Giáo trình Công nghệ các hợp chất hoạt động bề mặt

8/20/2019 Giáo trình Công nghệ các hợp chất hoạt động bề mặt

http://slidepdf.com/reader/full/giao-trinh-cong-nghe-cac-hop-chat-hoat-dong-be-mat 1/90

0

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜ NG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ

CÔNG NGHỆ CÁC HỢ P CHẤT

HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HOÁ HỌC

(Lư u hành nội bộ)

Năm 2015



1

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT ................ 31.1 Các khái niệm cơ bản ......................................................................................... 3

1.1.1. Sức căng bề mặt và các yếu tố ảnh hưở ng ................................................... 31.1.2. Các chất hoạt động bề mặt, chất không hoạt động bề mặt và chất không ảnh

hưở ng đến sức căng bề mặt của dung môi. ............................................................ 41.2. Tính chất vật lý của dung dịch chất hoạt động bề mặt ........................................ 5

1.2.1. Cấu tạo lớ p bề mặt trên giớ i hạn lỏng- khí: ................................................. 51.2.2. Trạng thái phân tử chất hoạt động bề mặt trong dung dịch: ....................... 6

1.2.3. Nồng độ micell tớ i hạn- Điểm Kraft-Điểm đục-HLB và các yếu tố ảnh

hưở ng ................................................................................................................... 71.3. Phân loại chất hoạt động bề mặt ...................................................................... 12

1.3.1. Chất hoạt động bề mặt không sinh ion (NI) ............................................... 12

1.3.2. Chất hoạt động bề mặt anion ..................................................................... 141.3.3. Chất hoạt động bề mặt cation .................................................................. 151.3.4. Chất hoạt động bề mặt lưỡ ng tính ............................................................. 16

1.4. Ứ ng dụng của chất hoạt động bề mặt ............................................................... 17

1.5 Cơ chế tẩy rửa của chất hoạt động bề mặt ......................................................... 181.5.1. Tẩy rửa các chất bẩn là chất béo ............................................................... 191.5.2. Tẩy rửa các vết bẩn dạng hạt ..................................................................... 22

1.6. Đánh giá kỹ thuật chất hoạt động bề mặt ......................................................... 251.6.1. Khả năng tạo nhũ ...................................................................................... 25

1.6.2 Khả năng tẩy rửa ........................................................................................ 251.6.3. Khả năng tạo bọt ....................................................................................... 281.6.4. Các chỉ tiêu đánh giá khác ........................................................................ 30

CHƯƠNG 2: THÀNH PHẦN CỦA CÁC CHẤT TẨY RỬ A TỔNG HỢP ............... 31

2.1. Các yếu tố ảnh hưở ng đến quá trình tẩy rửa ..................................................... 312.2. Các chất hoạt động bề mặt ............................................................................... 322.3. Các tác nhân tăng bọt và chống bọt ................................................................. 352.4. Các tác nhân làm mềm nướ c ............................................................................ 36

2.5. Các tác nhân tạo môi trườ ng kiềm ................................................................... 39

2.6. Các tác nhân tẩy trắng ..................................................................................... 392.7. Các chất xúc tác sinh học ............................................................................... 432.8. Các tác nhân chống tái bám ............................................................................. 44

2.9. Các tác nhân làm mềm vải ............................................................................... 452.10. Các chất tạo hươ ng ........................................................................................ 45

CHƯƠNG 3: SẢN XUẤT BỘT GIẶT ...................................................................... 47VÀ CÁC SẢN PHẨM TẨY RỬ A KHÁC ................................................................. 47



2

3.1. Sản xuất xà phòng ........................................................................................... 473.1.1. Nguyên liệu .............................................................................................. 47

3.1.2. Quy trình công nghệ ..................................................................................... 523.2. Sản xuất bột giặt theo phươ ng pháp sấy phun .................................................. 58

3.2.1 Phân loại bột giặt ....................................................................................... 58

3.3. Sản xuất bột giặt theo phươ ng pháp khác ......................................................... 663.4. Sản xuất các sản phẩm tẩy rửa dạng lỏng......................................................... 71

3.4.1. Nguyên tắc lập công thức .......................................................................... 713.4.2. Nướ c giặt đẳng hướ ng dạng lỏng .............................................................. 713.4.2. Nướ c giặt cấu trúc dạng lỏng .................................................................... 74

3.4.3. Sản phẩm tẩy rửa đậm đặc dạng lỏng ........................................................ 793.4.4. Nướ c rửa chén .......................................................................................... 82



3

CHƯƠ NG 1: LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT

1.1. Các khái niệm cơ bản

Các quá trình dị thể bất kỳ ( như hình thành hay phân hủy các chất rắn, hòa tancác chất rắn, lỏng và khí, bay hơ i, thăng hoa, tẩy rửa , tạo nhũ tươ ng, bọt ….) đều là

những quá trình xảy ra trên bề mặt phân chia pha. Trạng thái các chất ở bề mặt phânchia pha rất khác vớ i vật chất trong lòng các pha vì có sự khác biệt về tươ ng tác giữa

các phân tử vớ i nhau. Sự khác biệt đó làm sản sinh các hiện tượ ng đặc biệt trên bề mặtphân chia pha.

Viêc nghiên cứu hiện tượ ng bề mặt có sức lôi cuốn lớ n vì nó có tầm quan trọnglý thuyết và thực tế. Nghiên cứu các hiện tượ ng bề mặt có thể đánh giá đượ c nănglượ ng và hiểu rõ đượ c bản chất tươ ng tác phân tử. ý ngh ĩ a thực tế của các hiện tượ ngbề mặt là ở chỗ, vật chất có bề mặt lớ n rất phổ biến trong tự nhiên và đượ c ứng dụng

rộng rãi trong kỹ thuật. Vì vậy việc tìm hiểu về sức căng bề mặt đóng một vai trò rất

quan trọng.

1.1.1. Sứ c căng bề mặt và các yếu tố ảnh hưở ng

Sức căng bề mặt đượ c định ngh ĩ a là lực căng trên một đơ n vị chiều dài cắt

ngang bề mặt. Trong hệ đo lườ ng quốc tế, sức căng bề mặt đượ c đo bằng Newton trênmét (N·m-1).

Cũng có thể định ngh ĩ a sức căng bề mặt là công cơ học thực hiện khi lực cănglàm cho diện tích bề mặt thay đổi một đơ n vị đo diện tích. Như vậy nó cũng là mật độ

diện tích của năng lượ ng; ý ngh ĩ a này mang lại tên gọi năng lượ ng bề mặt cho đại

lượ ng vật lý này. Như vậy, trong hệ đo lườ ng quốc tế, đơ n vị đo sức căng bề mặttươ ng đươ ng Jul trên mét vuông.

Nhiều khi sức căng bề mặt của một chất lỏng đượ c xác định tại một điều kiện

nhất định (nhiệt độ, áp suất, ...) khi bề mặt tiếp xúc vớ i chân không. Sức căng bề mặtcủa chất lỏng thay đổi theo nhiệt độ; đối vớ i nhiều chất lỏng, sức căng bề mặt giảm khi

nhiệt độ tăng. Khi bề mặt là tiếp giáp giữa hai chất lỏng khác nhau, sức căng bề mặttổng cộng bằng hiệu (cộng véctơ ) của sức căng bề mặt từng chất lỏng.

Các yếu tố ảnh hưở ng đến sứ c căng bề mặt:

• Sứ c căng bề mặt phụ thuộc vào bản chất của chất tiếp xúc ( bảng 1.1)

Chất lỏng càng phân cực, tươ ng tác phân tử càng lớ n, nội áp càng lớ n, do đó

sức căng bề mặt càng lớ n.



4

Bảng 1.1. S ứ c căng bề mặt của các chấ t lỏng tiế p xúc vớ i không khí ( I) ở 20oC

( dyn/cm) và của chấ t lỏng tiế p xúc vớ i nướ c (dyn/cm)

Chất lỏng σ I Chất lỏng σ I

Nướ c 72,75 - Ethanol 22,30 -

Benzen 28,88 35,00 n-octanol 27,50 8,50

Acid acetic 27,60 - n-hexan 18,40 51,10

CCl4 26,80 45,10 n-octan 21,80 50,80

Glycerin 66,00 - Anilin 42,90 -

• Sự có mặt trên lớ p chất lỏng thứ nhất lớ p chất lỏng thứ hai không trộn lẩn vớ inó luôn luôn làm sức căng bề mặt giảm. Sự giảm sức căng bề mặt càng nhiều nếu sự

khác biệt về độ phân cực của hai chất lỏng càng bé. Các chất lỏng có độ phân cực càng

gần nhau sẽ tan lẩn vớ i nhau càng nhiều và do đó sức căng bề mặt giữa chúng sẽ bằngkhông.

• Nếu hai chất lỏng chỉ hòa tan một phần vào nhau thì sức căng bề mặt trên giớ i

hạn lỏng - lỏng gần bằng hiệu số giữa sức căng bề mặt của mỗi chất ( đã bảo hòa chấtkia) so vớ i không khí.

• Dướ i tác dụng của sức căng bề mặt, thể tích khối chất lỏng sẽ hướ ng tớ i dạnghình cầu ( nếu không có ngoại lực) vì bề mặt hình cầu là bề mặt bé nhất giớ i hạn một

thể tích chất lỏng đã cho.

Ngoài yếu tố bản chất của các pha tiếp xúc có ý ngh ĩ a quyết định đến giá trị sứccăng bề mặt, sức căng bề mặt còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như nhiệt độ, ápsuất, độ cong của bề mặt và đặc biệt là sự có mặt của chất thứ hai trong chất lỏng.Trong phần này chỉ đề cập đến mối quan hệ giữa sức căng bề mặt và nhiệt độ,

• Sức căng bề mặt của đa số chất lỏng giảm gần như tuyến tính khi nhiệt độ tăng( trừ các kim loại nóng chảy) theo phươ ng trình củaa W. Ramsay và J. Shields sau khi

hiệu chỉnh phươ ng trình của R. Eotvos.

1.1.2. Các chất hoạt động bề mặt, chất không hoạt động bề mặt và chất không

ảnh hưở ng đến sứ c căng bề mặt của dung môi.a) Chất hoạt động bề mặt

Chất hoạt động bề mặt là một chất làm ướ t có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt của một chất lỏng. Phân tử chất hoạt động bề mặt thườ ng đượ c cấu tạo bở i hai

phần:



5

- Phần có cực: đó là các nhóm chức có cực: -COOH, -CONH2, -C6H4SO3-, -

SO32-.... các nhóm này liên kết mạnh vớ i các dung môi có cực như (H2O...) nên phần

có cực này đượ c gọi là đầu ưa cực (vớ i dung môi là nướ c đượ c gọi là đầu ưa nướ c).

- Phần không cực: đó là các gốc hydrocacbon. Các gốc này liên kết tốt vớ i dung

môi không cực nên đượ c gọi là đuôi không cực, hoặc đuôi ưa dầu (kỵ nướ c).Một chất hoạt động bề mặt gồm hai nhóm ưa nướ c và ưa dầu kết hợ p vớ i nhau

trong phân tử nên đượ c gọi là chất hoạt động bề mặt lưỡ ng chức.

Ngườ i ta thườ ng ký hiệu các chất hoạt động bề mặt theo các kiểu sau:

Ngoài ra ngườ i ta có thể đánh dấu thêm bằng các ký hiệu:

1.2. Tính chất vật lý của dung dịch chất hoạt động bề mặt

1.2.1. Cấu tạo lớ p bề mặt trên giớ i hạn lỏng- khí:

Ở nồng độ nhỏ, trên cùng một đơ n vị diện tích bề mặt, số lượ ng phân tử chất

hoạt động bề mặt là khác nhau khi chiều dài phần kỵ nướ c khác nhau. Ở nồng độ đủ lớ n, một đơ n vị bề mặt sẽ chứa cùng một số lượ ng phân tử chất hoạt động bề mặt có

chiều dài phần kỵ nướ c khác nhau, ngườ i ta giải thích điều này như sau: Khi bị hấpphụ, nhóm phân cực của chất hoạt động bề mặt bị nướ c kéo mạnh vào lòng dung dịch,

phần không phân cực thì bị đẩy ra phía pha không phân cực là không khí), các phân tử chất hoạt động bề mặt sẽ đượ c phân bố thành một lớ p phân tử. Khi nồng độ C nhỏ,

mạch hydrocarbon sẽ bị đẩy về phía không khí, có thể bị ngã nghiêng do mạch

hydrocarbon linh động và có khối lượ ng riêng bé, phần phân cực ở trong nướ c. Khinồng độ C lớ n, số phân tử chất hoạt động bề mặt tăng lên, mạch hydrocarbon dựng



6

K

L

K

L

đứng lên, song song vớ i nhau, vuông góc vớ i mặt nướ c, tạo thành một màng sít chặtgọi là màng ngưng tụ. Các phân tử chất hoạt động bề mặt sẽ chiếm cùng diện tích dù

cho chúng có chiều dài khác nhau

Hình 1.1: C ấ u t ạo lớ p bề mặt chấ t hoạt động bề mặt trên giớ i hạn lỏng khí

1.2.2. Trạng thái phân tử chất hoạt động bề mặt trong dung dịch:

Trong dung dịch, ở nồng độ nhỏ, các phân tử chất hoạt động bề mặt hoà tan

riêng biệt. Khi nồng độ chất họat động bề mặt tăng lên một giá trị nào đó, các phân tử hòa tan riêng biệt liên kết vớ i nhau tạo thành các micell.

Các micell có dạng hình cầu trong đó trong đó các phân tử chất hoạt động bề mặt liên kết vớ i nhau bằng đầu hydrocarbon và hướ ng nhóm phân cực ra dung dịch

nướ c.

Hình 1.2: C ấ u t ạo micell

Ở các nồng độ cao hơ n, các micell có kích thướ c tăng lên và các gốchydrocarbon mỗi lúc mỗi thêm song song vớ i nhau hình thành các micell tấm:



7

Hình 1.3: Micell t ấ m

Cần lưu ý rằng các micell có thể đượ c tạo thành không chỉ trong các dung dịch

nướ c mà còn ở dung dịch xà phòng trong dung môi. Khi đó các phân tử xà phòngtrong micell sẽ hướ ng các nhóm phân cực vào phía trong micell còn phần kỵ nướ c sẽ

quay ra ngoài. Lúc này xà phòng không điện ly, dung dịch xà phòng là dung dịch phântử chứ không là dung dịch của các ion.

Các micelles làm cho dung dịch CHĐBM có dạng tự nhiên là dạng keo, điềunày rất quan trọng đối vớ i những tính chất của chất tẩy rửa, vì:

• Cung cấp lượ ng CHĐBM dự trữ ở bề mặt chất lỏng để giữ cho dung dịchbãohòa và làm cho ứng suất bề mặt của dung dịch luôn luôn nhỏ nhất, điều này giúp

việc thấm ướ t các thớ vải dễ dàng hơ n.

• Có thể hòa tan các chất dầu: bên trong các micelle gần như là một dung môi

hydrocarbon có thể chứa các chất bẩn dạng dầu và mang nó theo để thải cùng nướ cgiặt.

1.2.3. Nồng độ micell tớ i hạn- Điểm Kraft-Điểm đục-HLB và các yếu tố ảnhhưở ng

a) Nồng độ micell tớ i hạn (crictical micelle concentration:CMC):

Khi nồng chất hoạt động bề mặt tăng lên đên một giá trị nào đó, từ các phân tư riêng lẻ sẽ có sự hình thành các micell. Nồng độ dung dịch chất hoạt động bề mặt mà ở

đó sự hình thành micell trở nên đáng kể gọi là nồng độ micell tớ i hạn.

Khi nồng độ dung dịch chất hoạt động bề mặt đạt đến giá trị CMC, sẽ có sự thay đổi rõ rệt tính chất vật lý của dung dịch như sự thay đổi độ đục, độ dẫn điện, sức

căng bề mặt, áp suất thẩm thấu….. Dựa vào sự thay đổi tính chất vật lý đột ngột như

vậy ngườ i ta xác định đượ c CMC.

Các yếu tố ảnh hưở ng đến CMC:

- Chiều dài mạch cacbon: Khi tăng chiều dài của phần kỵ nướ c trong phân tử chấthoạt động bề mặt sẽ tạo điều kiện thuận lợ i cho sự hình thành micell, tức là giảm

CMC. Trong môi trườ ng nướ c cất, CMC của các chất hoạt động bề mặt ion giảm đi ½lần khi mạch cacbon tăng thêm 1nhóm –CH2- . Đối vớ i chất hoạt động bề mặt không



8

Ap suất thẩm thấu

Độ đục

Sức căng bề mặt

Độ dẫn điện

Nồng độ CMC

ion, sự khác biệt này còn rõ ràng hơ n. Điều này đúng đến C16. Khi mạch C ≥ 18 thì

CMC hầu như không đổi.

Ví dụ: CMC của chất họat động bề mặt alkyl sulfate Natri trong nướ c ở 40oC

Số nguyên tử C 8 10 12 14 16 18

CMC x 103 mol/L 140 33 8,6 2,2 0,58 0,23

Hình 1.4: S ự thay đổ i tính chấ t vật lý của dung d ịch chấ t hoạt động bề măt

t ại nồng độ micell t ớ i hạn

- Nhiệt độ: Khi hạ nhiệt độ dung dịch, sẽ xúc tiến cho sự hình thành của các micell vì

khi đó cườ ng độ chuyển động nhiệt của các phân tử giảm, làm tăng khả năng kết hợ pcủa các phân tử tức làm giảm CMC.

- Chất điệ ly: Khi thêm chất điện ly vào dung dịch chất hoạt động bề mặt, chúng liênkết vớ i nướ c do sự hydrat hóa, điều này tươ ng tự như việc tăng nồng độ chất hoạt động

bề mặt lên. Mặc khác, khi có mặt chất điện ly, sự ion hóa của chất hoạt động bề mặtgiảm ( giảm độ tan), xúc tiến cho sự liên kết các phân tử lại vớ i nhau, do đó CMC

giảm.



9

Ví dụ: CMC của lauryl sulfate natri trong dung dịch NaCl ở 25oC

Nồng độ NaCl (mol/L) 0 0,01 0,03 0,1 0,3

CMC x 103 mol/L 8,1 5,6 3,1 1,5 0,7

- Chất hữu cơ : Việc thêm các chất hữu cơ vào dung dịch chất hoạt động bề mặtảnh hưở ng đến CMC theo những hướ ng khác nhau tùy thuộc vào bản chất của chất

thêm vào. Một số rượ u mạch trung bình có thể làm giảm CMC, thêm urea hayformalmid lại làm tăng CMC. Dung dịch chứa nhiều chất hoạt động bề mặt có CMC

nhỏ hơ n CMC của các dung dịch chứa từng chất hoạt động bề mặt riêng biệt.

b) Điểm Kraft-Điểm đục:

Điểm Kraft:

Các chất hoạt động bề mặt ion có một đặc điểm là khả năng hòa tan của chúng

tăng theo nhiệt độ. Điể m Kraft là nhiệt độ t ại đ ó chấ t hoạt động bề mặt có độ hòa tan

bằ ng CMC . Khi đạt đến nhiệt độ này một lượ ng lớ n chất hoạt động bề mặt sẽ đượ c

phân tán trong dung dịch dướ i dạng micelle. Như vậy ở nhiệt độ thấp hơ n điểm Kraft,độ tan của chất hoạt động bề mặt ion không đủ lớ n để hình thành micelle. Khi nhiệt độ tăng, độ tan tăng, khi đạt đến nhiệt độ Kraft, micelle hình thành. Đối vớ i chất hoạtđộng bề mặt anion, khi chiều dài mạch C tăng, điểm Kraft cũng tăng. Ví dụ: Điể m

Kraft của dung d ịch alkyl sulfate trong nướ c như sau:

Số nguyên tử C 10 12 14 16 18

Điểm Kraft (oC) 8 16 30 45 56

Lưu ý rằng các giá trị này có thể thay đổi khi có mặt của các thành phần khác

Điểm đục:

Đối vớ i các chất hoạt động bề mặt không ion, độ tan của chúng là do liên kếthydrô giữa nướ c và phần phân cực ( chuổi polyoxyethylene). Khi nhiệt độ tăngđến

một mức nào đó, liên kết hydro bị phá vỡ , xảy ra sự mất nướ c, làm độ tan của chấthoạt động bề mặt không ion giảm. Điể m đục là nhiệt độ t ại đ ó chấ t hoạt động bề mặt

không ion không thể hòa tan, tách ra khỏi dung d ịch làm dung d ịch tr ở nên đục. Đốivớ i chất hoạt động bề mặt không ion trên cơ sở ethylen oxýt, điểm đục sẽ giảm khi độ dài gốc alkyl tănghoặc khi lượ ng oxýt ethylene trong phân tử giảm xuống.

HLB (Hydrophile-Lipophile Balance):

Các tính chất của các chất hoạt động bề mặt liên quan đến mối tươ ng quan giữaphần ái nướ c và phần kỵ nướ c. Nếu phần ái nướ c tác dụng mạnh hơ n phần kỵ nướ c thì



10

chất họat động bề mặt dễ hòa tan trong nướ c hơ n, ngướ c lại nếu phần kỵ nướ c tácdụng mạnh hơ n phần ái nướ c thì chất họat động bề mặt dễ tan trong pha hữu cơ hơ n.

Từ đó dựa vào mối tươ ng quan giữa phần kỵ nướ c và ái nướ c mà chất họat động bề mặt đượ c sử dụng vào các mục đích khác nhau. Mối tươ ng quan giữa phần ái nướ c vàkỵ nướ c đượ c đặc trưng bằng giá trị HLB ( cân bằng phần ái nướ c-ái dầu).

HLB cho biết tỷ lệ giữa tính ái nướ c so vớ i tính kỵ nướ c, đượ c biểu thị bằngthang đo có giá trị từ 1-40. Các chất hoạt động bề mặt có tính ái nướ c thấp sẽ có HLBnhỏ, các chất họat động bề mặt có tính ái dầu thấp sẽ có HLB lớ n. Sự gia tăng HLB

tươ ng ứng vớ i sự gia tăng của tính ái nướ c.

Có thể ướ c lượ ng sơ bộ giá trị HLB dựa trên tính chất hòa tan trong nướ c hay

tính phân tán của chất hoạt động bề mặt trong nướ c. Ứ ng vớ i độ phân tán khác nhauthì giá trị HLB khác nhau.

Bảng 1.2: Giá tr ị HLB trong một số môi tr ườ ng phân tán

Mức độ phân tán HLB

- Không phân tán trong nướ c 1-4

- Phân tán kém 3-6

- Phân tán như sữa sau khi lắc 6-8

- Phân tán như sữa bền 8-10

- Phân tán trong mờ đến trong 10-13

- Dung dịch trong > 13

+ Davies đã chuyển cấu trúc chất họat động bề mặt thành các nhóm thành phầnđể xác định HLB. Giá trị HLB của các nhóm cho trong bảng dướ i đây:



11

Bảng 1.3: Giá tr ị HLB đố i vớ i một số nhóm ư a nướ c và k ị nướ c

Nhóm ái nướ c HLB Nhóm kỵ nướ c

HLB

- SO4Na 38,7-COOK 21,1 -CH<,-CH2-, -CH3,

=CH-

0,475

- COONa 19,1

-N< 9,4

- ester ( vòng sorbitol) 6,8

- ester (tự do) 2,4

- COOH 2,1

- OH ( tự do) 1,9

- O- 1,3

-OH ( vòng sorbitol) 0,5

-CH2-CH2-O- 0,33

-CH2-CH2-CH2-O- 0,15

Từ cấu trúc đã cho giá trị HLB đượ c tính theo biểu thức sau:

HLB = 7 + Σ HLB nhóm ái nướ c -Σ HLB nhóm kỵ nướ c

+ Công thức của Kawakami:

HLB = 7 + 11,7 log ( Mn /Md)

Mn : Khối lượ ng phần tử ưa nướ c trong phân tử

Md : Khối lướ ng phần tử ưa dầu trong phân tử

+ Công thức tính ester của acid béo và rượ u đa chức:

HLB = 20 ( 1 – S/A)

S: Chỉ số xá phòng hóa của ester

A: Chỉ số acid của acid béo



12

Nếu ester không đo đượ c chỉ số xà phòng thì có công thức sau:

HLB = (E + P) / 5

E, P là phần trăm khối lượ ng của EO và rượ u đa chức trong phân tử.

+Theo Griffin, nếu hỗn hợ p có nhiều chất hoạt động bề mặt thì

HLB hh = Σ xi HLBi

Vớ i xi là phần khối lượ ng trong tổng lượ ng chất họat động bề mặt.

Hiếm có trườ ng hợ p mà ái lực của phần kỵ nướ c đối vớ i dầu lại bằng ái lực củađầu ưa nướ c đối vớ i nướ c. Có thể thấy rằng tỉ lệ giữa các lực này là yếu tố quan trọng

để quyết định tính năng chất nhũ hóa trong hệ nhũ, vì vậy cần có sự đánh giá mức độ cân bằng này.

1.3. Phân loại chất hoạt động bề mặt

Có nhiều cách phân loại chất hoạt động bề mặt nhưng cách phân loại theo cấutạo hóa học là đượ c sử dụng nhiều nhất. Phân loại theo cấu tạo hóa học chia chất hoạt

động bề mặt ra làm 2 loại: chất sinh ra ion và chất không sinh ra ion. Chất sinh ra ionđượ c chia làm ba loại: hoạt tính anion, hoạt tính caction và lưỡ ng tính.

1.3.1 Chất hoạt động bề mặt không sinh ion (NI)

Các chất tẩy rửa khi hòa tan vào trong nướ c không phân ly thành ion gọi là chấthoạt động bề mặt không sinh ion.

NI có khả năng hoạt động bề mặt không cao. Êm dịu vớ i da, lấy dầu ít. Làm bền

bọt, tạo nhũ tốt. Có khả năng phân giải sinh học. Ít chịu ảnh hưở ng của nướ c cứng vàpH của môi trườ ng, tuy nhiên có khả năng tạo phức vớ i một số ion kim loại nặng trong

nướ c....

Hiện nay để tổng hợ p chúng, phươ ng pháp đượ c dùng phổ biến nhất là quá trình

etoxy hóa từ rượ u béo vớ i oxyt etylen.

Công thức chung: R-O-(CH2-CH2-O-)nH.

Các rượ u béo này có nguồn gốc thiên nhiên như dầu thực vật, mỡ động vậtthông qua phản ứng H2 hóa các axit béo tươ ng ứng.

Hoặc bằng con đườ ng từ rượ u tổng hợ p: bằng cách cho olefin-1 phản ứng vớ iH2SO4, rồi thủy phân (thu đượ c rượ u bậc 2). Trong thươ ng mại, loại này có tên gọi:tecitol 15-s-7, union caride 15-s-9...

Chất hoạt động bề mặt không sinh ion đượ c phân loại thành các dạng cơ bảnsau:



13

R O (CH2-CH

2O)n H

H (O-CH2-CH

2)m O (CH

2-CH-O)n (O-CH

2-CH

2)m-H

R C

O

NH

CH2-CH

2-OH

R C

O

NCH2-CH2-OH

CH2-CH

2-OH

R (OCH2-CH)n - OH

CH2OH

R CHOH-CH2-(OCH

2-CHOH-CH

2)n -OH

O

OHO RO

CH2OH

OH

n

Copolimer có công thức chung: HO-(OE)n-(OP)m-(OE)n-H, hoặc HO-(OP)n-(OE)m-(EP)n-H. Tỷ số PO/OE có thể thay đổi: 4 - 1 hoặc 9 - 1. Trọng lượ ng phân tử

thấp nhất: 2000đvC, thông dụng nhất hiện nay là loại n=2 và m=30, chúng tạo bọt kémnên dùng phổ biến trong các sản phẩm tẩy rửa chuyên dùng cho máy: máy rửa chén,máy giặt, không gây hại cho môi trườ ng, độc tính yếu. Tuy nhiên dùng lượ ng không

lớ n vì khả năng phân hủy sinh học chậm.

Các oxit amin, ankyl amin, rượ u amit, polyglycerol ete, polyglucosit (APG)...Nhóm này có tính chất nổi trội là rất ổn định vớ i chất tẩy có clo, nướ c javel, chất oxy

hóa... thườ ng dùng làm tác nhân nền, tăng tính ổn định bọt, làm sệt, tạo ánh ánh xà cừ cho sản phẩm ... đặc biệt dễ bị phân hủy sinh học, đó là oxit amin, ankyl amin,ankylmonoetanolamit, polyglycerol ete, ankyl polyglucosit (APG), sunfonat Betain,ankylaminopropylsunfo betain, betain etoxy hóa.

Một số non ionic tiêu biểu là:

• Các rượ u béo ethoxy hóa

• Các copolymer oxít ethylen (OE) và oxít propylen (OP)

• Các amide

Alkyl monoethanol amide Alkyl diethanol amide

• Polyglycerol ester

• Các alkylpolyglucosit (APG)

n = 1-3 và R = C9-C13



14

C CH2

CH3

C

CH3

CH3

CH3

CH2C

CH3

CH3

CH3

SO3

-

SO3(CH

2)n

-CH

3

(CH2)nCH

3 CH

SO3

(CH2)m CH

3

-

1.3.2 Chất hoạt động bề mặt anion

Chất hoạt động bề mặt mà khi hòa tan vào nướ c phân ly ra ion hoạt động bề mặtâm, chiếm phần lớ n kích thướ c toàn bộ phân tử hay chính là mạch Hidrocacbon khádài, và ion thứ hai không có tính hoạt động bề mặt. Đó là chất hoạt động bề mặt anion

Có khả năng hoạt động bề mặt mạnh nhất so vớ i các loại khác. Làm tác độngtẩy rửa chính trong khi phối liệu. Khả năng lấy dầu cao. Tạo bọt to nhưng kém bền...

Bị thụ động hóa hay mất khả năng tẩy rửa trong nướ c cứng, cứng tạm thờ i, các ion kimloại nặng (Fe3+, Cu2+...)

Chất hoạt động bề mặt anion rất đa dạng và từ rất lâu con ngườ i đã biết sử dụngtrong công việc giặt giũ. Chia làm hai loại chính.

Có nguồn gốc thiên nhiên: Đó chính là sản phẩm từ phản ứng xà phòng hóa củacác estec axit béo vớ i glyxerin (dầu cọ, dầu dừa, dầu nành, dầu lạc, dầu cao su... mỡ heo, mỡ cừu, mỡ bò, mỡ hải cẩu, mỡ cá voi...)

Có nguồn gốc từ dầu mỏ: Thông qua phản ứng ankyl hóa, sunfo hóa các dẫn

xuất anlkyl, aryl, ankylbenzen sunfonic.

Các chất hoạt động bề mặt anion thườ ng dùng trong chất tẩy rửa là:

• Akyl benzen sulfonat (ABS)

ABS nhánh

ABS thẳng (LAS: Linear Alkylbenzene sulffonate)

• Parafin sulfonate ( SAS: Secondary Alkyl Sulfonate)

• Sulfat rượ u bậc một ( PAS:Primery Alcohol Sulfate)



15

R O SO3

-

R O (CH2-CH

2-O)n SO

3

-

R1

N+

R3

R2 R4

X

• Axít Olefin Sulfonic (AOS)

m + n = 9 -15

• Alkyl Ether Sulfate ( LES: Lauryl Ether Sulfate)

•

• Xà bông

1.3.3 Chất hoạt động bề mặt cation

Chất hoạt động bề mặt mà khi hòa tan vào nướ c phân ly ra ion hoạt động bề mặt

dươ ng, chiếm phần lớ n kích thướ c toàn bộ phân tử hay chính là mạch Hidrocacbonkhá dài, và ion thứ hai không có tính hoạt động bề mặt.

Có khả năng hoạt động bề mặt không cao. Chất hoạt động bề mặt cation cónhóm ái nướ c là ion dươ ng, ion dươ ng thông thườ ng là các dẫn xuất của muối aminbậc bốn của clo.

Các chất hoạt động bề mặt cation êm dịu vớ i da, tẩy dầu ít, không dùng vớ i mụcđích tạo bọt. Làm bền bọt, tạo nhũ tốt... Có khả năng phân giải sinh học kém, hiện nay

ngườ i ta dùng clorua ditearyl diamin amoni bậc bốn vì khả năng phân giải sinh học tốthơ n.

Tươ ng lai trên thị trườ ng, sẽ có các cation dạng nhóm chức este dễ phân giảisinh học hơ n cho môi trườ ng, và giảm khả năng gây dị ứng khi sử dụng. Chủ yếu làm

triệt tiêu t ĩ nh điện cho tóc, vải sợ i... nên lượ ng dùng rất ít.

Công thức hóa học chung của chúng là:

Các cationic thườ ng dùng là:

CH3

(CH2)m CH CH (CH

2)n SO

3-

R C

O

O



16

R-CH2

N+

CH3

CH3

CH3

Cl

R

N+

CH3

R CH3

Cl

NN

+

R

CH3

(CH2)2NH CO

R

• Các hợ p chất chỉ có một dây alkyl

• Các hợ p chất có hai dây alkyl

• Các imidazolin bậc bốn

• Các ester amoni thế bốn lầnDialkyl este thế bốn lần của methosulfate triethanolamin

1.3.4 Chất hoạt động bề mặt lưỡ ng tính

Những chất hoạt động bề mặt mà tùy theo môi trườ ng là axit hay bazơ mà cóhoạt tính cation vớ i axit hay anion vớ i bazơ , hay nói cách khác là chất hoạt động bề mặt có các nhóm lưỡ ng cực vừa tích điện âm vừa tích điện dươ ng (amin, este).

Có khả năng hoạt động bề mặt không cao, Ở pH thấp chúng là chất hoạt độngbề mặt cationic và là anionic ở pH cao. Có khả năng phân hủy sinh học. Lượ ng dùng

khoảng 0,2% -1% trong các sản phẩm tẩy rửa.

Phân loại:

Trong nhóm các chất hoạt động bề mặt lưỡ ng tính, hiện nay các dẫn xuất từ betain đượ c sử dụng rộng rãi nhất. Chúng gồm các nhóm chính sau: Ankylamino

propyl betain.

O-CH2-CH

2

N+

CH3

O-CH2-CH

2CH

2-CH

2OH

CH3SO

4-

C

O

R

C

O

R



17

NHC

O

R (CH2)3

CH2

N+

CH3

CH3

C O

O

CH2N

+

CH3

CH3

CHOH

R CH2 SO3

-

Khi R là gốc lauryl thì có tính tẩy rửa rất tốt, khả năng tạo bọt mạnh, không làkhô da, dịu cho da... hiện nay trên thị trườ ng thườ ng thấy phối trong: dầu gội, sữa tắm,

nướ c rửa chén... vớ i tên gọi: cocoamino propyl betain (CAPB).

Các chất hoạt đông bề mặt lưỡ ng tính thườ ng dùng là:

• Alkyl amido propyl betain

• Sulfonate betain

• Alkyl amidopropyl sulfobetain

• Betain ethoxy

1.4. Ứ ng dụng của chất hoạt động bề mặt

Chất hoạt động bề mặt có rất nhiều ứng dụng, các ứng dụng tiêu biểu đượ c nêu

ra trong bảng 1.4.

Bảng 1.4. M ột số ứ ng d ụng tiêu biể u của chấ t hoạt động bề mặt

L ĩ nh vự c sử dụng Chứ c năng

CH2

N+

CH3

CH3

CH

OH

CH2-CH

2-CH

2 CH2

SO3

-NHC

O

R

CH2

N+

C2H

4OH

C2H

4OH

C

O

O

R



18

Sản phẩm chăm sóc cá nhân

( Personal care product)

Tẩy rửa, nhũ hóa, bôi trơ n, chống t ĩ nh điện

(antistatic)

Sản phẩm tẩy rửa gia đ ình và công

nghiệp ( Household & IndustrialLaudry & Cleaning product)

Tẩy rửa, thấm ướ t, kiểm soát bọt, nhũ hóa và

chống t ĩ nh điện

Hoá chất nông nghiệp

( Agrochemicals)

Nhũ hóa, thấm ướ t, performance enhancement

Kỹ thuật (cơ khí) Tẩy rửa, nhũ hóa và bôi trơ n.

Gia công sợ i ( Fibre Processing) Bôi trơ n và chống t ĩ nh điện

Phụ gia thực phẩm Nhũ hóa và bền hóa (ổn định)

Chế biến thực phẩm Tẩy rửa, thấm ướ t, kiểm soát bọt

Dầu mỏ Nhũ hóa/phá nhũ, tẩy, thu hồi dầu trầm tích

Sơ n và latex Nhũ hóa, ổn định và phân tán pigment

Polymer Chất trợ gia công/sản xuất, chất chống t ĩ nh điện

Dệt Tẩy giặt, thấm ướ t và đều màu, trợ phân tán.

1.5 Cơ chế tẩy rử a của chất hoạt động bề mặt

Sự tẩy rửa đượ c định ngh ĩ a là “làm sạch bề mặt của một vật thể rắn, vớ i mộttác nhân riêng biệt, chất tẩy rửa, theo một tiến trình hóa lý khác hẳn vớ i việc hòa tan

đơ n thuần”.

Sự tẩy rửa bao gồm:

• Lấy đi các vết bẩn khỏi các bề mặt rắn ( vật dụng, vải vóc)

• Giữ các vết bẩn đã lấy đi đang lơ lửng để tránh cho chúng khỏi bám lại trên

các quần áo ( hiện tượ ng chống tái bám ).

Vết bẩn đượ c khảo sát bao gồm vết bẩn không phân cực (vết bẩn dầu mỡ ) và

vết bẩn dạng hạt (các hạt mịn). Các vết bẩn chất béo và dạng hạt này có thể tồn tại

độc lập hay hòa lẫn vớ i nhau.



19

Vết bẩn chất béo có thể do từ bã nhờ n của con ngườ i xúc vớ i các chất béo ở môitrườ ng (thức ăn, mỹ phẩm , dầu máy.....). Các vết bẩn dạng hạt gồm oxit kim loại, đất

hay hợ p chất carbon như lọ nồi....

Để giải thích quá trình tẩy rửa đơ n giản hơ n ngườ i ta xét hai loại vết bẩn này

riêng biệt.1.5.1 Tẩy rử a các chất bẩn là chất béo

a) Thuyết nhiệt động – phươ ng pháp Lanza

xét một chất béo H (dầu) và một bề mặt rắn F (sợ i). Việc vấy bẩn F do H có thể dượ c biểu diễn qua sơ đồ hình 1.5

Hình 1.5: V ấ y bẩ n do một vế t bẩ n chấ t béo

Khi giọt dầu H (thể I) tiếp xúc vớ i sợ i F (thể II), thì giọt dầu trải ra cho đến khiđạt một thế cân bằng vớ i một góc tiếp xúc, đượ c xác định bở i bề mặt của sợ i và đườ ngtiếp tiyến của giao diện dầu/khí. Năng lượ ng tự do của thể II có thể đượ c viết theophươ ng trình sau đây:

EFA = EFH + EHA.cosθ (1)

Trong đó:

EFA: năng lượ ng tự do sợ i/khí

EFH: năng lượ ng tự do sợ i/dầu

EHA: năng lượ ng tự do dầu/khí

Năng lượ ng tự do tính trên một đơ n vị diện tích thì bằng sức căng giao diện haybề mặt. Phươ ng trình (1) đượ c viết thành:

γFA = γFH + γHA.cosθ (2)

Bên cạnh đó, công gắn chặt chất lỏng H vào chất nền F đượ c biểu diễn bằng

phươ ng trình:

WFH = γFA + γHA - γFH (3)



20

Theo phươ ng trình này, ngườ i ta thấy rằng gây bẩn càng dễ dàng bao nhiêu thìcông gắn chặt chất lỏng WFH càng yếu đi bấy nhiêu.

Để đượ c như vậy chỉ cần sức căng bề mặt F (γFA) hay sức căng bề mặt của H(γHA) yếu đi. Các bề mặt không cực (dầu, polyeste,…) có sức căng bề mặt yếu nên các

chất béo bám chặt vào các sợ i polyeste rất dễ dàng. Trái lại, bông sợ i có cực, có sứccăng bề mặt lớ n hơ n và vì vậy nó bị dây bẩn dầu khó khăn hơ n.

Gột tẩy vết bẩn có chất béo H khỏi một bề mặt F , đượ c biểu diễn bở i sơ đồ hình 1.6.

Hình 1.6: Gột t ẩ y vế t bẩ n có chấ t béo

Trướ c khi tẩy ( vấy bẩn) năng lượ ng tự do của hệ đượ c biểu diễn là:

EII = γHF + γHE

Sau khi tách khỏi bề mặt sợ i (F) (sau khi tẩy sạch), trong thể III, năng lượ ng tự dođượ c biểu diễn bằng:

EIII = γFE + 2γHE

(ta có 2γHE vì trong thể III, ngườ i ta đã tạo nên một phân giớ i H/E phụ thêm).Công cần thiết để tẩy là:

W = EIII –EII = γFE + 2γHE –( γHF + γHE) = γFE + γHE – γHF

Theo phươ ng trình này, ngườ i ta thấy rằng công càng yếu hơ n (do đó gột tẩy dễ hơ n) thì hai giá trị γFE và γHE cũng yếu hơ n và giá trị γHF lại lớ n hơ n.

Theo những dữ kiện nhiệt động học, điều kiện cần thiết cho quá trình tẩy rửa tự xảy là :

W < 0 hay EIII <EII hay γFE + γHE < γHF

Có ngh ĩ a là khi thêm chất hoạt động bề mặt vào nướ c, do sự hấp phụ của nó trênsợ i và vết bẩn làm giảm đượ c sức căng bề mặt của chúng ( so vớ i nướ c) cho đến khitổng của chúng trở nên nhỏ hơ n sức săng bề mặt của giao diện sợ i/vết bẩn lúc đó vết

bẩn tự tẩy đi . Cơ chế này đượ c gọi là cơ chế Lanza.

b) Cơ chế rolling up ( cuốn đi)



21

Thuyết Rolling up của Stevenson đề nghị vào năm 1953 như sau:

Hình 1.7: C ơ chế cuố n đ iViệc tẩy đi các vết bẩn tử thể II sang thể IV qua thể trung gian III. Khi cân

bằng, hợ p lực của ba vectơ γFE, γHE , γHF đượ c biểu diễn bằng phươ ng trình:

γFE = γHE + γHF cosθ

Để tẩy đi vết bẩn θ phải bằng 180o hay cosθ = -1 hay γHF = γFE + γHE

Chất hoạt động bề mặt do chúng hấp phụ lên sợ i và vết bẩn làm giảm các sức

căng giao diện sợ i/nướ c và bẩn/nướ c, lúc đó màng dầu sẽ cuốn lại và tách khỏi sợ i dolực cơ học như chà xát ( giặt bằng tay hay bằng máy).

c) Cơ chế hòa tan hóa

Cơ chế rolling up chỉ liên quan đến vết bẩn dạng lỏng có chất béo và nhờ chất

hoạt động bề mặt làm giảm sức căng giao diện. Sau khi nồng độ chất hoạt động bề mặtvượ t quá trị số CMC thì hiệu ứng rolling up không tăng nhưng thực nghiệm cũng chothấy quá trình tẩy giặt vẫn tăng. Cần có cơ chế giải thích khác.

Cơ chế hòa tan đượ c đề nghị bở i Mc Bam vào năm 1942 và phát triển bở i Ginn,Brown và Harris năm 1961. Các phân tử chất hoạt động bề mặt kết hợ p vớ i nhau trongcác dung dịch để hình thành micell ở nồng độ CMC. Rất nhiều hợ p chất không tan

trong nướ c như acid béo, rượ u béo, triglyceride, hydrocarbon đượ c hòa tan bên trongcác micell và sự hòa tan này xảy ra khhi nồng độ chất hoạt động bề mặt cao hơ n CMC.

Tóm lại để có sự tẩy rửa tốt, không những cần giảm sức căng bề mặt mà cònphải tăng nồng độ hoạt chất để hình thành các micell và có đượ c một số micelle đủ,tùy theo lượ ng vết bẩn béo hiện diện trong dung dịch giặt rửa.

Kết luận:



22

Cơ chế tẩy rửa các vết bẩn dầu mở nói chung bằng các dung dịch tẩy rửa baogồm các bướ c sau:

+ Khi cho các chất hoạt động bề mặt vào dung dịch tẩy rửa , sức căng bề mặtgiảm, vì vậy dung dịch tẩy rửa sẽ dể thấm ướ t vải sợ i cũng như các bề mặt rắn khác,

dể thấm vào mao quản của vải sợ i bẩn. Trong khi đó nướ c không có chất hoạt động bề mặt sẽ không thể thấm vào những mao quản đó đướ c vì nướ c có sức căng bề mặt khácao. Lúc chưa có chất hoạt động bề mặt , góc thấm ướ t > 90 o, việc thêm các chất tẩyrửa vào sẽ làm giảm góc thấm ướ t về không, làm cho sư thấm ướ t hoàn toàn xảy ra.

+ Khi dung dịch đã ngấm vào vải , phần kỵ nướ c của chất hoạt động bề mặt sẽ hấp phụ trên các hạt dầu mở , phần ái nướ c của chất hoạt động bề mặt sẽ hướ ng ra

ngoài dung dịch nướ c. Chinh sự định hướ ng của phân tử chât hoạt động bề mặt như vậy tạo ra áp suất tách các vết bẩn dầu mở ra khỏi vải đi vào dung dich tẩy rửa .

+ Các chất hoạt động bề mặt sẽ giúp cho việc phân tán các vết bẩn dầu mở dướ i

dạng nhũ tươ ng, ngăn không cho vết bẩn bám trở lại trên bề mặt đã đươ c tẩy rửa. Viêcngăn ngừa tái bám là do các hạt dầu mỡ đượ c hấp phụ một lớ p chất hoạt động bề mặt (thườ ng là anion), mặt khác các phân tử chất hoạt động bề mặt cũng sẽ hấp phụ trên bề

mặt vải, đầu ái nướ c hướ ng ra ngoài, hạt bẩn và bề mặt vải sẽ tích điện cùng dấu sẽ đẩy nhau. Hơ n nữa, đầu phân cực của chất hoạt động bề mặt có khả năng hydrat hóamạnh, chính vì vậy, hạt bẩn đã tách ra khỏi vải sẽ không thể tái bám trở lại bề mặt vảiđã sạch. Lưu ý, bề mặt vải và hạt thườ ng tích điện âm nên chất hoạt động bề mặt anion

và khong ion hiệu quả hơ n chất hoạt động bề mặt cation.

+ Các dung dịch chất tẩy rửa có khả năng tạo bọt cao, một phần chất bẩn sẽ tách

vào bọt, nhất là những hạt bẩn ít thấm ướ t, chúng sẽ dính vào bọt giống như quá trìnhtuyển nổi làm giàu quặng.

1.5.2 Tẩy rử a các vết bẩn dạng hạt

a) Thuyết nhiệt động học và điện học ( Duiaguin-Landau-Vervey và Overbeck

Xét một bề mặt F và một hạt P. Ở một khoảng cách δ cho sẵn, F và P đều chịucác lực hút (Van đec Van ) hay đẩy (t ĩ nh điện) . Các đườ ng biểu diễn hình 1.8 cho thấycác lực đẩy hay hút của F và P tùy thuộc theo khoảng cách giữa chúng.



23

Lực hút và lực đẩy Hợ p lực giữa lực hút và lực đẩy

Hình 1.8: Lự c hút và đẩ y phụ thuộc khoảng cách

Khi P và F tiếp xúc vớ i nhau (δ=0), thì có sự gắn liền nhau do lực hút. Việc táchhạt P ra khỏi bề mặt F có thể đượ c biểu diễn bằng sơ đồ hình 1.9.

Hình 1.9: C ơ chế t ẩ y r ử a theo thuyế t nhiệt động học và đ iện học

Sự tách hạt P ra khỏi bề mặt F là đi từ I đến II rồi đến III. Trong giai đoạn I, ta

phải cung cấp một công W1 để tách hạt P ra khỏi bề mặt F một khoảng cách. Tronggiai đoan 2, dung dịch tẩy len vào giữa hạt P và bề mặt F, ta có tổng số công bằng J.

Toàn bộ công đượ c biểu diễn là:

Aw = W1 – J (*)

Nhưng J = γFP – γFE – γPE

γFP: Sức căng bề mặt giữa F và P trong thể I

γFE, γPE: Sức căng bề mặt của F và P vớ i dung dịch tẩy trong thể III.

Sự thêm các chất hoạt động bề mặt làm giảm γFE, γPE do đó làm tăng J . Trong

trườ ng hợ p này Aw giảm và công để tẩy P thì dễ dàng ( nhiệt động học trong quá trìnhtẩy vết bẩn dạng hạt).

Khi giải thích về điện học trong phươ ng trình (*) Aw yếu khi W1 yếu, điều nàysẽ xảy ra khi lực đẩy lớ n hay lực hút yếu. Nói cách khác thế năng lực hút là yếu nhất.

Công cung cấp để tách hạt P ra khỏi bề mặt S một khoảng cách δ yếu hơ n bở i vì lực

đẩy quan trọng hơ n, tức là hạt P và bề mặt S cùng phân cực cùng dấu ( tích điện giống

nhau). Khi chất hoạt động bề mặt bị hấp phụ trên các hạt và bề mặt làm cho gia tănglực đẩy và do đó làm cho quá trình tẩy dể dàng hơ n.



24

Hình 1.10: Biể u diễ n các lự c đẩ y yế u và lự c đẩ y mạnh

Hình 1.10 cho thấy, trong trườ ng hợ pd dầu tiên, công cung cấp để tách hạt P rakhỏi bề mặt F một khoảng cách δ thì yếu hơ n bở i lực đẩy quan trọng hơ n: đó là trườ ng

hợ p của một hạt và một bề mặt có cực. Chất hoạt động bề mặt trong dung dịch bị húttrên các hạt và cac bề mặt, điều này có thể tác dụng gia tăng lực đẩy của chúng và do

đó làm cho việc tẩy sạch dễ dàng hơ n.

b) Cơ chế Lanza:

Cũng áp dụng đượ c vớ i hệ hạt rắn P lên bề mặt F trong dung dịch tẩy rửa nư đối

vớ i vết bẩn chất béo

Các yếu tố ảnh hưở ng đến khả năng tẩy rử a:

Khả năng tẩy rửa chịu ảnh hưở ng của nhiều yếu tố: bản chất chất hoạt động bề

mặt sử dụng, pH, phụ gia, nhiệt độ….Ở đây chỉ đề cập về ảnh hưở ng của pH, cònảnh hưở ng của các yếu tố khác sẽ đượ c trình bày ở các chươ ng tiếp theo.

• Ảnh hưở ng của pH:

Từ lâu ngườ i ta nhận thấy rằng thêm các chất kiềm nhẹ như soda sẽ làm tăngkhả năng tẩy rửa của xà phòng, bở i vì xà phòng sẽ bị thủy phân thành acid béo

ngay cả ở pH trung tính, các acid béo tạo thành có khả năng tẩy rửa kém, sự thủy

phân của xà phòng làm giảm lượ ng chất hoạt động bề mặt làm giảm khả năng tẩyrửa. Thêm kềm làm giảm sự thủy phân xà phòng. Kiềm là phụ gia quan trọng trongxà phòng cũng như các sản phẩm tẩy rửa khác, giúp duy trì pH thích hợ p. Thưc

nghiệm cho thấy xà phòng cho khả năng tẩy rửa khi pH 10,5-11.

PH không chỉ ảnh hưở ng đến khả năng tẩy rửa xà phòng mà còn ảnh hưở ng đếnchất tẩy rửa tổng hợ p (syndet) khác. PH tối ưu cho chất tẩy rửa tổng hợ p là 9,0-



25

11,5. Để duy trì pH thích hợ p cần sử dụng các chất dự trử kiềm như soda,tripolyphosphát, silicat… vì trong quá trình tẩy rửa , pH có xu hườ ng giảm do các

vết bẩn acid ( acid béo) hay do sự giải phóng H+ do quá trình tạo phức.

• Ảnh hưở ng của nhiệt độ:

• Ảnh hưở ng của chất điện ly:

1.6. Đánh giá kỹ thuật chất hoạt động bề mặt

1.6.1. Khả năng tạo nhũ

Nhũ tươ ng là hệ phân tán không bền vững nên muốn thu đượ c hệ bền vững thìphải cho thêm chất nhũ hóa.

Để cho nhũ tươ ng bền, thườ ng sử dụng thêm chất hoạt động bề mặt. Trong cả hệ có nướ c và không có nướ c, các hiện tượ ng xảy ra cũng như vại trò của chất hoạt

động bề mặt trong việc bền hóa hệ gần giống nhau. Ví dụ : huyền phù gồm các hạt rắn

ưa nướ c . Trong môi trườ ng nướ c chúng sẽ tự hình thành lớ p vỏ hydrat hóa bảo vệ nênrẻ bền. Khi đưa vào môi trườ ng kỵ nướ c, có chất hoạt động bề mặt, các phân tử chấthoạt động bề mặt sẽ hình thành lớ p vỏ bảo vệ bằng cách định hướ ng ra ngoài, phần ái

nướ c hấp phụ lên hạt rắn.

Nhũ tươ ng có nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghiệp. Ví dụ: huyền phùkhông nướ c: sơ n dầu, verni, mực in, hệ có nướ c: sơ n nướ c, mực viết, dung dịch thuốcnhuộm phân tán….Các hệ này đều có sử dụng chất hoạt động bề mặt .

Để đánh giá khả năng tạo huyền phù của chất hoạt động bề mặt , có nhiều

phươ ng pháp, đơ n giản nhất là phươ ng pháp đo độ đục hổn hợ p than hoặc CaCO3 phântán trong dung dịch chất hoạt động bề mặt, hoặc đo thờ i gian lắng tủa của huyền phùđể đánh giá.

1.6.2 Khả năng tẩy rử a

Sự tẩy rửa đượ c định ngh ĩ a là “ làm sạch mặt của một vật thể rắn, vớ i một tác

nhân riêng biệt- chất tẩy rửa- theo một tiến trình lý hóa khác hẳn việc hòa tan đơ nthuần”

Trong trườ ng hợ p này, tẩy rửa bao gồm:

• Lấy đi các vết bẩn khỏi vải vóc

• Giữ cho các vết bẩn này lơ lửng để tránh cho chúng bám lại trên bề mặt

vải vóc. Trên quần áo thông thườ ng, ngườ i ta thườ ng thấy những vết bẩn có chất béo

( dầu,mỡ ) và các vết bẩn dạng hạt (hạt mịn). Các vết bẩn này có thể tồn tại độc lập

hay hòa lẫn vào nhau vớ i các tỷ lệ khác nhau.

Chất hoạt động bề mặt trong là tác nhân chính cho quá trình tẩy rửa do một số



26

tính chất sau:

• Khi có chất hoạt động bề mặt trong nướ c thì sức căng bề mặt dung

dịch giảm làm tăng tính thấm ướ t đối vớ i vải sợ i.

Các phân tử chất hoạt động bề mặt hấp phụ lên bề mặt sợ i và lên các

hạt chất bẩn rắn hay lỏng và khi đó, dướ i ảnh hưở ng của sức căng bề mặt không đổitrên ranh giớ i chất bẩn – vải, chất bẩn se lại thành giọt và dễ dàng tách ra khỏi bề mặt sợ i dướ i tác dụng cơ học.

Chất hoạt động bề mặt tạo các màng hấp phụ trên bề mặt các hạt chấtbẩn làm cho chúng có độ bền vững tập hợ p cao và ngăn ngừa chúng liên kết trở lạilên bề mặt sợ i.

Bọt đượ c hình thành từ chất hoạt động bề mặt làm tăng thêm sự tách cơ học của các chất bẩn hay sự nổi của chúng ( do các hạt chất bẩn liên kết vào các

bóng khí)a) Tẩy vết bẩn có chất béo

Xét một chất béo H ( dầu) và một bề mặt rắn F ( sợ i). Việc tẩy bẩn F bở i Hđượ c biểu diễn như sau:

Các tác nhân bề mặt hấp phụ lên sợ i và vết bẩn làm giảm sức căng giao diệncủa chúng so vớ i nướ c đến mức nhỏ hơ n sức căng giao diện sợ i- vết bẩn lúc đó vếtbẩn sẽ tự tẩy đi.

b) Tẩy vết bẩn dạng hạt

Các hiện tượ ng bám và tẩy các vết bẩn dạng hạt dựa trên lý thuyết về



27

điện và thuyết hấp phụ.

Xét một bề mặt F và một hạt P. ở một khoảng cách δ, F và P đều chịu tác độngcủa lực hút Van der Waals và lực đẩy t ĩ nh điện. Khi P và F tiếp xúc vớ i nhau ( δ=0),chúng sẽ gắn liền nhau do lực hút. Việc tách hạt P ra khỏi bề mặt F có thể đượ c

biểu diễn bằng sơ đồ sau:

Sự tách hạt P ra khỏi bề mặt F đi từ I đến II rồi đến III. Trong giai đoạn I, taphải cung cấp một công để tách hạt P ra khỏi bề mặt F một khoảng cách. Trong giaiđoạn II, dung dịch tẩy len vào giữa hạt P và bề mặt F và tách hạt P ra khỏi bề mặt F.

Chúng ta có thể vận dụng các lý thuyết khác nhau cho các loại vết bẩn cụ thể khác nhau như thuyết “ Rolling up” tẩy vết bẩn thể lỏng có chất béo hay thuyết nhiệt

động học để tẩy vết bẩn có chất béo hay dạng hạt hay hỗn hợ p của cả hai…

c) Các yếu tố ảnh hưở ng đến khả năng tẩy rử a:

• Khả năng tẩy rửa chịu ảnh hưở ng của nhiều yếu tố: bản chất chất hoạt động bề

mặt sử dụng, pH, phụ gia, nhiệt độ….Ở đây chỉ đề cập về ảnh hưở ng của pH, cịn ảnhhưở ng của cc yếu tố khc sẽ đượ c trình by ở cc chươ ng tiếp theo.

• Ảnh hưở ng của pH:

Từ lâu ngườ i ta nhận thấy rằng thêm các chất kiềm nhẹ như soda sẽ làm tăng

khả năng tẩy rửa của xà phòng, bở i vì xà phòng sẽ bị thủy phân thành acid béo ngay cả ở pH trung tính, các acid béo tạo thành có khả năng tẩy rửa kém, sự thủy phân của xàphòng làm giảm lượ ng chất hoạt động bề mặt làm giảm khả năng tẩy rửa. Thêm kềmlàm giảm sự thủy phân xà phòng. Kiềm là phụ gia quan trọng trong xà phòng cũng như

các sản phẩm tẩy rửa khác, giúp duy trì pH thích hợ p. Thực nghiệm cho thấy xà phòngcho khả năng tẩy rửa khi pH 10,5-11.

pH không chỉ ảnh hưở ng đến khả năng tẩy rửa xà phòng mà còn ảnh hưở ng đếnchất tẩy rửa tổng hợ p khác. PH tối ưu cho chất tẩy rửa tổng hợ p là 9,0-11,5. Để duy trìpH thích hợ p cần sử dụng các chất dự trữ kiềm như soda, tripolyphosphát, silicat… vìtrong quá trình tẩy rửa , pH có xu hướ ng giảm do các vết bẩn acid (acid béo) hay do sự

giải phóng H+ do quá trình tạo phức.



28

Ảnh hưở ng của nhiệt độ:

Nhiệt độ càng cao, độ hòa tan của các chất hoạt động bề mặt càng tốt, độ nhớ tcủa các chất bẩn dạng lỏng càng giảm, độ hòa tan của chất bẩn càng lớ n, phản ứngtrung hòa chất bẩn có tính axit và phản ứng xà phòng hóa chất béo xảy ra càng dễ

dàng, làm tăng hiệu suất giặt tẩy.Tuy nhiên, nhiệt độ cao cũng làm giảm hoạt tính của một số chất hoạt động bề

mặt dễ hòa tan, giảm độ bền của hệ nhũ. Một số loại vải không thể chịu đượ c nhiệt độ dung dịch cao.

Đối vớ i các chất hoạt động bề mặt NI, sự hấp phụ tăng theo nhiệt độ và sauđiểm đục, sức căng bề mặt và giao diện của các chất NI có thay đổi.

Ảnh hưở ng của chất điện ly:

Sự hấp phụ: thêm chất điện ly sẽ làm giảm độ hòa tan của các tác nhân bề mặt

dẫn đến làm tăng sự hấp phụ ở các giao diện.Các chất điện ly sẽ làm giảm CMC vì các chất điện ly trong dung dich chất tẩy

rửa sẽ ngăn cản khả năng hình thành các Micell.

Việc nghiên cứu đánh giá quá trình tẩy rửa là một vấn đề phức tạp, liên quan

đến nhiều yếu tố. Không thể kết luận một chất hoạt động bề mặt là có khả năng tẩy rửalà tốt hay xấu nếu không nói đến điều kiện thực nghiệm. Có nhiều chất đánh giá khả

năng tẩy rửa , Ở đây chỉ trình bày những nguyên tắc tiêu biểu nhất:

- Làm bẩn vải bằng các chất bẩn thườ ng gặp như dầu mở , màu. Sau đó giặt vải, phần

chất bẩn còn lại sẽ đượ c trích ra bằng các dung môi thích hợ p. Đo độ màu . So sánhgiửa mẫu thí nghiệm và mẫu chuẩn ( giặt bằng các hổn hợ p tẩy rửa chuẩn).

- Khả năng tẩy rửa còn đượ c đánh giá bằng phươ ng pháp đo chỉ số phản xạ của vảibẩn, vải mớ i và vải bẩn đượ c giặt. Tính theo công thức.

Khả năng tẩy rử a = (RW – RS)/(RO –RS) * 100 (%)

Rw: Chỉ số phản xạ của vải bẩn đã đượ c tẩy rửa

Rs: Chỉ số phản xạ của vải bẩn trướ c khi tẩy rửa

Ro: Chỉ số phản xạ của vải mớ i ban đầu ( vải kiểm chứng).

Việc đánh giá phải dựa trên các tiêu chuẩn đã đượ c đề ra đối vớ i sản phẩm tẩy

rửa và phải đúng theo nguyên tắc xác suất thống kê thì kết quả mớ i có ý ngh ĩ a.

1.6.3. Khả năng tạo bọt

Bọt đượ c hình thành do sự phân tán khí trong môi trườ ng lỏng. Hiện tượ ng nàylàm cho bề mặt dung dịch chất tẩy rửa tăng lên.



29

Khả năng tạo bọt và độ bền bọt phụ thuộc vào cấu tạo của chính chất đó, nồngđộ, nhiệt độ của dung dịch, độ pH và hàm lượ ng ion Ca2+, Mg2+ trong dung dịch chất

tẩy rửa.

Độ bền vững cực đại của bọt ứng vớ i chất hoạt động bề mặt có gốc

hydrocarbon trung bình và vớ i dung dịch có nồng độ trung bình. Những chất thấp hơ ntrong dãy đồng đẳng có tính hoạt động bề mặt kém, những chất cao hơ n có độ hòa tanthấp.

Bên cạnh bản chất và nồng độ của chất tạo bọt , thờ i gian tồn tại của bọt cònphụ thuộc vào nhiệt độ, độ nhớ t của dung dịch…..Tốc độ phá vở bọt thườ ng tăng theonhiệt độ do sự giải hấp phụ chất tạo bọt trên bề mặt phân chia pha và do sự bong

trươ ng chất lỏng, làm cho màng bị mỏng đi dần dần phá vỡ . Sự tăng độ nhớ t của dungdịch làm tăng độ bền cho bọt.

Các tác nhân làm tăng bọt ( foam bootster):

Để làm tăng bọt cho dung dịch chất tẩy rửa có thể đi theo hai hướ ng sau:

- Chọn chất hoạt động bề mặt tạo bọt hay không tạo bọt.

- Sử dụng các phụ gia làm tăng bọt.

a) Chọn lự a chất hoạt động bề mặt:

Một chất hoạt động bề mặt hay hỗn hợ p chất hoạt động bề mặt có thể làm thànhhệ thống tạo bọt. Thông thườ ng, số lượ ng bọt tăng vớ i nồng độ đạt tối đa quanh CMC.Như vậy về mặt lý thuyết có thể tiên đoán khả năng tạo bọt của một chất hoạt động bề

mặt dựa trên CMC của nó. Tuy nhiên điều này không có liên quan đến tính chất ổnđịnh của bọt.

Các yếu tố ảnh hưở ng đến CMC có thể tăng hoặc giảm bọt là:

- Nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng, độ hòa tan của chất hoạt động bề mặt anionic

tăng làm khả năng tạo bọt tăng.Ngượ c lại đối vớ i NI, độ hòa tan ( do đó khả năng tạobọt) giảm vớ i nhiệt độ sau điểm đục.

- Sự có mặt của chất điện ly: làm giảm trị số CMC của chất hoạt động bề mặt

làm thay đổi khả năng tạo bọt của chất hoạt động bề mặt đó

- Cấu trúc phân tử của chất hoạt động bề mặt : Theo lý thuyết khả năng tạobọt tùy theo cấu trúc phân tử của chất hoạt động bề mặt . Tuy nhiên trên thực tế rấtphức tạp vì không có sự tươ ng quan trực tiếp giữa khả năng tạo bọt và sự ổn định bọt.

Tuy nhiên có những nguyện tắc tổng quát như sau:

+ Chất hoạt động bề mặt NI ít tạo bọt hơ n chất hoạt động bề mặt ion trong

dung dịch nướ c.



30

+ Đối vớ i cùng một họ chất hoạt động bề mặt , CMC càng kém thì khả năng tạobọt càng cao. Ví dụ như đối vớ i alkyl sulfate, khi chiều dài mạch C tăng khả năng tạo

bọt tăng.

+ Cation đối của chất hoạt động bề mặt anion có liên quan đến sự ổn định ( độ

bền) của bọt. Theo Kondon và Co sự ổn định bọt của dodecyl sulfate giảm theo thứ tự sau:

NH4+ > (CH3)4N

+ > (C2H5)4N+> (C4H9)4N

+

b) Các chất phụ gia làm tăng bọt:

Theo Schick và Fowker , việc thêm vào một số hợ p chất đối cực ( ion đối) cóthể làm giảm CMC của chất hoạt động bề mặt . Khi hợ p chất có cùng mạch C vớ i chất

hoạt động bề mặt thì khả năng tạo bọt và ổn định bọt tăng:

Ether glycerol < Ether sulfonyl < Amide < Amide thay thế

Trong thực tế ngườ i ta sử dụng mono hay diethanol amide làm những chất tăngbọt trong bột giặt tạo bọt, nướ c rửa chén hoặc dầu gội đầu.

Các chất chống bọt (antifoamer):

Để giảm bớ t bọt trong dung dịch chất tẩy rửa ngườ i ta dùng các chất chống bọt

(antifoamer):

Các chất chống bọt tác động theo hai cách:

- Ngăn cản sự tạo bọt: thườ ng là các ion vô cơ như canxi có ảnh hưở ng đến sự ổn địnht ĩ nh điện hoặc giảm nồng độ aniion bằng kết tủa.

- Hoặc tăng tốc độ phân hủy bọt: là các chất vô cơ hay hữu cơ sẽ đến thay thế các phântử các chất hoạt động bề mặt của màng bọt làm màng bọt ít ổn định (không bền).

Khi thêm chất hoạt động bề mặt NI vào chất hoạt động bề mặt anion làm giảmbọt đáng kể. Tuy nhiên hệ thống anionic/ NI này vẫn còn quá nhiều bọt.

1.6.4. Các chỉ tiêu đánh giá khác

a) Khả năng thấm ướ t

Hiện tượ ng thấm ướ t bề mặt xảy ra khi góc thấm ướ t, không thấm ướ t θ > 90o.

Tuy nhiên trong thực tế khó xác định đượ c góc thấm ướ t. Ngườ i ta đưa ra một số phươ ng pháp đánh giá khả năng thấm ướ t, chủ yếu xác định khả năng thấm ướ t chonguyên liệu vải, chẳng hạn đánh giá khả năng thấm ướ t dựa vào thờ i gian chìm củacuộn chỉ trong dung dịch chất hoạt động bề mặt.

Hiện tượ ng thấm ướ t nhờ chất hoạt động bề mặt có nhiều ứng dụng để giảiquyết các vấn đề thực tế trong kỹ thuật sơ n, nhuộm, tẩy trắng, trung hòa các chất diệt



31

côn trùng, sâu bọ. Các bề mặt rắn ở đây thườ ng không thấm ướ t, việc thêm chất hoạtđộng bề mặt thích hợ p sẽ làm giãm sức căng bề mặt của nướ c, giúp cho việc thấm ướ t

dể dàng hơ n.

b) Chỉ số canxi chấp nhận

Chỉ số này đo độ cứng tối đa của nướ c mà chất hoạt động bề mặt vẫn còn hiệulực trong chức năng tẩy rửa. Chỉ số này càng lớ n, chất hoạt động bề mặt càng có khả

năng tẩy rửa trong nướ c cứng.

Chỉ số canxi chấp nhận đượ c xác định bằng cách chuẩn độ dung dịch chất

hoạt động bề mặt bằng dung dịch canxi acetat 1 %. Tiến hành chuẩn độ dung dịch trêncho đến khi nào dung dịch đục . Lúc này lượ ng ion canxi trong dung dịch là chỉ số canxi chấp nhận đượ c.

CÂU HỎI ÔN TẬP

Câu 1: Sức căng bề mặt là gì? Có những yếu tố các yếu tố ảnh hưở ng tớ i sức căng bề mặt?

Câu 2: Định ngh ĩ a và phân loại chất hoạt động bề mặt?Câu 3: Trình bày và giải thích trạng thái của chất hđbm trên bề mặt giớ i hạn lỏng khí?

Câu 4: Trình bày và giải thích trạng thái của chất hđbm trong lòng chất lỏng?Câu 5: Định ngh ĩ a nồng độ micell tớ i hạn? trình bày các yếu tố ảnh hưở ng đến CMC?

Câu 6: Định ngh ĩ a điểm Kraft và điểm đục? Các yếu tố ảnh hưở ng?Câu 7: Phân loại vết bẩn? Trình bày cơ chế tẩy rửa vết bẩn là chất béo theo thuyết

nhiệt động ?

Câu 8: Trình bày cơ chế tẩy rửa vết bẩn dầu mỡ nói chung bằng dung dịch chất tẩyrửa?Câu 9: Trình bày và giải thích các tiêu chí đánh giá chất hoạt động bề mặt?

CHƯƠ NG 2: THÀNH PHẦN CỦA CÁC CHẤT TẨY RỬ A TỔNG HỢ P

2.1. Các yếu tố ảnh hưở ng đến quá trình tẩy rử a

Quá trình tẩy rửa là một quá trình khá phức tạp vớ i sự tham gia của nhiều tácnhân về hóa học, vật lý cũng như cơ học. Có thể kể đến một số yếu tố ảnh hưở ng trực

tiếp đến quá trình tẩy rửa là:



32

• pH.

• Nhiệt độ giặt.

• Thờ i gian giặt.

• Thói quen giặt của từng địa phươ ng, cộng đồng.

• Điều kiện giặt của từng quốc gia, khu vực, cá nhân… Tuy nhiên quan

trọng nhất vẫn là các yếu tố sau:

2.1.1 Nướ c

Nướ c là một chất không thể thiếu của quá trình giặt giũ. Nướ c đóng những vaitrò quan trọng như sau:

• Nướ c có thể hòa tan một số chất.

• Nướ c có thể dẫn nhiệt.

• Nướ c giúp tạo ra các phản ứng hóa học.

• Nướ c thấm ướ t vải sợ i.

Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm trên, nướ c cũng gây một vấn đề khá khóchịu. Đó là do trong nướ c lúc nào cũng tồn tại các kim loại và khoáng chất, đặc biệtlà các ion Canxi, Mange ( nướ c cứng). Các ion này tạo tủa vớ i chất hoạt động bề

mặt làm giảm hiệu suất giặt tẩy.

2.1.2. Các loại vết bẩn

Các vết bẩn thườ ng gặp trong l ĩ nh vực giặt tẩy có những nguồn gốc khácnhau: từ thân thể con ngườ i, từ môi trườ ng xung quanh, từ thực phẩm, đồ dùng hay do

các công việc cụ thể gây ra. Từ các nguồn gốc khác nhau của các vết bẩn, ngườ i ta cóthể đưa ra những các xử lý thích hợ p

2.1.3. Các loại sợ i dệt

Ngày nay, các chủng loại vải vóc ngày một đa dạng đòi hỏi sự giặt tẩy thích

hợ p khác nhau dướ i tác dụng của nướ c, nhiệt độ, tác dụng cơ học của máy giặt và tácdụng hóa học của chất tẩy rửa

2.2. Các chất hoạt động bề mặtChất hoạt động bề mặt là thành phần chính có tác dụng tẩy rửa trong chất tẩy

rửa. Trong thực tế, điều này có thể đạt đượ c bằng cách sử dụng phối hợ p nhiều loại

chất hoạt động bề mặt. Tuy nhiên, chất hoạt động bề mặt chủ yếu và phổ biến nhấtđượ c phối chế trong các đơ n công nghệ sản xuất bột giặt hiện nay vẫn là LAS.

2.2.1. LAS ( Linear alkyl benzene sulphonate)



33

LAS đượ c tạo thành từ phản ứng của một hợ p chất hữu cơ chứa nhân thơ m vớ imột tác nhân sulphonate hóa mạnh.

LAS đượ c xem là CHĐBM khá tốt do giá thành thấp và là chất tẩy rửa khálinh hoạt vớ i thờ i gian hoạt động khá lâu. Nó cũng trong các sản phẩm tẩy rửa gia

dụng dạng lỏng hay bột, hay trong các sản phẩm tẩy rửa công nghiệp.Tùy theo yêu cầu của từng loại sản phẩm tẩy rửa, LAS đượ c đưa vào đơ n

công nghệ cùng vớ i một số chất hoạt động bề mặt khác nhằm làm tăng hay giảm mộtsố tính năng của quá trình tẩy rửa.

Ví dụ: Đối vớ i nướ c rửa chén bằng tay, yêu cầu của sản phẩm là độ hòa tancao ở nhiệt độ thườ ng, nhiều bọt cũng như độ bền bọt phải tốt. Đối vớ i bột giặt

dùng cho máy giặt, khả năng tẩy rửa lại có vai trò quan trọng hơ n là độ bọt và độ hoàtan.

Chính vì vậy, nếu chỉ dùng một loại CHĐBM là LAS thì không thể tạo ra loạisản phẩm có những tính năng tối ưu mà phải kết hợ p nhiều CHĐBM khác nhau.

Đặc tính của LABSA:

Vì là acid mạnh nên phản ứng hoàn toàn vớ i bazơ , phản ứng tỏa nhiều nhiệt,

gây ăn mòn nhôm đồng, hơ i bốc ra khí SO2 rất độc, có mùi hắc.

Một đặc tính khác của LABSA là làm khô, gây rát khi tiếp xúc vớ i da.

Bảng 2.1. Tính chấ t vật lý của LABSA

Tên Linear Alkyl Benzene Sulphonic Acid

Công thức hóa học C18H29SO3H

Khối lượ ng phân tử trung bình 326



34

Thành phần LABSA nguyên chất: >98% H2SO4: ~1%

Chất không sulpho hóa: ~1%

Ngoại quan Màu hổ phách, sệt

Khối lượ ng riêng ( kg/m3)

Nhiệt độ(oC) 0 40 50

Mạch thẳng 1050 1045 1040

Mạch nhánh 1075 1070 1060

Nhiệt dung riêng 1.6 kJ/kg oC

Độ dẫn nhiệt 0.13 W/m oC

LABSA đem trung hòa vớ i Soda cho ra LASNa (thườ ng gọi là LAS) – là một

chất hoạt động bề mặt rất tốt, khả năng tạo bọt tốt, tính tẩy rửa mạnh.

Bảng 2.2. Tính chấ t vật lý của LAS

Tên Linear Alkyl Benzene Sulphonate

Công thức hóa học C18H29SO3Na

Khối lượ ng phân tử trung bình 348

Ngoại quan Màu trắng đục, độ nhớ t cao

Tỷ trọng Thay đổi theo AM, khoảng 1000 kg/m3

Nhiệt dung riêng ( kJ/kg oC) AM % 35 40 45 50

Cp 0,43 0,40 0,38 0,35

• Tỷ suất lượ ng chất hoạt động cần dùng:

Rất khó xác định tỷ suất hàm lượ ng CHĐBM cần dùng vì có nhiều yếu tố tácđộng lên nó. Ngườ i ta thườ ng xem xét các yếu tố sau:

− Tỷ trọng của sản phẩm.

− Loại chất xây dựng.



35

− Tính chất của chất xây dựng.

Ví dụ:

Ở các nướ c đang phát triển, bột giặt thườ ng chứa LAS khoảng 16-22% có tỷ trọng khoảng 0.2-0.32.

Ở châu Âu, bột giặt có chứa phosphate có tỷ trọng khoảng 0.7 thì tỷ suấtLASNa khoảng 8-12%.

Ở Nhật Bản, các nhà sản xuất thườ ng phối LAS theo tỷ suất 25- 35%

Khả năng thay thế chất hoạt động bề mặt:

Hiện nay trên thế giớ i ngườ i ta chủ yếu dùng LAS để phối trong bột giặt.Tuy nhiên, ở một vài nướ c phát triển, ngừơ i ta đã chuyển sang dùng chất hoạt độngbề mặt dạng sulphate ( CnH2n+1OSO3Na) trong bột giặt vì lý do môi trườ ng

(LAS có vòng benzene nên phân hủy chậm).

Ngoài ra, trong bột giặt thườ ng phối một lượ ng chất hoạt động bề mặt NI thích

hợ p để tăng hiệu quả giặt tẩy hoặc thêm một lượ ng nhỏ xà phòng vào, vì sự hiện

diện của các chất này giúp phân tán tốt các chất hoạt động bề mặt chính làm tăng khả năng giặt tẩy.

2.3. Các tác nhân tăng bọt và chống bọt

Các tác nhân làm tăng bọt ( foam bootster):

Để làm tăng bọt cho dung dịch chất tẩy rửa có thể đi theo hai hướ ng sau:

- Chọn chất hoạt động bề mặt tạo bọt hay không tạo bọt.- Sử dụng các phụ gia làm tăng bọt.

a) Chọn lự a chất hoạt động bề mặt:

Một chất hoạt động bề mặt hay hỗn hợ p chất hoạt động bề mặt có thể làm thànhhệ thống tạo bọt. Thông thườ ng, số lượ ng bọt tăng vớ i nồng độ đạt tối đa quanh CMC.

Như vậy về mặt lý thuyết có thể tiên đoán khả năng tạo bọt của một chất hoạt động bề mặt dựa trên CMC của nó. Tuy nhiên điều này không có liên quan đến tính chất ổn

định của bọt.

Các yếu tố ảnh hưở ng đến CMC có thể tăng hoặc giảm bọt là:

- Nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng, độ hòa tan của chất hoạt động bề mặt anionictăng làm khả năng tạo bọt tăng.Ngượ c lại đối vớ i NI, độ hòa tan ( do đó khả năng tạo

bọt) giảm vớ i nhiệt độ sau điểm đục.

- Sự có mặt của chất điện ly: làm giảm trị số CMC của chất hoạt động bề mặt

làm thay đổi khả năng tạo bọt của chất hoạt động bề mặt đó



36

- Cấu trúc phân tử của chất hoạt động bề mặt : Theo lý thuyết khả năng tạobọt tùy theo cấu trúc phân tử của chất hoạt động bề mặt . Tuy nhiên trên thực tế rất

phức tạp vì không có sự tươ ng quan trực tiếp giữa khả năng tạo bọt và sự ổn định bọt.Tuy nhiên có những nguyện tắc tổng quát như sau:

+ Chất hoạt động bề mặt NI ít tạo bọt hơ n chất hoạt động bề mặt ion trongdung dịch nướ c.

+ Đối vớ i cùng một họ chất hoạt động bề mặt , CMC càng kém thì khả năng tạobọt càng cao. Ví dụ như đối vớ i alkyl sulfate, khi chiều dài mạch C tăng khả năng tạobọt tăng.

+ Cation đối của chất hoạt động bề mặt anion có liên quan đến sự ổn định ( độ bền) của bọt. Theo Kondon và Co sự ổn định bọt của dodecyl sulfate giảm theo thứ tự sau:

NH4

+ > (CH3)

4N+ > (C

2H

5)4N+> (C

4H

9)

4N+

b) Các chất phụ gia làm tăng bọt:

Theo Schick và Fowker , việc thêm vào một số hợ p chất đối cực ( ion đối) cóthể làm giảm CMC của chất hoạt động bề mặt . Khi hợ p chất có cùng mạch C vớ i chất

hoạt động bề mặt thì khả năng tạo bọt và ổn định bọt tăng:

Ether glycerol < Ether sulfonyl < Amide < Amide thay thế

Trong thực tế ngườ i ta sử dụng mono hay diethanol amide làm những chất tăngbọt trong bột giặt tạo bọt, nướ c rửa chén hoặc dầu gội đầu.

Các chất chống bọt (antifoamer):

Để giảm bớ t bọt trong dung dịch chất tẩy rửa ngườ i ta dùng các chất chống bọt(antifoamer):

Các chất chống bọt tác động theo hai cách:

- Ngăn cản sự tạo bọt: thườ ng là các ion vô cơ như canxi có ảnh hưở ng đến sự ổn địnht ĩ nh điện hoặc giảm nồng độ anion bằng kết tủa.

- Hoặc tăng tốc độ phân hủy bọt: là các chất vô cơ hay hữu cơ sẽ đến thay thế các phân

tử các chất hoạt động bề mặt của màng bọt làm màng bọt ít ổn định (không bền).

Khi thêm chất hoạt động bề mặt NI vào chất hoạt động bề mặt anion làm giảm

bọt đáng kể. Tuy nhiên hệ thống anionic/ NI này vẫn còn quá nhiều bọt.

2.4. Các tác nhân làm mềm nướ c

Muốn tránh nướ c cứng gây ra hiệu quả xấu đối vớ i quá trình tẩy rửa, baphươ ng pháp thườ ng đượ c sử dụng là:



37

- Sự phức hoá các ion Ca2+, Mg2+ - Sự trao đổi giữa các ion Ca2+, Mg2+ vớ i những ion Na+

- Sự kết tủa các ion Ca2+, Mg2+.

Ngoài ra, tác nhân làm mềm nướ c còn có một số công dụng sau:

• Tạo tính kiềm cho môi trườ ng giặt.

• Cung cấp một tác dụng đệm để duy trì pH của dung dịch giặt gần bằng

vớ i giá trị mong muốn trong suốt thờ i gian giặt.

• Phân tán các phần tử chất bẩn.

Các tác nhân làm mềm nướ c thườ ng đượ c sử dụng là:

a) Natri Tripolyphosphate (STPP)

Trên 25 năm trở lại đây, STPP đã có mặt trong các sản phẩm tẩy rửa ở nhiều

quốc qia trên thế giớ i vớ i vai trò là chất xây dựng. Sở d ĩ có điều này là do STPP cómột số ưu điểm hơ n các chất xây dựng khác như sau:

• STPP có khả năng làm mềm nướ c tốt, trợ giúp cho sự thấm ướ t vải và giặt tẩy.

• STPP giúp khống chế môi trườ ng kiềm của nướ c giặt và phân tán các chất

bẩn trong khi giặt. Vì vậy, nó có tác dụng chống tái bám.

• STPP có khả năng tạo dạng tinh thể STP-hexa hydrate rất bền, có tác động

đến chất lượ ng ngoại quan của bột giặt.

Ngoài ra, STPP còn có chức năng phụ là có khả năng cải tiến hiệu quả của các

chất hoạt động bề mặt anion và không ion. Quan trọng nhất là sự giảm CMC của sứccăng bề mặt có tác động làm tăng độ hòa tan của chất hoạt động bề mặt.

STPP tồn tại ở hai dạng tinh thể, thườ ng gọi là dạng I và dạng II.

• Dạng I : STPP thu đượ c từ quá trình nung vôi ở nhiệt độ 450 -500oC. Dạng

này hydrate hóa nhanh trong lúc phối trộn.

Dạng II: STPP thu đượ c từ quá trình nung vôi ở nhiệt độ thấp hơ n khoảng

350oC. Dạng này hydrate hóa rất chậm nhưng để lâu đượ c nơ i nóng ẩm.

STPP thươ ng mại thườ ng là hỗn hợ p của hai dạng trên, chứa khoảng 70%

dạng II và 30% dạng I. Cả dạng I và II đều có thể cho ra một dạng tinh thể hexahydrate như nhau: STP 6aq ( STP 6H2O).

Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm vừa nêu, STPP cũng tác dụng không tốt

đối vớ i môi trườ ng vì gây ra hiện tượ ng phú dưỡ ng trong nướ c thải.



38

Bảng 2.3. Tính chấ t vật lý của STPP

Tên Natri tripolyphosphate

Công thức hóa học Na5P3O10

Khối lượ ng phân tử 368Thành phần P2O5 : 57.60%

Na2O : 42.20%

Phân tử ngậm nướ c STPP. 6H2O

Độ hòa tan ( trong 100g nướ c) Ở 20oC : 12.9g

Ở 40oC : 13.7g

b) Zeolites:

Từ những năm 70, xu hướ ng sử dụng zeolite làm chất xây dựng trong bộtgiặt đã tăng lên đáng kể, thông dụng nhất là zeolite A.

Zeolite A có cấu trúc tinh thể vớ i nhiểu lỗ xốp. Nhờ điểm đặc biệt này, cácion Natri chứa bên trong cấu trúc của nó có độ linh động cao và có thể dễ dàng trao

đổi vớ i các ion trong nướ c cứng, đặc biệt là Canxi.

Chức năng chính của zeolite A là làm mềm nướ c giặt bằng cách làm giảm

nồng độ Canxi và Magie. Khả năng hoạt động của zeolite A sẽ đượ c tăng cườ ngbằng cách thêm vào một lượ ng nhỏ các chất hòa tan đượ c trong nướ c, đượ c gọi là

chất trợ xây dựng, thườ ng là polycarboxylate.

Ngoài ra, zeolite A còn giúp tạo sự ổn định về các tác nhân làm trắng trong các

sản phẩm tẩy rửa.

Tùy theo kích thướ c phần tử zeolite A, nó có thể gây bụi, ngườ i sử dụng nên

tránh hít phải. Vì không hòa tan đượ c nên zeolite A không hút ẩm và không bị đóngbánh. Tuy nhiên, khả năng giặt tẩy của các sản phẩm dùng chất xây dựng là zeoliteA kém hơ n là các sản phẩm chứa phosphate vì chúng không tan đượ c, khả năng xử lýion Canxi, Magie kém, khả năng chống tái bám kém.

c) Na2CO3

Natri cacbonat thườ ng đượ c dùng trong các sản phẩm tẩy rửa đặc biệt trong cácl ĩ nh vực giặt giũ quần áo, vì nó có một dự trữ kiềm, có khả năng đệm và có vai trò

chống canxi trong những điều kiện khó khăn bằng cách làm kết tủa CaCO3. Tuy nhiênnatri cacbonat chỉ là một nguyên liệu “phụ” và nó không thể thay thế những tác nhân

làm mềm nướ c khác.

d) Natri silicat (Na2SiO3)



39

Natri silicat có khả năng làm mềm nướ c tốt. Ngoài ra, chúng còn là tác nhân cóthể tạo đượ c môi trườ ng kiềm và đệm, giúp duy trì chất bẩn trong nướ c giặt, ngăn

chúng bám trở lại bề mặt vải. Bên cạnh đó, chúng còn giúp hỗ trợ cho quá trình tạo hạttrong sản xuất bột giặt.

e) PolycacboxylatThườ ng sử dụng polyacrylat (CH2=CH-COOR) . Polyacrylat tác dụng thông

qua việc ức chế sự tạo thành của các tinh thể vô cơ trong quá trình tẩy giặt nếu khôngcó ion photphat hoặc hàm lượ ng photphat thấp. Nó cũng có tác dụng phân tán các hạtchất bẩn, ngăn chúng tái bám trở lại bề mặt.

2.5. Các tác nhân tạo môi trườ ng kiềm

- Các tác nhân kiềm thườ ng đượ c sử dụng là

- Natri triphotphat có pH = 9,5

- Natri perborat: pH = 10,5

- Natri cacbonat: pH >10: vừa là tác nhân làm mềm nướ c phụ, vừa là chất độn

rẻ tiền

- Các siliat: pH = 10 đến > 13

- Natri bicacbonat

2.6. Các tác nhân tẩy trắng

2.6.1. Các tác nhân tẩy trắng hoá học

Ngườ i ta thườ ng dùng các tác nhân tẩy trắng hóa học trong bột giặt để cải thiệnkhả năng tẩy trắng cho bột bằng cách loại bỏ các tạp chất màu hữu cơ trên vải bằngphản ứng hóa học. Các phản ứng này tươ ng ứng vớ i sự oxy hóa hoặc khử oxy làmphân hủy không đảo ngượ c đượ c các hệ thống tạo màu. Phươ ng cách này đòi hỏi sự sự phân hủy hoặc biến đổi các nhóm tạo màu và các thể màu thành các hạt nhỏ hơ n và

dễ tan hơ n để có thể loại chúng dễ dàng.

Ngườ i ta chia các tác nhân tẩy trắng hóa học làm ba loại:

Các tác nhân khử oxy ( như các sulfit và bisulfit).

Các hợ p chất của clo

Các hợ p chất có khả năng giải phóng oxy tự do.

Trong đó, các hợ p chất khử oxy có khả năng hoạt động tốt nhưng lại bất tiện dohơ i của chúng rất khó giữ bằng dầu thơ m nên ít đượ c sử dụng trong công nghệ sản

xuất chất tẩy rửa.

Các hợ p chất của clo có một số thuận lợ i nhờ khả năng hoạt động ở nhiệt độ



40

thấp và nồng độ thấp đồng thờ i cũng có giá thành thấp nhưng lại gây ra một số vấnđề khi sử dụng như ảnh hưở ng đến màu nguyên thủy của vải, làm mục một số sợ i tự

nhiên và làm vàng chất hồ vải. Do đó việc sử dụng các hợ p chất của clo cũng rất ít.

Hiện nay, các hợ p chất có khả năng giải phóng oxy tự do đượ c sử dụng phổ

biến nhất, có thể kể đến như perborate, percarbonate, oxy già…Các chất tẩy trắng thông dụng là:

Perborate:

Perborate đượ c sử dụng làm tác nhân tăng trắng từ lâu ở châu Âu. Trongnhững năm 80, việc sử dụng perborate đã lan sang nhiều nướ c khác như Hoa Kỳ,các nướ c Nam Mỹ và châu Á.

Perborate có công thức là: NaBO3.4H2O hay NaBO2.H2O2.3H2O chứa

khoảng 10% oxy hoạt tính. Nhượ c điểm của perborate là chỉ hoạt động tốt ở 80 -

100oC. Ở độ ẩm nhỏ, NaBO3.4H2O sẽ dehydrate hóa dần dần thành NaBO3.2H2O

ở 20oC. Trên 90% RH, NaBO3.4H2O sẽ hấp thu nướ c và đóng rắn.

Cần bảo quản perborate trong môi trườ ng khô ráo, tránh nắng và giữ nhiệt độ

dướ i 25oC. Vật liệu chứa perborate có thể là nhựa, gốm đá hay các vật liệu đượ c

tráng lớ p nhựa bên trong.

Bảng 2.4. Tính chấ t vật lý của Natri perborate

Tên Natri perborate Công thức hóa học NaBO3.4H2O

Khối lượ ng phân tử 154

Ngoại quan Tinh thể hoặc bột, màu trắng,

không mùi



41

Nhiệt độ đông đặc (oC) 63

Hydrate NaBO3.H2O ( trên 40 )

Độ hòa tan ( trong 100g nướ c)

40

o

C 6.5g

Tỷ trọng ( kg/m3) 20-800

Percarbonate:

Natri percarbonate ( Na2CO3.1,5 H2O2) đượ c kết hợ p dùng như một tác

nhân tẩy trắng.

Ư u đ iể m:

− Độ hòa tan tốt.

- Tỷ suất oxy hoạt tính cao.

- Đa chức năng: nguồn H2O2 và kiềm.

- Không gây ô nhiễm.

Nhượ c đ iể m:

Percarbonate dễ bị phân hủy bở i ẩm trong không khí. Ở nhiệt độ trên 25oC kếthợ p vớ i ẩm tự do trong không khí có thể làm cho sự phân hủy mạnh hơ n. Hơ inóng và nướ c giải phóng trong khi phân hủy còn mạnh hơ n phản ứng và trong mộtsố trườ ng hợ p đặc biệt khác, sự phát sinh nhiều hơ i nướ c, oxy và nhiệt sẽ xảy ra cùng

vớ i sự hình thành Natri carbonate. Nếu có các vật liệu dễ bắt cháy ở gần như mùn cưa,rơ m, giẻ …có thể gây cháy.

Cần bảo quản percarbonate ở nhiệt độ thấp, khoảng dướ i 25oC và độ ẩm dướ i60% RH trong các vật chứa bằng PVC, PE, thủy tinh… hay có thể chứa percarbonate

trong bình chứa bằng thép không gỉ.

Cả Natri perborate và percarbonate đều không thể sấy phun và chỉ đượ c cho

vào sau khi thổi bột xong.

Bảng 2.5. Tính chấ t vật lý của Natri percarbonate

Tên Natri percarbonate

Công thức hóa học Na2CO3.1,5 H2O2

Khối lượ ng phân tử 157



42

Độ tinh khiết Chứa khoảng 16% oxy hoạt động

Kích thướ c hạt ( µm) 720

Tỉ khối ( g/l) 850-1050

Độ chảy ( ml/s) 140

H2O2 (oxy già):

Oxy già đượ c phun vào để tẩy các chất màu trong LASNa. Sự có mặt của oxygià trong bột giặt ngoài việc làm cho bột có ngoại quan đẹp hơ n còn giúp cho hạt bộtgiặt tơ i xốp hơ n và có độ chảy tốt hơ n.

H2O2 dễ phân hủy thành H2O và O2 nhất là khi đun nóng, chiếu sáng, xúc

tác... Vì vậy H2O2 thườ ng đượ c bảo quản bằng cách cách ly vớ i ánh sáng, để nơ i

mát và có thêm chất ức chế.

Bảng 2.6. Tính chấ t vật lý của oxy già

Tên Nướ c oxy già

Công thức hóa học H2O2

Ngoại quan Chất lỏng, sánh như siro

Độ tan Tan vô hạn trong nướ c

2.6.2. Các tác nhân tẩy trắng quang học

Các chất tẩy quang học có nhiều cấu trúc hóa học khác nhau. Các hệ thống

thích hợ p nhất đượ c xây dựng từ những cấu trúc thơ m hay thơ m không đều kếtliền vớ i nhau, hoặc trực tiếp, hoặc do trung gian của những cầu ethylene.

Ví dụ:

Các chất tẩy quang học dùng trong bột giặt là các dẫn xuất của acid 4–4’- diaminostilben 2,2’ disulfonic vớ i cấu trúc sau:



43

Ngườ i ta cũng sử dụng những “chất siêu tẩy quang học” như Tinopal,

Blankophore có những đặc tính sau:

• Hòa tan ở nhiệt độ lạnh tốt hơ n.

• Ổn định tốt đối vớ i các tác nhân oxy hóa.

• Ổn định tốt đối vớ i ánh sang.

• Làm cho bột trắng hơ n.

2.7. Các chất xúc tác sinh họcCác enzyme đã trở thành một trong những thành phần chính thêm vào công

thức tẩy rửa khoảng nửa thập kỷ gần đây, vớ i những lý do sau:

• Sự phát triển của các loại bột đậm đặc và lỏng: lượ ng enzyme đượ c đưa

vào đơ n công nghệ ở tỷ suất thấp nhưng đem lại hiệu quả cao.

Các thói quen của ngườ i tiêu dùng đã thay đổi. Trướ c kia, ngườ i ta giặt quần áo

chỉ để làm sạch. Ngày nay, ngườ i ta còn quan tâm đến việc giữ “mớ i” trong thờ i giancàng lâu càng tốt, do đó, sự có mặt của enzyme đượ c đáng giá cao.

• Tính không gây hại của enzyme đối vớ i môi trườ ng.

Các enzyme là những hợ p chất rất phức tạp chứa nitơ của các loại protein làmxúc 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 , nhưng một số khác xảy ra trong các hệ “không sống”( non- living) như tinh bột chuyển hóa thành đườ ng trong công nghiệp sản xuất thức

uống có cồn. Từ những năm 60, ngườ i ta đã rất quan tâm đến các loại enzyme dùngtrong bột giặt như:

• 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.

Các enzyme cần có một khoảng thờ i gian để hoạt động và chỉ có thể hoạt



44

động ở nhiệt độ dướ i 55oC, ở nhiệt độ cao hơ n, chúng sẽ bị phân hủy. Trong các loạienzyme trên thì protease đượ c chú ý nhiều nhất.

Bảng 2.7. Nhữ ng chỉ d ẫ n 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

20-552.8. Các tác nhân chống tái bám

Chất chống tái bám thườ ng đượ c sử dụng nhiều nhất là cacboxymetyl xenlulozanatri 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 rắnlỏng.

- Biến đổi những đặc tính điện lập thể của bề mặt các sợ i bằng sự hấp phụ trên vải.

Tuy nhiên CMC Na chỉ có hiệu quả vớ i quần áo bằng bông, còn vớ i các loại vải

vóc bằng các chất liệu khác ngườ i ta thườ ng sử dụng thêm những loại polime chống táibám khác như polyme của axit acrylic hoặc axit acrylic/maleic.

- Lượ ng CMC Na thườ ng dùng vớ i hàm lượ ng từ 0,5 - 1% trong công thức.

- Đối vớ i các polyme của axit acrylic hoặc axit acrylic/maleic có ba trườ ng hợ p:



45

+ Nếu bột giặt chứa đủ STPP và sự phân giải của nó kém (10 - 12%) thì khôngcần thiết sử dụng những polime. Ngượ c 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 ngườ i ta muốn giảm tỉ suất STPP vì những lý do môi trườ ng và khi sự

phân giải của nó cao, ngườ i ta có thể dùng từ 1 - 2% polime.+ Vớ i những công thức không có photphat, có nhựa trao đổi ion hoặc tác nhân

kết tủa, hàm lượ ng polime có thể từ 3 - 4% và có thể hơ n đối vớ i bột giặt đậm đặc.

2.9. Các tác nhân làm mềm vải

Trong quá trình giặt giũ, các sợ i vải bị hư hại dần, hình thành thành nên các sợ inhỏ trong vải. Những sợ i nhỏ này tạo nên 4 yéu điểm quan trọng là:

- Vẻ thô cứng

- Các sợ i nhỏ này trở thành nơ i ưu tiên tàng trữ các loại muối chứa đựng trong

nướ c cứng, hạt bẩn làm xám quần áo.

- Chúng có khuynh hướ ng ngăn cản dung dịch tẩy rửa thấm vào các tác động

enzim và do vậy giảm hiệu quả giặt giũ.

- Đối vớ i vải màu, các sợ i nhỏ làm thay đổi độ phân tán ánh sáng trên bề mặt,

màu vải vóc mờ đi.

Các chất làm mềm vải đượ c sử dụng trong chất tẩy rửa có tác dụng là:

- Chống thô cứng, có thể cảm nhận thấy ngay.

- Có khả năng làm trơ n bóng, giúp là ủi dễ dàng.Các chất làm mềm vải đượ c 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 hươ ng

Chức năng của các chất tạo hươ ng (dầu thơ m) là át mùi hươ ng căn bản ngh ĩ a làcác mùi khó chịu do các nguyên liệu tạo nên sản phẩm cần ướ p hươ ng.

Các mùi khó chịu này từ các chất cấu tạo hữu cơ của công thức:

- Alkyl benzen sulfonat thườ ng ít có mùi, tuy nhiên vài sản phẩm có chất lượ ng kémcó thể sản sinh các mùi dầu lửa.

- Chất không ion đượ c cấu tạo bở i rượ u béo etoxy hoá có thể sản sinh các mùi mỡ do



46

sự hiện diện một tỉ lệ rượ u béo chưa etoxy hoá. Trong vài điều kiện, các rượ u béo cóthể bị oxy hoá thành aldehyt đặc biệt có mùi và dai dẳng. Sản phẩm tẩy rửa dạng lỏng

không nướ c rất phong phú về chất NI rất khó cho mùi vì tỉ lệ cao chất NI bám lại trênquần áo.

- Chất hoạt động bề mặt cationic là những chất phát sinh từ amin có khả năng tạo mùiamin (mùi tanh cá).

- Axit béo tham gia trong thành phần cấu tạo xà phòng và vài sản phẩm tẩy rửa dạnglỏng có thể chứa những chất bẩn có mùi đặc biệt.

- Một vài enzim và đặc biệt lipaza là cơ n ác mộng cho các nhà bào chế dầu thơ m vìenzim này phân huỷ mỡ , tiến hành phần lớ n công việc của nó trong khi sấy khô. Nếulúc ấy còn có những cặn bã chất béo (bơ hay sản phẩm từ sữa), các axit béo có dâyngắn đượ c 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 đượ c 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 ngườ i ta giặthay làm.

Việc lựa chọn chất tạo hươ ng có giá thành phù hợ p nhưng vẫn thoả mãn đượ cthị hiếu của ngườ i tiêu dùng là vấn đề rất quan trọng hiện nay đối vớ i mỗi nhà sản

xuất.


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 thườ ng sử dụng trong CTR?Câu 3: Trình bày đặc điểm, phân tích vai trò và cơ chế tác dụng của các loại chất xâydựng 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 trườ ng kiềm, điện ly?Câu 6: Trình bày đặc điểm, phân tích vai trò của enzim?

Câu 7: Trình bày đặc điểm, phân tích vai trò của hươ ng liệu?



47

CHƯƠ NG 3: SẢN XUẤT BỘT GIẶT

VÀ CÁC SẢN PHẨM TẨY RỬ A 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 bôngnhư: 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 côngthức là:





49

%

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 dàiAxit béo không no

có dây dài

Thành phần cấu tạo sẽ đóng một vài trò liên quan đến chất lượ ng xà phòng đãhoàn chỉnh: ví dụ các axit béo có dây ngắn dễ hoà tan hơ n, chịu trách nhiệm về khả năng tạo bọt và làm rát da hơ n, nhưng ngườ i ta cần phải gìn giữ một mức quân bìnhnào đó để xà phòng không bị tiêu hao quá nhanh khi sử dụng.

Một số đại lượ ng vật lý đặc trư ng cho chất béo:

- Chỉ số acid: là số mg KOH dùng để trung hòa 1g chất béo cho biết lượ ng 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 lớ n nói lên thành phần tổng cộng

các acid béo.

Chỉ số xà bông lớ n chứng tỏ có mặt các acid béo ít ngượ c lại chỉ số xà bông nhỏ chứng tỏ acid béo lớ n 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 hữ u cơ

Trướ c khi đượ c 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 đượ c tiến hành trong giai đoạn đầu. Trướ c tiên, ngườ i

ta đun nóng các loại dầu này ở nhiệt độ cao (900

C) dướ i chân không để sấy chúng.Chân không giúp dầu không hư hại do oxi hoá. Khi nướ c đã bị loại ra, ngườ i ta thêmchất tẩy trắng dầu vào. Thườ ng ngườ i ta sử dụng các vật liệu hấp phụ có diện tích bề

mặt lớ n để hấp phụ các tạp chất có trong dầu.

Khử mùi:



50

Loại bỏ mùi bằng chưng cất chân không, khi đó sẽ thu đượ c dầu có chất lượ ngđáp ứng quá trình sản xuất xà phòng

c) Nguyên liệu vô cơ

Để xà phòng hoá dầu mỡ thườ ng sử dụng kiềm là NaOH. Sô đa không thể xà

phòng hoá glyxerit, tuy nhiên nó vẫn đượ c sử dụng làm phụ gia trong xà phòng, sô đachỉ có khả năng trung hoà axit béo. KOH đượ c sử dụng để sản xuất xà phòng mềm (và

trong). Vớ i cùng một nguyên liệu dầu mỡ , xà phòng kali mềm hơ n xà phòng natri.Thườ ng ngườ i ta phối hợ p xà phòng natri vớ i xà phòng kali.



51

Bảng 3.1 Cấu tạo trung bình của những chất béo chính sử dụng trong công nghiệp

1= (gồm một mối liên kết đôi

2 = ( gồm hai mối liên kết đôi)

Độ dài cácmạch (trung

bình)< C10 C10 C12 C14

C16 vớ i1=

C16 C18

C18 vớ i

1=

C18 vớ i2=

% % % % % % % %* %*

Tên gọi chung Capric Lauric Myristic Palmitotic Palmitoléic Stéaric Oléic Linoléic

Dầu cùi dừa 9,5 6 47 18 9,4 0,1 2 5,5 2,5

Dầu cọ (hạt) 3,5 3 47 16,2 8,6 0,2 2,3 16,1 3,1

Mỡ 0 0 0 3,4 25,6 4,7 22,3 38,4 3,2

Dầu cọ (vỏ) 0 0 0 1,4 56,9 0,4 5,1 28,5 7,2



52

CH2-OCOR

CH-OCOR

CH2-OCOR

+ NaOH3

CH2-OH

CH-OH

CH2-OH

+ RCOONa3

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 axitbéo để thu đượ c xà phòng. Vì vậy trên thực tế có hai phươ ng pháp để nấu xà

phòng là:

Phươ ng pháp 1: Thuỷ phân chất béo bằng hơ i nướ c ở áp suất cao và nhiệtđộ cao (2500C, 50 atm). Phản ứng xảy ra là:

Phản ứng xảy ra khi lượ ng nướ c dư, sau đó có thể tách dễ dàng glyxerinkhỏi các axit béo (không hoà tan trong nướ c). Rồi các axit béo đượ c làm sạch

bằng cách chưng để dùng sản xuất xà phòng. Phươ ng pháp này đòi hỏi hệ thốngthiết bị phức tạp để thuỷ phân dầu mỡ và làm sạch axit béo, và thườ ng chỉ đượ c

sử dụng tại các nhà máy sản xuất chất béo là chủ yếu.

Phươ ng pháp 2: Đun sôi chất béo trực tiếp vớ i dung dịch xút ở 1000C

dướ i áp suất không khí. Khi đó, các axit béo đượ c hình thành phản ứng ngay tứcthì vớ i xút để tạo nên xà bông:

Sau đó phải tách glyxerin ra khỏi xà phòng. Đây là một công việc khá phứctạp vì dung dịch tươ ng đối bị pha lẫn. Tuy nhiên phươ ng pháp này vẫn đượ c cácnhà sản xuất lớ n về xà phòng sử dụng nhiều nhất.

3.1.2.2. Sản xuất xà phòng trự c tiếp từ các chất béoSơ đồ các giai đoạn để sản xuất xà phòng trực tiếp từ chất béo đượ c mô tả

trên hình 3.1. Sơ đồ bao gồm các giai đoạn:

Pha trộn các loại dầu: Tính toán tỉ lệ, phối hợ p các loại nguyên liệu theođúng yêu cầu của quá trình công nghệ.

Tẩy trắng, khử mùi: Loại khỏi dầu mỡ các tạp chất như nướ c, bụi, caroten,clorophyl,...



53

Hình 3.1: Các giai đ oạn sản xuấ t xà phòng

bằ ng phươ ng pháp xà phòng hoá tr ự c tiế p

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 đượ c trong nướ c muối trong khi xà phòng thìkhông. Quá trình tách rửa cũng giúp loại đượ c một phần lớ n các chất bẩn có màu

sắc.Quá trình rửa đượ c thực hiện bằng cách pha trộn xà phòng vớ i một dung

lượ ng nướ c muối, có khuấy trộn. Sau vài giờ trộn, xà phòng tách ra ở lớ p trên,còn lớ p dướ i là nướ c muối + glyxerin. Quá trình rửa đượ c tiến hành 3 lần để loại

glyxerin ra khỏi xà phòng.

Tách glyxerin: Ngườ i ta đưa dung dịch nướ c muối + glyxerin đượ c thu hồi

tớ i một thiết bị bốc hơ i để thu hồi glyxerol và muối đượ c quay vòng dùng lại.



54

Xà phòng hoá triệt để (loại muối): xà phòng sau khi tách khỏi glyxerin vẫn

còn chứa nhiều muối, làm ảnh hưở ng đến chất lượ ng. giai đoạn này giúp giảm số lượ ng muối, loại các tạp chất có màu sắc, tăng nồng độ cho dung dịch xà phòng.

Trong giai đoạn này, ngườ i ta pha trộn dung dịch xà phòng vớ i dung dịch xút

loãng. Khi đó, dung dịch sẽ phân làm hai lớ p: lớ p trên là xà phòng mịn, lớ p dướ ilà hỗn hợ p nướ c - muối - xút - tạp chất (không có xà phòng) hoặc một dung dịchnegro chứa vài phần trăm đến 25 - 30% xà phòng, muối, xút và các tạp chất khác.

Quy trình này có thể áp dụng các phươ ng thức sản xuất xà phòng

Phươ ng thứ c cổ truyền:

Phươ ng pháp này là phươ ng pháp gián đoạn, cho phép nấu nhiều tấn xàphòng một lượ t. Trong các bồn hở , ngườ i ta nấu dầu vớ i dung dịch xút (47%).

Khuyết điểm chính của phươ ng pháp này là ở chỗ khó đạt đượ c một hỗn hợ p

đồng nhất: khi một phần dầu phản ứng vớ i xút thì xà phòng đã đượ c tạo thành làmsệt hột hợ p. Phươ ng pháp này không tách glyxerin ra khỏi xà phòng.

Hệ thống “vòi” liên tục

Đây là phươ ng thức thông dụng nhất: gồm việc đun nóng dầu, dung dịchxút và bơ m chúng thành một vòi: điểm giao của 4 ống, ống đầu tiên dẫn dầu, ống

thứ hai xút, ống thứ 3 hơ i nướ c (để giúp phản ứng đồng thờ i cọ rửa) và ống thứ tư để di chuyển hỗn hợ p (sơ đồ hình 3.2).

Dung dịch nước,xút

Dầu

Dung dịch xàphòng

Hơi nước

Hình 3.2: H ệ thố ng vòi

Hỗn hợ p phản ứng đượ c duy trình lỏng bằng cách thêm chất lỏng, pha

loãng vào. Chất lỏng pha loãng này có thể là nướ c, nhưng sự pha loãng glyxerincó thể quá mức và giá thành bốc hơ i thành quá cao để thu hồi.

Phươ ng thứ c Alfa Laval:

Thiết bị sử dụng gồm một cột phản ứng (3m x 0,75m) vớ i một vòng tuần



55

hoàn bên hông. Dầu và dung dịch xút đượ c đưa vào cột phản ứng nhờ các bơ m.

Tốc độ phản ứng đượ c gia tăng nhờ áp lực cao (4 atm, 1400C). Xà phòng đi ra từ thiết bị phản ứng đượ c bơ m vào cột thứ hai. Trướ c khi đi vào cột phản ứng thứ

hai, ngườ i ta đưa vào một chất lỏng pha loãng lạnh để giảm nhiệt độ và làm lỏng

hỗn hợ p. Thờ i gian phản ứng vào khoảng 15 phút trong cả hai cột.

Dầu

4 atm, 1400C

Xút

Glyxerin

Pha loãng

Hình 3.3: Phươ ng pháp “Alfa Laval”

- Rử a sạ ch:

Giai đoạn tiếp theo cho phép tách glyxerin ra khỏi xà phòng dựa trênnguyên tắc glyxerol hoà tan trong nướ c muối, nhưng xà phòng không tan. Quá

trình rửa cũng cho phép loại trừ một phần lớ n những tạp chất có màu.

+ Phươ ng pháp bồn: Quá trình rửa đượ c thực hiện bằng cách trộn xà

phòng vớ i một khối lượ ng muối đã xác định, dùng những vòi hơ i nướ c để khuấytrộn. sau vài giờ nghỉ, xà phòng nổi lên trên trong cùng lúc lớ p dướ i gồm một hỗnhợ p glyxerin/nướ c muối. quá trình rửa đượ c lặp lại khoảng 3 lần vớ i nướ c muốilạnh để loại trừ tất cả glyxerin trong xà phòng

+ Phươ ng thứ c dòng chả y ngượ c: hệ thống này bao gồm một dãy thùng sắpxếp theo thác đổ trong đó xà phòng đượ c bơ m vào hoặc cho chảy vào từ thùng

này sang thùng khác, trong khi nướ c muối đượ c bơ m vào ngượ c chiều. Rửa theophươ ng pháp này, nồng độ glyxerin cuối cùng trong nướ c muối cao hơ n nhiều sovớ i phươ ng pháp bằng thùng ( 12-20% so vớ i 5-10%).

- Pha loãng: Dung dịch nướ c muối + glyxerin thu hồi phần lớ n đượ c đưa

vào một đơ n vị làm bốc hơ i để thu hồi glyxerol và muối. phần còn lại đượ c dùng



56

làm chất pha loãng

- Loại bỏ muố i: tiến hành loại muối một cách liên tục bằng cách xịt so đaloãng vào hệ thống ống đưa xà phòng đã rửa đến một máy ly tâm mà tốc độ cho

phép tách xà phòng ra khỏi nướ c.

b) Sản xuất xà phòng bằng cách trung hoà các axit béo

Phươ ng pháp này đượ c sử dụng ít hơ n phươ ng pháp trên vì nó có nhữngđiểm không thuận lợ i là:

- Giá thành thiết bị cao

- Chỉ dùng vớ i những nhà máy sản xuất lớ n.

Tuy nhiên nó cũng có những thuận lợ i là: công nghệ đơ n giản, linh hoạttrong quá trình sản xuất vì có thể thay đổi dễ dàng thành phần chất béo.

Hình 3.4: S ản xuấ t xà phòng bằ ng cách trung hoà axit béo



57

Hình 3.5: S ơ đồ công nghệ sản xuấ t xà phòngtheo phươ ng pháp trung hoà axit béo

c) Ví dụ về công thứ c xà phòng

Xà phòng tắm cổ điển thườ ng gặp trên thị trườ ng có công thức như bảng 3.3.

Bảng 3.3. Công thứ c xà phòng thườ ng gặ p

TT Thành phần quy định củachất béo

Xà phòng không thừabéo 80-20(cọ vỏ /cọ hạt)

Xà phòng thừa béo 65-35% (mỡ bò/dầu cùi dừa)

1 Xà phòng natri 83-88 80 - 852 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

0,010 - 0,025

4 Axit orthophosphoric 0,1 - 0,2 0,1 - 0,2

5 Màu + +

6 Chất chắn sáng (titan oxit) 0,1 - 0,7 0,1 - 0,7

7 Chất tẩy quang học + +

8 Nướ c hoa + +

9 Nướ c, muối V/ đ 100 V/ đ 100



58

3.2. Sản xuất bột giặt theo phươ ng pháp sấy phun

3.2.1 Phân loại bột giặt

a) Bột giặt truyền thống

Bột giặt “truyền thống” hay còn gọi là bột giặt “quy ướ c” hay “cổ điển” làloại 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 tượ ngsử dụng khác nhau:

- Tạo bọt ( thườ ng dùng cho giặt tay).

- Không tạo bọt ( thườ ng dùng cho máy giặt).

Bột giặt có tạo bọt

Các chất hoạt động bề mặt dùng trong loại bột giặt này phần lớ n là loại

anionic như: LAS, PAS. Các CHĐBM NI đôi khi đượ c thêm vào vớ i lượ ng thấphơ n 4 -5 lần so vớ i CHĐBM anionic.

Lượ ng chất xây dựng đượ c dùng vớ i mức độ tùy thuộc vào độ cứng củanướ c, loại vết bẩn cũng như giá thành, thông thườ ng ngườ i ta thườ ng dùngSTPP, Natri Silicate, Natri Carbonate.

Các thành phần phụ khác như Natri Sulphate, Calcit … giúp bổ túc công

thức, tăng tỷ trọng và giảm giá thành. Các thành phần khác như chất tẩy quanghọc, enzyme… chiếm hàm lượ ng rất nhỏ.

Ví dụ về công thức bột giặt tạo bọt:

Bảng 3.4. Công thứ c bột giặt t ạo 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, hươ ng, CMCNa +

Nướ c v/ đ 100



59

Bột giặt không tạo bọt

Ở loại bột giặt này, các thành phần cũng tươ ng tự như loại tạo bọt, điểmkhác 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 thứ c bột giặt không t ạo 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 - 15-30Carbonate Natri 5-15 5-20

Silicate Natri 5-15 5-15

Perborate Natri 0-15 0-15

Enzyme, chất tẩy quang học, hươ ng + +

Nướ c v/ đ100 v/ đ100

b) Bột giặt đậm đặc

Trong nhiều năm qua, trên thị trườ ng chỉ có các sản phẩm bột giặttruyền thống, nhưng ngày nay, theo xu thế phát triển kinh tế của thế giớ i, nhữngyêu cầu về những loại bột giặt có khả năng tẩy rửa tốt hơ n, tỷ trọng cao hơ n vớ inhiều tính năng đa dạng hơ n đã dần dần hình thành.

Vì vậy, các nhà sản xuất cũng cho ra đờ i những sản phẩm có tỷ trọng caohơ n bằng nhiều phươ ng pháp khác nhau. Qua nhiều năm sau, công ty KAOcủa Nhật Bản đã tung ra thị trườ ng một loại bột giặt đậm đặc vớ i tỷ trọng cao

tạo ra một xu hướ ng phát triển mớ i cho thị trườ ng bột giặt.

Bột giặt đậm đặc có đặc điểm phối trộn như sau:

− Gia tăng tối đa các thành phần hoạt động ( giảm thiểu luợ ng 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 ưu điểm sau:

• Đối vớ i ngườ i tiêu dùng

o Một sản phẩm thực tiễn ( dễ dàng vận chuyển, lưu trữ và định lượ ng).



60

o Một kỹ thuật công nghệ mớ i mẻ có tính cách mạng về giặt tẩy có

đượ c mọi ưu điểm của các bột giặt sản xuất theo công nghệ sấy phun mà khôngvấp phải những điều bất thuận tiện của các bột pha trộn khô và đượ c sử dụngđến ngày nay nhờ phươ ng thức sản xuất mớ i.

• Đối vớ i việc buôn bán:

o Ít choán chỗ để trưng bày và lưu trữ các sản phẩm

o Thu đượ c lợ i nhuận cao

• Đối vớ i nhà sản xuất:

o Đi tiên phong trên một thị trườ ng thật sự đổi mớ i.

o Lợ i nhuận cao hơ n ( ít bao bì hơ n, giá phân phối sản phẩm thấp hơ n).

o Một bướ c tiến quan trọng hơ n trong việc giảm gây ô nhiễm môi trườ ng.

Nguyên tắc thành lập công thứ c bột giặt đậm đặc:

Để thành lập công thức cho các sản phẩm đậm đặc, ngườ i thành lập công

thức phải:

• Loại bỏ bất cứ thành phần nào thật sự không ích lợ i cho khả năng hoạt

động của sản phẩm (các chất hay tác nhân phục vụ cho hoạt động tẩy rửa như

sulphat natri chẳng hạn).

• Giảm lượ ng nướ c trong sản phẩm. Ngườ i ta thườ ng dùng perboratemono hydrate hơ n là perborate tetra hydrate cổ điển.

• Dùng các nguyên liệu đậm đặc nhất mà các phươ ng pháp đo đạc cỡ hạt

lần lượ t giúp lấp đầy tất cả các “khoảng trống” , và phủ đầy phần bên trong của

các hạt rỗng.

Tuy nhiên, để có đượ c bột giặt đậm đặc cần lưu ý hai yếu tố:

• Sự gia tăng các thành phần có hoạt tính trong công thức và loại tối đa

các chất độn và nướ c.

• Sự gia tăng tỷ trọng của bột giặt.

Trong đó, vấn đề chính vẫn là gia tăng hàm lượ ng chất hoạt động bề mặt.Ví dụ về công thức bột giặt đậm đặc:





62

Nguyên liệu LABSA trướ c khi đi vào quy trình sản xuất sẽ đượ c khuấy

tẩy bằng dung dịch nướ c oxy già (H2O2) 35% để tăng độ tinh khiết của nguyên

liệu. Hàm lượ ng H2O2 dùng để tẩy trắng LABSA khoảng 0.1-0.15%.

Hình 3.5: S ơ đồ khố i quá trình sản xuấ t bột giặt theo phươ ng pháp sấ y phun



63

Hình 3.6: S ơ đồ công nghệ quá trình sản xuấ t bột giặt

theo phươ ng pháp sây phun

c) Trung hoà

Sau khi khuấy tẩy xong, LABSA đượ c bơ m vào bồn khuấy trộn, sauđó ta tiến hành cho dung dịch NaOH đã đượ c chuẩn bị trướ c vào bồnkhuấy 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. Lượ ngNaOH 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, ngườ i ta tiếp tục cho các thành phần khác như 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 vớ itỷ lệ tuỳ theo yêu cầu thành phần của bột giặt để tạo dung dịch ở dạng kem nhãochuẩn bị cho quá trình sấy phun. Nướ c cũng đượ c thêm vào ở giai đoạn nàyđể tạo dung dịch kem nhão có độ ẩm khoảng 60%. Hệ đượ c giữ ở khoảng



64

80oC.

Hỗn hợ p 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 lượ ng phải chính xác. Bảo đảm sự đồng pha, tránh tách lớ p.

Các chất xây dựng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo kem nhão. Ngoàira, giúp cho các chất hoạt động bề mặt, chất lỏng khác hấp thu vào. Khi chất xâydựng 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 đượ c đưa vàomột máy nghiền trục vít để nghiền nhỏ các hạt chất rắn có kích thướ c lớ n chưahoà tan hết, và các tinh thể hình thành trong hỗn hợ p kem nhão.

Trướ c khi đi vào sấy phun, kem nhão đượ c đưa vào một hệ thống lướ i lọc từ

nhằm loại bỏ các chất rắn kim loại hoặc các chất rắn khác có kích thướ c lớ n.

Quá trình này đượ c thực hiện nhằm tránh hiện tượ ng tắc nghẽn, giảm sự mài

mòn các vòi phun của tháp sấy phun.

Sau khi lọc từ, hỗn hợ p kem nhão đượ c đưa vào một bồn chứa trung gian.

f) Sấy phun

Sấy phun là quá trình làm mất nướ c của hỗn hợ p kem nhão. Chuyển

hỗn hợ p từ dạng kem nhão có độ ẩm 60% thành dạng bột. Độ ẩm yêu cầu của bộtsau khi sấy là 3- 10%.

Hỗn hợ p kem nhão từ bồn chứa trung gian đượ c một hệ thống bơ m hai cấphút vào và đẩy lên đi vào phía trên đỉnh tháp sấy phun. Kem nhão dướ i tác dụngcủa hệ thống bơ m hai cấp và hệ thống máy nén khí sẽ đi vào vòi phun vớ i ápsuất khoảng 100 atm. Kem nhão khi qua vòi phun sẽ đượ c tán ra thành các hạt rất

nhỏ (dạng sươ ng) vào tháp sấyTrong khi đó, không khí từ môi trườ ng ngoài sẽ đượ c 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 đượ c

quạt thổi khí đưa vào phía dướ i tháp sấy phun. Dòng không khí nóng đi lên từ đáy tháp sẽ gặp các hạt lỏng sẽ nhanh chóng bốc hơ i nướ c của các giọt lỏng,hình thành các hạt rắn bột giặt. Các hạt bột giặt đượ c hình thành có độ ẩm giao



65

động từ 2 – 10% và sẽ rơ i xuống đáy tháp.

Ở giai đoạn này, độ ẩm không khí trong buồng sấy ảnh hưở ng rất lớ n đếncấu trúc và kích thướ c hạt bột giặt thành phẩm. Nếu độ ẩm không khí trong

buồng sấy quá thấp, các hạt bột giặt sẽ có kích thướ c rất nhỏ và trở nên rờ i rạc do

chúng không thể kết dính lại vớ i nhau. Ngượ c lại, nếu độ ẩm không khí trongbuồng sấy quá cao, hiện tượ ng kết dính giữa các hạt bột giặt sẽ xảy ra mạnh mẽ làm tăng kích thướ c của chúng. Kết quả là bột giặt không đạt độ mịn, độ đồng

nhất về kích thướ c và cấu trúc hạt. Các hạt bột giặt tạo thành sẽ đượ c tháo vàobăng tải.

Dòng không khí sấy sau khi qua tháp sẽ lôi cuốn theo các hạt bột giặt cókích thướ c nhỏ, nhẹ sẽ đượ c dẫn vào hệ thống thu hồi bụi ở đỉnh tháp trướ c khi

đưa ra ngoài.

Bột giặt sau quá trình sấy phun có nhiệt độ cao sẽ đượ c làm nguội bằngkhông khí khi vận chuyển trên băng tải.

g) Phân loại hạt

Bột giặt từ băng tải sẽ đượ c đưa đến đườ ng ống đặt thẳng đứng của hệ thống hút chân không phân loại hạt. Khi bột giặt đi vào ống, dướ i tác dụngcủa lực hút chân không, các hạt có kích thướ c đạt yêu cầu sẽ đượ c lôi cuốntheo dòng khí đi lên phía trên, và đượ c thu hồi lại nhờ các cyclone, các hạt có

kích thướ c quá nhỏ thoát ra khỏi cyclone sẽ đượ c đưa vào thiết bị lọc túi và đưavề hoà tan lại vào dung dịch tạo kem nhão. Còn các hạt có kích thướ c quá lớ n,

trọng lượ ng của chúng thắng đượ c lực hút chân không sẽ bị rơ i xuống dướ i vàobăng tải đưa về lại thiết bị khuấy trộn tạo dung dịch kem nhão để sấy phun lại.

h) Trộn bổ sung và phun hươ ng

Bột giặt sau khi phân loại hạt đượ c đưa vào các bồn chứa. Sau đó ngườ ita sẽ trộn bổ sung các thành phần khác, các chất nhạy nhiệt, dễ biến đổi bở inhiệt độ cao không thể cho vào trướ c quá trình sấy phun, như: chất hoạt động bề

mặt không ion (NI), chất

tẩy trắng quang học, enzyme, chất chống tạo bọt, chất màu. Các chất này đượ c

thêm vào bằng hệ thống cân định lượ ng.

Tất cả hỗn hợ p này đượ c cho vào một hệ thống trộn thùng quay nhằm trộn

đều các thành phần và kết hợ p phun hươ ng tạo mùi thơ m cho bột giặt.

Sau khi phối trộn bột giặt có tỷ trọng: 650-750 g/l.

i) Đóng gói

Thông thườ ng, ngườ i ta sử dụng bao bì bằng nhựa, nylon để đựng sản



66

phẩm.

Yêu cầu chung về bao bì: hạn chế đượ c sự tiếp xúc của ánh sáng, khôngkhí và độ ẩm từ môi trườ ng xung quanh đến bột giặt.

Ư u điểm của phươ ng pháp là sấy phun so vớ i các phươ ng pháp sấy khác làở chỗ:

Quá trình sấy xảy ra nhanh( thườ ng sau 15-30 giây vì các hạt ra khỏi vòiphun 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 đượ c kíchthướ c 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.

Nhượ c điểm của phươ ng pháp sấy phun là thiết bị phức tạp kích thướ c lớ n:

Thành phần phối liệu cũng ảnh hưở ng đển quá trình sấy và công suất thiết

bị. Thí dụ nếu thành phần nướ c cao nhiệt năng đòi hỏi nhiều hơ n, natri silicatnhiều làm giảm tốc độ bay hơ i nướ c của phối liệu. Soda cho phép thu đượ c sản

phẩm có độ ẩm tối ưu.

3.3. Sản xuất bột giặt theo phươ ng pháp khác

3.3.1. Phươ ng pháp kết tụ không tháp

Nguyên liệu thô đượ c nghiền và trộn để đạt đượ c độ đồng nhất sau đó

đượ c thấm chất kết dính để các hạt kết khối lại vớ i nhau. Sản phẩm thu đượ c có tỉ trọng cao từ 550 – 750g/l. Phươ ng pháp này thườ ng đượ c sử dụng ở Châu Âu vàBắc Mỹ.

Yêu cầu đối vớ i 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 thướ c xác định. Sau khi



67

đượ c sấy khô các hạt sẽ có độ ẩm thấp và có đầy đủ tính chất của bột giặt tổng

hợ p.

Thành phần bột giặt sử dụng theo phươ ng pháp kết tụ không tháp

Bảng 3.7. Thành phần bột giặt sử d ụng theo phươ ng pháp k ế t t ụ 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

Hươ ng (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





69

a) Quá trình tạo hạt ướ t:

Nguyên liệu thô (dạng hạt)trướ c tiên phải đượ c nghiền mịn đến kích thướ ctiêu chuẩn(0,2 – 0,8mm). Sau đó đượ c đưa vào các silo chứa, quá trình cung cấp

nguyên liệu đượ c thực hiện tự động bằng các máy tính. Tiếp đến tất cả nguyên

liệu thô( zeolit, muối natricarbonate, chất độn, dòng sản phẩm tái sinh...) đượ cđưa vào thiết bị trộn số 1. Tại đây các chất kết dính(dạng lỏng) đượ c cung cấpđịnh lượ ng theo tỉ lệ nhất định. Thờ i gian trộn khoảng 20-30phút, sau đó toàn bộ

hỗn hợ p đượ c chuyển qua thiết bị trộn số 2, ở đây hỗn hợ p sẽ tạo đượ c độ đồngnhất trướ c khi chuyển qua giai đoạn sấy.

b) Quá trình sấy:

Sau khi tạo đượ c hỗn hợ p đồng nhất (dạng hạt) sẽ đượ c chuyển qua thiết bị

sấy đối lưu. Quá trình sấy sử dụng không khí nóng để làm bay hơ i nướ c, làm khô

bột, nhiệt độ đượ c duy trì khoảng 50 – 110

o

C (nhiệt độ tốt nhất khỏang 60 –80oC). Thờ i gian sấy phụ thuộc vào nhà sản xuất và loại sản phẩm. Thông thườ ngđộ ẩm của bột giặt là 5 -10%. Trong quá trình sấy các hạt bột mịn sẽ theo dòng

không khí nóng đi lên thiết bị tách bụi. Bụi tiếp tục đượ c đưa qua thiết bị lọc bụithứ 2, bụi thu đượ c hồi lưu để sản xuất. Dòng không khí nóng đượ c hồi lưu tiếp

tục làm tác nhân sấy. Khi đạt độ ẩm yêu cầu, bột sẽ đượ c chuyển sang giai đoạnsàng để hạt có kích thướ c đồng đều (thườ ng là khoảng 0.5mm). Hạt dướ i sàng

đượ c chuyển vào silo để chuẩn bị cho giai đoạn pha trộn phối liệu, hạt trên sàngđượ c chuyển sang thiết bị nghiền và sau đó đượ c sàng lại.

c) Quá trình thêm phụ gia và đóng gói:Để tăng khả năng giặt tẩy của sản phẩm ngườ i ta phối trộn thêm các

percarbonate, các chất tẩy trắng quang học, TAED. Ngườ i ta còn thêm các enzymđể tăng khả năng phân hủy sinh học các chất hữu cơ và làm mềm vải (xenlulaza).

Các chất định hươ ng đượ c đưa vào giai đoạn cuối của quá trình phối trộn. Trướ ckhi đóng gói sản phẩm đượ c trộn lại một lần nữa để đảm bảo độ đồng nhất củasản phẩm.

Ư u điếm của phươ ng pháp kết tụ không tháp

• Thiết bị đơ n giản, nhiệt độ sấy hạt thấp, có tính tự động hóa cao.• Sản phẩm có tỉ trọng cao hơ n phươ ng pháp sấy phun truyền thống, tỉ trọng

khoảng 550 – 750g/l.

• Độ an toàn cao hơ n phươ ng pháp sấy phun. Không dùng bơ m cao áp, nhiệtđộ sấy thấp.



70

Nhượ c điểm của phươ ng pháp kết tụ không tháp

• Quá trình trung hòa cần gia nhiệt để quá trình tạo muối trung hòa xảy ra tốt( >35oC), nhiệt độ trong thiết bị trộn chỉ duy trì ở nhiệt độ phỏng dẫn đếnkhả năng tạo muối trung hòa(muối Natri) giảm.

• Hàm lượ ng ẩm của bột giặt cao khoảng10-14%.

• Hàm lượ ng của chất hoạt động nonion (NI) cũng ảnh hưở ng đến quá trình

tạo hạt. Nếu hàm lượ ng NI quá nhiều hạt tạo thành sẽ quá mềm và khôngkhô đượ c.

• Thờ i gian sản xuất dài hơ n phươ ng pháp sấy phun.

3.3.2. Phươ ng pháp kết hợ p sấy phun và kết tụ

Hình 3.9: Quy trình công nghệ k ế t hợ p sấ y phun k ế t t ụ



71

Phươ ng pháp này kết hợ p cả thiết bị sấy và thiết trộn tạo hạt để tạo đượ c

hạt có tỉ trọng cao.

3.4. Sản xuất các sản phẩm tẩy rử a dạng lỏng

Trong l ĩ nh vực các chất tẩy rửa gia dụng, ngườ i tiêu dùng không chỉ trôngđợ i những sản phẩm có hiệu quả cao mà còn mong muốn chúng phù hợ p vớ i thế

giớ i hiện đại. Vì thế các chất tẩy rửa dạng lỏng đã đượ c phát tiênr và đưa vào thị trườ ng từ những năm 70, 80 của thế kỷ 20. Nhân tố dẫn đến thành công của chất

tẩy rửa dạng lỏng trướ c hết là khả năng dễ sử dụng. Ngườ i sử dụng có thể địnhlượ ng “phỏng chừng” mà vẫn có hiệu quả. Thêm vào đó, khi sử dụng nướ c giặt có

thể bớ t đượ c một thao tác đó là chuyển từ dạng bột sang dạng kem nhão vớ i nướ c.Nướ c giặt có thể hoà tan tức thì giúp cho các thành phần hoá chất khác nhau đi

vào hoạt động ngay từ đầu quy trình.

3.4.1. Nguyên tắc lập công thứ cKhi lập công thức cho chất tẩy rửa dạng lỏng, ngườ i lập công thức phải đối

mặt vớ i hai vấn đề chủ yếu:

- Nhu cầu làm dịu nướ c để việc giặt giũ đạt đượ c hiệu quả tốt.

- Không thể đưa vào một chất tẩy trắng trong một công thức có nướ c.

Những tác dụng có hại của canxi đến hiệu quả giặt giũ cho thấy cần sử dụng những chất xây dựng. Ba khả năng có thể xảy ra là:

- Những chất xây dựng có thể hoà tan ít hấp dẫn vì rất hạn chế (hiệu tượ ng hiệu

ứng muối, tách pha hữu cơ do chất điện giải).

- Xà phòng, khi hiện diện đòi hỏi những lượ ng chất hoạt động bề mặt lớ n để phântán/hoà tan muối của xà phòng vớ i canxi.

- Những chất xây dựng cổ điển (STPP, zeolit) tồn tại ở dạng rắn nên cần phải đưachúng vào chất lỏng mà vẫn đảm bảo hình thức của sản phẩm.

Đó là nguyên tắc cơ bản của các sản phẩm dạng lỏng có cấu trúc.

Hình dạng bên ngoài và hiệu năng của hai loại nướ c giặt dạng lỏng này

khác nhau rõ dàng. Điều này giúp cho ngườ i tiêu dùng chọn lựa dễ dàng. Nướ c

giặt đẳng hướ ng dạng lỏng thườ ng có màu sắc, ít nhớ t và giàu chất hoạt động bề mặt, vì thế rất hiệu nghiệm khi tẩy các vết bẩn có chất béo, trong khi nướ c giặt cócấu trúc dạng lỏng nhớ t hơ n và thườ ng có kết quả giặt tẩy tươ ng đươ ng vớ i bộtgiặt.

3.4.2. Nướ c giặt đẳng hướ ng dạng lỏng

a) Nướ c giặt dạng lỏng truyền thống



72

Trọng tâm của việc lập công thức dựa trên các chất hoạt động bề mặt đượ c

sử dụng: xà phòng/axit béo, nhưng cũng dựa trên các chất hoạt động bề mặt khác(NI, anionic) như thế các thành phần sẽ giúp làm cho công thức đượ c ổn định.

Chọn lự a các chất hoạt động bề mặt

Sự chọn lựa này đượ c thực hiện tuỳ theo câu trả lờ i của nhiều câu hỏi (độ

cứng của nướ c? Ngườ i ta muốn hiệu quả tối đa trên loại vết bẩn nào? Sản phẩmphải chống lại những điều kiện cực điểm nào khi tồn trữ? Sản phẩm hiệu nghiệm

nhất dướ i nhiệt độ nào? Giá thành sẽ ra sao?)

Ví dụ: Một chất hỗn hợ p từ 18-20% chất hoạt động bề mặt NI và 6-8%

LAS vừa có hiệu quả tuyệt vờ i trên các vết bẩn có chứa chất béo vừa đượ c ổnđịnh khi gặp lạnh.

Nói chung, ngườ i lập công thức dùng một công thức cơ bản trong đó ngườ i

ta sẽ kiểm tra những tỉ lệ phối hợ p khác nhau bằng cách sử dụng một giản đồ bậcba cổ điển

Hình 3.10: Biể u đồ bậc ba dành cho sản phẩ m đẳ ng hướ ng d ạng lỏng

Đối vớ i từng điểm kiểm tra phải định:

- Tính hiệu quả trong phòng thí nghiệm (kiểm tra vải, vết bẩn).

- Giá thành

- Tính ổn định của sản phẩm

Điều nay giúp chọn đượ c một tỉ lệ tốt hơ n.

Ngườ i ta có thể thực hiện cùng một thao tác vớ i tỉ lệ chất hoạt động bề mặt

khác, chẳng hạn 30 hay 35%.

Chọn chất hướ ng nướ c

Khi đã biết tỉ lệ của các chất hoạt động bề mặt, phải tìm ra chất hướ ngnướ c giúp cho công thức đượ c ổn định trong tất cả các điều kiện tồn trữ.

Lượ ng sử dụng đượ c điều chỉnh theo dòng thờ i gian quan sát các sản phẩm



73

lưu giữ.

Những thành phần dùng đơ n độc hay phối hợ p đều thuộc loại propylen,glycol, rượ u, trietanolamin.

Enzim

Cùng một sắc thái đối vớ i các loại bột giặt, chẳng hạn ngườ i ta có thể dùng

các enzim phân giải protein tác động trên các vết bẩn gốc protein và cácenzim phân giải amin hiệu nghiệm trên các vết bẩn gốc tinh bột (chuối,cacao....). tuy nhiên phải kèm vào cho chúng một hệ thống giúp ổn địnhchúng.

Etylen diamino tetra metylen photphonat/muối natri (EDTMP).

Một chất thành phần loại này có thể đượ c dùng để gia tăng hiệu năng củasản phẩm trên các vết bẩn loại chè, cà phê, rượ u nho hay trái cây và do đó bù đắp

sự thiếu vắng các chất tẩy trắng cổ điển (hệ thống này không thể đưa vào trongmột công thức chứa nướ c vì có hiện tượ ng phân huỷ.

Chất tẩy quang học

Kinh nghiệm giúp cho ngườ i lập công thức chọn lựa một hay những chấthồ quang thích nghi vớ i nhiệt độ khi giặt giũ, ví dụ hỗn hợ p CBS và DMS-

X sẽ giúp quan sát đượ c hiệu quả tốt đẹp khi ngườ i ta tẩy trắng trên mộtkhoảng nhiệt độ rộng.

Chất chống bọt

Trong trườ ng hợ p các công thức đẳng hướ ng gốc xà phòng, lượ ng chất

chống bọt đượ c sử dụng rất nhỏ. Những chất chống bọt gốc silicon vớ i tỉ lệ < 0,05% đượ c dùng để ngăn cản sản phẩm bị bọt quá nhiều trong quá trình

sản xuất.

Nhữ ng thành phần khác

- Chất làm đục: thành phần này chỉ đượ c sử dụng để tạo cho sản phẩm vẻ mờ đục phục vụ cho việc đảm bảo tính thẩm mỹ của sản phẩm.

- Dầu thơ m, màu sắc: đảm bảo phù hợ p vớ i thị hiếu ngườ i tiêu dùng.

Các công thứ c mẫu

Loại công thức này giúp ta có đượ c những nướ c giặt dạng lỏng một pha, cóđộ nhớ t yếu (100 dến 250 mPa) và tỉ trọng gần bằng 1.



74

Bảng 3.8: Công thứ c nướ c giặt d ạng lỏng

TT Nguyên liệuThành phần %

trong Công thứ cI

Thành phần %trong Công thứ c

II

1 LAS trietanolamin 15 30

2 Rượ u béo etoxy hoá (7OE) 30 15

3 Axit stearic 15 15

4 Axit xitric 0,2 0,2

5Axit Dietylenetriamin

pentrametylen photphonic

0,3 0,3

6 Proteaza 0,05 0,05

7 Chất tẩy quang học 0,25 0,25

8 Nhũ tươ ng silicon (DB 110) 0,2 0,2

9 Rượ u 10 10

10 1,2 - Propandiol 5 5

11 Trietanolamin dùng để chỉnh pH - -

12 Nướ c Vừa đủ 100 Vừa đủ 100

3.4.2. Nướ c giặt cấu trúc dạng lỏng

Kỹ thuật công nghệ đượ c dùng để sản xuất nướ c giặt cấu trúc dạng lỏngphức tạp hơ n nhiều so vớ i kỹ thuật công nghệ sản xuất thuốc giặt đẳng hướ ngdạng lỏng (tong đó cách tươ ng đối, chỉ cần hoà tan lẫn các thành phần vớ i nhau).

Hai yếu tố cần quan tâm nhất để đảm bảo tính ổn định và độ nhớ t của sản phẩm làcấu tạo của nướ c giặt cấu trúc dạng lỏng và phươ ng thức sản xuất.

Ý tưở ng sản xuất nướ c giặt cấu trúc dạng lỏng xuất phát từ cấu tạo củamàng tế bào, theo đó ngườ i ta sản xuất một chất nền rồi đưa các hạt rắn vào vàgiữ chúng ỏ thể vẩn trong nướ c. Ở nồng độ thấp, các chất hoạt động bề mặt tồn tạidướ i dạng các phân tử hay mixe. Khi nồng độ gia tăng, cùng vớ i sự có mặt của

các chất điện giải làm cho hệ thống cấu trúc đượ c hình thành: đó là những pha lớ phay pha kết tinh hay liposom đóng lớ p.





76

Điều quan trọng là ngườ i lập công thức phải nghiên cứu mỗi loại chất hoạt

động bề mặt đượ c dùng để có đượ c nền ổn định nhất và sản phẩm hoàn thành hiệuquả nhất.

Chất anionic

Ngườ i ta phải tìm ra một giải pháp dung hoà giữa LAS dây dài và LAS dây

ngắn hơ n. Chẳng hạn, ngườ i ta chọn đúng một LAS có phân bố các dây cacbongiữa 10 và 14: tẩy rửa tốt/cấu trúc mixen chắc chắn hơ n.

Xà phòng

Xà phòng từ quá trình trung hoà các axit béo đượ c cất từ đậu phộng bằngKOH, có tính ổn định hơ n xà phòng do mỡ động vật ha các stearat (các chất nàycho ra nướ c nướ c giặt dạng lỏng rất sệt).

Chất hoạt động bề mặt không ion (NI)

Có thể dùng một rượ u béo mạch thẳng etoxy hoá C13 - C15 vớ i 7.OE.

Cân bằng quan hệ ABS/Xà phòng/NI

Chính tỉ lệ ba hoạt chất thành phần này quyết định tính nhớ t và tính ổn

định của sản phẩm cũng như công hiệu của nó (giặt rửa và khả năng tạo bọt).

Những tỉ lệ khác nhau có thể đượ c thửu nghiệm trong phòng thí nghiệm

bằng cách sử dụng một biểu đồ tam phân, các thử nghiệm liên tiếp giúp thiết lậpmột bản đồ các vùng cấu trúc khác nhau.

Chất điện lyNgườ i ta có thể phân laoiaj chúng thành hai nhóm chính:

- Chất điện ly “mạnh”: natri clorua, natri sunfat.

- Chất điện giải trung bình: natri tripolyphotphat, natri xitrat.

Lưu ý: sự hiện diện của dầu thơ m rất cần vì nó cải thiện tính ổn định củanướ c giặt cấu trúc dạng lỏng.

Hình 3.12: Biể u đồ tam phân

Ổn định các enzim



77

Các enzim đặt ra khá nhiều vấn đề cho ngườ i lập công thức nướ c giặt cấu

trúc dạng lỏng. Các enzim này chỉ ổn định trong môi trườ ng trung tính, trong khiđể đượ c hiệu quả giặt tẩy cao sản phẩm phải có độ pH cao. Giải pháp là sản xuất

một phức chất từ pentaborat hay natri boảt và glyxerol, giải phóng ion H+ (cho

phép pH giảm xuống khoảng 7, và như thế đảm bảo enzym đượ c ổn định). Khi cónướ c, phản ứng ngượ c lại và độ pH tăng (≈ 9) giúp giặt tẩy hiệu quả cao.

Công thứ c mẫu

- Giặ t rử a bằ ng tay

Hai công thức tươ ng đươ ng vớ i loại bột giặt để giặt bằng tay đượ c cho dướ iđây:

Bảng 3.9. Công thứ c bột giặt bằ ng tay

TT Thành phần Công thứ c I(thành phần %)

Công thứ c II(thành phần %)

1 Alkyl benzen sulfonat 6,5 8,5

2 Xà phòng kali 1,5 2,2

3 Chất hoạt động bề mặt NI 2,5 3,5

4 CMC Na 0,05 0,05

5 Triphotphat 30 27

6 Natri silicat 2 2

7 Chất tẩy quang học 0,1 0,1

8 Dầu thơ m 0,4 0,4

- Giặ t rử a bằ ng máy

Công thức gần vớ i loại bột giặt để giặt bằng máy đượ c cho dướ i đây: Bảng 3.10. Công thứ c bột giặt máy

TT Thành phần nguyên liệu Thành phần %

1 Alkyl benzen sulfonat 6

2 Xà phòng 2,4



78

3 Chất hoạt động bề mặt NI 3,5

4 Toluen sulfonat 1

5 CMC Na 0,1

6 Triphotphat 25

7 Chất tẩy quang học 0,1

8 Enzim (proteaza) 9 Gu/mg

9 Pentaborat 2

10 Glyxerol 5

11 Dầu thơ m 0,5

12 Nướ c Vđ 100

Tỉ trọng: 1,3 - 1,4

Độ nhớ t: 250 - 400mPas

- Công thứ c không có phot phat

Bảng 3.11. Công thứ c giặt máy không có photphat

TT Thành phần nguyên liệu Thành phần %

1 LAS 7,7

2 LES 2,4

3 Chất hoạt động bề mặt NI 2,4

4 Zeolit 20

5 Polime 3,5

6 Axit xitric 1,5

7 Glyxerol 8

8 Borax 5,7

9 CaCl2 0,3



79

10 Enzim 0,5

11 Chất tẩy quang học 0,05

12 Silicon 0,35

13 Dầu thơ m 0,2

14 NaOH chỉnh pH 8,5

3.4.3. Sản phẩm tẩy rử a đậm đặc dạng lỏng

Trong vòng ảnh hưở ng chung của các sản phẩm càng hướ ng về dạng đậm

đặc hơ n (thực dụng, hoạt động bảo vê môi trườ ng: ít thải sản phẩm hoá chất baobì hơ n ra môi trườ ng, ít tiêu thụ năng lượ ng), nướ c giặt đẳng hướ ng dạng lỏng

cũng như nướ c giặt cấu trúc dạng lỏng đã có những sản phẩm đậm đặc giúp giảm½ liều lượ ng sử dụng.

Sản xuất các sản phẩm đẳng hướ ng dạng lỏng đậm đặc không thể thực hiện

đượ c băng cách gia tăng tỉ lệ các chất xây dựng và hoạt tính (điều này dẫn đến sản

phẩm sệt/nhão hoặc phải cần đến lượ ng lớ n tác nhân làm ướ t).

Ngườ i ta có thể lập đượ c một công thức tốt bằng cách:

- Dùng các polime giảm sự ngưng kết

- Chọn các hoạt chất thích hợ p (SAS, các chất hoạt động bề mặt NI, lưỡ ng

tính).

- Giảm nhiều lượ ng xà phòng (do đó cần ít các tác nhân làm ướ t hơ n và cóthể làm đậm đặc hơ n).

- Thay đổi các chất xây dựng: xà phòng/hệ thống các chất xây dựng hoàtan.

Sự lựa chọn các phụ gia đượ c thực hiện sao cho thoả mãn ba đòi hỏisau:

- Hiệu quả tốt (đặc biệt trong môi trườ ng chưa xây dựng đủ)

- Giảm tối đa số lượ ng tác nhân làm ướ t cần thêm vào

- Không hoặc ít gây hại tớ i môi trườ ng

Các công thức mẫu của nướ c giặt đậm đặc vớ i polime giảm ngưng kết



80

Mẫu 1.

TT Tên thành phần Thành phần %

1 LAS 12,3

2 Synperonic (NI) 15,4

3 Natri oleat 7,5

4 Natri laurat 5,1

5 K2SO4 6,0

6 Glyxerol 5,0

7 Borax 3,5

8 Dequest 0,4

9 Silicon 0,1

10 Savinaza 0,3

11 Amilaza 0,1

12 Tinopal 0,113 Dầu thơ m 0,3

14 Polime giảm ngưng kết 2

15 Nướ c Vđ 100

Mẫu 2


1 LAS 20,6


3 Glyxerol 5,0

4 Borax 3,5

5 STPP 22,0



81

6 Silicon 0,25

7 Silic (Gasil) 2,0

8 CMC Na 0,3

9 Blancophor 0,110 Dequest 0/0,2

11 Dequest 0,4

12 Dầu thơ m 0,3

13 Alcalaz 0,5

14 Polime giảm ngưng kết 1

15 Nướ c Vđ 100

Mẫu 3.


1 LAS 9,2


3 Natri oleat 5,6

4 Natri laurat 3,8

5 Natri xitrat.2H2O 10,0

6 Glyxerol 5,0

7 Borax 3,5

8 Dequest 0,4

9 Silicon 0,1

10 Savinaza 0,3

11 Amilaza 0,1

12 Tinopal 0,1



82

13 Dầu thơ m 0,3

14 Polime giảm ngưng kết a 2

15 Polime giảm ngưng kết b 1

16 Nướ c Vđ 100

3.4.4. Nướ c rử a chén

Trong sản xuất nướ c rửa chén bát gồm 2 loại: nướ c rửa chén bát bằng tayvà nướ c rửa chén bát bằng máy. Trong phạm vi giáo trình này, sẽ giớ i thiệu về

nướ c rửa chén bát bằng tay.

3.4.4.1. Nhữ ng bề mặt cứ ng trong rử a chén bát bằng tay.

Những bề mặt cứng phải rửa bằng tay rất đơ n giản ba gồm các vật gia dụngtrong nhà bếp như: bát đĩ a, dao, xoong nồi, ly tách.... Cấu tạo của các vật dụng

này rất khác nhau và đòi hỏi phải có cách sử dụng khác nhau tuỳ theo chất lượ ngcủa nó.

Bảng 3.12 : Các loại bề mặt chính trong r ử a chén bát bằ ng tay

Thuỷ tinh Tất cả các loại thỷ tinh: thuỷ tinh thườ ng, thuỷ tinh kali, pha

lê,...

- các sản phẩm bằng thuỷ tinh có trang trí hoặc không.

Sứ Trang trí ở dướ i nướ c men, trên nướ c men, trong nướ c menhay vẽ bằng tay

Sành / gốm Phần nhiều có vẽ dướ i nướ c men

Bạc Bạc khối (có 7 -8% đồng) hoặc mạ bạc

Thép không rỉ Các bộ dao, muỗng, n ĩ a, nồi, xoong, chảo

Nhôm xoong, chảo

Đồng Nồi (ít dùng ngày nay)

Nhựa Polycacbonat, polypropylen

Gỗ Thớ t, muỗng, n ĩ a







85

Bảng 3.13: Tính chấ t của chấ t hoạt động bề mặt khác nhau dùng trong các

công thứ c nướ c r ử a chén bằ ng tay.

Anionic Tính chất

LAS: linear alkylbenzen sulfonat- Giá thấp- Nhiều bọt, trừ ở nướ c cứng

- Hiệu quả tẩy rửa tốt

AES: rượ u ete sunfat

- Tăng cườ ng tác dụng vớ i LAS

- Tốt trong nướ c cứng

- Hoà tan tốt trong nướ c

- Thích hợ p vớ i da

AOS: alfa olefin sulfonat

- Tẩy rửa tốt

- Thích hợ p vớ i da

- Tạo bọt yếu

PAS: sunfat rượ u bậc I

- Tạo bọt tốt

- Độ hoà tan và tẩy rửa có thể chấpnhận đượ c.

- Ít nhạy cảm vớ i nướ c cứng

SAS ; alkyl sunfonat bậc hai

- Tẩy rửa tốt

- Hoà tan tốt

- Hợ p vớ i da

- Tạo bọt tốt

NI Tính chất

EA: rượ u béo etoxy hoá

Không hiệu quả trên các bển dẩn dầu

mỡ

- không nhạy cảm vớ i độ cứng củanướ c

- Ít bọt

APG: alkyl polyglycosit

- Có hiệu quả tốt

- Không ăn da

- Dễ biến chất do tác nhân sinh học





87

tạo sau đây:

1 2 3

LAS 14 15 13

LES (Na) 3 - 3

LES (Amoni) - 7 -

AOS - - 3

Dietanolamit 2 - 1

EDTA 0,1 0,1

Xylen sulfonat natri 3 - -

Urê - 2 3

Etanol - - 1

Bảo quản 0,05 0,5 -

Nướ c, dầu thơ m, màu Vđ 100 Vđ 100 Vđ 100

Công thức trung gian

1 2

LAS 20 25

LES (Na) 10 8

Etanol 6 6

Ure 2 3

EDTA 0,05 -

Nướ c, dầu thơ m, màu Vđ 100 Vđ 100



88

Công thứ c cao cấp

SAS 33

LES (Na) 7

NI 2

Ure 3,5

Etanol 2

EDTA 0,3

Nướ c, dầu thơ m, màu Vđ 100

Công thứ c khác (công thứ c sử dụng nướ c chanh để át mùi tanh cá.

LAS 29

LES (Na) 14

Nướ c chanh 5-20

Etanol 5-6

Ure 5Chất bảo quản 0,03

Nướ c, dầu thơ m, màu Vđ 100


Câu 1: Những nguồn nguyên liệu hữu cơ nào có thể dùng để sản xuất xà phòng?

Trình bày ảnh hưở ng của nguyên liệu lên tính chất của xà phòng?Câu 2: Trình bày cơ sở lý thuyết của quá trình nấu xà phòng?

Câu 3: Trình bày các phươ ng pháp dùng để thực hiện quá trình xà phòng hoá?Câu 4: Vẽ và thuyết minh quy trình công nghệ sản xuất xà phòng trực tiếp từ

các chất béo?Câu 5: Vẽ và thuyết minh sơ đồ công nghệ sản xuất xà phòng bằng cách trung

hoà các axit béo?Câu 6: Nêu các nguyên tắc để thiết lập công thức cho bột giặt đậm đặc?

Câu 7: Phân loại bột giặt và nêu đặc điểm của từng loại bột giặt?Câu 8: Nguyên tắc thiết lập công thức cho chất tẩy rửa dạng lỏng?



Câu 9: Vẽ sơ đồ quy trình, thuyết minh quy trình sản xuất bột giặt theo phươ ng

pháp sấy phun?Câu 10: Vẽ sơ đồ công nghệ, thuyết minh quy trình sản xuất bột giặt theo

phươ ng pháp sấy phun?

Câu 11: Trình bày một số công thức nướ c tẩy rửa dạng lỏng và vai trò của cácthành phần trong công thức đó?

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Phan Minh Tân (1993), " Tổng hợ p hữu cơ và hóa dầu ", ÐHBK TPHCM.[2] Nguyễn Quốc Tín, Ðỗ Phổ (1984), " Xà phòng và các chất tẩy giặt tổng

hợ p ", NXB Khoa học kỹ thuật.

[3] Louis Hồ Tấn Tài (1999), " Các sản phẩm tẩy rửa và chăm sóc cá nhân ",Unilever Việt Nam.[4] Nguyễn Hữu Phú (2006), Hóa lý hóa keo, NXBKHKT.

Documents

Giáo trình Công nghệ các hợp chất hoạt động bề mặt