách hoàn toàn khỏi bề mặt vải 77 Hoàng Duy Hải Luận văn thạc sĩ khoa học 3.10 MỘT SỐ THÔNG SỐ HOÁ LÝ CỦA CHẤT TẨY RỬA BK-HNS Bằng phương pháp thực nghiệm xác định thơng số hố lý chất tẩy rửa BK-HNS sau : Bảng 3.17 : Một số thông số hoá lý chất tẩy rửa BK-HNS Độ bay Mẫu Tỷ (g/m2.h.10-3) trọng BK-HNS 9.6242 0.9989 SCBM (mN/m) 11.66 pH 7.1 Độ nhớt (cSt) 2.513 Màu sắc Vàng chanh Độ tan nước 100% 3.11 QUY HOẠCH THỰC NHGIỆM Kế hoạch hoá thực nghiệm cho phép dẫn tới tối ưu hố số thực nghiệm cần thiết, đồng thời tìm giá trị tối ưu hàm cần tìm Mơ hình thống kê tối ưu hố thống kê phương pháp ưu việt để xác định thành phần tối ưu chất tẩy rửa, đem lại hiệu tẩy rửa cao Ở việc xác định thơng số mơ hình nhờ xử lý số liệu theo phương pháp thống kê vào thực nghiệm theo kế hoạch thực nghiệm hai mức tối ưu bậc Nghiên cứu phụ thuộc hiệu tẩy rửa vào thành phần dầu thơng sulfat hố thành phần phụ gia tẩy trắng H2O2 với phạm vi biến đổi sau: - Thành phần dầu thông sulfat hoá (%KL): Z1 = 89 – 93% - Thành phần phụ gia tẩy trắng H2O2 (%KL): Z2 = – 8% Số yếu tố độc lập k=2 Số kế hoạch thực nghiệm N = 2k = 22 = Mơ hình thống kê biểu diễn phụ thuộc thành phần dầu thơng sulfat hố thành phần phụ gia tẩy trắng có dạng: y = b0 + b1 x1 + b2 x2 + b12 x1 x2 (1) Trong đó: y : Độ tẩy rửa (%) 78 Hồng Duy Hải Luận văn thạc sĩ khoa học x1 , x : Thành phần khối lượng dầu thông sulfat hoá phụ gia tẩy trắng H2O2 Ma trận kế hoạch thưc nghiệm hai mức tối ưu để xác định thông số b0 , b1 , b2 , b12 mơ sau: Bảng 3.18: Ma trận kế hoạch Biến thực STT Biến mã hoá y x0 x1 x2 x1 x Z1 Z2 89 -1 -1 90.94 93 1 -1 -1 97.16 89 -1 -1 97.44 93 1 1 97.35 Căn vào ma trận kế hoạch ta xác định hệ số hồi quy bj theo công thức: bj = N N ∑x i =1 ji y j Trong đó: N: số thực nghiệm (N = 4) Từ tính ra: b0 = 95.721; b1 = 1.533; b2 = 1.673; b12 = -1.576 Tính phương sai lặp: S lap = m ∑ ( yoa − yo ) m − a =1 Trong đó: Slặp: Phương sai lặp m: Số thí nghiệm tâm 79 Hoàng Duy Hải Luận văn thạc sĩ khoa học yoa: Giá trị y thí nghiệm thứ a tâm yo: Giá trị trung bình y tâm yo = m ∑ yoa m a =1 Tiến hành ba thí nghiệm tâm kế hoạch thu kết y01 = 98.2; y02 = 98.6; y03 = 98.7 Giá trị trung bình y tâm: y0 = 98.5 Phương sai lặp Slap = 0.07 Giá trị độ lệch tiêu chuẩn Sbj phân bố bj xác định theo công thức: S = bj S lap = 0,07 = 0,0175 S bj = 0,132 Với bậc tự lặp f2 = m – = – = mức có nghĩa p = 0.05 tra bảng 6.11 [25] ta có giá trị chuẩn số student t2:0.05=4.303 Hệ số bj có nghĩa b j ≥ S bj t1:0,05 = 0,132.4.03 = 0.568 Vậy tất hệ số có nghĩa Y = 95.721 + 1.533.x1 + 1.673.x2 – 1.576.x1.x2 (2) S du2 Kiểm tra tương hợp nhờ chuẩn số Fisher: F = S lap Sdu phương sai dư: S du2 = ( N ∑ y j − y 'j N − l i =1 ) yj: Giá trị thực nghiệm y’j: Giá trị tính theo cơng thức (2) 80 Hồng Duy Hải Luận văn thạc sĩ khoa học l: Số hệ số phương trình (2) Tính tốn kết ta có: S du2 = 0.006058 Vậy F = 0.006058 = 0.0865 0.07 Số bậc tự lặp f2 = 2, bậc tự dư f1 = 1, mức có nghĩa p = 0.05 Tra bảng 6.12 [25] ta F1:2:0.05 = 18.5 Ta thấy F = 0.0865 < F1:2:0.05 = 18.5 nên mơ hình tuyến tính phù hợp với tranh thực nghiệm Phương trình hồi quy thu được: y = 95.721 + 1.533.x1 + 1.673.x2 – 1.576.x1.x2 Tiến hành tối ưu hoá theo phương pháp leo dốc với điểm mơ tả cục theo bề mặt mức có dạng: y = b0 + b1.x1 + b2.x2 y = 95.721 + 1.533.x1 + 1.673.x2 dy x1 = 1.533 dy x2 = 1.673 Chuyển động tiếp tục bề mặt mức theo hướng gradient biểu thức mô tả gần trên: y = b0 + b1.x1 + b2.x2 Đại lượng bước dịch chuyển: ∆DZ = k (1.533).1 Chọn k = 0.1 ∆DZ = 0.15 Tương tự: ∆DZ = k (1.673).1 = 0.17 Tiến hành thí nghiệm với nhóm thí nghiệm tâm ta có bảng số liệu 3.19 81 Hoàng Duy Hải Luận văn thạc sĩ khoa học Bảng 3.19: Các thí nghiệm tâm STT Z1 Z2 y 90.85 97.87 91.15 98.82 91.3 97.92 91.15 5.83 97.64 91.15 6.17 98.93 91.15 6.34 97.83 Chọn mẫu làm điểm tối ưu cục có thành phần dầu thơng biến tính 91.15% , thành phần H2O2 6.17% độ tẩy rửa đạt 98.93% So sánh độ tẩy rửa mẫu thực nghiệm mẫu quy hoạch thực nghiệm: Bảng 3.20: Mẫu thực nghiệm mẫu quy hoạch thực nghiệm tối ưu Thành phần (%KL) Mẫu S35 Mẫu tối ưu cục Dầu thơng biến tính 91 91.15 Phụ gia tẩy trắng H2O2 6.17 Axit Oleic 2 TEA 1 98.5 98.93 Độ tẩy rửa (%) Qua trình quy hoạch thực nghiệm ta hạn chế số lần thực nghiệm mà tìm thành phần tối ưu mong muốn Tuy nhiên, thời gian hạn chế nên dừng lại điểm tối ưu cục 82 Hoàng Duy Hải Luận văn thạc sĩ khoa học Độ tẩy rửa theo phương pháp thực nghiệm phương pháp mô hình hố gần giống KẾT LUẬN Nghiên cứu cấu trúc bề mặt vải cotton, thấy vải cấu tạo từ nhiều bó sợi, bó sợi gồm nhiều sợi, khoảng cách trung bình sợi bó sợi 20,8.103nm Mỗi sợi vải lại tạo nên từ nhiều xơ Các xơ xếp cách ngẫu nhiên tạo hệ thống mao quản có đường kính trung bình 50nm Hơn nữa, bó sợi có khoảng cách (khoảng cách trung bình bó sợi 128,89.103nm) bó sợi lại xếp chồng lên tạo thành vải Chính xếp tạo hệ thống lỗ trống, giúp cho chất bẩn dễ dàng sâu vào cấu trúc vải Đã tổng hợp chất hoạt động bề mặt từ dầu thơng phương pháp sulfat hố Q trình sulfat hố tối ưu điều kiện : 100ml dầu thơng, 1.5ml 83 Hồng Duy Hải Luận văn thạc sĩ khoa học H2SO4, nhiệt độ phản ứng 30oC thời gian phản ứng Hoạt tính bề mặt sản phẩm đạt 92,71% Chế tạo chất tẩy rửa vải sợi dạng lỏng, thân thiện với mơi trường, có khả phân huỷ sinh học cao sở dầu thơng sulfat hố, phụ gia tẩy trắng, axit oleic, TEA Kết cho thấy khả tẩy rửa cao 98.5% với thành phần sau : DTBT sulfat (91% kl), phụ gia tẩy trắng (6% kl), axit oleic (2% kl), TEA (1% kl) Chất tẩy rửa sử dụng công nghiệp dệt Đề xuất mơ hình tẩy rửa vết bẩn dạng béo (dầu mỡ) vải sợi 84 Hoàng Duy Hải ... Phân loại chất hoạt động bề mặt Chất hoạt động bề mặt chia làm loại: • Chất hoạt động bề mặt anionic • Chất hoạt động bề mặt cationic • Chất hoạt động bề mặt không ion • Chất hoạt động bề mặt lưỡng... văn nghiên cứu trình tổng hợp chất tẩy rửa từ dầu thơng sulfat hố để xử lý dầu mỡ vải sợi, bao gồm điểm với nội dung sau đây: - Nghiên cứu cấu trúc vải sợi cotton chế bám dính dầu mỡ bề mặt vải. .. chất tẩy rửa định Xuất phát từ yêu cầu chất tẩy rửa cho vải sợi bị nhiễm bẩn dầu mỡ, nghiên cứu tổng hợp chất tẩy rửa từ dầu thực vật Chất tẩy rửa sử dụng dầu thực vật làm chất hoạt động bề mặt