2. Ảnh hưởng của chất xúc tác:
Để đạt được phản ứng glycoside hóa dễ dàng, tốc độ phản ứng được đẩy nhanh và phản ứng xảy ra hồn tồn thì cần đến sự có mặt của chất xúc tác. Các loại chất xúc tác khác nhau có ảnh hưởng đến đặc tính của sản phẩm khác nhau.
Hình 2. 10: Bảng dữ liệu thí nghiệm về chất xúc tác của acid có tính khác nhau
Khi bổ sung acid photphoric ta phân tích tỉ lệ cho thấy được sự cải thiện rõ rệt khi kết hợp với acid p-toluen sulfonic. Do acid p-toluen sulfonic có hoạt tính xúc tác tương đối tốt nên việc lựa chọn chất xúc tác là acid p-toluen sulfonic và acid photphoric kết hợp với nhau là sự lựa chọn tốt nhất.
24
Tuy nhiên tỷ lệ chuyển đổi tăng lên khi kết hợp một lượng lớn chất xúc tác, nhưng kết hợp nhiều chất xúc tác như thế thì sẽ khơng làm tốt hơn ngược lại sẽ có thể tạo ra glucose bằng chất xúc tác mang tính acid cao. Một số phân tích cho thấy chất xúc tác ở mức 1,3% là tốt nhất vì nó đạt năng suất cao và có tốc độ phản ứng nhanh vào thời điểm này.
Hình 2. 11: Ảnh hưởng của chất xúc tác đến năng suất 3. Ảnh hưởng của áp suất:
Sự thay đổi áp suất sẽ ảnh hưởng đến tỷ lệ mất nước, giảm thể tích nước của sản phẩm sẽ cải thiện tỷ lệ sản phẩm tương ứng. Khi áp suất lớn hơn 8 kPa năng suất giảm xuống 20% hoặc thấp hơn. Khi áp suất 4kPa-8kPa thì năng suất thay đổi liên tục. Khi áp suất dưới 4kPa năng suất đạt cân bằng đạt 90%. Do đó áp suất càng thấp thì sản lượng càng cao nên áp suất phản ứng tốt nhất là 3kPa-4kPa.
25
Hình 2. 12: Ảnh hưởng của áp suất tới năng suất 4. Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Để biết được mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ như thế nào đối với năng suất, một số thí nghiệm đã được thực hiện với các mức gradient nhiệt độ khác nhau theo các điều kiện của tỷ lệ mol rượu và glucose 7:1, hàm lượng chất xúc tác là 1,3% và áp suất là 4kPa. Trong trường hợp các điều kiện khác không thay đổi ta khảo sát 9 điểm nhiệt độ tương ứng ở Bảng từ đó rút ra kết luận nhiệt độ phản ứng tốt nhất.
Hình 2. 13: Tác động của nhiệt độ đến năng suất và màu sắc
Khi nhiệt độ ở 90ºC , tỷ lệ năng suất rất thấp chỉ ở khoảng 22,1%. Khi nhiệt độ ở 110ºC, năng suất tăng nhanh hơn 98% các phản ứng diễn ra bình thường. Khi nhiệt độ ở 120ºC thời gian phản ứng rút ngắn 1 giờ nhưng màu sắc của sản phẩm chuyển sang màu cam-vàng. Khi nhiệt độ từ 125ºC trở lên thì sẽ tạo ra rất nhiều vật liệu màu đen
26
vì do glucose bị carbon hóa ở nhiệt độ cao sản lượng giảm xuống 95,3%. Từ đó suy ra nếu tăng nhiệt độ quá cao hoặc q thấp thì sẽ ảnh hưởng đến chi phí sản xuất và sản lượng sản phẩm duy trì nhiệt độ cho phản ứng ở mức 110ºC-120ºC là thích hợp nhất.
VII. Phương pháp tổng hợp để sản xuất Ankyl Polyglycoside:[9]
Dựa vào phương pháp tổng hợp Fisher được chia làm 2 phương pháp: tổng hợp trực tiếp và tổng hợp gián tiếp.
Đây là q trình acetal hóa được xúc tác bởi H+ ( hay cịn gọi là sự glucoside hóa) là phản ứng khơng chọn lọc. Cả 2 phương pháp trên, chúng ta phải sử dụng chất xúc tác là acid để ưu tiên cho phản ứng tạo liên kết glucoside. Các acid được sử dụng là: HCl, H2SO4, H3PO4, BF3. Những acid sufonic thường dùng là: orth, meta và para-
toluensunfonic acid, alkyl benzensunfonic, alkylsunfat, alkylbenzensunfonat, alkylsunfonat.
1. Phương pháp tổng hợp gián tiếp:
Phương pháp này có 2 giai đoạn: Ban đầu glucose phản ứng với rượu thấp phân tử là n- butanol tạo ra butyl glucose, sau đó tác dụng với rượu béo. Cả 2 giai đoạn là phản ứng thuận nghịch nên phải dùng lượng dư alcohol lớn.
27
Hình 2. 14: Cơ chế phản ứng
Nguyên tắc chung của phương pháp được thực hiện theo trình tự sau: a. Tổng hợp butyl polyglucoside:
28
Được thực hiện trong thiết bị sấy có khuấy động trong điều kiện gia nhiệt có mặt acid mạnh làm xúc tác như H2SO4 0,1%. Butanol vừa là tác chất phản ứng vừa là dung môi. Phản ứng xảy ra đồng thời với sự tách loại nước nhằm tăng tốc độ phản ứng.
b. Chuyển glucoside hóa:
Dung dich sau phản ứng tổng hợp butyl polyglucoside gồm: oligoglucoside, butyl polyglucoside, butanol dư. Dung dịch có tính acid, lượng alcohol béo phản ứng là dư so với glucose. Phản ứng đạt tốc độ cao ở nhiệt độ 110-130ºC kèm theo chưng cất để tách butanol.
c. Phản ứng trung hòa:
Do cần phải xác định lượng đường đã chuyển hóa bằng phương pháp so màu. Phản ứng tạo phức màu xảy ra trong mơi trường kiềm, do đó phải trung hịa dung dịch trước khi xác định độ chuyển hóa. Và tránh phản ứng thủy phân thành đường và rượu béo.
d. Tinh chế:
APG được điều chế phải có màu sáng và khơng được chuyển màu dưới điều kiện tồn trữ dài (3-6 tháng ở nhiệt độ trên 60ºC). Nguyên nhân chính làm cho sản phẩm có màu là do glucose bị tác động nhiệt, ta có thêm vào các tác nhân như acid hyposulrous, acid hyposulporic và những tác nhân tẩy trắng hiệu quả: H2O2, O3, SO2, những muối peroxy để làm giảm đi những tác động đó. Cuối cùng là tạo độ pH của APG cao lên để bảo quản được lâu hoặc có thể dùng một số chất bảo quản.
2. Phương pháp tổng hợp trực tiếp:
Tương tự như tổng hợp gián tiếp nhưng yêu cầu về việc chọn nguyên liệu sẽ khó khăn hơn, nếu dung dịch glucose hoặc tinh bột khơng có độ tinh khiết cao thì khơng thích hợp để làm ngun liệu. Thay vào đó những dạng khơ của glucose rắn như: dextrose
monohydrate hoặc dextrose khan sẽ được dùng làm nguyên liệu, bởi vì phản ứng là đồng nhất , diện tích bề mặt riêng của chất rắn phải lớn nên hỗn hợp phản ứng càng khan nước càng tốt. Điều này có nghĩa là nước được hình thành trong suốt quá trình phải được tách nhanh ra khỏi phản ứng và chỉ duy trì lượng nước thấp nhất có thể.
29
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA ALKYL POLYGLYCOSIDE TRONG LĨNH VỰC TẨY RỬA
I. Ứng dụng tổng qt:
APG có tính tạo bọt trung bình, khả năng thấm ướt tốt, mịn, có tính tẩy rửa và có tính kết hợp với các chất hoạt động bề mặt anion và cation khác. APG thuận lợi bất kỳ ở nơi nào có nhiệt độ khơng q cao. APG có sức căng bề mặt thấp, khả năng phân tán cao nên chúng được sử dụng trong nhiều ứng dụng kỹ thuật. Khả năng áp dụng chất hoạt động bề mặt khơng những phụ thuộc vào những tính chất riêng của nó mà cịn phụ thuộc vào tính năng khi APG kết hợp với những chất hoạt động bề mặt khác.
APG có tính dịu, khơng gây kích ứng da, khơng gây độc hại nên được sử dụng trong tẩy rửa, mỹ phẩm, sữa tắm….APG bền vững với dung dịch muối cho phép trộn phân hóa học với những sản phẩm nơng học. Do có tính tạo nhũ tốt nên APG thích hợp cho việc điều chế nhũ tương cực mịn, được sử dụng làm tác nhân tẩy rửa, chất tẩy rửa, chất làm sạch có tính kiềm, những sản phẩm chăm sóc cá nhân. Ngồi ra do khả năng tạo bọt thấp nên được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật phun, bơm.
II. Ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa:[8]
1. Chất tẩy rửa bằng tay:
Chất tẩy rửa bằng tay thường là hỗn hợp của chất hoạt động bề mặt anion, việc sử dụng chất hoạt động bề mặt khơng ion là thành phần chính trong cơng thức phối chế là khơng phổ biến. Điển hình là việc sử dụng các ethoxylat kết hợp với các anion thơng dụng khơng làm tăng tính tẩy rửa. Nhưng khi sử dụng chất hoạt động bề mặt không ion là APG trộn với ethersulfat của rượu béo thì khả năng tẩy rửa tăng mạnh. APG thường kết hợp với sulfat của rượu béo C13, C17 alkansulfonate, C11, C15 alkyl
benzensulfonate,….sẽ làm khả năng tẩy rửa của hỗn hợp tăng lên rất nhiều. Sản phẩm đại diện cho dạng này là Berol DGR81.
2. Alkyl Polyglycoside trong bột giặt:
Đối với nhiều người tiêu dùng, bột giặt là sản phẩm họ sử dụng hàng ngày để giúp quần áo bẩn trở lại trạng thái phù hợp để sử dụng. Các công thức cần thiết được bán trên
30
thị trường ở nhiều dạng khác nhau, ví dụ như chất tẩy rửa dạng đùn, bột, sệt hoặc lỏng. Sự lựa chọn của công thức cụ thể được xác định bởi yêu cầu của người tiêu dùng liên quan đến tính dễ sử dụng nhưng khơng kém phần quan trọng bởi chất liệu dệt và hướng dẫn giặt của nó. Ngồi ra, sinh thái đã là một yếu tố quan trọng trong sự phát triển của bột giặt, ảnh hưởng đến cách thức mà chúng được phát triển.
Là một chất hoạt động bề mặt khơng ion nó được tối ưu hóa thường dựa trên hỗn hợp các chất hoạt động bề mặt anion và không ion được sử dụng trong các công thức chất tẩy rửa hiện đại. Các APG xuất hiện trong các hỗn hợp chất hoạt động bề mặt này tốt hơn là được gọi là chất đồng hoạt động bề mặt có đặc tính bổ sung hoặc các chất hoạt động bề mặt cải thiện ưu thế về mặt định lượng liên quan đến hiệu suất giặt. Bên cạnh hiệu suất, tính thẩm mỹ của chất tẩy rửa đóng một phần quan trọng nhằm mục đích tạo ra bọt dày và ổn định. Các APG kết hợp với các chất hoạt động bề mặt anion có thể làm thay đổi tính chất tạo bọt trong cơng thức đáp ứng được hiệu suất và chất lượng cho người tiêu dùng.
a. Chất tẩy rửa dạng lỏng:
Alkyl polyglycoside lần đầu tiên được sử dụng trong chất tẩy giặt dạng lỏng vào năm 1989. Thành phần của chất tẩy rửa nặng dạng lỏng (hình 3.1) dựa trên sự kết hợp của chất hoạt động bề mặt không ion, chất hoạt động bề mặt anion, xà phòng và
hydrotropes. Các hydrotropes khơng góp phần làm sạch - có thể được thay thế một phần bằng các APG. Đáng ngạc nhiên là người ta đã phát hiện ra rằng các APG ảnh hưởng tích cực đến nhiệt độ thấp và độ ổn định bảo quản của các cơng thức. Một loại xà phịng đó là triethanolamine (TEA) có tác dụng tẩy rửa chất bẩn nhưng lại gây ra sự ô nhiễm
triethanolamine trong diethanolamine, có thể dẫn đến sự hình thành nitrosamine gây ơ nhiễm cho mơi trường đã được thay thế thành cơng bằng xà phịng natri / kali với sự góp mặt của APG có tác dụng tương tự [15]. Ngồi ra, xà phịng natri ít tốn kém hơn, do đó việc sử dụng APG mang lại lợi thế về giá cả cho thị trường,rất an toàn và dễ xử lý được sử dụng nhiều trong việc rửa tay, rửa chén, dầu gội đầu…ưu tiên hơn là dạng bột.
31
Hình 3. 1: Cơng thức chung của chất tẩy rửa dạng lỏng
Ngoài ra độ ổn định lưu trữ của các enzym trong công thức dạng lỏng bị giảm khi so sánh với dạng bột. Do hàm lượng chất hoạt động bề mặt cao trong một số công thức nhất định, các enzym bị vơ hiệu hóa một phần và từ từ mất hoạt tính ban đầu khi bảo quản. Để cải thiện độ ổn định lưu trữ của các enzym, chẳng hạn như protease, lipase, amylase hoặc xenlulaza trong chất tẩy rửa dạng lỏng thì chất ổn định(borate, phosphate, este đặc biệt) được thêm vào và hệ thống chất hoạt động bề mặt được điều chỉnh. Người ta nhận thấy rằng độ ổn định lưu trữ của các enzym trong chất tẩy rửa lỏng có thể được cải thiện rõ rệt bằng cách sử dụng C12/14 APG.
32
Hình 3. 2: Biểu đồ tính ổn định của enzyme trong chất tẩy rửa dạng lỏng b. Chất tẩy rửa dạng bột: b. Chất tẩy rửa dạng bột:
Chất tẩy rửa dạng bột dựa trên các công thức loại bỏ hầu hết tất cả các loại vết bẩn thường gặp, đặc biệt chú trọng đến hiệu suất giặt. Vì lý do này, độ kiềm cao hơn rõ rệt được điều chỉnh để giá trị pH của chất tẩy rửa nằm trong khoảng pH từ 9,5 đến 10,5. Do đó, việc loại bỏ các loại chất bẩn được cải thiện đáng kể. Ngoài ra, chất tẩy rửa nặng được cung cấp với một hệ thống tẩy trắng vì vậy các vết bẩn có thể được tẩy trắng chẳng hạn như trà, cà phê, rượu vang đỏ… được loại bỏ một cách dễ dàng. Các loại vết bẩn chứa chất béo và dầu, chẳng hạn như bã nhờn, dầu ô liu, son môi và kem dưỡng da mặt, rất khó loại bỏ ở nhiệt độ thấp. Bằng cách sử dụng APG trong chất tẩy rửa dạng bột, những vết bẩn này đặc biệt có thể được loại bỏ một cách hiệu quả đáng kể. Ngồi ra việc sử dụng thêm lipase vào có thể làm hiệu suất giặt được tăng thêm.
Hình 3. 3: Hiệu suất giặt của chất tẩy rửa nặng với C12/14 APG
Henkel là nhà sản xuất chất tẩy rửa đầu tiên của Đức sử dụng APG trong bột giặt. Bột giặt khơng có chất tẩy trắng và năng lượng sáng quang học này được sử dụng cho các loại vải dệt mịn và mỏng manh như lụa và viscose. Những loại hàng dệt có giá trị cao này cần chất tẩy rửa có độ nhạy cảm hơn với sợi mà khơng gây hư hại gì trong chu trình giặt. Chất tẩy rửa dạng bột sử dụng APG có thể tạo ra một lớp bọt nhiều và mịn. Lớp bọt siêu nhỏ này có tác dụng làm giảm tác động cơ học trong suốt chu trình giặt bảo vệ được
33
những loại vải dệt đắt tiền, không gây hư hỏng. Mặt khác, sản phẩm này có hiệu suất giặt rất tốt chủ yếu trong quá trình giặt nước lạnh với nhiệt độ dưới 40ºC.
Ngồi những cơng thức dựa vào APG để sản xuất một số loại chất tẩy rửa được nêu trên thì cịn có một số cơng thức sản xuất khác được sử dụng rộng rãi trong thị trường châu Âu, châu Mỹ, Bắc Mỹ….
Hình 3. 4: Công thức về chất tẩy rửa ở châu Âu
34
Hình 3. 6: Cơng thức về chất tẩy rửa ở châu Mỹ Latinh
Hình 3. 7: Cơng thức về chất tẩy rửa ở châu Á
3. Chất tẩy rửa đa năng:
Nhiều loại hợp chất được tìm thấy trong các yêu cầu chất tẩy rửa đa năng (APC) hiện đại. Chúng phải hoạt động hiệu quả đối với cả loại chứa dầu và chất béo có thể nhũ hóa và chống lại các hạt rắn phân tán. Ngày nay, thị trường chất tẩy rửa đa năng của Châu Âu có ba phân khúc: chất tẩy rửa đa năng thơng thường, chất tẩy rửa đa năng đậm đặc và chất tẩy rửa đa năng có khả năng tương thích tuyệt vời với da. Hình 3.8 minh họa phạm vi xây dựng công thức cho nhà phát triển sản phẩm. Thành phần thiết yếu là chất hoạt động bề mặt.
35
Hình 3. 8: Các cơng thức chung cho chất tẩy rửa đa năng thông thường và đậm đặc
Các sản phẩm chứa Alkyl Polyglycoside hiện có sẵn trên thị trường cho cả ba phân khúc. Bản thân các polyglycoside alkyl có hiệu suất làm sạch tuyệt vời có thể được xác định, ví dụ, phù hợp với tiêu chuẩn chất lượng IPP. Hiệu suất làm sạch có thể được tăng thêm bằng cách bổ sung một lượng nhỏ chất hoạt động bề mặt anion hoặc chất tăng cao phân tử. Vì vậy, nó là có thể tạo ra các sản phẩm có hiệu suất làm sạch tương đương với các sản phẩm dẫn đầu thị trường với hàm lượng chất hoạt động bề mặt thấp hơn đáng kể. Chất tẩy rửa đa năng có khả năng tương thích da đặc biệt tốt nên có tính axit nhẹ hơn là kiềm. Với APG, nhà phát triển sản phẩm có chất hoạt động bề mặt mà ở đó mức hiệu suất làm sạch cao hầu như không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi giá trị pH.
Người tiêu dùng ngày nay ưa chuộng các chất tẩy rửa đa năng với đặc tính tạo bọt vừa phải hoặc ít. Khả năng tạo bọt của chất tẩy rửa chứa Alkyl Polyglycoside có thể dễ dàng