3.2.1 Phân loại bột giặt
a) Bột giặt truyền thống
Bột giặt “truyền thống” hay còn gọi là bột giặt “quy ƣớc” hay “cổ điển” là loại bột giặt có đặc tính chính là các thành phần phụ chiếm tỷ lệ rất cao (chất trợ giúp cho quá trình, chất độn …) vì vậy có tính năng tẩy rửa thấp.
Tỷ trọng của chúng thay đổi trong khoảng 200 g/l ~700 g/l.
Bột giặt truyền thống gồm có hai loại sản phẩm dành cho hai đối tƣợng sử dụng khác nhau:
- Tạo bọt ( thƣờng dùng cho giặt tay).
- Không tạo bọt ( thƣờng dùng cho máy giặt).
Bột giặt có tạo bọt
Các chất hoạt động bề mặt dùng trong loại bột giặt này phần lớn là loại anionic nhƣ: LAS, PAS. Các CHĐBM NI đôi khi đƣợc thêm vào với lƣợng thấp hơn 4 -5 lần so với CHĐBM anionic.
Lƣợng chất xây dựng đƣợc dùng với mức độ tùy thuộc vào độ cứng của nƣớc, loại vết bẩn cũng nhƣ giá thành, thông thƣờng ngƣời ta thƣờng dùng STPP, Natri Silicate, Natri Carbonate.
Các thành phần phụ khác nhƣ Natri Sulphate, Calcit … giúp bổ túc công thức, tăng tỷ trọng và giảm giá thành. Các thành phần khác nhƣ chất tẩy quang học, enzyme… chiếm hàm lƣợng rất nhỏ.
Ví dụ về công thức bột giặt tạo bọt:
Bảng 3.4. Công 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, hƣơng, CMCNa +
Bột giặt không tạo bọt
Ở loại bột giặt này, các thành phần cũng tƣơng tự nhƣ loại tạo bọt, điểm khác biệt giữa chúng là có sự hiện diện của các tác nhân chống bọt.
Ví dụ về công thức bột giặt không tạo bọt:
Bảng 3.5. công thức bột giặt không tạo bọt
Có phosphate Không có phosphate
CHĐBM anionic 10-20 10-20 CHĐBM NI 0-5 0-5 Xà phòng 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, hƣơng + +
Nƣớc v/đ100 v/đ100
b) Bột giặt đậm đặc
Trong nhiều năm qua, trên thị trƣờng chỉ có các sản phẩm bột giặt truyền thống, nhƣng ngày nay, theo xu thế phát triển kinh tế của thế giới, những yêu cầu về những loại bột giặt có khả năng tẩy rửa tốt hơn, tỷ trọng cao hơn với nhiều tính năng đa dạng hơn đã dần dần hình thành.
Vì vậy, các nhà sản xuất cũng cho ra đời những sản phẩm có tỷ trọng cao hơn bằng nhiều phƣơng pháp khác nhau. Qua nhiều năm sau, công ty KAO của Nhật Bản đã tung ra thị trƣờng một loại bột giặt đậm đặc với tỷ trọng cao tạo ra một xu hƣớng phát triển mới cho thị trƣờng bột giặt.
Bột giặt đậm đặc có đặc điểm phối trộn nhƣ sau:
Gia tăng tối đa các thành phần hoạt động ( giảm thiểu luợng chất độn) - Tăng tỷ trọng lên đến 600-900 g/l thậm chí 1000 g/l
Chính vì vậy, bột giặt đậm đặc hội tụ các ƣu điểm sau:
Đối với ngƣời tiêu dùng
o Một kỹ thuật công nghệ mới mẻ có tính cách mạng về giặt tẩy có đƣợc mọi ƣu điểm của các bột giặt sản xuất theo công nghệ sấy phun mà không vấp phải những điều bất thuận tiện của các bột pha trộn khô và đƣợc sử dụng đến ngày nay nhờ phƣơng thức sản xuất mới.
Đối với việc buôn bán:
o Ít choán chỗ để trƣng bày và lƣu trữ các sản phẩm
o Thu đƣợc lợi nhuận cao
Đối với nhà sản xuất:
o Đi tiên phong trên một thị trƣờng thật sự đổi mới.
o Lợi nhuận cao hơn ( ít bao bì hơn, giá phân phối sản phẩm thấp hơn).
o Một bƣớc tiến quan trọng hơn trong việc giảm gây ô nhiễm môi trƣờng.
Nguyên tắc thành lập công thức bột giặt đậm đặc:
Để thành lập công thức cho các sản phẩm đậm đặc, ngƣời thành lập công thức phải:
Loại bỏ bất cứ thành phần nào thật sự không ích lợi cho khả năng hoạt động của sản phẩm (các chất hay tác nhân phục vụ cho hoạt động tẩy rửa nhƣ sulphat natri chẳng hạn).
Giảm lƣợng nƣớc trong sản phẩm. Ngƣời ta thƣờng dùng perborate mono hydrate hơn là perborate tetra hydrate cổ điển.
Dùng các nguyên liệu đậm đặc nhất mà các phƣơng pháp đo đạc cỡ hạt lần lƣợt giúp lấp đầy tất cả các “khoảng trống” , và phủ đầy phần bên trong của các hạt rỗng.
Tuy nhiên, để có đƣợc bột giặt đậm đặc cần lƣu ý hai yếu tố:
Sự gia tăng các thành phần có hoạt tính trong công thức và loại tối đa các chất độn và nƣớc.
Sự gia tăng tỷ trọng của bột giặt.
Trong đó, vấn đề chính vẫn là gia tăng hàm lƣợng chất hoạt động bề mặt. Ví dụ về công thức bột giặt đậm đặc:
Bảng 3.6: Công thức bột giặt đậm đặc
Có phosphate Không có phosphate
LAS Natri 12-15 7-15 NI 4-8 5-12 Xà phòng 0-2 1-3 STPP 20-25 - Zeolite 0-5 25-30 Carbonate Natri 12-20 10-15 Silicate Natri 3-7 0.5-1 Sulphate Natri 0-2 - Perborate 0-15 12-18 TAED 4-8 5-8 CMC Natri 0.5-1.5 0.4-1 Chất tẩy quang học 0.15-0.30 0.1-0.25
Enzyme ( protease, lipaza) ++ ++
Tác nhân chống bọt -/+ -/+
Hương ++ ++
Nước v/đ100 v/đ100
3.2.2. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bột giặt theo phƣơng pháp sấy phun a) LABSA ( Linear Alkyl Benzene Sulphonic Acid):
LABSA là một sulpho acid. Các sulpho acid là những acid mạnh, nên không chỉ các muối của chúng với các cation hóa trị một mà cả các muối với cation hóa trị cao hoặc ngay cả acid ở trạng thái tự do đều tan khá nhiều trong nƣớc để tạo thành dung dịch có tất cả các tính chất đặc trƣng của dung dịch tẩy rửa. Do đó, có thể dùng chúng làm chất tẩy rửa trong môi trƣờng nƣớc cứng ( có ion Mg2+, Ca2+) và cả trong môitrƣờng acid.
Vì là acid mạnh nên phản ứng hoàn toàn với bazơ, phản ứng tỏa nhiều nhiệt, gây ăn mòn nhôm đồng, hơi bốc ra khí SO2 rất độc, có mùi hắc. Một đặc tính khác của LABSA là làm khô, gây rát khi tiếp xúc với da.
LABSA nguyên liệu ở dạng rắn trƣớc hết đƣợc cho vào bồn khuấy trộn cùng với nƣớc để đƣa LABSA thành dạng dung dịch có nồng độ 50%.
Nguyên liệu LABSA trƣớc khi đi vào quy trình sản xuất sẽ đƣợc khuấy tẩy bằng dung dịch nƣớc oxy già (H2O2) 35% để tăng độ tinh khiết của nguyên liệu. Hàm lƣợng H2O2 dùng để tẩy trắng LABSA khoảng 0.1-0.15%.
Trung hoà Khuấy trộn Nghiền nhỏ Bồn chứa Phun sấy Làm nguội Đóng gói Phân loại hạt Trộn bổ sung Sản phẩm Phụ gia Tách lọc Dung dịch xút 30% Khuấy tẩy LABSA H2O2 H2O Na2SO4, Na2CO3, Na2SiO3
khuấy trộn Bể chứa Bơm Tháp sấy phun TB Phân phối khí Phân loại bằng trọng lực
Bột giặt thô, bổ sung phụ gia, phun hương
Lò đốt Khí thải + Bụi Khí thải + Bụi sản phẩm làm nguội không khí nhiên liệu Bột giặt thô 80 -120 0C Khí thải + Bụi Các thành phần
Hình 3.6: Sơ đồ công nghệ quá trình sản xuất bột giặt theo phương pháp sây phun
c) Trung hoà
Sau khi khuấy tẩy xong, LABSA đƣợc bơm vào bồn khuấy trộn, sau đó ta tiến hành cho dung dịch NaOH đã đƣợc chuẩn bị trƣớc vào bồn khuấy để trung hoà LABSA để tạo muối Natri linear alkyl sunfonate (LAS), là một chất hoạt động bề mặt rất tốt, khả năng tạo bọt tốt, tính tẩy rửa mạnh. Lƣợng NaOH cần để trung hoà khoảng 28%, tức 100kg nguyên liệu LABSA cần 28- 28.5kg dung dịch NaOH đậm đặc (40- 45%).
+ Na
d) Khuấy trộn
Sau khi quá trình trung hoà, ngƣời ta tiếp tục cho các thành phần khác nhƣ chất xây dựng (STP, Zeolit), chất chống ăn mòn (Natri silicate), chất chống tái bám (CMCNa, polyme), chất độn (Na2SO4), chất tẩy trắng (TEAD, perborat), bột giặt sau sấy phun không đạt kích cỡ hạt ở dạng bột vào bồn khuấy trộn với tỷ lệ tuỳ theo yêu cầu thành phần của bột giặt để tạo dung dịch ở dạng kem nhão chuẩn bị cho quá trình sấy phun. Nƣớc cũng đƣợc thêm vào ở giai đoạn này
80oC.
Hỗn hợp kem nhão phải đảm bảo:
Sự đồng đều các thành phần chứa trong đó không thay đổi giữa các mẻ. Do vậy, yêu cầu liều lƣợng phải chính xác.
Bảo đảm sự đồng pha, tránh tách lớp.
Các chất xây dựng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo kem nhão. Ngoài ra, giúp cho các chất hoạt động bề mặt, chất lỏng khác hấp thu vào. Khi chất xây dựng có chất hoạt động bề mặt hấp thu vào và đem sấy phun, cấu trúc tinh thể giữ nguyên, chất hoạt động bề mặt không bị thất thoát, phân bố sản phẩm không đều. Quá trình tạo kem nhão có thể theo mẻ hay liên tục, tuỳ theo năng suất yêu cầu.
e) Nghiền và lọc
Dung dịch kem nhão sau khi ra khỏi bồn khuấy trộn sẽ đƣợc đƣa vào một máy nghiền trục vít để nghiền nhỏ các hạt chất rắn có kích thƣớc lớn chƣa hoà tan hết, và các tinh thể hình thành trong hỗn hợp kem nhão.
Trƣớc khi đi vào sấy phun, kem nhão đƣợc đƣa vào một hệ thống lƣới lọc từ nhằm loại bỏ các chất rắn kim loại hoặc các chất rắn khác có kích thƣớc lớn. Quá trình này đƣợc thực hiện nhằm tránh hiện tƣợng tắc nghẽn, giảm sự mài mòn các vòi phun của tháp sấy phun.
Sau khi lọc từ, hỗn hợp kem nhão đƣợc đƣa vào một bồn chứa trung gian.
f) Sấy phun
Sấy phun là quá trình làm mất nƣớc của hỗn hợp kem nhão. Chuyển hỗn hợp từ dạng kem nhão có độ ẩm 60% thành dạng bột. Độ ẩm yêu cầu của bột sau khi sấy là 3- 10%.
Hỗn hợp kem nhão từ bồn chứa trung gian đƣợc một hệ thống bơm hai cấp hút vào và đẩy lên đi vào phía trên đỉnh tháp sấy phun. Kem nhão dƣới tác dụng của hệ thống bơm hai cấp và hệ thống máy nén khí sẽ đi vào vòi phun với áp suất khoảng 100 atm. Kem nhão khi qua vòi phun sẽ đƣợc tán ra thành các hạt rất nhỏ (dạng sƣơng) vào tháp sấy
Trong khi đó, không khí từ môi trƣờng ngoài sẽ đƣợc quạt hút hút vào buồng đốt để gia nhiệt không khí lên 300oC thành tác nhân sấy. Buồng đốt sử dụng dầu FO và truyền nhiệt gián tiếp vào không khí sấy. Không khí sấy đƣợc quạt thổi khí đƣa vào phía dƣới tháp sấy phun. Dòng không khí nóng đi lên từ đáy tháp sẽ gặp các hạt lỏng sẽ nhanh chóng bốc hơi nƣớc của các giọt lỏng,
động từ 2 – 10% và sẽ rơi xuống đáy tháp.
Ở giai đoạn này, độ ẩm không khí trong buồng sấy ảnh hƣởng rất lớn đến cấu trúc và kích thƣớc hạt bột giặt thành phẩm. Nếu độ ẩm không khí trong buồng sấy quá thấp, các hạt bột giặt sẽ có kích thƣớc rất nhỏ và trở nên rời rạc do chúng không thể kết dính lại với nhau. Ngƣợc lại, nếu độ ẩm không khí trong buồng sấy quá cao, hiện tƣợng kết dính giữa các hạt bột giặt sẽ xảy ra mạnh mẽ làm tăng kích thƣớc của chúng. Kết quả là bột giặt không đạt độ mịn, độ đồng nhất về kích thƣớc và cấu trúc hạt. Các hạt bột giặt tạo thành sẽ đƣợc tháo vào băng tải.
Dòng không khí sấy sau khi qua tháp sẽ lôi cuốn theo các hạt bột giặt có kích thƣớc nhỏ, nhẹ sẽ đƣợc dẫn vào hệ thống thu hồi bụi ở đỉnh tháp trƣớc khi đƣa ra ngoài.
Bột giặt sau quá trình sấy phun có nhiệt độ cao sẽ đƣợc làm nguội bằng không khí khi vận chuyển trên băng tải.
g) Phân loại hạt
Bột giặt từ băng tải sẽ đƣợc đƣa đến đƣờng ống đặt thẳng đứng của hệ thống hút chân không phân loại hạt. Khi bột giặt đi vào ống, dƣới tác dụng của lực hút chân không, các hạt có kích thƣớc đạt yêu cầu sẽ đƣợc lôi cuốn theo dòng khí đi lên phía trên, và đƣợc thu hồi lại nhờ các cyclone, các hạt có kích thƣớc quá nhỏ thoát ra khỏi cyclone sẽ đƣợc đƣa vào thiết bị lọc túi và đƣa về hoà tan lại vào dung dịch tạo kem nhão. Còn các hạt có kích thƣớc quá lớn, trọng lƣợng của chúng thắng đƣợc lực hút chân không sẽ bị rơi xuống dƣới vào băng tải đƣa về lại thiết bị khuấy trộn tạo dung dịch kem nhão để sấy phun lại.
h) Trộn bổ sung và phun hƣơng
Bột giặt sau khi phân loại hạt đƣợc đƣa vào các bồn chứa. Sau đó ngƣời ta sẽ trộn bổ sung các thành phần khác, các chất nhạy nhiệt, dễ biến đổi bởi nhiệt độ cao không thể cho vào trƣớc quá trình sấy phun, nhƣ: chất hoạt động bề mặt không ion (NI), chất
tẩy trắng quang học, enzyme, chất chống tạo bọt, chất màu. Các chất này đƣợc thêm vào bằng hệ thống cân định lƣợng.
Tất cả hỗn hợp này đƣợc cho vào một hệ thống trộn thùng quay nhằm trộn đều các thành phần và kết hợp phun hƣơng tạo mùi thơm cho bột giặt.
Sau khi phối trộn bột giặt có tỷ trọng: 650-750 g/l.
phẩm.
Yêu cầu chung về bao bì: hạn chế đƣợc sự tiếp xúc của ánh sáng, không khí và độ ẩm từ môi trƣờng xung quanh đến bột giặt.
Ƣu điểm của phƣơng pháp là sấy phun so với các phƣơng pháp sấy khác là ở chỗ:
Quá trình sấy xảy ra nhanh( thƣờng sau 15-30 giây vì các hạt ra khỏi vòi phun rất mịn tiếp xúc giữ độ ẩm và không khí nóng rất tốt).
Dễ điều chỉnh các chỉ tiêu của sản phẩm cuối cùng qua chế độ sấy(ví dụ: nhờ điểu chỉnh tốc độ phun và tốc độ dòng khí nóng, có thể điều chỉnh đƣợc kích thƣớc hạt, độ ẩm trong sản phẩm cuối cùng).
Sản phẩm có độ hòa tan tốt. Ít bị hao hụt.
Dễ cơ khí hóa và tự động hóa quá trình sấy.
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp sấy phun là thiết bị phức tạp kích thƣớc lớn: Thành phần phối liệu cũng ảnh hƣởng đển quá trình sấy và công suất thiết bị. Thí dụ nếu thành phần nƣớc cao nhiệt năng đòi hỏi nhiều hơn, natri silicat nhiều làm giảm tốc độ bay hơi nƣớc của phối liệu. Soda cho phép thu đƣợc sản phẩm có độ ẩm tối ƣu.
3.3. Sản xuất bột giặt theo phƣơng pháp khác 3.3.1. Phƣơng pháp kết tụ không tháp 3.3.1. Phƣơng pháp kết tụ không tháp
Nguyên liệu thô đƣợc nghiền và trộn để đạt đƣợc độ đồng nhất sau đó đƣợc thấm chất kết dính để các hạt kết khối lại với nhau. Sản phẩm thu đƣợc có tỉ trọng cao từ 550 – 750g/l. Phƣơng pháp này thƣờng đƣợc sử dụng ở Châu Âu và Bắc Mỹ.
Yêu cầu đối với nguyên liệu:
Nguyên liệu sử dụng cả dạng rắn và dạng lỏng.
Dạng rắn: natricarbonate, natribicarbonate, STPP, zeolit (loại 4A và X), TAED, silicat, các muối sulfate, chất độn.
Dạng lỏng: HLAS, các polymer hòa tan( PVOH, polyvinyl pyloridone, polycarboxylates), poly ethoxyl glycols(PEGs), các NI, thủy tinh lỏng, các phụ gia kết dính khác.
Theo nguyên tắc kết khối, các nguyên liệu dạng lỏng sẽ đóng vai trò là chất kết dính, kết dính các hạt rắn tạo ra các hạt có kích thƣớc xác định. Sau khi
đƣợc sấy khô các hạt sẽ có độ ẩm thấp và có đầy đủ tính chất của bột giặt tổng hợp.
Thành phần bột giặt sử dụng theo phƣơng pháp kết tụ không tháp
Bảng 3.7. Thành phần bột giặt sử dụng theo phương pháp kết tụ không tháp
Thành phần Tỉ lệ (%)
Chất hoạt động loại anion Chất hoạt động loại nonion(NI) Các muối silicat + thủy tinh lỏng Percarbonate Tetraacetylethylenediamine (TAED) Chất ức chế bọt Hƣơng (perfume) Chất chống tái bám Chất độn( natricarbanate, natrisulfate) Enzymes 13,4 32,5 10,1 22,7 7,8 6,5 0,1 0,4 3,5 2,0
Hợp phần rắn Trộn lần I Trộn lần II Sàng Kết tụ tầng sôi Sàng Sản phẩm Chất kết dính Hạt chưa đạt yêu cầu Hạt nhỏ không đạt yêu cầu Hạt ướt
Hình 3.7: Sơ đồ khối quá trình sản xuất bột giặt theo phương pháp kết tụ không tháp
Chất kết dính Thiết bị trộn tầng sôi Hợp phần rắn Máy trộn tốc độ cao Máy trộn tốc độ trung bình Sàng Hạt có kích thước nhỏ Sàng