GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
Khái niệm và cơ chế của sự tẩy rửa
- Khái niệm về sự tẩy rửa
Sự tẩy rửa là quá trình làm sạch bề mặt của một vật thể rắn bằng cách sử dụng một chất tẩy rửa đặc biệt, khác với phương pháp hòa tan thông thường, thông qua các tiến trình lý hóa riêng biệt.
Quá trình tẩy rửa xảy ra theo các bước sau:
Dung dịch tẩy rửa trong nước làm giảm sức căng bề mặt của nước, nước thấm sâu vào xơ sợi
Quá trình lấy bẩn ra
Quá trình chống tái bám chất bẩn
Chất hoạt động bề mặt tạo bọt giúp tập trung chất bẩn không tan lên bề mặt bọt, từ đó đẩy chúng ra ngoài hoặc phân tán vào dung dịch dưới dạng huyền phù, treo lơ lửng.
Vai trò của chất hoạt động bề mặt
1.2.1 Giảm sức căng bề mặt và lấy bẩn ra
Chất hoạt động bề mặt (CHĐBM) giảm sức căng bề mặt của nước, giúp vải thấm ướt hoàn toàn Mỗi phân tử CHĐBM có một đầu ái nước hút nước và một đầu không ưa nước đẩy nước, đồng thời hút các chất dầu mỡ bẩn Sự tương tác giữa các lực này kéo chất bẩn ra và làm chúng hòa tan, nhũ hoặc huyền phù trong nước Việc khuấy đảo bằng tay hoặc máy giặt giúp loại bỏ hoàn toàn chất bẩn khỏi bề mặt cần làm sạch.
Các vết bẩn phân cực thì dùng CHĐBM anion, các vết bẩn không phân cực thì dùng CHĐBM không ion
VD : Cơ chế tẩy rửa vết bẩn có chất béo:
Hình 1.1 Cơ chế tẩy rửa các vết dầu mỡ
Sợi có dính vết bẩn dạng dầu mỡ cần được ngâm trong nước để làm sạch Tuy nhiên, do sức căng bề mặt của nước lớn, nước không thể tách rời hoặc hòa tan vết bẩn này.
Khi hòa tan chất tẩy rửa vào nước, dung dịch này có sức căng bề mặt thấp hơn nước, cho phép nó thấm sâu vào sợi vải Nhờ đó, các vết dầu mỡ được loại bỏ và treo lơ lửng dưới dạng nhũ tương hoặc dung dịch đồng nhất.
1.2.2 Chất chống tái bám bẩn
Các vết bẩn trong dung dịch tẩy có thể phân loại thành hai loại: ưa nước và kỵ nước Hạt ưa nước sẽ dễ dàng hòa tan trong nước và không bị bám lại, trong khi hạt kỵ nước có xu hướng bám chặt vào bề mặt vải Đặc biệt, trong dung dịch tẩy rửa, phần lớn bề mặt vải và các hạt bẩn đều mang điện tích âm.
Các CHĐBM anion hút vào hạt bẩn và sợi, tạo ra hàng rào tĩnh điện giúp ổn định sự phân tán của các hạt bẩn và ngăn ngừa tái bám Tuy nhiên, khi nồng độ vết bẩn và CHĐBM đạt đến một mức nhất định, sự gia tăng nồng độ anion có thể dẫn đến tình trạng tái bám tăng do sự nén ép lớp điện tích kép bao bọc bề mặt sợi và hạt.
Các CHĐBM nonion với dây kỵ nước dài hơn sẽ có tính chống tái bám tốt hơn Chất nonion hấp phụ vào bề mặt sợi, đẩy phần ưa nước ra ngoài, tạo ra hàng rào lập thể và lớp nước hydrat hóa, ngăn chặn sự tiếp cận của các hạt bẩn Tuy nhiên, trên thực tế, khả năng chống tái bám của CHĐBM nonion vẫn thấp hơn so với các anion.
CHĐBM cation không có khả năng chống tái bám và không phù hợp cho việc giặt tẩy Với điện tích dương, CHĐBM cation sẽ bám vào bề mặt vải có điện tích âm, do đó không mang lại hiệu quả trong việc ngăn ngừa tái bám.
CHĐBM tạo bọt giúp chất bẩn không tan tập trung lên bề mặt bọt và bị đẩy ra ngoài Khả năng tạo bọt tối đa của một CHĐBM hay hỗn hợp CHĐBM xảy ra quanh cmc, với cmc càng nhỏ thì khả năng tạo bọt càng lớn Đối với alky sulfat, khi chiều dài chuỗi carbon tăng, độ hòa tan cmc giảm và khả năng tạo bọt tăng Việc di chuyển nhóm ưa nước vào trong chuỗi hoặc sử dụng chuỗi carbon mạch nhánh làm tăng cmc, từ đó giảm khả năng tạo bọt Chất HDBM không ion tạo bọt ít hơn ion trong nước, vì vậy để tăng khả năng tạo bọt, người ta thường thêm các thành phần phụ gia hữu cơ có cực nhằm giảm cmc của CHĐBM Các chất tăng cường bọt như mono hay dietanol amid được sử dụng trong bột giặt, nước rửa chén, và dầu gội đầu giúp tạo bọt bền, mịn và đều.
Ảnh hưởng của môi trường đến sự tẩy rửa
Môi trường nước cứng chứa nhiều ion Ca 2+ và Mg 2+, gây kết tủa xà bông và giảm bọt trong quá trình giặt Để khắc phục tình trạng này, bột giặt thường bao gồm các thành phần làm mềm nước như ortho phosphat, pyro phosphat, di phosphat, tri phosphat (hay còn gọi là tripolyphosphat TPP), EDTA và NTA Tuy nhiên, việc sử dụng các chất tạo phức có chứa phospho có thể cung cấp dinh dưỡng cho thực vật thủy sinh, đặc biệt là tảo, dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của chúng Điều này có thể làm giảm lượng oxy hòa tan trong nước vào ban đêm, gây ra hiện tượng cá chết hàng loạt, vì vậy cần hạn chế sử dụng những chất này.
Để duy trì môi trường kiềm và có tác dụng đệm, người ta thường sử dụng các chất như TPP, Na2CO3, NaHCO3 và silicat Trong quá khứ, TPP là lựa chọn phổ biến, nhưng hiện nay, Zeolit (silicat) đang dần thay thế carboxylat và các loại polymer phân giải sinh học, đồng thời các silicat mới cũng đang được đưa vào thị trường.
Phân loại chất hoạt động bề mặt có tác dụng tẩy rửa
PHÂN LOẠI CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT CÓ TÁC DỤNG TẨY RỬA
Các CHĐBM anion
2.1.1 Các CHĐBM alkyl aren sulfonate:
Các chất hoạt động bề mặt anion alkyl aren sulfonate phổ biến nhất là alkyl benzen sulfonate, trong đó phần kỵ nước là gốc alkyl với số nguyên tử carbon từ 10 đến 12, kết nối với vòng benzen, còn phần ái nước là nhóm sunfonate.
Thực nghiệm cho thấy tính HĐBM của chúng phụ thuộc nhiều vào nhóm ankyl:
Gốc ankyl mạch thẳng có khả năng tẩy rửa vượt trội so với gốc ankyl mạch nhánh Sự phân nhánh của gốc ankyl càng nhiều thì alkyl benzen sulfonate càng dễ hòa tan trong nước Tuy nhiên, gốc ankyl mạch nhánh lại khó bị phân hủy sinh học.
- Gốc ankyl bậc I có tính tẩy rửa tốt hơn các alkyl khác
Nhóm phenyl sulfonate ở vị trí nguyên tử Carbon số 1 trên gốc ankyl cho khả năng tẩy rửa tối ưu khi gốc ankyl thẳng có khoảng 11 nguyên tử carbon.
14 Khi nhóm phenyl sulfonate càng di chuyển vào giữa mạch thì khả năng tẩy rửa càng giảm Ứng dụng thực tế của alkyl benzen sulfonate:
- Là chất tẩy rửa, chiếm gần 50% tổng sản lƣợng chất tẩy rửa các loại:
Phân loại chất hoạt động bề mặt có tác dụng tẩy rửa
+ Là CHĐBM chính trong các sản phẩm tẩy rửa, tiêu biểu là bột giặt các loại, hàm lượng LAS sử dụng có thể trên dưới 10%
+ Dùng trong sản xuất nước rửa chén
+ Trong một số dầu gội đầu cũng có sử dụng LAS (3-4%), nhất là dùng cho tóc dầu
Trong ngành mạ điện, các bể điện phân thường chứa một lượng chất hoạt động bề mặt như LAS và alkyl sunfat, giúp lớp mạ trở nên không xốp, bóng đẹp và bền hơn mà không cần sử dụng thêm chất đánh bóng phụ.
Trong quá trình xử lý bề mặt kim loại, các chất hóa dẻo bề mặt (CHĐBM) đóng vai trò quan trọng trước khi sơn hoặc tráng men Những CHĐBM này được xử lý bằng dung dịch H3PO4, không sử dụng xà phòng, nhằm tăng cường khả năng thấm ướt Việc này giúp bề mặt kim loại được xử lý đồng đều và hiệu quả hơn.
Các alken sunfonate có khả năng tạo thành hỗn hợp tẩy rửa không có phosphat hay với hàm lƣợng phosphat nhỏ
Phosphat được sử dụng trong bột giặt để tăng cường khả năng tẩy rửa, giữ kiềm và giảm độ cứng của nước bằng cách tạo phức tan với ion Ca2+ và Mg2+ Tuy nhiên, việc thải phosphat ra môi trường có thể gây hại cho hệ sinh thái, dẫn đến việc cấm sử dụng bột giặt chứa phosphat ở một số khu vực Để khắc phục, một số nhà sản xuất đã thay thế phosphat bằng zeolit hoặc silicat biến tính, nhưng việc sử dụng zeolit trong nước thải lại tạo ra nhiều bùn.
Các alken sunfonate có hiệu quả hơn alkyl sunfonate và alkylbenzen sunfonate trong nước cứng Tuy nhiên, việc sử dụng alken sunfonate cùng với nước javen để tẩy trắng có thể gây hại cho da tay, vì vậy người ta thường hạn chế sử dụng chúng.
CHĐBM alkan sulfonate với chiều dài mạch Carbon từ C8-C12 chủ yếu được sử dụng dưới dạng dung dịch trong nước, đóng vai trò là chất nhũ hóa và thấm ướt, đặc biệt hiệu quả trong quá trình tẩy nhuộm vải cotton Ngoài ra, nó còn được sử dụng như một phụ gia trong các sản phẩm chất tẩy rửa.
Tính chất của các hợp chất alkyl sunfate phụ thuộc vào cấu trúc và độ dài của nhóm alkyl cũng như vị trí của nhóm sulfat trong mạch Các nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra những ảnh hưởng này một cách rõ ràng.
Phân loại chất hoạt động bề mặt có tác dụng tẩy rửa
Ankyl sunfate bậc 1 có khả năng tẩy rửa vượt trội hơn so với alkyl sunfate bậc 2 Để đạt hiệu quả tẩy rửa tốt nhất, chiều dài mạch Carbon của ankyl sunfate bậc 1 nên nằm trong khoảng từ 12 đến 16 nguyên tử Carbon, trong khi đó, alkyl sunfate bậc 2 phát huy hiệu quả tối ưu khi có chiều dài mạch từ 15 đến 18 nguyên tử Carbon.
- Đối với alkyl sunfate bậc 2, khi di chuyển gốc sunfate càng vào giữa mạch, tính HĐBM càng giảm dần
Mạch thẳng có tính hoạt động bề mặt (HĐBM) tốt hơn so với mạch nhánh, trong khi mạch nhánh lại không có khả năng phân hủy sinh học Vì lý do này, người ta thường sử dụng rượu bậc 1 với cấu trúc mạch thẳng, có số nguyên tử Carbon từ 12 đến 18, và trong một số trường hợp, rượu bậc 2 mạch thẳng cũng được áp dụng.
Xà phòng là hỗn hợp muối natri, kali của các axit béo Công thức hóa học của chúng: RCOONa
Nguyên liệu tốt nhất để sản xuất xà phòng là các axit béo bão hòa có gốc hydrocarbon từ C12 đến C18 Mạch carbon với hơn 18 nguyên tử carbon có tính tẩy rửa tốt nhưng độ tan kém ở nhiệt độ thường, do đó không thể hiện tính hoạt động bề mặt Ngược lại, mạch carbon với dưới 12 nguyên tử carbon có khả năng tẩy rửa và tạo bọt kém, mặc dù độ hòa tan cao Nghiên cứu cho thấy mạch carbon 14 nguyên tử carbon là tối ưu cho khả năng tẩy rửa.
Xà phòng không hiệu quả trong môi trường có pH thấp và dễ bị thủy phân thành axit béo trong điều kiện pH trung tính (pH = 7) Ngoài ra, xà phòng cũng dễ dàng tạo thành muối không tan khi tiếp xúc với nước có chứa ion Ca 2+ và Mg 2+.
Các CHĐBM không ion
CHĐBM không ion (nonionic) đang ngày càng trở nên phổ biến do khả năng hoạt động hiệu quả trong các môi trường nước cứng, nơi có hàm lượng lớn chất điện ly, nhiều ion kim loại nặng và pH thấp.
2.2.1 Các rượu béo etoxy hóa:
Công thức hóa học của chúng:
Trong những CHĐBM không ion thương mại, các sản phẩm làm từ các rượu béo với oxit etylen là loại đƣợc dùng nhiều nhất ngày nay
Phân loại chất hoạt động bề mặt có tác dụng tẩy rửa
Công thức hóa học của chúng:
Các ankyl monoetanolamit được sử dụng để cải thiện và duy trì độ bọt trong các sản phẩm như nước rửa chén và dầu gội đầu, nhờ vào khả năng tạo bọt ổn định Bên cạnh đó, chúng còn có khả năng làm đặc, tạo độ bóng hoặc làm mềm, tùy thuộc vào cấu trúc của chuỗi carbon R.
Công thức hóa học của chúng:
Các chất này hoàn toàn phù hợp với da và có những đặc tính tạo bọt rất tốt
Công thức hóa học của chúng:
Trong đó n từ 1 đến 3, R là gốc hidro carbon có tử 9 đến 13 nguyên tử Carbon
Các chất này thường được sử dụng trong công thức bột, nhưng chủ yếu xuất hiện trong các sản phẩm lỏng như nước rửa chén Chúng rất dịu nhẹ cho da mặt và dễ phân hủy sinh học.
Các CHĐBM cation
Phân loại chất hoạt động bề mặt có tác dụng tẩy rửa
Các cation CHĐBM không thích hợp cho việc tẩy rửa vì chúng làm mềm vải nhưng khi kết hợp với anion trong bột giặt sẽ tạo ra muối không tan Do đó, cần sử dụng sản phẩm làm mềm vải riêng biệt sau khi giặt Mặc dù có thể thêm chất làm mềm vào bột giặt bằng cách thay đổi thành phần và thêm phụ gia, nhưng sản phẩm này vẫn chưa phổ biến Ngoài ra, cation CHĐBM còn có khả năng tẩy trùng, được sử dụng để khử trùng quần áo.
THÀNH PHẦN CHÍNH TRONG HỖN HỢP TẨY RỬA
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tẩy rửa
Các yếu tố ảnh hưởng bao gồm 2 nhóm:
- Các yếu tố có thể khống chế đƣợc là nhiệt độ, pH, thành phần bột giặt…
Quá trình giặt tẩy bị ảnh hưởng chủ yếu bởi các yếu tố khách quan không thể kiểm soát, bao gồm nguồn nước, loại vết bẩn và bản chất của vải sợi.
Nguồn nước có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình tẩy rửa, chủ yếu là do hàm lượng Ca2+ và Mg2+ có trong nước, tức là độ cứng của nước.
Các loại vết bẩn xuất phát từ nhiều nguồn gốc khác nhau, bao gồm vết bẩn từ cơ thể, môi trường, thực phẩm và nghề nghiệp Mỗi loại vết bẩn này ảnh hưởng đến quá trình tẩy rửa với những mức độ khác nhau, đòi hỏi các phương pháp xử lý phù hợp.
+ Bản chất của vải sợi:
Mỗi loại vải cần có chế độ giặt riêng biệt tùy thuộc vào thành phần sợi của nó Các loại sợi dệt được phân loại thành nhiều nhóm, bao gồm sợi thiên nhiên động vật, sợi thiên nhiên thực vật, sợi tổng hợp, sợi nhân tạo và sợi hỗn hợp, kết hợp giữa sợi thiên nhiên và sợi nhân tạo.
Các chất hoạt động bề mặt
Các chất hoạt động bề mặt (CHĐBM) đóng vai trò quan trọng trong sản phẩm tẩy rửa, giúp loại bỏ vết bẩn và các chất lơ lửng trong nước giặt, ngăn chặn sự bám dính của chúng lên vải vóc.
Hai yếu tố quan trọng trong hiện tƣợng tẩy rửa là sự hòa tan của các CHĐBM và nồng độ micelle tới hạn CMC
Do tính đa dạng và phức tạp của quá trình tẩy rửa, không có chất hóa dẻo bền môi nào có thể đáp ứng mọi yêu cầu tẩy rửa, mà phụ thuộc vào mục đích sử dụng cụ thể.
- Dựa vào nhiệt độ quá trình tẩy rửa
- Ảnh hưởng đến môi trường
- Sản phẩm có phosphat hay không
- Hình thức sản phẩm (lỏng, bột truyền thống hay bột đậm đặc)
Các tác nhân làm mềm nước
Thành phần chính trong hỗn hợp tẩy rửa
Người ta sử dụng các tác nhân làm mềm nước để tránh hiện tượng nước cứng làm giảm hiệu quả tẩy rửa bằng cách:
- Phức hóa các ion Ca 2+ , Mg 2+ : làm giảm lƣợng ion tự do
Trao đổi ion giữa Ca²⁺, Mg²⁺ và các ion Na⁺, K⁺ dẫn đến việc hấp thụ các ion Ca²⁺, Mg²⁺ trong khi giải phóng các ion Na⁺, K⁺ Quá trình này làm giảm nồng độ tự do của Ca²⁺ và Mg²⁺ trong dung dịch.
- Tạo kết tủa các ion Ca 2+ , Mg 2+ : làm tủa các ion Ca 2+ , Mg 2+
Tùy vào từng loại sản phẩm có thể dùng kết hợp 2 hay 3 chất làm mền nước.
Các tác nhân tạo môi trường kiềm
Một số chất trợ kiềm:
- TPP (pH=9.5): có khả năng đệm tốt, phức hợp tốt và chống tái bám
- Percarbonat natri (pH.5): là tác nhân làm trắng, thường phối hợp với TAED
Các silicat (pH-13) không chỉ tạo môi trường kiềm để thủy phân các chất bẩn dầu mỡ mà còn có tác dụng chống ăn mòn, ổn định bọt và ngăn chặn sự bám dính của các chất bẩn lên bề mặt Chúng thường được sử dụng kết hợp với zeolit ở tỉ lệ thấp, nhưng không thích hợp cho kem nhão do dễ tạo thành bột.
- Na2CO3 (pH>10): là tác nhân làm mềm nước và chất độn rẻ tiền
NaHCO3 là chất trợ kiềm khi các nguyên liệu khác không thể đảm đương vai trò này Trước đây, TPP được sử dụng phổ biến, nhưng hiện nay zeolit đang dần thay thế, cùng với các carboxylat, polymer phân giải sinh học và silicat mới đang gia nhập thị trường.
Các tác nhân làm trắng
Tác nhân làm trắng là chất có khả năng tẩy màu vải thông qua phản ứng hóa học, giúp biến đổi và phân hủy các nhóm tạo màu thành những hạt nhỏ hơn, dễ tan hơn để dễ dàng loại bỏ Các tác nhân làm trắng được phân loại thành ba loại khác nhau.
- Các tác nhân khử oxy (sunfit và bisunfit)
- Các hợp chất của clo
- Các hợp chất khác có khả năng giải phóng oxy tự do
Các tác nhân chống tái bám
Các vết bẩn trong dung dịch giặt tẩy có thể phân loại thành hai loại: ưa nước và kỵ nước Hạt ưa nước phân tán nhanh chóng trong nước và ổn định nhờ năng lượng tự do bề mặt phân chia pha rắn/lỏng nhỏ, ngăn chặn sự tái bám Ngược lại, hạt kỵ nước có năng lượng tự do bề mặt lớn, dẫn đến việc chúng dễ dàng đông tụ và bám vào bề mặt kỵ nước Để chống lại sự tái bám, có thể sử dụng các chất hoạt động bề mặt (CHĐBM), phosphat và polymer.
Các tác nhân làm tăng bọt và chống bọt
Thành phần chính trong hỗn hợp tẩy rửa
Một CHĐBM hay hỗn hợp các CHĐBM có thể tạo thành một hệ thống tạo bọt
Số lượng bọt tăng lên khi nồng độ đạt mức tối đa xung quanh giá trị cmc Mặc dù có thể dự đoán khả năng tạo bọt của một chất hoạt động bề mặt (CHĐBM) dựa vào giá trị cmc, nhưng điều này không cho biết liệu bọt đã ổn định hay chưa.
Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo bọt của các chất hoạt động bề mặt (CHĐBM) bao gồm nhiệt độ, sự hiện diện của chất điện giải và cấu trúc phân tử của CHĐBM Những yếu tố này có thể làm thay đổi khả năng tạo bọt, từ đó tăng hoặc giảm hiệu quả của chúng trong các ứng dụng khác nhau.
Khi bổ sung một chất phụ gia, như chất hoạt động bề mặt có tính tẩy rửa thấp hoặc các chất điện giải vô cơ, có thể tạo ra một lượng bọt lớn từ chất hoạt động bề mặt ít bọt.
Các tác nhân chống bọt hoạt động bằng cách giảm hoặc loại bỏ bọt trong sản phẩm thông qua việc ngăn cản sự hình thành bọt Chúng sử dụng các ion vô cơ như Ca²⁺ để ảnh hưởng đến sự ổn định tĩnh điện hoặc giảm nồng độ các anion bằng cách kết tủa Ngoài ra, các hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ cũng có thể tăng tốc độ phân hủy bọt bằng cách thay thế các phân tử trong màng bọt, từ đó làm cho bọt trở nên ít ổn định hơn.
3.7.3 Các chất ổn định bọt
- Các chất ổn định bọt vô cơ: natri silicat…
- Các chất ổn định bọt hữu cơ: etanalamin, isopropanolamin, dietanolamin…
Các chất xúc tác sinh học
Các enzym đƣợc đƣa vào thành phần bột giặt do:
- Xúc tiến cho quá trình phân hủy các chất bẩn: nhiệt độ giặt thấp, các vết bị loại dễ dàng
- Có thể làm bột giặt đậm đặc và lỏng
- Làm quần áo lâu cũ trong thời gian dài
- Các enzym cõ nguồn gốc từ các vi sinh vật và có hiệu quả tẩy giặt khác nhau.
Các tác nhân làm mềm vải
Trước khi bột giặt tổng hợp ra đời, các sản phẩm xà phòng đã phản ứng với muối trong nước, tạo ra xà bông vôi Loại xà bông này có tác dụng bôi trơn, giúp chống lại sự thô cứng của vải.
Do yêu cầu sử dụng, chất làm mềm đầu tiên ra đời ở Mỹ vào năm 1953 là CHĐBM cation Clorua Amoni thế 4 lần Distearyl Amoni Clorua DSDMAC Chất này
Hỗn hợp tẩy rửa chứa các thành phần mang điện tích dương (+) và anionic mang điện tích âm (-), gây khó khăn trong việc kết hợp do tạo tủa với chất hoạt động bề mặt Trong dung dịch nước giặt, bề mặt sợi có điện tích âm (-) thu hút các phân tử DSDMAC Để nâng cao hiệu quả sản phẩm, chất làm mềm vải sợi thường được thêm vào sau khi xả, nhờ vào những ưu điểm nổi bật của DSDMAC.
- Có hiệu quả chống khô cứng
- Khả năng làm trơn bóng, dễ ủi
- Giúp hòa tan đƣợc dầu thơm
DSDMAC có nhược điểm lớn là không hòa tan trong nước, dẫn đến việc phân bố không đồng đều trên vải Trước áp lực bảo vệ môi trường, các nhà sản xuất đang dần tìm kiếm các giải pháp thay thế cho DSDMAC.
Các chất tạo hương
Hương trong bột giặt không chỉ mang lại mùi thơm dễ chịu mà còn bám lại trên quần áo, tạo cảm giác tươi mới Việc sử dụng hương liệu khác nhau trong các sản phẩm tẩy rửa phụ thuộc vào thành phần hóa học và dạng sản phẩm, bao gồm cả dạng lỏng và rắn.
Sử dụng các chất tạo hương giúp che lấp mùi khó chịu từ nguyên liệu ban đầu như cá CHĐBM, với các thành phần như alkyl benzen sunfonat có mùi dầu lửa, nonionic có mùi mỡ, cationic có mùi tanh cá, TAED có mùi giấm, enzyme lipaza và polymer PVP Hương liệu không chỉ che giấu mùi mà còn tạo ra mùi thơm dễ chịu, phù hợp với sở thích của người tiêu dùng.
Độ bền và tính bám của hương thơm trên quần áo phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó độ ẩm là yếu tố quan trọng nhất Khi nước có mặt trên vải, mùi hương sẽ dễ dàng bốc hơi, dẫn đến việc quần áo ẩm ướt thường mang lại cảm giác mùi hương rõ rệt hơn so với quần áo khô.
Các chất dễ bay hơi có mùi hương sẽ bị biến đổi theo thời gian và nhiệt độ Do đó, trong quá trình sản xuất, cần cho hương vào sau các giai đoạn gia nhiệt để bảo đảm không bị mất hương.
Các chất chống di chuyển màu
Trong quá trình giặt, màu sắc của vải có thể bị chuyển sang màu trắng hoặc sáng hơn Để ngăn chặn hiện tượng này, chất chống di chuyển màu như PVP (poly vinyl pyrrilidon) thường được sử dụng PVP tan trong nước và hoạt động bằng cách phức hóa các màu trong dung dịch giặt, ngăn cản chúng hấp phụ vào vải Hiệu quả của PVP tăng lên khi kết hợp với các chất hoạt động bề mặt không ion, thuốc nhuộm acid anionic và thuốc nhuộm trực tiếp.
Thành phần chính trong hỗn hợp tẩy rửa
Các chất độn
Các chất không tham gia trực tiếp vào quá trình tẩy rửa nhưng cần thiết cho sản xuất bột giặt Những chất bột thường chứa hợp chất làm đầy, giúp kết nối nguyên liệu và giảm giá thành sản phẩm Sulfat natri là chất được sử dụng phổ biến nhất, bên cạnh carbonat calcium, đất sét và tinh bột Trong bột giặt đậm đặc, người ta cố gắng loại bỏ tối đa các chất độn.
Tầm quan trọng của CHĐB trong các sản phẩm tẩy rửa
TẦM QUAN TRỌNG CỦA CHĐBM TRONG CÁC SẢN PHẨM TẨY RỬA 14
Công thức của bột giặt
Công thức tạo bột cổ điển:
Bảng 4-1 Công thức bột giặt dành cho giặt tay
Thành phần Tỉ lệ (% Khối lƣợng)
Công thức bột giặt dành cho giặt máy:
Trong trường hợp này các công thức khác biệt nhau rất ít:
- Sự có mặt hoặc không có mặt photphat
- Sự có mặt của những chất tẩy trắng : perborat/TEAD hoặc perborat/ SNOB
Bảng 4-2 Công thức bột giặt dành cho giặt máy
Thành phần Tỉ lệ (% khối lƣợng)
Công thức có Photpho Công thức không có Photpho
Tầm quan trọng của CHĐB trong các sản phẩm tẩy rửa
Công thức cổ truyền không tạo bọt
Bảng 4-3 Công thức bột giặt cổ truyền không tạo bọt
Thành phần Tỉ lệ (% khối lƣợng)
Châu Âu Hoa Kỳ Nhật Bản
Chất xây dựng + Chất khác 30 – 45 30 – 50 25 – 40
Sự khác biệt chính giữa các công thức là tỷ lệ anion cao, không chứa tác nhân tẩy trắng và tác nhân chống bọt trong công thức của Hoa Kỳ và Nhật Bản.
Sản phẩm tẩy rửa dạng lỏng
Bảng 4-4 Công thức sản phẩm tẩy rửa dạng lỏng
Thành Phần Tỉ lệ (% khối lƣợng)
Rƣợu béo Etoxy hóa ( 7 OE ) 30 15
Tầm quan trọng của CHĐB trong các sản phẩm tẩy rửa
Trietanolamin dùng để điều chỉnh pH
CHĐBM không ion được sử dụng trong nước rửa chén với tỷ lệ thấp nhằm điều chỉnh và ổn định bọt, đồng thời tăng cường hiệu quả hoạt động trong môi trường nước cứng và giảm thiểu tác động đến da.
Phân tích tầm quan trọng của CHĐBM trong các sản phẩm tẩy rửa
Trong các công thức pha chế sản phẩm tẩy rửa, có sự đa dạng về thành phần và tỷ lệ hóa chất sử dụng Tuy nhiên, điểm chung của tất cả các công thức này là đều chứa các chất hoạt động bề mặt (CHĐBM).
Chất hoạt động bề mặt (CHĐBM) là thành phần thiết yếu trong các chất tẩy rửa, giúp giảm sức căng bề mặt của nước, cho phép nước thẩm thấu sâu vào sợi vải và hòa tan vết bẩn Đối với các chất bẩn không tan, CHĐBM sẽ loại bỏ chúng dưới dạng huyền phù Đồng thời, CHĐBM tạo bọt để đẩy bụi bẩn lên bề mặt, ngăn không cho chúng bám lại Nếu không có CHĐBM, quá trình tẩy rửa sẽ không diễn ra hiệu quả, trong khi các thành phần khác chỉ đóng vai trò phụ trợ để cải thiện khả năng tẩy rửa.
Vai trò của các thành phần phụ:
Sulfat natri có khả năng làm giảm lượng chất hoạt động bề mặt cần thiết trong quá trình giặt giũ khi được thêm vào dung dịch chất hoạt động bề mặt bậc một (CHĐBM) cùng với các chất điện ly như NaCl hoặc Na2SO4 Hiện tượng tạo micelle xảy ra ở nồng độ thấp hơn, giúp tối ưu hóa hiệu quả giặt sạch.
Silicat natri, hay còn gọi là thủy tinh lỏng, có tác dụng ổn định bọt và ngăn cản bụi bẩn tái bám vào vải Trong bột giặt, nó giúp tăng độ bền của sản phẩm, ngăn chặn hiện tượng vón cục, đảm bảo bột giặt luôn tơi xốp và hiệu quả trong quá trình giặt.
Tầm quan trọng của CHĐB trong các sản phẩm tẩy rửa
Các muối peoxit có khả năng tẩy trắng và loại bỏ các vết bẩn màu trên vải như nước trà hay nước hoa quả Khi hòa tan trong nước, các nguyên tử oxy tách ra và phát huy tác dụng oxy hóa mạnh mẽ Trong số đó, Napeborat (NaBO2.H2O2.3H2O) là chất bột trắng chứa 10.38% oxy hoạt động, được sử dụng phổ biến nhất trong ngành công nghiệp.
Bentonit, hay còn gọi là xà phòng vô cơ, chủ yếu được cấu thành từ nhôm silicat với tỷ lệ 80-90% Khi tiếp xúc với nước, bentonit không tan mà trương nở thể tích lên đến 8 lần, chuyển hóa thành dạng gel Đặc tính nhũ hóa của nó giúp giữ lại các chất bẩn mà xà phòng và chất tẩy rửa đã loại bỏ, mặc dù một phần có thể bị hấp thụ vào vải.
Các muối phosphat: Natripoliphotphat Na 5 P 3 O 10 tăng tính kiềm, giảm độ cứng của nước do tạo phức với các ion Ca 2+ , Mg 2+
Carbonat natri: Tạo và di trì môi trường kiềm, thủy phân các chất bẩn có nguồn gốc dầu mỡ, mồ hôi
Sản xuất chất tẩy rửa
SẢN XUẤT CHẤT TẨY RỬA
Sản xuất xà phòng
Hình 5.1 Sơ đồ quá trình sản xuất xà phòng
Nguyên liệu tốt nhất để sản xuất xà phòng là các axit béo bão hòa có gốc hidrocarbon từ C12 đến C18 Mạch carbon dài hơn 18 nguyên tử có khả năng tẩy rửa tốt nhưng độ tan kém ở nhiệt độ thường, trong khi mạch carbon ngắn hơn 12 nguyên tử có khả năng tẩy rửa và tạo bọt kém Mạch carbon có 14 nguyên tử carbon được coi là tối ưu cho khả năng tẩy rửa.
Trong giai đoạn tẩy màu, có thể sử dụng phương pháp sấy chân không ở
Để loại bỏ hoàn toàn nước trong dầu mỡ, có thể áp dụng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước ở nhiệt độ 90 độ C hoặc sử dụng các chất hấp phụ như than hoạt tính và bentonit hoạt hóa bằng axit.
Trong quá trình xà phòng hóa, dung dịch kiềm NaOH hoặc KOH thường được sử dụng Cụ thể, NaOH được dùng để sản xuất xà phòng cứng, trong khi KOH được sử dụng cho xà phòng mềm Mặc dù dung dịch Na2CO3 không tham gia vào quá trình xà phòng hóa, nhưng nó lại có vai trò quan trọng trong việc trung hòa axit béo dư thừa trong sản xuất xà phòng.
Sản xuất chất tẩy rửa
Phản ứng xà phòng hóa:
Hình 5.2 Phương trình phản ứng xà phòng hóa
Giai đoạn rửa bằng nước muối:
Việc rửa bằng nước muối nhằm tăng tỉ trọng của pha lỏng từ đó đẩy xà phòng nổi lên trên
Ngoài ra việc làm này còn để tận thu xà phòng Để thấy rõ điều này ta xét phản ứng thủy phân xà phòng :
Phản ứng giữa các thành phần trong quá trình tạo xà phòng là phản ứng thuận nghịch, trong đó xà phòng được biểu thị bằng công thức RCOONa Khi thêm muối ăn vào hỗn hợp, nồng độ ion Na+ tăng lên, dẫn đến sự dịch chuyển của phản ứng theo hướng tạo ra xà phòng, từ đó giúp tối đa hóa lượng xà phòng thu được.
Trong giai đoạn hoàn tất, xà phòng sau khi sấy được trộn với chất màu, hương liệu và phụ gia trong máy trộn trục vít Sau đó, xà phòng được đưa qua trục cán và máy đùn, nơi có bộ phận hút chân không để loại bỏ bọt khí, nhằm làm đồng nhất sản phẩm Xà phòng được đùn thành thanh dài liên tục, sau đó được cắt thành từng bánh nhỏ theo chiều dài xác định và dập khuôn định hình Lượng xà phòng dư trong quá trình dập khuôn sẽ được thu hồi và đưa trở lại máy đùn.
Glycerin là một thành phần quý được thu hồi để sử dụng cho các mục đích khác Để thu hồi glycerin, dung dịch có nồng độ dưới 8% sẽ được đưa vào thiết bị chưng cất chân không.
Sản xuất chất tẩy rửa
Sản xuất bột giặt
Hình 5.3 Sơ đồ phương thức sản xuất bột giặt
Việc sản xuất những bột giặt truyền thống đƣợc chia làm ba giai đoạn chính:
Tạo một hỗn hợp lỏng - đặc (kem nhão) với các nguyên liệu chịu đƣợc nhiệt độ cao, sau đó đƣợc phun thành bột:
Hỗn hợp có đƣợc bằng cách trộn những nguyên liệu nhƣ phosphat, zeolit, carbonat natri, sulfat natri, chất hoạt động bề mặt, polyme, chất tẩy quang học
Để đảm bảo chất lượng sản phẩm, cần thực hiện một số cẩn trọng trong quá trình sản xuất Các axit béo cần được trung hòa riêng trong một máy trộn độc lập trước khi kết hợp vào hỗn hợp kem nhão Hỗn hợp này sau đó được khuấy trộn mạnh để đạt được sự đồng đều Cuối cùng, hỗn hợp được chuyển vào máy trộn thứ hai, nơi thời gian lưu được kiểm soát để đảm bảo hydrat hóa các muối vô cơ.
Hỗn hợp sau đó được bơm áp suất cao lên vòi phun có đường kính nhất định trên nóc tháp và rơi trong một luồng không khí nóng (khoảng 300 0 C)
Sản xuất chất tẩy rửa
Sau đó ta thu đƣợc bột căn bản Bột căn bản này đƣợc để nguội từ từ sau khi đã đƣợc chuyển ra ngoài khí trời
Ta có đƣợc bột căn bản, sau khi để nguội ta thêm vào những thành phần nhạy cảm hơn:
Các thành phần nhạy cảm (enzym, perborat, TAED, dầu thơm) cần đƣợc thêm vào ở nhiệt độ dưới 35 0 C để tránh sự phân huỷ nhiệt
Trong giai đoạn này, việc nhấn mạnh các thao tác khi thêm enzym là rất quan trọng Chúng ta cần áp dụng các biện pháp an toàn để bảo vệ sức khỏe của công nhân, đảm bảo quy trình làm việc diễn ra hiệu quả và an toàn.
Sau đó bột hoàn chỉnh đƣợc đóng gói.
Sản xuất chất tẩy rửa dạng lỏng
Hình 5.4 Sơ đồ bào chế sản phẩm lỏng
Hầu hết các chất tẩy rửa dạng lỏng được chế tạo thông qua các bồn trộn với nhiều loại máy trộn khác nhau Sơ đồ sản xuất sản phẩm tẩy rửa dạng lỏng không liên tục được minh họa trong Hình 4.
Quá trình sản xuất có một số yếu tố ảnh hưởng đến tính ổn định của sản phẩm:
Sản xuất chất tẩy rửa
Thứ tự các nguyên liệu đƣa vào
Đầu tiên, nước được đưa vào máy trộn chính và khuấy đều Trong các bồn phụ, nếu cần, xà phòng và dung dịch CMC Na được chế biến Sau đó, các chất như silicat natri, CMC Na, LAS Na, oleat kali và chất tẩy quang học được cho vào bình khuấy trộn chính với tốc độ vừa phải Hỗn hợp này sau đó được đun nóng đến khoảng 60-70 độ C Khi đạt nhiệt độ yêu cầu, quá trình đun dừng lại và một lượng TPP xác định được thêm vào, tiếp tục khuấy cho đến khi hỗn hợp đồng nhất Cuối cùng, các CHĐBM không ion được thêm vào và hỗn hợp được làm nguội xuống khoảng 30-35 độ C, sau đó bổ sung nước thiếu, chất tạo màu, chất tạo mùi và các enzym.
