CHƢƠNG 2 : THÀNH PHẦN CỦA CÁC CHẤT TẨY RỬA TỔNG HỢP
2.7. Các chất xúc tác sinh học
Các enzyme đã trở thành một trong những thành phần chính thêm vào công thức tẩy rửa khoảng nửa thập kỷ gần đây, với những lý do sau:
Sự phát triển của các loại bột đậm đặc và lỏng: lƣợng enzyme đƣợc đƣa vào đơn công nghệ ở tỷ suất thấp nhƣng đem lại hiệu quả cao.
Các thói quen của ngƣời tiêu dùng đã thay đổi. Trƣớc kia, ngƣời ta giặt quần áo chỉ để làm sạch. Ngày nay, ngƣời ta còn quan tâm đến việc giữ “mới” trong thời gian càng lâu càng tốt, do đó, sự có mặt của enzyme đƣợc đáng giá cao.
Tính không gây hại của enzyme đối với môi trƣờng.
Các enzyme là những hợp chất rất phức tạp chứa nitơ của các loại protein làm xúc tác cho các phản ứng khác nhau trong hóa học vi sinh. Một số phản ứng xảy ra trong các cơ thể sống hữu cơ, nhƣng một số khác xảy ra trong các hệ “không sống” ( non- living) nhƣ tinh bột chuyển hóa thành đƣờng trong công nghiệp sản xuất thức uống có cồn. Từ những năm 60, ngƣời ta đã rất quan tâm đến các loại enzyme dùng trong bột giặt nhƣ:
Protease: thủy phân các vết bẩn có nguồn gốc protein.
Lipase: tác động lên các vết dầu mỡ, thủy phân các glycerit không hòa tan.
Amylase: thủy phân các vết bẩn tinh bột.
Cellulase: thủy phân các vết bẩn có nguồn gốc cellulose.
động ở nhiệt độ dƣới 55oC, ở nhiệt độ cao hơn, chúng sẽ bị phân hủy. Trong các loại enzyme trên thì protease đƣợc chú ý nhiều nhất.
Bảng 2.7. Những chỉ dẫn về các loại enzyme theo pH và nhiệt độ
Enzyme pH Nhiệt độ (oC)
Protease: Alcalaza Savinaza Everlaza Esperaza 7-9.5 9-10.5 9-10.5 10-11.5 10-65 10-65 10-65 40-75 Amylaza: Termamyl Ban 8-11.5 7-9.5 10-90 10-40 Lipaza: Lipolase 7-11 5-45 Cellulaza: Celluzym Carezym 7-9.5 7-10.5 20-70 20-55 2.8. Các tác nhân chống tái bám
Chất chống tái bám thƣờng đƣợc sử dụng nhiều nhất là cacboxymetyl xenluloza natri có công thức phân tử : [C6H7O2(OH)2OC2COONa].
CMC Na làm gia tăng các tính chất chống tái bám bằng hai cách:
- Làm biến đổi điện tích của những hạt bẩn lơ lửng bằng sự hấp phụ ở giao diện rắn lỏng.
- Biến đổi những đặc tính điện lập thể của bề mặt các sợi bằng sự hấp phụ trên vải. Tuy nhiên CMC Na chỉ có hiệu quả với quần áo bằng bông, còn với các loại vải vóc bằng các chất liệu khác ngƣời ta thƣờng sử dụng thêm những loại polime chống tái bám khác nhƣ polyme của axit acrylic hoặc axit acrylic/maleic.
- Lƣợng CMC Na thƣờng dùng với hàm lƣợng từ 0,5 - 1% trong công thức. - Đối với các polyme của axit acrylic hoặc axit acrylic/maleic có ba trƣờng hợp:
+ Nếu bột giặt chứa đủ STPP và sự phân giải của nó kém (10 - 12%) thì không cần thiết sử dụng những polime. Ngƣợc lại, nếu sự phân giải của STPP quan trọng thì cần có từ 0,3 đến 0,5% polime để tránh sự tái bám và bám dính.
+ Khi ngƣời ta muốn giảm tỉ suất STPP vì những lý do môi trƣờng và khi sự phân giải của nó cao, ngƣời ta có thể dùng từ 1 - 2% polime.
+ Với những công thức không có photphat, có nhựa trao đổi ion hoặc tác nhân kết tủa, hàm lƣợng polime có thể từ 3 - 4% và có thể hơn đối với bột giặt đậm đặc.
2.9. Các tác nhân làm mềm vải
Trongquá trình giặt giũ, các sợi vải bị hƣ hại dần, hình thành thành nên các sợi nhỏ trong vải. Những sợi nhỏ này tạo nên 4 yéu điểm quan trọng là:
- Vẻ thô cứng
- Các sợi nhỏ này trở thành nơi ƣu tiên tàng trữ các loại muối chứa đựng trong nƣớc cứng, hạt bẩn làm xám quần áo.
- Chúng có khuynh hƣớng ngăn cản dung dịch tẩy rửa thấm vào các tác động enzim và do vậy giảm hiệu quả giặt giũ.
- Đối với vải màu, các sợi nhỏ làm thay đổi độ phân tán ánh sáng trên bề mặt, màu vải vóc mờ đi.
Các chất làm mềm vải đƣợc sử dụng trong chất tẩy rửa có tác dụng là: - Chống thô cứng, có thể cảm nhận thấy ngay.
- Có khả năng làm trơn bóng, giúp là ủi dễ dàng. Các chất làm mềm vải đƣợc sử dụng là: - Distearyl dimetyl amoni clorua
- Các este thế bốn lần thuộc axit béo trietanolamin - Este axit béo mono hay di - pentaerylthritol - Aminoamin
2.10. Các chất tạo hƣơng
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 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