Tất cả cỏc loại dầu mỡ động vật cú thể dựng làm nguyờn liệu sản xuất xà bụng như: mỡ bũ, cừu, heo, dầu dừa, dầu cọ, cao su, dầu đậu phọng, thầu dầu,...
Cỏc chất bộo và dầu là cỏc triglyxerit là este của axit bộo và glyxerol, cú cụng thức là:
a) Chất bộo được dựng trong sản xuất xà phũng
Những chất bộo chớnh được dựng là: - Mỡ (bũ và dờ cừu)
- Dầu dừa
- Dầu cọ vỏ (lấy từ vỏ trỏi cõy cọ cú chất dầu) - Dầu cọ hạt (được lấy từ hạt của trỏi cõy cọ cú dầu)
Ở chõu Âu và Mỹ, người ta thường dựng chất pha trộn mỡ bũ/ dầu dừa. Cỏc dầu cọ vỏ và hạt được dựng nhiều hơn trong cỏc nước sản xuất chất này: chõu Phi và Đụng Nam Á.
Mỗi chất bộo được cấu tạo bởi một hỗn hợp cỏc axit bộo được túm lược trong bảng 3.1.
Từ đú cú thể thấy:
- Dầu cựi dừa và dầu cọ (hạt) rất phong phỳ về C12.
- Mỡ và dầu cọ (vỏ) khụng cú C12 nhưng cỏc dõy pha trộn với nhau dài hơn (no hay khụng no).
Cỏc xà phũng thường được nấu từ cỏc hỗn hợp cổ điển sau đõy: - Mỡ/ Dầu cựi dừa
- Mỡ/ dầu cọ hạt
- Dầu cọ vỏ/ dầu cọ hạt
Với tỉ lệ 10 đến 40% đối với dầu cựi dừa và dầu cọ hạt (thường xuyờn nhất là khoảng 20%) và 60 đến 90% đối với mỡ và dầu cọ vỏ.
Vớ dụ: nếu lấy một hỗn hợp 80/20 (dầu cọ vỏ/dầu cựi dừa), xà phũng được chế biến từ đú tương ứng với một hỗn hợp cỏc axit bộo với sự phõn bố như trong bảng 3.2.
Bảng 3.2: Phõn bổ cỏc axit bộo trong hỗn hợp 80/20 (dầu cọ vỏ/dầu cựi dừa)
Độ dài
dõy < C10 C10 C12 C14 C16 C18 C18, 1= C18, 2=
% 2 1,3 9,5 4,4 36,6 4,6 32,5 9
Axit bộo no cú dõy ngắn Axit bộo no cú dõy dài Axit bộo khụng no cú dõy dài Thành phần cấu tạo sẽ đúng một vài trũ liờn quan đến chất lượng xà phũng đĩ hồn chỉnh: vớ dụ cỏc axit bộo cú dõy ngắn dễ hồ tan hơn, chịu trỏch nhiệm về khả năng tạo bọt và làm rỏt da hơn, nhưng người ta cần phải gỡn giữ một mức qũn bỡnh nào đú để xà phũng khụng bị tiờu hao quỏ nhanh khi sử dụng.
Một số đại lượng vật lý đặc trưng cho chất bộo:
- Chỉ số acid: là số mg KOH dựng để trung hũa 1g chất bộo cho biết lượng acid tự do trong dầu mỡ .
- Chỉ số xà bụng: là số mg KOH dựng để xà phũng húa 1g chất bộo ,nú núi lờn thành phần tổng cộng cỏc acid bộo .Chỉ số xà bụng lớn núi lờn thành phần tổng cộng
cỏc acid bộo.
Chỉ số xà bụng lớn chứng tỏ cú mặt cỏc acid bộo ớt ngược lại chỉ số xà bụng nhỏ chứng tỏ acid bộo lớn hoặc cú chứa những chất khụng xà phũng húa.
VD: Chỉ số xà phũng húa mỡ bũ là 226, dầu dừa 245 - 246.
b) Xử lý cỏc nguyờn liệu hữu cơ
Trước khi được sử dụng để sản xuất xà phũng, cỏc nguyờn liệu thụ phải qua một quy trỡnh kộp:
- Giai đoạn tẩy trắng - Giai đoạn khử mựi.
Sự tẩy trắng dầu
Sự tẩy trắng cỏc loại dầu được tiến hành trong giai đoạn đầu. Trước tiờn, người ta đun núng cỏc loại dầu này ở nhiệt độ cao (900C) dưới chõn khụng để sấy chỳng. Chõn khụng giỳp dầu khụng hư hại do oxi hoỏ. Khi nước đĩ bị loại ra, người ta thờm chất tẩy trắng dầu vào. Thường người ta sử dụng cỏc vật liệu hấp phụ cú diện tớch bề mặt lớn để hấp phụ cỏc tạp chất cú trong dầu.
Khử mựi:
Loại bỏ mựi bằng chưng cất chõn khụng, khi đú sẽ thu được dầu cú chất lượng đỏp ứng quỏ trỡnh sản xuất xà phũng
c) Nguyẽn lieọu võ cụ
Để xà phũng hoỏ dầu mỡ thường sử dụng kiềm là NaOH. Sụ đa khụng thể xà phũng hoỏ glyxerit, tuy nhiờn nú vẫn được sử dụng làm phụ gia trong xà phũng, sụ đa chỉ cú khả năng trung hồ axit bộo. KOH được sử dụng để sản xuất xà phũng mềm (và trong). Với cựng một nguyờn liệu dầu mỡ, xà phũng kali mềm hơn xà phũng natri. Thường người ta phối hợp xà phũng natri với xà phũng kali.
Bảng 3.1 Cấu tạo trung bỡnh của những chất bộo chớnh sử dụng trong cụng nghiệp xà bụng.
1= (gồm một mối liờn kết đụi 2 = ( gồm hai moỏi liẽn keỏt đụi) Độ dài cỏc mạch (trung bỡnh) < C10 C10 C12 C14 C16 với 1= C16 C18 C18 với 1= C18 với 2= C20 C20 với 1= ≥C20 no ≥C20 khụng no % % % % % % % %* %* % % % %
Tờn gọi chung Capric Lauric Myristic Palmitotic Palmitolộic Stộaric Olộic Linolộic Arachidic Gadolộic
Dầu cựi dừa 9,5 6 47 18 9,4 0,1 2 5,5 2,5 0 0 0 0
Dầu cọ (hạt) 3,5 3 47 16,2 8,6 0,2 2,3 16,1 3,1 0 0 0 0
Mỡ 0 0 0 3,4 25,6 4,7 22,3 38,4 3,2 0,5 0,5 0,5 0,1
CH2-OCOR CH-OCOR CH2-OCOR + 3NaOH CH2-OH CH-OH CH2-OH + 3RCOONa 3.1.2. Quy trỡnh cụng nghệ 3.1.2.1. Nguyờn tắc để sản xuất xà phũng
Phản ứng cơ bản xảy ra trong quỏ trỡnh nấu xà phũng là phản ứng xà phũng hoỏ. Cú thể xà phũng hoỏ trực tiếp nguyờn liệu bộo hoặc cú thể xà phũng hoỏ axit bộo để thu được xà phũng. Vỡ vậy trờn thực tế cú hai phương phỏp để nấu xà phũng là:
Phương phỏp 1: Thuỷ phõn chất bộo bằng hơi nước ở ỏp suất cao và nhiệt độ cao (2500C, 50 atm). Phản ứng xảy ra là:
Phản ứng xảy ra khi lượng nước dư, sau đú cú thể tỏch dễ dàng glyxerin khỏi cỏc axit bộo (khụng hồ tan trong nước). Rồi cỏc axit bộo được làm sạch bằng cỏch chưng để dựng sản xuất xà phũng. Phương phỏp này đũi hỏi hệ thống thiết bị phức tạp để thuỷ phõn dầu mỡ và làm sạch axit bộo, và thường chỉ được sử dụng tại cỏc nhà mỏy sản xuất chất bộo là chủ yếu.
Phương phỏp 2: Đun sụi chất bộo trực tiếp với dung dịch xỳt ở 1000C dưới ỏp suất khụng khớ. Khi đú, cỏc axit bộo được hỡnh thành phản ứng ngay tức thỡ với xỳt để tạo nờn xà bụng:
Sau đú phải tỏch glyxerin ra khỏi xà phũng. Đõy là một cụng việc khỏ phức tạp vỡ dung dịch tương đối bị pha lẫn. Tuy nhiờn phương phỏp này vẫn được cỏc nhà sản xuất lớn về xà phũng sử dụng nhiều nhất.
3.1.2.2. Sản xuất xà phũng trực tiếp từ cỏc chất bộo
Sơ đồ cỏc giai đoạn để sản xuất xà phũng trực tiếp từ chất bộo được mụ tả trờn hỡnh 3.1. Sơ đồ bao gồm cỏc giai đoạn:
Pha trộn cỏc loại dầu: Tớnh toỏn tỉ lệ, phối hợp cỏc loại nguyờn liệu theo đỳng yờu cầu của quỏ trỡnh cụng nghệ.
Hỡnh 3.1: Cỏc giai đoạn sản xuất xà phũng bằng phương phỏp xà phũng hoỏ trực tiếp
Xà phũng hoỏ: Thực hiện phản ứng xà phũng hoỏ dầu mỡ bằng kiềm tạo xà phũng và glyxerin.
Tỏch xà phũng: tỏch glyxerin ra khỏi xà phũng. Sự tỏch này dựa trờn nguyờn tắc là glyxerol hồ tan được trong nước muối trong khi xà phũng thỡ khụng. Quỏ trỡnh tỏch rửa cũng giỳp loại được một phần lớn cỏc chất bẩn cú màu sắc.
Quỏ trỡnh rửa được thực hiện bằng cỏch pha trộn xà phũng với một dung lượng nước muối, cú khuấy trộn. Sau vài giờ trộn, xà phũng tỏch ra ở lớp trờn, cũn lớp dưới là nước muối + glyxerin. Quỏ trỡnh rửa được tiến hành 3 lần để loại glyxerin ra khỏi xà phũng.
Xà phũng hoỏ triệt để (loại muối): xà phũng sau khi tỏch khỏi glyxerin vẫn cũn chứa nhiều muối, làm ảnh hưởng đến chất lượng. giai đoạn này giỳp giảm số lượng muối, loại cỏc tạp chất cú màu sắc, tăng nồng độ cho dung dịch xà phũng. Trong giai đoạn này, người ta pha trộn dung dịch xà phũng với dung dịch xỳt loĩng. Khi đú, dung dịch sẽ phõn làm hai lớp: lớp trờn là xà phũng mịn, lớp dưới là hỗn hợp nước - muối - xỳt - tạp chất (khụng cú xà phũng) hoặc một dung dịch negro chứa vài phần trăm đến 25 - 30% xà phũng, muối, xỳt và cỏc tạp chất khỏc.
Quy trỡnh này cú thể ỏp dụng cỏc phương thức sản xuất xà phũng Phương thức cổ truyền:
Phương phỏp này là phương phỏp giỏn đoạn, cho phộp nấu nhiều tấn xà phũng một lượt. Trong cỏc bồn hở, người ta nấu dầu với dung dịch xỳt (47%). Khuyết điểm chớnh của phương phỏp này là ở chỗ khú đạt được một hỗn hợp đồng nhất: khi một phần dầu phản ứng với xỳt thỡ xà phũng đĩ được tạo thành làm sệt hột hợp. Phương phỏp này khụng tỏch glyxerin ra khỏi xà phũng.
Hệ thống “vũi” liờn tục
Đõy là phương thức thụng dụng nhất: gồm việc đun núng dầu, dung dịch xỳt và bơm chỳng thành một vũi: điểm giao của 4 ống, ống đầu tiờn dẫn dầu, ống thứ hai xỳt, ống thứ 3 hơi nước (để giỳp phản ứng đồng thời cọ rửa) và ống thứ tư để di chuyển hỗn hợp (sơ đồ hỡnh 3.2).
Hỡnh 3.2: Hệ thống vũi
Hỗn hợp phản ứng được duy trỡnh lỏng bằng cỏch thờm chất lỏng, pha loĩng vào. Chất lỏng pha loĩng này cú thể là nước, nhưng sự pha loĩng glyxerin cú thể quỏ mức và giỏ thành bốc hơi thành quỏ cao để thu hồi.
Phương thức Alfa Laval:
hồn bờn hụng. Dầu và dung dịch xỳt được đưa vào cột phản ứng nhờ cỏc bơm. Tốc độ phản ứng được gia tăng nhờ ỏp lực cao (4 atm, 1400C). Xà phũng đi ra từ thiết bị phản ứng được bơm vào cột thứ hai. Trước khi đi vào cột phản ứng thứ hai, người ta đưa vào một chất lỏng pha loĩng lạnh để giảm nhiệt độ và làm lỏng hỗn hợp. Thời gian phản ứng vào khoảng 15 phỳt trong cả hai cột.
Hỡnh 3.3: Phương phỏp “Alfa Laval”
- Rửa sạch:
Giai đoạn tiếp theo cho phộp tỏch glyxerin ra khỏi xà phũng dựa trờn nguyờn tắc glyxerol hồ tan trong nước muối, nhưng xà phũng khụng tan. Quỏ trỡnh rửa cũng cho phộp loại trừ một phần lớn những tạp chất cú màu.
+ Phương phỏp bồn: Quỏ trỡnh rửa được thực hiện bằng cỏch trộn xà phũng với một khối lượng muối đĩ xỏc định, dựng những vũi hơi nước để khuấy trộn. sau vài giờ nghỉ, xà phũng nổi lờn trờn trong cựng lỳc lớp dưới gồm một hỗn hợp glyxerin/nước muối. quỏ trỡnh rửa được lặp lại khoảng 3 lần với nước muối lạnh để loại trừ tất cả glyxerin trong xà phũng
+ Phương thức dũng chảy ngược: hệ thống này bao gồm một dĩy thựng sắp xếp theo thỏc đổ trong đú xà phũng được bơm vào hoặc cho chảy vào từ thựng này sang thựng khỏc, trong khi nước muối được bơm vào ngược chiều. Rửa theo phương phỏp này, nồng độ glyxerin cuối cựng trong nước muối cao hơn nhiều so với phương phỏp bằng thựng ( 12-20% so với 5-10%).
làm chất pha loĩng
- Loại bỏ muối: tiến hành loại muối một cỏch liờn tục bằng cỏch xịt so đa loĩng vào hệ thống ống đưa xà phũng đĩ rửa đến một mỏy ly tõm mà tốc độ cho phộp tỏch xà phũng ra khỏi nước.
b) Sản xuất xà phũng bằng cỏch trung hồ cỏc axit bộo
Phương phỏp này được sử dụng ớt hơn phương phỏp trờn vỡ nú cú những điểm khụng thuận lợi là:
- Giỏ thành thiết bị cao
- Chỉ dựng với những nhà mỏy sản xuất lớn.
Tuy nhiờn nú cũng cú những thuận lợi là: cụng nghệ đơn giản, linh hoạt trong quỏ trỡnh sản xuất vỡ cú thể thay đổi dễ dàng thành phần chất bộo.
Hỡnh 3.5: Sơ đồ cụng nghệ sản xuất xà phũng theo phương phỏp trung hồ axit bộo
c) Vớ dụ về cụng thức xà phũng
Xà phũng tắm cổ điển thường gặp trờn thị trường cú cụng thức như bảng 3.3.
Bảng 3.3. Cụng thức xà phũng thường gặp TT Thành phần quy định của chất bộo Xà phũng khụng thừa bộo 80-20(cọ vỏ/cọ hạt) Xà phũng thừa bộo 65- 35% (mỡ bũ/dầu cựi dừa)
1 Xà phũng natri 83-88 80 - 85 2 Axit bộo tự do - 4 - 6 3 Chất bảo quản - Na EDTA - HEDP 0,015 - 0,030 0,010 - 0,025 0,015 - 0,030 0,010 - 0,025 4 Axit orthophosphoric 0,1 - 0,2 0,1 - 0,2 5 Màu + + 6 Chất chắn sỏng (titan oxit) 0,1 - 0,7 0,1 - 0,7 7 Chất tẩy quang học + + 8 Nước hoa + + 9 Nước, muối V/đ 100 V/đ 100
3.2. Sản xuất bột giặt theo phương phỏp sấy phun3.2.1 Phõn loại bột giặt 3.2.1 Phõn loại bột giặt
Bột giặt “truyền thống” hay cũn gọi là bột giặt “quy ước” hay “cổ điển” là loại bột giặt cú đặc tớnh chớnh là cỏc thành phần phụ chiếm tỷ lệ rất cao (chất trợ giỳp cho quỏ trỡnh, chất độn …) vỡ vậy cú tớnh năng tẩy rửa thấp.
Tỷ trọng của chỳng thay đổi trong khoảng 200 g/l ~700 g/l.
Bột giặt truyền thống gồm cú hai loại sản phẩm dành cho hai đối tượng sử dụng khỏc nhau:
- Tạo bọt ( thường dựng cho giặt tay).
- Khụng tạo bọt ( thường dựng cho mỏy giặt). Bột giặt cú tạo bọt
Cỏc chất hoạt động bề mặt dựng trong loại bột giặt này phần lớn là loại anionic như: LAS, PAS. Cỏc CHĐBM NI đụi khi được thờm vào với lượng thấp hơn 4 -5 lần so với CHĐBM anionic.
Lượng chất xõy dựng được dựng với mức độ tựy thuộc vào độ cứng của nước, loại vết bẩn cũng như giỏ thành, thụng thường người ta thường dựng STPP, Natri Silicate, Natri Carbonate.
Cỏc thành phần phụ khỏc như Natri Sulphate, Calcit … giỳp bổ tỳc cụng thức, tăng tỷ trọng và giảm giỏ thành. Cỏc thành phần khỏc như chất tẩy quang học, enzyme… chiếm hàm lượng rất nhỏ.
Vớ dụ về cụng thức bột giặt tạo bọt: Bảng 3.4. Cụng thức bột giặt tạo bọt CHĐBM anionic 15-30 CHĐBM NI 0-3 STPP 3-20 Silicate Natri 5-10 Carbonate Natri 0-15 Bentonit/ Calcit 0-15
Enzyme, chất tẩy quang học, hương, CMCNa +
Nước v/đ 100
Bột giặt khụng tạo bọt
Ở loại bột giặt này, cỏc thành phần cũng tương tự như loại tạo bọt, điểm khỏc biệt giữa chỳng là cú sự hiện diện của cỏc tỏc nhõn chống bọt.
Bảng 3.5. cụng thức bột giặt khụng tạo bọt Cú phosphate Khụng cú phosphate CHĐBM anionic 10-20 10-20 CHĐBM NI 0-5 0-5 Xà phũng 0-2 0-2 STPP 15-30 - Zeolite - 15-30 Carbonate Natri 5-15 5-20 Silicate Natri 5-15 5-15 Perborate Natri 0-15 0-15
Enzyme, chất tẩy quang học, hương + +
Nước v/đ100 v/đ100
b) Bột giặt đậm đặc
Trong nhiều năm qua, trờn thị trường chỉ cú cỏc sản phẩm bột giặt truyền thống, nhưng ngày nay, theo xu thế phỏt triển kinh tế của thế giới, những yờu cầu về những loại bột giặt cú khả năng tẩy rửa tốt hơn, tỷ trọng cao hơn với nhiều tớnh năng đa dạng hơn đĩ dần dần hỡnh thành.
Vỡ vậy, cỏc nhà sản xuất cũng cho ra đời những sản phẩm cú tỷ trọng cao hơn bằng nhiều phương phỏp khỏc nhau. Qua nhiều năm sau, cụng ty KAO của Nhật Bản đĩ tung ra thị trường một loại bột giặt đậm đặc với tỷ trọng cao tạo ra một xu hướng phỏt triển mới cho thị trường bột giặt.
Bột giặt đậm đặc cú đặc điểm phối trộn như sau:
− Gia tăng tối đa cỏc thành phần hoạt động ( giảm thiểu luợng chất độn) - Tăng tỷ trọng lờn đến 600-900 g/l thậm chớ 1000 g/l
Chớnh vỡ vậy, bột giặt đậm đặc hội tụ cỏc ưu điểm sau: • Đối với người tiờu dựng
o Một sản phẩm thực tiễn ( dễ dàng vận chuyển, lưu trữ và định lượng). o Một kỹ thuật cụng nghệ mới mẻ cú tớnh cỏch mạng về giặt tẩy cú được mọi ưu điểm của cỏc bột giặt sản xuất theo cụng nghệ sấy phun mà khụng vấp phải những điều bất thuận tiện của cỏc bột pha trộn khụ và được sử dụng đến ngày nay nhờ phương thức sản xuất mới.