CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT [1]
Các khái niệm cơ bản
Các quá trình dị thể như hình thành, phân huỷ chất rắn, hoà tan chất rắn, lỏng, khí, bay hơi, thăng hoa, tạo nhũ tương và bọt đều diễn ra trên bề mặt phân chia pha Tại đây, trạng thái của các chất khác biệt rõ rệt so với bên trong các pha do sự khác nhau trong tương tác giữa các phân tử Sự khác biệt này dẫn đến những hiện tượng đặc biệt xảy ra trên bề mặt phân chia pha.
Nghiên cứu hiện tượng bề mặt có tầm quan trọng lý thuyết và thực tiễn lớn, giúp đánh giá năng lượng và hiểu rõ bản chất tương tác phân tử Các hiện tượng bề mặt không chỉ phổ biến trong tự nhiên mà còn được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật Do đó, việc tìm hiểu về sức căng bề mặt đóng vai trò rất quan trọng.
Các phương pháp xác định sức căng bề mặt
Xác định sự biến đổi của mực chất lỏng trong mao quản
Phương pháp Ledomte du Nouy
Áp suất cực đại của bọt khí
Xác định hình dạng bọt khí.
Chất hoạt động bề mặt
Chất làm giảm sức căng bề mặt của dung môi có khả năng hấp thụ lên lớp bề mặt, với độ tan tương đối thấp Nếu không, chúng sẽ có xu hướng thoát khỏi bề mặt và hòa vào bên trong chất lỏng.
Các chất hoạt động bề mặt trong nước chủ yếu là các hợp chất hữu cơ như axit béo, muối sulfonate, sulfate, rượu và alkyl sulfate Những phân tử này có cấu trúc gồm hai phần chính.
Phần phân cực của phân tử hoạt động bề mặt, bao gồm các nhóm cacboxylate, sulfonate, sulfate và amine bậc bốn, có khả năng ưa nước mạnh mẽ Những nhóm này tạo ra ái lực lớn với nước, giúp phân tử dễ dàng hòa tan và tương tác trong môi trường nước.
Phân không phân cực, còn được gọi là kỵ nước hay ái dầu, là các gốc hydrocacbon không tan trong nước nhưng tan trong dung môi hữu cơ không phân cực Do tính chất này, chúng bị đẩy vào pha không phân cực.
Hình I.1: Phân tử chất hoạt động bề mặt gồm đầu ưa nước và đuôi kỵ nước
Khi nồng độ chất hoạt động bề mặt tăng, sức căng bề mặt ban đầu giảm mạnh do lượng nhỏ chất này di chuyển đến bề mặt, làm thay đổi đáng kể sức căng bề mặt Khi nồng độ chất hoạt động bề mặt đạt mức trung bình, sức căng bề mặt tiếp tục giảm nhưng với tốc độ chậm hơn vì phần lớn bề mặt đã được chiếm dụng Ở nồng độ cao, sức căng bề mặt trở nên ít phụ thuộc vào nồng độ chất hoạt động bề mặt.
Hình I.2: Sự phụ thuộc của sức căng bề mặt theo nồng độ (đẳng nhiệt)
Một số điều cần lưu ý:
Tính hoạt động bề mặt của một chất phụ thuộc vào cả bản chất của chất đó và môi trường xung quanh, cụ thể là dung môi Nếu dung môi có sức căng bề mặt cao, chất sẽ thể hiện tính hoạt động bề mặt mạnh mẽ hơn.
Sức căng bề mặt của chất lỏng nguyên chất thường giảm đều khi nhiệt độ tăng, trong khi dung dịch chứa chất hoạt động bề mặt có thể tạo ra một đường biểu diễn với điểm cực đại Điểm cực đại này xảy ra ở một khoảng nhiệt độ nhất định, nơi có sự giải hấp phụ của các chất hoạt động bề mặt trên bề mặt lỏng – khí, dẫn đến sự gia tăng sức căng bề mặt trong khoảng nhiệt độ đó.
Phân loại chất hoạt động bề mặt
Chất hoạt động bề mặt có thể được phân loại dựa trên cấu trúc hóa học, tính chất vật lý như độ tan trong nước hoặc dung môi, và theo ứng dụng hóa học của chúng.
Phân loại theo cấu trúc hoá học có thể phân theo:
1.4.1 Phân loại theo bản chất nhóm háo nước
Các chất hoạt động bề mặt được phân loại theo nhóm háo nước thành bốn loại chính: anion, cation, lưỡng tính và không ion.
Hình I.3: Minh hoạ cấu trúc của các chất hoạt động bề mặt Anion, Cation, Nonion và
1.4.1.1 Chất hoạt động bề mặt anion:
Chất hoạt động bề mặt là các hợp chất hòa tan trong nước, phân ly thành ion mang điện tích âm và thường được sử dụng trong các sản phẩm tẩy rửa như xà phòng Các nhóm chính của chất hoạt động bề mặt bao gồm acid cacbonxylic, ester sulfuric, acid alkan sulfonic và acid alky aromatic sulfonic Một số ví dụ điển hình là sulfate rượu bậc một, parafin sulfonate và linear alkylbenzene sulfonate.
1.4.1.2 Chất hoạt động bề mặt cation:
Chất hoạt động bề mặt cation là những hợp chất hòa tan trong nước, phân ly thành các ion mang điện tích dương Chúng được ứng dụng rộng rãi trong các sản phẩm có khả năng bám bề mặt, chẳng hạn như nước xả vải Một số ví dụ tiêu biểu về chất hoạt động bề mặt cation bao gồm dãy alkyl, dialkyl ester thế bốn lần của methosulfate triethanolamine, và imidazolin bậc bốn.
1.4.1.3 Chất hoạt động bề mặt không ion (nonionic):
Chất hoạt động bề mặt Nonionic là những hợp chất không tạo ra ion khi phân li trong nước và không bị ảnh hưởng bởi các chất điện li có trong nước Chúng bao gồm hai phần: phần kỵ nước như alkyl phenol, alcol, acid béo, amide và phần ái nước như ethylene oxide, propylene oxide, glycerin orbitol Một số chất tiêu biểu cho nhóm này bao gồm các rượu béo ethoxy hoá, copolymer oxide ethylene (OE) và oxide propylene (OP), cùng với alkyl monoethanol amide và alkyl diethanol amide.
1.4.1.4 Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính:
Chất lưỡng tính là những hợp chất chứa cả nhóm acid và base trong phần ái nước, được chia thành hai loại chính: HĐBM lưỡng tính carboxylic và HĐBM lưỡng tính sulfate/sulfonate Một số chất đặc trưng cho nhóm này bao gồm Alkyl amidopropyl betain, Alkyl amidopropyl sulfobetain và Betain ethoxy hóa.
1.4.2 Phân loại theo bảnh chất nhóm kỵ nước
Gốc alkyl mạch ngắn C3-C12 gắn vào nhân thơm
Hydrocacbon mạch dài thu được từ phản ứng CO và H2
1.4.3 Phân loại theo bản chất liên kết giữa nhóm háo nước và kỵ nước:
Nhóm háo nước liên kết trực tiếp nhóm kỵ nước: RCOONa, ROSO3Na…
Nhóm háo nước liên kết nhóm kỵ nước thông qua liên kết trung gian: liên kết ester, liên kết aminde, liên kết ether.
Sự hình thành Micelle
Khi nồng độ chất hoạt động bề mặt đạt đến một mức độ nhất định, nhiều micelle bắt đầu hình thành từ các phân tử hòa tan riêng lẻ Các micelle này có hình dạng cầu, trong đó các phân tử chất hoạt động bề mặt liên kết với nhau bằng đầu hydrocacbon, trong khi nhóm phân tử hướng ra phía dung dịch nước.
Hình I.4: Sự hình thành cấu trúc micelle của chất hoạt động bề mặt
Số phân tử xà phòng trong một tập hợp thường khoảng 50, với đường kính hình cầu gấp đôi chiều dài của phân tử xà phòng Sự hình thành micelle được giải thích dựa trên cấu trúc này.
Do lực hút Van de Walls giữa các phần hydrocacbon kỵ nước, do lực đẩy của các nhóm điện tích cùng dấu
Do lực hút giữa các phân tử nước, các phân tử này đẩy hydrocacbon kỵ nước ra khỏi dung dịch, khiến chúng liên kết với nhau Ở nồng độ cao, kích thước của các micelle tăng lên, với các gốc hydrocacbon ngày càng song song, hình thành micelle tấm hoặc dạng khác Các micelle có thể được tạo thành không chỉ trong dung nước mà còn trong dung dịch xà phòng Trong trường hợp này, các phân tử trong micelle xà phòng sẽ hướng các nhóm phân cực vào bên trong, trong khi phần kỵ nước hướng ra ngoài Lúc này, xà phòng không điện ly, và dung dịch xà phòng là dung dịch phân tử, không phải dung dịch của các ion.
Hình I.5: Các dạng micelle trong môi trường khác nhau: môi trường dầu trong nước
(micelle hình trên) và môi trường nước trong dầu (micelle hình dưới)
Nồng độ micelle tới hạn – Điểm kraft – Điểm đục – HLB
1.6.1 Nồng độ micelle tới hạn (crictical micelle concentration: CMC):
Khi nồng độ chất hoạt động bề mặt tăng đến một mức nhất định, các phân tử sẽ hình thành micelle, và nồng độ tại đó được gọi là nồng độ micelle tới hạn (CMC) Khi đạt đến CMC, các đặc tính vật lý của dung dịch như độ đục, độ dẫn điện, sức căng bề mặt và áp suất thẩm thấu sẽ có sự thay đổi rõ rệt Sự thay đổi này giúp xác định giá trị CMC một cách chính xác.
Hình I.6: Sự thay đổi đột ngột tính chất vật lý của dung dịch chất hoạt động bề mặt khi tại CMC
Các chất hoạt động bề mặt anion có khả năng hoà tan tăng theo nhiệt độ, với điểm Kraft là nhiệt độ mà tại đó độ hoà tan đạt CMC Khi vượt qua nhiệt độ này, một lượng lớn chất hoạt động bề mặt sẽ phân tán trong dung dịch dưới dạng micelle Ở nhiệt độ thấp hơn điểm Kraft, độ tan không đủ để hình thành micelle Khi nhiệt độ tăng, độ tan cũng tăng và micelle sẽ hình thành khi đạt đến điểm Kraft Đặc biệt, với chất hoạt động bề mặt anion, chiều dài mạch C càng lớn thì điểm Kraft càng cao.
1.6.3 Điểm đục: Đối với các chất hoạt động bề mặt không ion, độ tan của chúng là do liên kết hydro giữa nước và phần phân cực (chuỗi polyoxyethylene) Khi nhiệt độ tăng đến một mức nào đó, liên kết hydro bị phá vỡ, xảy ra sự mất nước, làm độ tan của chất hoạt động bề mặt không ion giảm Điểm đục là nhiệt độ tại đó chất hoạt động bề mặt không ion không thể hoà tan, tách ra khỏi dung dịch làm dung dịch trở nên đục Đối với chất hoạt động bề mặt không ion trên cơ sở ethylene ocide, điểm đục giảm khi độ dài gốc alkyl tăng hoặc khi lượng ocide ethylene trong phân tử giảm xuống
Các chất hoạt động bề mặt có tính chất đặc biệt liên quan đến mối tương quan giữa phần ái nước và phần kỵ nước Khi phần ái nước mạnh hơn, chất hoạt động bề mặt sẽ dễ hòa tan trong nước; ngược lại, nếu phần kỵ nước chiếm ưu thế, chúng sẽ dễ tan trong pha hữu cơ Sự tương quan này quyết định ứng dụng của chất hoạt động bề mặt trong nhiều lĩnh vực khác nhau Giá trị HLB được sử dụng để đặc trưng cho mối quan hệ giữa phần ái nước và phần kỵ nước.
Tỉ lệ giữa tính ái nước và tính kỵ nước được HLB thể hiện qua thang đo từ 1-40 Các chất hoạt động bề mặt có tính ái nước thấp sẽ có giá trị HLB nhỏ, trong khi các chất có tính ái dầu thấp sẽ có HLB lớn Sự gia tăng giá trị HLB tương ứng với sự gia tăng tính ái nước Giá trị HLB có thể được ước lượng sơ bộ dựa trên tính hòa tan trong nước hoặc tính phân tán của chất hoạt động bề mặt trong nước, và giá trị HLB sẽ khác nhau tùy thuộc vào độ phân tán.
Bảng I.1: Ước tính HLB dựa trên mức độ phân tá của chất hoạt động bề mặt trong nước.
Cơ chế tẩy rửa của chất hoạt động bề mặt
Tẩy rửa (detergency) là quá trình làm sạch bề mặt rắn, bao gồm cả vải sợi, thông qua việc sử dụng chất tẩy rửa (detergent) - những tác nhân có khả năng làm sạch Quá trình này diễn ra trong một dung dịch, nơi các phản ứng hoá lý xảy ra Khi bề mặt rắn bị dính các chất bẩn tan trong nước, như đường, việc chuyển các hạt bẩn vào dung dịch trở nên dễ dàng nhờ vào các lực cơ học như chà xát Tuy nhiên, việc tẩy rửa các vết bẩn dầu bằng dung môi hữu cơ không nằm trong phạm vi của bài viết này.
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 quần áo (hiện tượng chống tái bám)
Vết bẩn được khảo sát bao gồm vết bẩn không phân cực như vết dầu mỡ và vết bẩn dạng hạt, bao gồm các hạt mịn Những vết bẩn này có thể tồn tại độc lập hoặc hòa lẫn với nhau.
Vết bẩn chất béo thường xuất phát từ bã nhờn của con người khi tiếp xúc với các chất béo trong môi trường như thực phẩm, mỹ phẩm và dầu máy Ngoài ra, các vết bẩn dạng hạt có thể bao gồm oxit kim loại, đất và các hợp chất carbon như trong các vật dụng nấu nướng.
Khả năng tẩy rửa chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố: bản chất của chất hoạt động bề mặt sử dụng, pH, phụ gia, nhiệt độ…
GIỚI THIỆU VỀ LINEAR ALKYLBENZENE SULFONATE
Sự ra đời của LAS [9]
Xà phòng, chất tẩy rửa đầu tiên trong nền văn minh nhân loại, đã được nghiên cứu từ rất sớm nhằm phục vụ nhu cầu tắm gội Cuối thế kỷ 18, Leblane phát hiện xút có thể sản xuất từ Natri Clorua, và Chvreul sau đó giải thích thành công phản ứng hóa học giữa chất kiềm và Triglyxerit, đánh dấu cột mốc quan trọng trong ngành công nghiệp xà phòng Sự phát triển này đã giúp việc sản xuất xà phòng trở nên dễ dàng hơn và gia tăng khả năng tiếp cận của sản phẩm đến với mọi người Nhiều xí nghiệp, đặc biệt là "xà phòng Maroeille" nổi tiếng, đã xuất hiện tại khu vực Địa Trung Hải Tuy nhiên, mặc dù xà phòng được sử dụng rộng rãi, nhưng vẫn tồn tại khuyết điểm là được làm từ các chất có mùi nồng.
Các nhà khoa học đã nghiên cứu và phát triển những sản phẩm thay thế xà phòng hiệu quả hơn nhờ vào tổng hợp hóa chất Fruitz Guinther từ BASF đã sáng chế ra chất tẩy rửa tổng hợp đầu tiên thông qua quá trình ankyl hóa và sunfua hóa chất Naphtalen Tuy nhiên, chuỗi phân tử alkyl naphtalen quá ngắn không đủ khả năng tẩy rửa Nhà khoa học người Đức đã phát hiện ra rằng việc este hóa axit béo từ dầu kết hợp với sunfua hóa tạo ra chất Butyleste Sunfonat, có đặc tính thấm ướt tốt, nhưng hiệu quả giặt tẩy vẫn còn hạn chế.
Vào năm 1946, một bước tiến quan trọng đã diễn ra với việc hoàn thiện chất Alkylbenzen Sulfonat (ABS), một nguyên liệu mới giá cả phải chăng và an toàn ABS đã chứng minh khả năng thay thế hiệu quả xà phòng và bột giặt truyền thống trong việc tẩy giặt tại gia Với tính chất ít tương tác với chất vôi, hiệu suất vượt trội và chi phí hợp lý, ABS nhanh chóng trở thành chất hoạt động bề mặt phổ biến nhất sau xà phòng.
Trong những năm gần đây, các phân tử mới, đặc biệt là các rượu béo etoxy hoá, đã được khám phá, với noylphenol etoxy hoá là chất dẫn đầu Mặc dù vậy, ABS vẫn là chất hoạt động bề mặt phổ biến nhất Để cải thiện, người ta đã tìm ra giải pháp thay thế Tetrapropylen bằng các mạch thẳng, cụ thể là LAS (Linear Alkylbenzen Sulphonate).
Giới thiệu chung về LAS [8]
Linear Alkylbenzene Sulfonate (LAS) là chất hoạt động bề mặt anion tổng hợp, được phát triển từ những năm 1960 như một lựa chọn dễ phân hủy sinh học hơn cho các alkyl benzen sulfonat phân nhánh cao LAS được tạo ra thông qua quá trình alkyl hóa và sulfo hóa benzen, với cấu trúc bao gồm vòng thơm sulfo hóa ở vị trí para và chuỗi alkyl mạch thẳng Sản phẩm này thường được sử dụng trong các chất tẩy rửa và sản phẩm làm sạch dưới dạng muối natri cho cả gia đình và công nghiệp, với các hỗn hợp phức tạp chứa các chuỗi alkyl từ 10 đến 13 carbon (C10-C13) Sự lựa chọn này thể hiện sự cân bằng giữa khả năng làm sạch và khả năng phân hủy sinh học, với mức tiêu thụ toàn cầu đạt 2 triệu tấn mỗi năm Các đồng đẳng LAS dài hơn có hệ số phân chia octanol/nước (Kow) cao hơn, dẫn đến khả năng hấp phụ chất rắn và không hòa tan lớn hơn trong môi trường có canxi hoặc magiê Đồng thời, sự giảm chiều dài chuỗi alkyl thường đi kèm với giảm độc tính Tiếp xúc qua da là cách tiếp xúc chính của con người với LAS, và một lượng nhỏ có thể được hấp thụ từ nước uống, đồ dùng và thực phẩm.
Hình II.1: Cấu trúc hóa học chung của Linear Alkylbenzene Sulfonate (LAS).
Tiêu chuẩn đánh giá LAS [2]
Chất hoạt động bề mặt LAS phải phù hợp với qui định trong bảng II.1 và bảng II.2
Bảng II.1: Các chỉ tiêu cảm quan
Bảng II.2: Các chỉ tiêu hoá lý
Đánh giá ngoại quan sản phẩm
Xác định hàm lượng LAS
Xác định hàm lượng H2SO4
Xác định hàm lượng nước bằng phương pháp Karl Fisher
Xác định hàm lượng dầu tự do
2.3.3 Bao gói, ghi nhãn, vận chuyển và bảo quản sản phẩm
Bao gói: Chất hoạt động bề mặt LAS được đựng trong thùng nhựa chuyên dụng
Ghi nhãn cho sản phẩm LAS trong thùng nhựa cần bao gồm các thông tin quan trọng như tên cơ sở sản xuất, tên sản phẩm, hàm lượng, khối lượng tịnh theo yêu cầu khách hàng, ký hiệu của tiêu chuẩn, số đăng ký và ngày sản xuất.
Vận chuyển: bằng phương tiện thông dụng.
Bảo quản: ở nơi khô mát.
ĐẶC TÍNH CỦA LAS
Số CAS và thông tin của LAS [3]
Bảng III.1 cung cấp thông tin về số CAS và EINECS của LAS trên thị trường Châu Âu Đánh giá hiện tại tập trung vào mức độ LAS trong các sản phẩm tiêu dùng và sự hiện diện của chúng trong các ngăn môi trường khác nhau LAS, với số CAS 68411-30-3 và EINECS 270-115-0, hiện đang được sử dụng phổ biến nhất trên thị trường Châu Âu, chiếm hơn 98%.
Cấu trúc và thành phần hóa học
LAS trên thị trường Châu Âu là một hỗn hợp ổn định của các đồng phân và chất tương đồng, được sản xuất từ nguyên liệu thô Linear Alkyl Benzen (LAB) Mỗi loại LAS chứa một vòng thơm được sunfua hóa ở vị trí “para” và gắn vào chuỗi alkyl tuyến tính, với vị trí gắn không nằm ở các cacbon đầu cuối.
Chuỗi alkyl mạch thẳng thường có từ 10 đến 13 đơn vị carbon, với tỷ lệ mol C10: C11: C12: C13 là 13: 30: 33: 24, có số carbon trung bình khoảng 11,6 Hàm lượng đồng phân chủ yếu là 2-phenyl kỵ nước, chiếm từ 18-29% (Feijtel và cộng sự, 1995b; Feijtel và cộng sự, 1999; Cavalli và cộng sự, 1999b; Valtorta và cộng sự, 2000) LAS thương mại bao gồm hơn 20 thành phần riêng lẻ, với tỷ lệ các chất đồng phân và đồng phân khác nhau, phản ánh sự đa dạng về chiều dài chuỗi alkyl và vị trí vòng thơm dọc theo chuỗi Tỷ lệ hằng số LAS này là độc nhất và không áp dụng cho các tỷ lệ khác của chất hoạt động bề mặt chính.
Đánh giá hiện tại áp dụng cách tiếp cận tổng thể, tập trung vào số phận và ảnh hưởng của hỗn hợp LAS thay vì từng đồng phân riêng lẻ Độ tuyến tính của chuỗi alkyl trong LAS dao động từ 93% đến 98%, tùy thuộc vào quy trình sản xuất LAB Các mono-metyl alkylbenzen sulphonat (iso-LAS) chiếm trung bình một tỷ lệ đáng kể trong thành phần của LAS.
Iso-LAS có thể chứa từ 2 đến 7% nguyên liệu thô và đã được chứng minh không hạn chế khả năng phân hủy sinh học, tương tự như LAS trong điều kiện môi trường thực tế (Nielsen và cộng sự, 1997; Dunphy và cộng sự, 2000) Các thành phần phi tuyến tính như DiAlkylTetralin Sulphonat (DATS) có thể có mặt từ 3-10% trong LAS được sản xuất từ quá trình LAB có xúc tác AlCl3, nhưng tỷ lệ này đã giảm xuống dưới 5% vào năm 2005 (ECOSOL, 2005).
Bảng III.2: Dữ liệu hóa lý của C11.6 LAS thương mại (IUCLID, 1994; SIDS, 2005)
LINEAR ALKYLBENZENE (LAB) AND LINEAR ALKYLBENZENE
Nguyên liệu tổng hợp
Để tổng hợp Alkylbenzene Sulfonate, cần sử dụng Alkylbenzene có gốc alkyl mạch thẳng trong khoảng C10-C16, cụ thể là C11-C14 Quá trình alkyl hóa benzene được thực hiện bằng cách sử dụng các dẫn xuất alkyl halogenua hoặc olefin để thu được Alkylbenzene.
Hình V.1: Alkyl hoá những n-parafin clo hoá với xúc tác là AlCl 3
Hình V.2: Alkyl hoá olefin mạch thẳng với xúc tác là AlCl 3
Các tác nhân Alkyl hoá được sản xuất theo nhiều cách:
Monochloroparafin được sản xuất thông qua quá trình clo hoá các phân đoạn không thơm của dầu mỏ hoặc bằng cách clo hoá paraffin mềm mạch thẳng tách ra từ các phân đoạn dầu mỏ, sử dụng zeolite làm chất xúc tác.
Các olefin mạch thẳng có thể được sản xuất thông qua quá trình dehydro hóa các paraffin C10-C16, tạo ra các nối đôi ở vị trí cuối hoặc giữa mạch Ngoài ra, olefin cũng có thể thu được từ việc cracking paraffin cứng hoặc thông qua phương pháp tổng hợp sử dụng cơ nhôm.
Cơ sở lý thuyết của quá trình tổng hợp
Để sulfo hoá các alkylbenzene, có thể sử dụng các tác nhân như: acid sulfuric đậm đặc, oleum, SO3
Chỉ số 𝜋 sulfo hoá là một chỉ số quan trọng trong quá trình sulfo hoá, thể hiện nồng độ SO3 trong acid cho đến khi phản ứng dừng lại Cụ thể, chỉ số 𝜋 đạt 64 khi sulfo hoá benzene, 56 khi sulfo hoá naphthalene và 82 khi sulfo hoá nitrobenzene.
Sulfo hoá dưới tác dụng của acid sulfuric là một quá trình thuận nghịch (nhiệt độ phản ứng 80-100C)
Sản phẩm đa phần là para Nhóm –SO3 - hút điện tử nên khó sulfo hoá nhóm thứ hai
Nhiệt độ có tác động lớn đến phản ứng tỏa nhiệt và sự pha loãng của acid Trong điều kiện bình thường, cân bằng phản ứng thường dịch chuyển sang bên phải Tuy nhiên, nếu thực hiện đồng thời phản ứng và chưng cất hydrocacbon, có thể xảy ra trường hợp phản ứng diễn ra theo chiều ngược lại.
Tác nhân tấn công trực tiếp vào nhân thơm là + SO3H được sinh ra như sau:
Phản ứng giữa H2SO4 và các sản phẩm tạo thành như HSO4- và H3SO4 là một ví dụ điển hình của phản ứng thế ái điện tử trong hợp chất thơm Quá trình này bị kiềm hãm bởi lượng nước có sẵn trong acid ban đầu cũng như lượng nước sinh ra trong phản ứng Do tính thuận nghịch của phản ứng và sự pha loãng của acid, quá trình thường dừng lại ở một nồng độ và nhiệt độ nhất định.
Khi dùng oleum phản ứng toả nhiệt mạnh và phụ thuộc vào nồng độ oleum Phản ứng xảy ra theo 2 giai đoạn:
SO3 dư tấn công vào nhân thơm:
Phản ứng này không thuận nghĩ và toả nhiệt mạnh H298!7 KJ/mol
Acid sulfuric đậm đặc phản ứng
Nếu khống chế được nhiệt độ thì phản ứng ít cho sản phẩm phụ, tuy nhiên không sử dụng triệt để tác nhân sulfo hoá
Hiện nay, tác nhân sulfo hoá là SO3 loãng trong không khí thường được sử dụng
Phản ứng này sinh nhiệt mạnh mẽ và diễn ra không thuận nghịch với vận tốc lớn Vận tốc của phản ứng phụ thuộc vào các yếu tố như khuếch tán, tốc độ khuấy trộn và khả năng giải nhiệt Mặc dù sản phẩm không chứa acid sulfuric, quy trình công nghệ vẫn đơn giản, nhưng có một số sản phẩm phụ cần lưu ý.
Phản ứng tạo anhydric sulfonic:
Phản ứng mạnh mẽ hơn khi sử dụng nhiều SO3, kèm theo phản ứng oxy hóa và phân hủy alkyl ở nhiệt độ cao Để kiểm soát nhiệt độ dưới 40C, cần lựa chọn tỷ lệ cấu tử phù hợp, thực hiện khuấy trộn, làm loãng SO3 và giải nhiệt hiệu quả.
Công nghệ quá trình tổng hợp
Sulfo hóa bằng acid sulfuric hoặc oleum sử dụng bình phản ứng có khuấy trộn và giải nhiệt qua ống xoắn ruột gà hoặc vỏ áo Sau khi phản ứng hoàn tất, hỗn hợp được pha loãng đến 60-70%, khiến alkyl benzene sulfonic không tan trong nước tách ra Sau đó, quá trình trung hòa bằng NaOH, phối trộn phụ gia, sấy khô và đóng gói sẽ được thực hiện.
Khi sulfo hoá bằng SO3 có 2 phương án:
Quá trình sulfo hóa bằng khí SO3 (pha loãng với không khí) diễn ra trong thiết bị ống chùm, nơi hỗn hợp phản ứng được dẫn qua ống, trong khi tác nhân giải nhiệt được lưu thông bên ngoài.
Sulfo hoá bằng SO3 trong SO2 lỏng là một quá trình hiệu quả, diễn ra êm dịu ở nhiệt độ -10C, nơi SO2 lỏng hòa tan cả SO3 và alkylbenzene Phản ứng này tỏa nhiệt mạnh, nhưng nhiệt độ được kiểm soát nhờ SO2 bốc hơi, giúp giảm thiểu phản ứng phụ và dễ dàng xử lý sản phẩm Tuy nhiên, công nghệ này có chi phí cao do yêu cầu nhiệt độ và áp suất cao trong quá trình phản ứng.
Hình V.3: Sơ đồ quy trình công nghệ tổng hợp Alkyl benzene sulfonate.
ỨNG DỤNG CỦA LAS
Ứng dụng thực tế của LAS [1]
LAS là chất hoạt động bề mặt chính trong các sản phẩm tẩy rửa, đặc biệt là bột giặt, với hàm lượng thường dao động khoảng 10% Ngoài LAS, các thành phần khác như chất hoạt động bề mặt không ion, sulfate natri, phosphate, boran và bentonite cũng được sử dụng Mặc dù LAS có khả năng tẩy rửa hiệu quả, nhưng nó dễ bị kết tủa với ion Ca và Mg hơn so với alkyl sulfate Để cải thiện khả năng tẩy rửa khi phụ gia không đủ, người ta thường bổ sung chất hoạt động bề mặt không ion (RO(C2H4O)nso3na).
LAS là thành phần quan trọng trong sản xuất nước rửa chén nhờ vào khả năng tạo bọt nhiều và tẩy rửa hiệu quả, đặc biệt khi kết hợp với LES để cải thiện khả năng hoạt động trong nước cứng LES có ưu điểm là ít gây hại cho da tay, trong khi LAS nổi bật với khả năng tẩy sạch dầu mỡ.
30 nhưng làm khô da tay cho nên các sản phẩm nước rửa chén cao cấp có thêm các thành phần bảo vệ da tay:
Chất phụ gia nguồn gốc protein (dễ làm VSV phát triển)
Phụ gia nguồn gốc lanolin (khó tan),
Các chất hoạt động bề mặt không ion, lưỡng tính
Trong một số dầu gội đầu cũng có sử dụng LAS (34%) nhất là dầu gội đầu dùng cho tóc dầu vi khả năng tẩy rửa của LAS cao
Một số kem đánh răng cũng sử dụng LAS (0,5%)
Dùng làm chất tạo bọt trong chữa cháy
LAS là chất hoạt động bề mặt phổ biến trong ngành xi mạ, thường được sử dụng trong các bể điện phân để đảm bảo lớp mạ nickel và crom có độ bóng đẹp và bền mà không cần đánh bóng phụ Đối với mạ đồng, kẽm và mangan, chất hoạt động bề mặt cation thường được áp dụng Trước khi mạ, việc xử lý bề mặt và tẩy rỉ sét là cần thiết, và chất hoạt động bề mặt giúp quá trình này diễn ra dễ dàng hơn, mang lại bề mặt sạch và đồng đều.
Trong xử lý bề mặt kim loại, các chất hoạt động bề mặt như LAS và alkyl sulfate được sử dụng phổ biến Trước khi tiến hành sơn hoặc men trắng, bề mặt kim loại cần được xử lý bằng dung dịch H3PO4, giúp chuyển oxide thành phosphate và tăng cường khả năng chống ăn mòn Những chất hoạt động bề mặt này không chỉ nâng cao khả năng thấm ướt mà còn đảm bảo bề mặt được xử lý đồng đều và hiệu quả hơn, không bị ảnh hưởng bởi xà phòng.
Ứng dụng của LAS trong chất tẩy rửa [7]
Chất hoạt động bề mặt là thành phần chính trong chất tẩy rửa, có vai trò quan trọng trong khả năng tẩy rửa Thực tế, việc tẩy rửa hiệu quả thường được thực hiện thông qua sự kết hợp của nhiều loại chất hoạt động bề mặt Tuy nhiên, chất hoạt động bề mặt phổ biến nhất hiện nay trong sản xuất bột giặt vẫn là LAS.
LAS là sản phẩm được hình thành từ phản ứng giữa hợp chất hữu cơ chứa nhân thơm và tác nhân sulphonate hóa mạnh Với giá thành thấp, LAS được coi là chất hoạt động bề mặt hiệu quả, có khả năng tẩy rửa linh hoạt và thời gian hoạt động lâu Nó thường có mặt trong các sản phẩm tẩy rửa gia dụng dạng lỏng hoặc bột, cũng như trong các sản phẩm tẩy rửa công nghiệp.
Tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng loại sản phẩm tẩy rửa, LAS được kết hợp với các chất hoạt động bề mặt khác trong quy trình sản xuất, nhằm cải thiện hoặc điều chỉnh các tính năng của quá trình tẩy rửa.
Nước rửa chén bằng tay cần có độ hòa tan cao ở nhiệt độ thường, nhiều bọt và độ bền bọt tốt Trong khi đó, bột giặt cho máy giặt thì yêu cầu khả năng tẩy rửa quan trọng hơn so với độ bọt và độ hòa tan.
Do đó, việc chỉ sử dụng một loại CHĐBM như LAS sẽ không đủ để tạo ra sản phẩm với các tính năng tối ưu Cần phải kết hợp nhiều loại CHĐBM khác nhau để đạt được hiệu quả tốt nhất.
Acid mạnh phản ứng hoàn toàn với bazơ, tạo ra nhiệt lượng lớn và có khả năng ăn mòn nhôm đồng Quá trình này cũng sinh ra khí SO2 độc hại với mùi hắc.
Một đặc tính khác của LABSA là làm khô, gây rát khi tiếp xúc với da
Bảng VI.1: Tính chất vật lý của LABSA
LABSA kết hợp với Soda tạo ra LASNa (hay còn gọi là LAS), một chất hoạt động bề mặt hiệu quả với khả năng tạo bọt vượt trội và tính năng tẩy rửa mạnh mẽ.
Bảng VI.2: Tính chất vật lý của LAS 6.2.2 Tỷ suất lượng chất hoạt động cần dùng:
Xác định tỷ suất hàm lượng CHĐBM là một nhiệm vụ khó khăn do nhiều yếu tố ảnh hưởng đến nó Các yếu tố quan trọng cần xem xét bao gồm tỷ trọng của sản phẩm, loại chất xây dựng và tính chất của chất xây dựng.
Bột giặt ở các nước đang phát triển thường chứa 16-22% LAS với tỷ trọng từ 0.2-0.32 Tại châu Âu, bột giặt có chứa phosphate với tỷ trọng khoảng 0.7 và tỷ suất LASNa từ 8-12% Ở Nhật Bản, các nhà sản xuất thường phối hợp LAS với tỷ suất từ 25-35%.
6.2.3 Khả năng thay thế chất hoạt động bề mặt:
Hiện nay, LAS là thành phần chính trong bột giặt trên toàn thế giới, nhưng một số quốc gia phát triển đã chuyển sang sử dụng chất hoạt động bề mặt dạng sulphate (CnH2n+1OSO3Na) nhằm bảo vệ môi trường, do LAS có vòng benzene và thời gian phân hủy chậm.
Bột giặt thường được bổ sung một lượng chất hoạt động bề mặt Ni thích hợp nhằm tăng cường hiệu quả giặt tẩy Ngoài ra, việc thêm một lượng nhỏ xà phòng cũng giúp cải thiện khả năng phân tán của các chất hoạt động bề mặt chính, từ đó nâng cao hiệu suất giặt tẩy.
SẢN XUẤT BỘT GIẶT THEO PHƯƠNG PHÁP SẤY PHUN
Phân loại bột giặt [6]
Bột giặt truyền thống, còn được gọi là bột giặt quy ước hay cổ điển, có đặc điểm chính là chứa tỷ lệ cao các thành phần phụ như chất trợ giúp và chất độn Do đó, loại bột giặt này có khả năng tẩy rửa thấp hơn so với các sản phẩm hiện đại.
Tỷ trọng của chúng thay đổi trong khoảng 200 g/1–700 g1
Bột giặt truyền thống được chia thành hai loại sản phẩm chính: bột giặt tạo bọt, thường được sử dụng cho giặt tay, và bột giặt không tạo bọt, thích hợp cho máy giặt.
7.1.1.1 Bột giặt có tạo bọt:
Trong bột giặt này, các chất hoạt động bề mặt chủ yếu là loại anionic, bao gồm LAS và PAS Thỉnh thoảng, các chất hoạt động bề mặt không ion (CHĐBM NI) cũng được bổ sung, nhưng với tỷ lệ thấp hơn, chỉ khoảng 4-5 lần so với các CHĐBM anionic.
Lượng chất xây dựng được sử dụng phụ thuộc vào độ cứng của nước, loại vết bẩn và chi phí Thông thường, các chất như STPP, Natri Silicate và Natri Carbonate thường được sử dụng.
Các thành phần phụ như Natri Sulphate và Calcit không chỉ hoàn thiện công thức mà còn tăng tỷ trọng và giảm chi phí sản xuất Bên cạnh đó, các thành phần khác như chất tẩy quang học và enzyme chỉ chiếm một hàm lượng rất nhỏ trong sản phẩm.
Bảng VII.1: Công thức tạo bột giặt bọt
7.1.1.2 Bột giặt không tạo bọt: Ở loại bột giặt này, các thành phần cũng tương tự như loại tạo bọt, điểm khác biệt giữa chúng là có sự hiện diện của các tác nhân chống bọt
Bảng VII.2: Công thức tạo bột giặt không có bọt
Trong suốt những năm qua, thị trường chỉ cung cấp các sản phẩm bột giặt truyền thống Tuy nhiên, với sự phát triển kinh tế toàn cầu, nhu cầu về bột giặt có khả năng tẩy rửa hiệu quả hơn, tỷ trọng cao hơn và nhiều tính năng đa dạng đã ngày càng gia tăng.
Các nhà sản xuất đã phát triển các sản phẩm bột giặt với tỷ trọng cao bằng nhiều phương pháp khác nhau Sau nhiều năm nghiên cứu, công ty KAO của Nhật Bản đã giới thiệu một loại bột giặt đặc với tỷ trọng cao, tạo ra xu hướng mới cho thị trường bột giặt.
Bột giặt đậm đặc được thiết kế với thành phần hoạt động tối ưu, giảm thiểu chất độn và có tỷ trọng cao từ 600-1000 g/l Nhờ vào đặc điểm này, bột giặt đậm đặc mang lại nhiều ưu điểm vượt trội trong việc giặt sạch hiệu quả.
Sản phẩm giặt tẩy mới này mang lại sự tiện lợi cho người tiêu dùng nhờ vào tính dễ dàng trong việc vận chuyển, lưu trữ và định lượng Với công nghệ sản xuất hiện đại, sản phẩm không chỉ kế thừa những ưu điểm vượt trội của bột giặt truyền thống mà còn khắc phục những bất tiện của các loại bột pha trộn khô, tạo ra một giải pháp giặt tẩy hiệu quả và cách mạng.
Đối với việc buôn bán:
35 o Ít choán chỗ để trưng bảy và lưu trữ các sản phẩm o Thu được lợi nhuận cao
Nhà sản xuất cần đi tiên phong trong một thị trường đổi mới thực sự để đạt được lợi nhuận cao hơn nhờ giảm chi phí bao bì và giá phân phối sản phẩm Đồng thời, việc phát triển công thức bột giặt đậm đặc cũng đóng góp vào việc giảm ô nhiễm môi trường Để tạo ra công thức cho các sản phẩm đậm đặc, người thiết kế công thức phải tuân thủ các nguyên tắc nhất định.
Loại bỏ các thành phần không cần thiết, như sulphat natri, để nâng cao hiệu quả hoạt động của sản phẩm tẩy rửa.
Giảm lượng nước trong sản phẩm Người ta thường dùng perborate mono hydrate hơn là perborate tetra hydrate cổ điển
Để sản xuất bột giặt đậm đặc, cần sử dụng các nguyên liệu có độ đặc cao, giúp lấp đầy mọi "khoảng trống" và phủ đầy bên trong các hạt rỗng Hai yếu tố quan trọng cần lưu ý trong quá trình này là
Sự gia tăng các thành phân có hoạt tỉnh trong công thức và loại tối đa các chất độn và nước
Sự gia tăng tỷ trọng của bột giặt
Trong đó, vấn đề chính vẫn là gia tăng hàm lượng chất hoạt động bề mặt
Bảng VII.3: Công thức bột giặt đậm đặc.
Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bột giặt theo phương pháp sấy phun [4]
7.2.1 LABSA (Linear Alkyl Benzene Sulphonic Acid):
LABSA là một loại sulpho acid mạnh, có khả năng hòa tan tốt trong nước, bao gồm cả muối với cation hóa trị một và cao Nhờ tính chất này, LABSA có thể được sử dụng hiệu quả làm chất tẩy rửa trong môi trường nước cứng, chứa ion Mg²⁺ và Ca²⁺, cũng như trong môi trường acid.
LABSA là một loại acid mạnh, phản ứng hoàn toàn với bazơ và tỏa ra nhiều nhiệt Chất này có khả năng ăn mòn nhôm và đồng, đồng thời sinh ra khí SO2 độc hại với mùi hắc Ngoài ra, LABSA còn có tính chất làm khô và gây rát khi tiếp xúc với da.
LABSA nguyên liệu ở dạng rắn trước hết được cho vào bồn khuấy trộn cùng với nước để đưa LABSA thành dạng dung dịch có nồng độ 50%
Trước khi tiến hành quy trình sản xuất LABSA, nguyên liệu sẽ được khuấy tẩy bằng dung dịch nước oxy già (H2O2) 35% nhằm nâng cao độ tinh khiết Hàm lượng H2O2 sử dụng để tẩy trắng LABSA dao động từ 0.1-0.15%.
Hình VII.1: Sơ đồ khối quá trình sản xuất bột giặt theo phương pháp sấy phun
Hình VII.2: Sơ đồ công nghệ quá trình sản xuất bột giặt theo phương pháp sấy phun 7.2.3 Trung hoà:
Sau khi khuấy tẩy xong, LABSA được bơm vào bồn khuấy trộn, sau đó cho dung dịch NaOH đã chuẩn bị vào bồn để trung hòa LABSA, tạo ra muối Natri linear alkyl sulfonate (LAS) LAS là một chất hoạt động bề mặt hiệu quả, với khả năng tạo bọt tốt và tính tẩy rửa mạnh Để trung hòa, cần khoảng 28% NaOH, tức là 100kg LABSA cần 28–28.5kg dung dịch NaOH đậm đặc (40-45%).
Sau quá trình trung hoả, các thành phần 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) và bột giặt sau sấy phun không đạt kích cỡ hạt được cho vào để trộn theo tỷ lệ yêu cầu của bột giặt Nước cũng được thêm vào để tạo dung dịch kem nhân với độ ẩm khoảng 60%, và hệ thống được duy trì ở nhiệt độ khoảng 80°C trong quá trình này.
Hỗn hợp kem nhão phải đảm bảo:
Sự đồng đều các thành phần chứa trong đó không thay đổi giữa các mẹ Do vậy, yêu cầu liều lượng phải chính xác
Bảo đảm sự đông phu, trình tách lớp
Các chất xây dựng là yếu tố quan trọng trong việc tạo ra kem nhão, đồng thời hỗ trợ cho các chất hoạt động bề mặt và chất lỏng khác được hấp thu hiệu quả Khi chất xây dựng kết hợp với chất hoạt động bề mặt và được sấy phun, cấu trúc tinh thể sẽ được giữ nguyên, giúp ngăn ngừa sự thất thoát của chất hoạt động bề mặt và đảm bảo sự phân bố đồng đều của sản phẩm.
Quá trình tạo kem nhão có thể theo mẻ hay liên tục, tuỳ theo năng suất yêu cầu
Sau khi được khuấy trộn, dung dịch kem sẽ được chuyển vào máy nghiền trục vít để nghiền nhỏ các hạt rắn lớn chưa hòa tan và các tinh thể hình thành trong hỗn hợp kem nhão.
Trước khi tiến hành sấy phun, kem nhân được đưa qua hệ thống lưới lọc từ để loại bỏ các chất rắn kim loại và các tạp chất lớn Quá trình này giúp ngăn chặn hiện tượng tắc nghẽn và giảm thiểu sự mài mòn ở các vòi phun của tháp sấy phun Sau khi hoàn tất quá trình lọc, hỗn hợp kem nhão sẽ được chuyển vào bồn chứa trung gian.
Sấy phun là quy trình loại bỏ nước khỏi hỗn hợp kem nhão, chuyển đổi từ trạng thái có độ ẩm 60% sang dạng bột Độ ẩm tối ưu của bột sau khi sấy cần đạt từ 3% đến 10%.
Hỗn hợp kem được bơm từ bồn chứa trung gian qua hệ thống bơm hai cấp, sau đó được đẩy lên đỉnh tháp sấy phun Dưới áp lực khoảng 100 atm, kem nhão được đưa vào vòi phun, nơi nó được tán ra thành các hạt nhỏ như sương trong tháp sấy.
Quá trình sấy bột giặt bắt đầu khi không khí từ môi trường bên ngoài được quạt hút vào buồng đốt, nơi nhiệt độ được nâng lên 300°C để trở thành tác nhân sấy Buồng đốt sử dụng dầu FO để truyền nhiệt gián tiếp vào không khí sấy Không khí nóng được thổi từ dưới lên, gặp các giọt lỏng và nhanh chóng làm bốc hơi nước, hình thành các hạt rắn bột giặt Các hạt này có độ ẩm giao động từ 2-10% và rơi xuống đáy tháp Độ ẩm không khí trong buồng sấy ảnh hưởng lớn đến cấu trúc và kích thước của bột giặt thành phẩm; nếu độ ẩm quá thấp, hạt sẽ nhỏ và rời rạc, trong khi độ ẩm quá cao sẽ làm tăng kích thước hạt do hiện tượng kết dính.
40 không đạt độ mịn, độ đồng nhất về kích thước và cấu trúc hạt Các hạt bột giặt tạo thành sẽ được tháo vào băng tải
Sau khi đi qua tháp, dòng không khí sấy sẽ hút các hạt bột giặt nhỏ và nhẹ, dẫn chúng vào hệ thống thu hồi bụi ở đỉnh tháp trước khi thải ra ngoài.
Bột giặt sau quá trình sáy phun có nhiệt độ cao sẽ được làm nguội bằng không khí khi vận chuyển trên băng tải
Bột giặt sẽ được chuyển từ băng tải vào ống thẳng đứng của hệ thống phân loại hạt bằng lực hút chân không Khi đi vào ống, các hạt đạt kích thước yêu cầu sẽ được kéo lên và thu hồi qua các cyclone, trong khi các hạt quá nhỏ sẽ được đưa vào thiết bị lọc túi để hòa tan trở lại vào dung dịch kem nhão Các hạt có kích thước lớn hơn sẽ rơi xuống dưới và được đưa trở lại băng tải để quay về thiết bị khuấy trộn, tạo ra dung dịch kem nhão để sấy phun.
7.2.8 Trộn bổ sung và phun sương:
Sau khi phân loại, bột giặt được đưa vào bồn chứa và trộn thêm các thành phần nhạy nhiệt như chất hoạt động bề mặt không ion, chất tẩy trắng quang học, enzyme, chất chống tạo bọt và chất màu Các chất này được bổ sung qua hệ thống cân định lượng Toàn bộ hỗn hợp sau đó được cho vào hệ thống trộn thùng quay để đảm bảo các thành phần được kết hợp đều và phun hương tạo mùi thơm cho bột giặt Kết quả là bột giặt có tỷ trọng từ 650-750 g/l.
Thông thường, người ta sử dụng bao bì bằng nhựa, nylon để đựng sản phẩm
Bao bì cần hạn chế sự tiếp xúc của ánh sáng, không khí và độ ẩm từ môi trường với bột giặt Phương pháp sấy phun có nhiều ưu điểm so với các phương pháp sấy khác, bao gồm: quá trình sấy nhanh chóng (chỉ mất 15-30 giây) nhờ vào việc các hạt ra khỏi vòi phun rất mịn, tối ưu hóa khả năng tiếp xúc với không khí và độ ẩm nóng Ngoài ra, việc điều chỉnh các thông số sản phẩm cuối cùng qua chế độ sấy là dễ dàng, cho phép điều chỉnh kích thước hạt và độ đồng nhất trong sản phẩm Sản phẩm thu được có độ hòa tan tốt, ít hao hụt và dễ dàng cơ giới hóa cũng như tự động hóa quy trình sấy.
SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM TẨY RỬA DẠNG LỎNG CÓ CHỨA LAS
Nước giặt cấu trúc dạng lỏng [4]
Một thách thức trong việc phát triển công thức cho nước giặt dạng lòng là hiện tượng ngưng kết của liposom, có thể dẫn đến độ nhớt không mong muốn và làm giảm tính ổn định của sản phẩm Để khắc phục vấn đề này, các giải pháp đã được áp dụng nhằm cải thiện chất lượng và hiệu suất của nước giặt.
Polime giảm ngưng kết với hàm lượng nhỏ từ 0,01 đến 1% giúp cải thiện độ ổn định và giảm độ nhớt trong sản phẩm, đồng thời tăng cường hoạt động bề mặt Cơ chế hoạt động của các polime này liên quan đến việc phần kỵ nước của chúng liên kết vào lớp ngoài cùng của liposom, trong khi phần ưa nước nằm ở bên ngoài Sự tương tác này tạo ra lực đẩy giữa các phân tử chất hoạt động bề mặt và liposom lân cận, dẫn đến việc cải thiện độ ổn định của nền hoặc giảm độ nhớt nhờ vào khả năng giảm ngưng kết của polime Do đó, việc nghiên cứu kỹ lưỡng từng loại chất hoạt động bề mặt là rất quan trọng để đạt được nền sản phẩm ổn định và hiệu quả tối ưu.
Chất anionic là một giải pháp tối ưu giữa LAS dây dài và LAS dây ngắn, với việc lựa chọn LAS có chuỗi carbon từ 10 đến 14 Điều này giúp tăng cường khả năng tẩy rửa và tạo ra cấu trúc mixen chắc chắn hơn.
Xà phòng được sản xuất từ quá trình trung hòa các axit béo chiết xuất từ đậu phộng bằng KOH, mang lại tính ổn định cao hơn so với xà phòng từ mỡ động vật Sản phẩm này tạo ra nước giặt dạng lỏng có độ sệt cao, nhờ vào các stearat có trong thành phần.
Chất hoạt động bề mặt không ion (NI) Có thể dùng một rượu béo mạch thẳng etoxy hoá C13 – C15 với 7.OE
Tỉ lệ ba hoạt chất chính gồm ABS, xà phòng và NI quyết định độ nhớt và tính ổn định của sản phẩm, ảnh hưởng đến hiệu quả giặt rửa và khả năng tạo bọt Các tỉ lệ khác nhau có thể được thử nghiệm trong phòng thí nghiệm thông qua biểu đồ tam phân, từ đó thực hiện các thử nghiệm liên tiếp để xây dựng bản đồ các vùng cấu trúc khác nhau.
Chất điện ly có thể được phân loại thành hai nhóm chính: nhóm chất điện ly "mạnh" như natri clorua và natri sunfat, và nhóm chất điện ly trung bình như natri tripolyphotphat và natri xitrat.
Lưu ý: sự hiện diện của dầu thơm rất cần vì nó cải thiện tính ổn định của nước giặt cấu trúc dạng lỏng
Các enzim trong nước giặt dạng lỏng thường gặp khó khăn trong việc duy trì sự ổn định do chúng chỉ hoạt động tốt trong môi trường trung tính, trong khi hiệu quả giặt tẩy yêu cầu độ pH cao Để giải quyết vấn đề này, một phức chất từ pentaborat hoặc natri boát kết hợp với glyxerol được sản xuất, giúp giải phóng ion H" và giảm pH xuống khoảng 7, từ đó ổn định các enzim Khi tiếp xúc với nước, phản ứng ngược lại xảy ra, làm tăng độ pH lên khoảng 9, giúp nâng cao hiệu quả giặt tẩy.
TT Thành phần Công thức I
Công thức II (thành phần %)
3 Chất hoạt động bề mặt NI 2.5 3.5
Bảng VIII.1: Công thức bột giặt bằng tay
TT Thành phần nguyên liệu Thành phần %
3 Chất hoạt động bề mặt NI 3.5
Bảng VIII.2: Công thức bột giặt máy
TT Thành phần nguyên liệu Thành phần %
3 Chất hoạt động bề mặt NI 2.4
Bảng VIII.3: Công thức bột giặt máy không có phosphate.
Sản phẩm tẩy rửa đậm đặc dạng lỏng
Trong bối cảnh ngày càng nhiều sản phẩm giặt tẩy hướng đến dạng đậm đặc, nước giặt lỏng cũng đã phát triển các sản phẩm đậm đặc giúp giảm lượng sử dụng Những sản phẩm này không chỉ tiết kiệm năng lượng mà còn giảm thiểu lượng hóa chất thải ra môi trường, góp phần bảo vệ môi trường hiệu quả hơn.
Việc sản xuất các sản phẩm đẳng hướng dạng lỏng đậm đặc không thể chỉ dựa vào việc tăng tỷ lệ các chất xây dựng và hoạt tính, vì điều này sẽ dẫn đến sản phẩm có độ sệt cao hơn hoặc yêu cầu một lượng lớn tác nhân làm ướt.
Người ta có thể lập được một công thức tốt bằng cách
Dùng các polime giảm sự ngưng kết
Chọn các hoạt chất thích hợp (SAS, các chất hoạt động bề mặt NI, lưỡng tỉnh)
Giảm nhiều lượng xà phỏng (do đó cần ít các tác nhân làm ướt hơn và có thể làm đậm đặc hơn)
Thay đổi các chất xây dựng xả phòng hệ thống các chất xây dựng hoà tan
Việc lựa chọn các phụ gia phải đảm bảo ba yêu cầu chính: hiệu quả cao, đặc biệt trong môi trường chưa được xây dựng đầy đủ; giảm thiểu tối đa số lượng tác nhân làm ướt cần bổ sung; và không hoặc ít gây hại đến môi trường.
STT Tên thành phần Thành phần %
Bảng VIII.4: Công thức mẫu của nước giặt đậm đặc với polime giảm ngưng kết.
Nước rửa chén
Các nước rửa chén bát truyền thống thường sử dụng công thức chứa Alkyl benzen sulfonat mạch thẳng, kết hợp với etoxy sunfat (LES) để tăng cường hiệu quả làm sạch, đặc biệt là trong điều kiện nước cứng.
Các LAS có mạch cacbon từ 10 đến 12 nguyên tử được sử dụng cho nước dịu, mang lại hiệu suất tối ưu khi kết hợp với bọt chất lượng cao.
Các LES từ C12-C14 (khoảng 2-3 OE) mang lại hiệu quả tối ưu khi kết hợp với các LAS, với tỉ lệ LAS/LES thường dao động từ 80/20 đến 70/30 tùy thuộc vào chi phí công thức, trong đó tỉ lệ 70/30 là phổ biến nhất Đối với nước rửa chén có nồng độ hoạt chất dưới 20%, để cải thiện hiệu quả làm sạch đối với mô và dầu, thường sử dụng một chất ổn định hoặc chất điều chỉnh bột, trong đó các alcanolumit là lựa chọn phổ biến nhất.
Nhiều bọt, trừ ở nước cứng
Hiệu quả tẩy rửa tốt
Tăng cường tác dụng với LAS
Hoà tan tốt trong nước
Bảng VIII.5: Tính chất của LAS dùng trong công thức nước rửa chén bằng tay
TT Thành Phần Thành phần %
7 Nước, dầu thơm, màu Vđ 100
Bảng VIII.6: Công thức nước rửa chén có sử dụng nước chanh át mùi tanh cá
LAS đã được sử dụng phổ biến trong ngành sản xuất chất tẩy rửa từ lâu Nghiên cứu gần đây cho thấy LAS có khả năng phân hủy sinh học và chưa có báo cáo nào chỉ ra rằng LAS gây hại cho sức khỏe con người.
Sản phẩm chứa LAS như bột giặt và nước rửa chén rất phổ biến trên thị trường Tuy nhiên, việc sử dụng LAS nhiều có thể gây khô da tay Do đó, LAS thường được kết hợp với các chất hoạt động bề mặt khác để khắc phục những nhược điểm này.
Nhu cầu của con người ngày càng gia tăng, vì vậy các nghiên cứu mới của LAS ngày càng được thực hiện để cải thiện chất lượng cuộc sống Mục tiêu là phát triển các giải pháp phù hợp với đa dạng nhóm người.