Chức năng của các chất tạo hƣơng (dầu thơm) là át mùi hƣơng căn bản nghĩa là các mùi khó chịu do các nguyên liệu tạo nên sản phẩm cần ƣớp hƣơng.
Các mùi khó chịu này từ các chất cấu tạo hữu cơ của công thức:
- Alkyl benzen sulfonat thƣờng ít có mùi, tuy nhiên vài sản phẩm có chất lƣợng kém có thể sản sinh các mùi dầu lửa.
sự hiện diện một tỉ lệ rƣợu béo chƣa etoxy hoá. Trong vài điều kiện, các rƣợu béo có thể bị oxy hoá thành aldehyt đặc biệt có mùi và dai dẳng. Sản phẩm tẩy rửa dạng lỏng không nƣớc rất phong phú về chất NI rất khó cho mùi vì tỉ lệ cao chất NI bám lại trên quần áo.
- Chất hoạt động bề mặt cationic là những chất phát sinh từ amin có khả năng tạo mùi amin (mùi tanh cá).
- Axit béo tham gia trong thành phần cấu tạo xà phòng và vài sản phẩm tẩy rửa dạng lỏng có thể chứa những chất bẩn có mùi đặc biệt.
- Một vài enzim và đặc biệt lipaza là cơn ác mộng cho các nhà bào chế dầu thơm vì enzim này phân huỷ mỡ, tiến hành phần lớn công việc của nó trong khi sấy khô. Nếu lúc ấy còn có những cặn bã chất béo (bơ hay sản phẩm từ sữa), các axit béo có dây ngắn đƣợc giải phóng và sinh các mùi khó chịu.
- TAED chất làm trắng trong bột giặt có thể tạo ra mùi chua dấm.
- Các polime đặc biệt là polyvinyl Pytolidon đƣợc dùng trong bột giặt để tránh sự chuyển màu cũng có thể là nguồn tạo nên các mùi đặc biệt khó chịu.
Các mùi hôi này có thể xuất hiện trong chính sản phẩm hay trên các thực thể màu sản phẩm tẩy rửa đã dùng. Các thực thể này có thể là quần áo mà ngƣời ta giặt hay làm.
Việc lựa chọn chất tạo hƣơng có giá thành phù hợp nhƣng vẫn thoả mãn đƣợc thị hiếu của ngƣời tiêu dùng là vấn đề rất quan trọng hiện nay đối với mỗi nhà sản xuất.
CÂU HỎI ÔN TẬP
Câu 1: Để lựa chọn chất hđbm cho chất tẩy rửa cần dựa vào những yếu tố nào? Câu 2: trình bày đặc điểm của loại chất hđbm thƣờng sử dụng trong CTR?
Câu 3: Trình bày đặc điểm, phân tích vai trò và cơ chế tác dụng của các loại chất xây dựng gia trong CTR ?
Câu 4: Trình bày đặc điểm, phân tích vai trò của chất tăng trắng, tẩy trắng? Câu 5: Trình bày đặc điểm, phân tích vai trò của môi trƣờng kiềm, điện ly? Câu 6: Trình bày đặc điểm, phân tích vai trò của enzim?
CHƢƠNG 3: SẢN XUẤT BỘT GIẶT VÀ CÁC SẢN PHẨM TẨY RỬA KHÁC 3.1. Sản xuất xà phòng
3.1.1. Nguyên liệu
Tất cả các loại dầu mỡ động vật có thể dùng làm nguyên liệu sản xuất xà bông nhƣ: mỡ bò, cừu, heo, dầu dừa, dầu cọ, cao su, dầu đậu phọng, thầu dầu,...
Các chất béo và dầu là các triglyxerit là este của axit béo và glyxerol, có công thức là:
CH2 CH2 CH COOR COOR COOR
a) Chất béo đƣợc dùng trong sản xuất xà phòng
Những chất béo chính đƣợc dùng là: - Mỡ (bò và dê cừu)
- Dầu dừa
- Dầu cọ vỏ (lấy từ vỏ trái cây cọ có chất dầu) - Dầu cọ hạt (đƣợc lấy từ hạt của trái cây cọ có dầu)
Ở châu Âu và Mỹ, ngƣời ta thƣờng dùng chất pha trộn mỡ bò/ dầu dừa. Các dầu cọ vỏ và hạt đƣợc dùng nhiều hơn trong các nƣớc sản xuất chất này: châu Phi và Đông Nam Á.
Mỗi chất béo đƣợc cấu tạo bởi một hỗn hợp các axit béo đƣợc tóm lƣợc trong bảng 3.1.
Từ đó có thể thấy:
- Dầu cùi dừa và dầu cọ (hạt) rất phong phú về C12.
- Mỡ và dầu cọ (vỏ) không có C12 nhƣng các dây pha trộn với nhau dài hơn (no hay không no).
Các xà phòng thƣờng đƣợc nấu từ các hỗn hợp cổ điển sau đây: - Mỡ/ Dầu cùi dừa
- Mỡ/ dầu cọ hạt
- Dầu cọ (vỏ)/ dầu cùi dừa - Dầu cọ vỏ/ dầu cọ hạt
Với tỉ lệ 10 đến 40% đối với dầu cùi dừa và dầu cọ hạt (thƣờng xuyên nhất là khoảng 20%) và 60 đến 90% đối với mỡ và dầu cọ vỏ.
Ví dụ: nếu lấy một hỗn hợp 80/20 (dầu cọ vỏ/dầu cùi dừa), xà phòng đƣợc chế biến từ đó tƣơng ứng với một hỗn hợp các axit béo với sự phân bố nhƣ trong bảng 3.2.
Bảng 3.2: Phân bổ các axit béo trong hỗn hợp 80/20 (dầu cọ vỏ/dầu cùi dừa)
Độ dài
%
2 1,3 9,5 4,4 36,6 4,6 32,5 9
Axit béo no có dây ngắn Axit béo no có dây dài Axit béo không no có dây dài Thành phần cấu tạo sẽ đóng một vài trò liên quan đến chất lƣợng xà phòng đã hoàn chỉnh: ví dụ các axit béo có dây ngắn dễ hoà tan hơn, chịu trách nhiệm về khả năng tạo bọt và làm rát da hơn, nhƣng ngƣời ta cần phải gìn giữ một mức quân bình nào đó để xà phòng không bị tiêu hao quá nhanh khi sử dụng.
Một số đại lƣợng vật lý đặc trƣng cho chất béo:
- Chỉ số acid: là số mg KOH dùng để trung hòa 1g chất béo cho biết lƣợng acid tự do trong dầu mỡ .
- Chỉ số xà bông: là số mg KOH dùng để xà phòng hóa 1g chất béo ,nó nói lên thành phần tổng cộng các acid béo .Chỉ số xà bông lớn nói lên thành phần tổng cộng các acid béo.
Chỉ số xà bông lớn chứng tỏ có mặt các acid béo ít ngƣợc lại chỉ số xà bông nhỏ chứng tỏ acid béo lớn hoặc có chứa những chất không xà phòng hóa.
VD: Chỉ số xà phòng hóa mỡ bò là 226, dầu dừa 245 - 246.
b) Xử lý các nguyên liệu hữu cơ
Trƣớc khi đƣợc sử dụng để sản xuất xà phòng, các nguyên liệu thô phải qua một quy trình kép:
- Giai đoạn tẩy trắng - Giai đoạn khử mùi.
Sự tẩy trắng dầu
Sự tẩy trắng các loại dầu đƣợc tiến hành trong giai đoạn đầu. Trƣớc tiên, ngƣời ta đun nóng các loại dầu này ở nhiệt độ cao (900C) dƣới chân không để sấy chúng. Chân không giúp dầu không hƣ hại do oxi hoá. Khi nƣớc đã bị loại ra, ngƣời ta thêm chất tẩy trắng dầu vào. Thƣờng ngƣời ta sử dụng các vật liệu hấp phụ có diện tích bề mặt lớn để hấp phụ các tạp chất có trong dầu.
Loại bỏ mùi bằng chƣng cất chân không, khi đó sẽ thu đƣợc dầu có chất lƣợng đáp ứng quá trình sản xuất xà phòng
c) Nguyên liệu vô cơ
Để xà phòng hoá dầu mỡ thƣờng sử dụng kiềm là NaOH. Sô đa không thể xà phòng hoá glyxerit, tuy nhiên nó vẫn đƣợc sử dụng làm phụ gia trong xà phòng, sô đa chỉ có khả năng trung hoà axit béo. KOH đƣợc sử dụng để sản xuất xà phòng mềm (và trong). Với cùng một nguyên liệu dầu mỡ, xà phòng kali mềm hơn xà phòng natri. Thƣờng ngƣời ta phối hợp xà phòng natri với xà phòng kali.
Bảng 3.1 Cấu tạo trung bình của những chất béo chính sử dụng trong công nghiệp xà bông.
1= (gồm một mối liên kết đôi 2 = ( gồm hai mối liên kết đôi) Độ dài các mạch (trung bình) < C10 C10 C12 C14 C16 với 1= C16 C18 C18 với 1= C18 với 2= C20 C20 với 1= C20 no C20 không no % % % % % % % %* %* % % % %
Tên gọi chung Capric Lauric Myristic Palmitotic Palmitoléic Stéaric Oléic Linoléic Arachidic Gadoléic
Dầu cùi 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 trình công nghệ 3.1.2.1. Nguyên tắc để sản xuất xà phòng
Phản ứng cơ bản xảy ra trong quá trình nấu xà phòng là phản ứng xà phòng hoá. Có thể xà phòng hoá trực tiếp nguyên liệu béo hoặc có thể xà phòng hoá axit béo để thu đƣợc xà phòng. Vì vậy trên thực tế có hai phƣơng pháp để nấu xà phòng là:
Phương pháp 1: Thuỷ phân chất béo bằng hơi nƣớc ở áp suất cao và nhiệt độ cao (2500 C, 50 atm). Phản ứng xảy ra là: CH2 CH2 CH COOR COOR COOR 3 H2O CH2 CH2 CH OH OH OH + + 3 RCOOH
Phản ứng xảy ra khi lƣợng nƣớc dƣ, sau đó có thể tách dễ dàng glyxerin khỏi các axit béo (không hoà tan trong nƣớc). Rồi các axit béo đƣợc làm sạch bằng cách chƣng để dùng sản xuất xà phòng. Phƣơng pháp này đòi hỏi hệ thống thiết bị phức tạp để thuỷ phân dầu mỡ và làm sạch axit béo, và thƣờng chỉ đƣợc sử dụng tại các nhà máy sản xuất chất béo là chủ yếu.
Phƣơng pháp 2: Đun sôi chất béo trực tiếp với dung dịch xút ở 1000C dƣới áp suất không khí. Khi đó, các axit béo đƣợc hình thành phản ứng ngay tức thì với xút để tạo nên xà bông:
Sau đó phải tách glyxerin ra khỏi xà phòng. Đây là một công việc khá phức tạp vì dung dịch tƣơng đối bị pha lẫn. Tuy nhiên phƣơng pháp này vẫn đƣợc các nhà sản xuất lớn về xà phòng sử dụng nhiều nhất.
3.1.2.2. Sản xuất xà phòng trực tiếp từ các chất béo
Sơ đồ các giai đoạn để sản xuất xà phòng trực tiếp từ chất béo đƣợc mô tả trên hình 3.1. Sơ đồ bao gồm các giai đoạn:
Pha trộn các loại dầu: Tính toán tỉ lệ, phối hợp các loại nguyên liệu theo đúng yêu cầu của quá trình công nghệ.
Dầu mỡ Trộn theo tỉ lệ thích hợp Tẩy trắng, khử mùi Xà phòng hoá Tách xà phòng Xà phòng thô Xà phòng hoá triệt để Hỗn hợp glyrein, nước muối, tạp chất
Sấy khô chân không
Hoàn tất xà phòng
Glyxerin Tạp chất
Hình 3.1: Các giai đoạn sản xuất xà phòng bằng phương pháp xà phòng hoá trực tiếp
Xà phòng hoá: Thực hiện phản ứng xà phòng hoá dầu mỡ bằng kiềm tạo xà phòng và glyxerin.
Tách xà phòng: tách glyxerin ra khỏi xà phòng. Sự tách này dựa trên nguyên tắc là glyxerol hoà tan đƣợc trong nƣớc muối trong khi xà phòng thì không. Quá trình tách rửa cũng giúp loại đƣợc một phần lớn các chất bẩn có màu sắc.
Quá trình rửa đƣợc thực hiện bằng cách pha trộn xà phòng với một dung lƣợng nƣớc muối, có khuấy trộn. Sau vài giờ trộn, xà phòng tách ra ở lớp trên, còn lớp dƣới là nƣớc muối + glyxerin. Quá trình rửa đƣợc tiến hành 3 lần để loại glyxerin ra khỏi xà phòng.
Tách glyxerin: Ngƣời ta đƣa dung dịch nƣớc muối + glyxerin đƣợc thu hồi tới một thiết bị bốc hơi để thu hồi glyxerol và muối đƣợc quay vòng dùng lại.
Xà phòng hoá triệt để (loại muối): xà phòng sau khi tách khỏi glyxerin vẫn còn chứa nhiều muối, làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng. giai đoạn này giúp giảm số lƣợng muối, loại các tạp chất có màu sắc, tăng nồng độ cho dung dịch xà phòng. Trong giai đoạn này, ngƣời ta pha trộn dung dịch xà phòng với dung dịch xút loãng. Khi đó, dung dịch sẽ phân làm hai lớp: lớp trên là xà phòng mịn, lớp dƣới là hỗn hợp nƣớc - muối - xút - tạp chất (không có xà phòng) hoặc một dung dịch negro chứa vài phần trăm đến 25 - 30% xà phòng, muối, xút và các tạp chất khác.
Quy trình này có thể áp dụng các phƣơng thức sản xuất xà phòng
Phƣơng thức cổ truyền:
Phƣơng pháp này là phƣơng pháp gián đoạn, cho phép nấu nhiều tấn xà phòng một lƣợt. Trong các bồn hở, ngƣời ta nấu dầu với dung dịch xút (47%). Khuyết điểm chính của phƣơng pháp này là ở chỗ khó đạt đƣợc một hỗn hợp đồng nhất: khi một phần dầu phản ứng với xút thì xà phòng đã đƣợc tạo thành làm sệt hột hợp. Phƣơng pháp này không tách glyxerin ra khỏi xà phòng.
Hệ thống “vòi” liên tục
Đây là phƣơng thức thông dụng nhất: gồm việc đun nóng dầu, dung dịch xút và bơm chúng thành một vòi: điểm giao của 4 ống, ống đầu tiên dẫn dầu, ống thứ hai xút, ống thứ 3 hơi nƣớc (để giúp phản ứng đồng thời cọ rửa) và ống thứ tƣ để di chuyển hỗn hợp (sơ đồ hình 3.2). Dung dịch nước, xút Dầu Dung dịch xà phòng Hơi nước Hình 3.2: Hệ thống vòi
Hỗn hợp phản ứng đƣợc duy trình lỏng bằng cách thêm chất lỏng, pha loãng vào. Chất lỏng pha loãng này có thể là nƣớc, nhƣng sự pha loãng glyxerin có thể quá mức và giá thành bốc hơi thành quá cao để thu hồi.
hoàn bên hông. Dầu và dung dịch xút đƣợc đƣa vào cột phản ứng nhờ các bơm. Tốc độ phản ứng đƣợc gia tăng nhờ áp lực cao (4 atm, 1400C). Xà phòng đi ra từ thiết bị phản ứng đƣợc bơm vào cột thứ hai. Trƣớc khi đi vào cột phản ứng thứ hai, ngƣời ta đƣa vào một chất lỏng pha loãng lạnh để giảm nhiệt độ và làm lỏng hỗn hợp. Thời gian phản ứng vào khoảng 15 phút trong cả hai cột.
Dầu
4 atm, 1400C
Xút
Glyxerin
Pha loãng
Hình 3.3: Phương pháp “Alfa Laval”
- Rửa sạch:
Giai đoạn tiếp theo cho phép tách glyxerin ra khỏi xà phòng dựa trên nguyên tắc glyxerol hoà tan trong nƣớc muối, nhƣng xà phòng không tan. Quá trình rửa cũng cho phép loại trừ một phần lớn những tạp chất có màu.
+ Phương pháp bồn: Quá trình rửa đƣợc thực hiện bằng cách trộn xà phòng với một khối lƣợng muối đã xác định, dùng những vòi hơi nƣớc để khuấy trộn. sau vài giờ nghỉ, xà phòng nổi lên trên trong cùng lúc lớp dƣới gồm một hỗn hợp glyxerin/nƣớc muối. quá trình rửa đƣợc lặp lại khoảng 3 lần với nƣớc muối lạnh để loại trừ tất cả glyxerin trong xà phòng
+ Phương thức dòng chảy ngược: hệ thống này bao gồm một dãy thùng sắp xếp theo thác đổ trong đó xà phòng đƣợc bơm vào hoặc cho chảy vào từ thùng này sang thùng khác, trong khi nƣớc muối đƣợc bơm vào ngƣợc chiều. Rửa theo phƣơng pháp này, nồng độ glyxerin cuối cùng trong nƣớc muối cao hơn nhiều so với phƣơng pháp bằng thùng ( 12-20% so với 5-10%).
- Pha loãng: Dung dịch nƣớc muối + glyxerin thu hồi phần lớn đƣợc đƣa vào một đơn vị làm bốc hơi để thu hồi glyxerol và muối. phần còn lại đƣợc dùng
làm chất pha loãng
- Loại bỏ muối: tiến hành loại muối một cách liên tục bằng cách xịt so đa loãng vào hệ thống ống đƣa xà phòng đã rửa đến một máy ly tâm mà tốc độ cho phép tách xà phòng ra khỏi nƣớc.
b) Sản xuất xà phòng bằng cách trung hoà các axit béo
Phƣơng pháp này đƣợc sử dụng ít hơn phƣơng pháp trên vì nó có những điểm không thuận lợi là:
- Giá thành thiết bị cao
- Chỉ dùng với những nhà máy sản xuất lớn.
Tuy nhiên nó cũng có những thuận lợi là: công nghệ đơn giản, linh hoạt trong quá trình sản xuất vì có thể thay đổi dễ dàng thành phần chất béo.
Chất béo Chưng cất Axit béo Trung hoà Sấy xà phòng Glyxerin
nước nóng chất béo và xúc tác thùng khuấy trộn Tinh chế Thiết bị trộn xà phòng Tinh chế
Thiết bị bay hơi Hơi nước Thiết bị thủy phân Glyxerin thô Axit béo Thiết bị trung hòa Kiềm Đóng gói
Hình 3.5: Sơ đồ công nghệ sản xuất xà phòng theo phương pháp trung hoà axit béo
c) Ví dụ về công thức xà phòng
Xà phòng tắm cổ điển thƣờng gặp trên thị trƣờng có công thức nhƣ bảng 3.3.
Bảng 3.3. Công thức xà phòng thường gặp TT Thành phần quy định của chất béo Xà phòng không thừa béo 80-20(cọ vỏ/cọ hạt) Xà phòng thừa béo 65- 35% (mỡ bò/dầu cùi dừa)
1 Xà phòng natri 83-88 80 - 85 2 Axit béo tự do - 4 - 6 3 Chất bảo quản - Na EDTA - HEDP 0,015 - 0,030 0,010 - 0,025 0,015 - 0,030