LINEAR ALKYLBENZENE SULFONATE (LAS) và ỨNG DỤNG TRONG CHẤT tẩy rửa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TPHCM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HỐ HỌC & THỰC PHẨM.
HỐ HỌC VÀ KỸ THUẬT CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT

Báo cáo chủ đề

LINEAR ALKYLBENZENE
SULFONATE (LAS) VÀ ỨNG DỤNG
TRONG CHẤT TẨY RỬA.
GVHD: TS. PHAN NGUYỄN QUỲNH ANH
SVTH: PHẠM THỊ BÍCH THUỲ
MSVV: 18139192.
LỚP: DH18HS.

TP Hồ Chí Minh ngày 19, tháng 1, năm 2021.


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................................... v
DANH MỤC BẢNG .......................................................................................................... vi
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................... vii
CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT [1] ............................................................................. 8

I.

1.1. Các khái niệm cơ bản: ............................................................................................ 8
1.2. Các phương pháp xác định sức căng bề mặt: ......................................................... 8
1.3. Chất hoạt động bề mặt: .......................................................................................... 8
1.4. Phân loại chất hoạt động bề mặt: ......................................................................... 10
1.4.1.

Phân loại theo bản chất nhóm háo nước. ................................................... 10

1.4.2.

Phân loại theo bảnh chất nhóm kỵ nước. ................................................... 11

1.4.3.

Phân loại theo bản chất liên kết giữa nhóm háo nước và kỵ nước: ........... 11

1.5. Sự hình thành Micelle: ......................................................................................... 11
1.6. Nồng độ micelle tới hạn – Điểm kraft – Điểm đục – HLB: ................................ 13
1.6.1.

Nồng độ micelle tới hạn (crictical micelle concentration: CMC): ............ 13

1.6.2.

Điểm Kraft: ................................................................................................ 14

1.6.3.

Điểm đục: ................................................................................................... 14

1.6.4.

HLB (Hydrophile-Lipophile Balance):...................................................... 14

1.7. Cơ chế tẩy rửa của chất hoạt động bề mặt: .......................................................... 15

II.

GIỚI THIỆU VỀ LINEAR ALKYLBENZENE SULFONATE: ............................. 16
2.1. Sự ra đời của LAS [9] ............................................................................................ 16
2.2. Giới thiệu chung về LAS [8] ................................................................................. 16
2.3. Tiêu chuẩn đánh giá LAS [2] ................................................................................ 17

III.

2.3.1.

Yêu cầu kĩ thuật: ........................................................................................ 17

2.3.2.

Phương pháp thử: ....................................................................................... 18

2.3.3.

Bao gói, ghi nhãn, vận chuyển và bảo quản sản phẩm .............................. 18

ĐẶC TÍNH CỦA LAS: ........................................................................................... 18

3.1. Số CAS và thông tin của LAS [3] ......................................................................... 18
3.2. Cấu trúc và thành phần hóa học: .......................................................................... 19
IV. LINEAR ALKYLBENZENE (LAB) AND LINEAR ALKYLBENZENE
SULFONIC ACID (LAS) .................................................................................................. 20
ii

4.1. Mối liên hệ giữa LAB và LAS [5] ......................................................................... 21
4.2. Sulfo hố LAB trong q trình “Falling Film” – Cơ chế phản ứng và động học [9]
22
QUY TRÌNH SẢN XUẤT LINEAR ALKYLBENZENE SULFONATE (LAS) [1] 25

V.

5.1. Nguyên liệu tổng hợp:.......................................................................................... 25
5.2. Cơ sở lý thuyết của quá trình tổng hợp: ............................................................... 26
5.3. Cơng nghệ q trình tổng hợp: ............................................................................ 28
VI.

ỨNG DỤNG CỦA LAS: ........................................................................................ 29

6.1. Ứng dụng thực tế của LAS [1] .............................................................................. 29
6.2. Ứng dụng của LAS trong chất tẩy rửa [7] ............................................................. 30
6.2.1.

Đặc tính của LABSA: ................................................................................ 31

6.2.2.

Tỷ suất lượng chất hoạt động cần dùng: .................................................... 32

6.2.3.

Khả năng thay thế chất hoạt động bề mặt: ................................................. 32

VII. SẢN XUẤT BỘT GIẶT THEO PHƯƠNG PHÁP SẤY PHUN: .......................... 32
7.1. Phân loại bột giặt [6] ............................................................................................. 32

7.1.1.

Bột giặt truyền thống: ................................................................................ 32

7.1.2.

Bột giặt đậm đặc: ....................................................................................... 34

7.2. Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất bột giặt theo phương pháp sấy phun [4] ...... 36

VIII.

7.2.1.

LABSA (Linear Alkyl Benzene Sulphonic Acid): .................................... 36

7.2.2.

Khuấy tẩy: .................................................................................................. 37

7.2.3.

Trung hoà: .................................................................................................. 38

7.2.4.

Khuấy trộn: ................................................................................................ 38

7.2.5.

Nghiền và lọc: ............................................................................................ 39

7.2.6.

Sấy phun: ................................................................................................... 39

7.2.7.

Phân loại hạt: ............................................................................................. 40

7.2.8.

Trộn bổ sung và phun sương: .................................................................... 40

7.2.9.

Đóng gói: ................................................................................................... 40

SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM TẨY RỬA DẠNG LỎNG CÓ CHỨA LAS: .. 41

8.1. Nước giặt cấu trúc dạng lỏng [4] ........................................................................... 41
8.2. Sản phẩm tẩy rửa đậm đặc dạng lỏng: ................................................................. 43
8.3. Nước rửa chén: ..................................................................................................... 44
iii


TỔNG KẾT ....................................................................................................................... 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 47

iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình I.1: Phân tử chất hoạt động bề mặt gồm đầu ưa nước và đuôi kỵ nước. .................... 9
Hình I.2: Sự phụ thuộc của sức căng bề mặt theo nồng độ (đẳng nhiệt)............................. 9
Hình I.3: Minh hoạ cấu trúc của các chất hoạt động bề mặt Anion, Cation, Nonion và
Lưỡng tính. ........................................................................................................................ 10
Hình I.4: Sự hình thành cấu trúc micelle của chất hoạt động bề mặt. ............................... 12
Hình I.5: Các dạng micelle trong mơi trường khác nhau: mơi trường dầu trong nước
(micelle hình trên) và mơi trường nước trong dầu (micelle hình dưới) ............................ 13
Hình I.6: Sự thay đổi đột ngột tính chất vật lý của dung dịch chất hoạt động bề mặt khi tại
CMC. ................................................................................................................................. 13
Hình II.1: Cấu trúc hóa học chung của Linear Alkylbenzene Sulfonate (LAS). .............. 17
Hình IV.1: Cấu trúc phân tử của Linear Alkylbenzene và Linear Axit alkylbenzen
sulfonic .............................................................................................................................. 21
Hình IV.2: Sulfo hố LAB để sản xuất LABSA. .............................................................. 23
Hình IV.3: Con đường phản ứng sơ cấp - Phản ứng LAB với SO3. ................................. 23
Hình IV.4: Con đường phản ứng chính - Axit pyrosulfuric đóng vai trị là chất sunfonat
hóa. .................................................................................................................................... 24
Hình IV.5: Sản phẩm của phản ứng sulfo hóa LAB.......................................................... 25
Hình V.1: Alkyl hoá những n-parafin clo hoá với xúc tác là AlCl3 .................................. 26
Hình V.2: Alkyl hố olefin mạch thẳng với xúc tác là AlCl3............................................ 26
Hình V.3: Sơ đồ quy trình cơng nghệ tổng hợp Alkyl benzene sulfonate. ....................... 29
Hình VII.1: Sơ đồ khối quá trình sản xuất bột giặt theo phương pháp sấy phun. ............. 37
Hình VII.2: Sơ đồ cơng nghệ quá trình sản xuất bột giặt theo phương pháp sấy phun. ... 38

v


DANH MỤC BẢNG

Bảng I.1: Ước tính HLB dựa trên mức độ phân tá của chất hoạt động bề mặt trong nước.
........................................................................................................................................... 15
Bảng II.1: Các chỉ tiêu cảm quan. ..................................................................................... 17
Bảng II.2: Các chỉ tiêu hoá lý. ........................................................................................... 18
Bảng III.1: Số CAS và EINECS của LAS tại thị trường Châu Âu. .................................. 19
Bảng III.2: Dữ liệu hóa lý của C11.6 LAS thương mại (IUCLID, 1994; SIDS, 2005) .... 20
Bảng IV.1: Các thành phần điển hình của bột giặt nặng-bột giặt thơng thường ............... 22
Bảng VI.1: Tính chất vật lý của LABSA .......................................................................... 31
Bảng VI.2: Tính chất vật lý của LAS ................................................................................ 32
Bảng VII.1: Công thức tạo bột giặt bọt. ............................................................................ 33
Bảng VII.2: Cơng thức tạo bột giặt khơng có bọt. ............................................................ 34
Bảng VII.3: Công thức bột giặt đậm đặc. .......................................................................... 36
Bảng VIII.1: Công thức bột giặt bằng tay. ........................................................................ 42
Bảng VIII.2: Công thức bột giặt máy. ............................................................................... 43
Bảng VIII.3: Công thức bột giặt máy khơng có phosphate. .............................................. 43
Bảng VIII.4: Cơng thức mẫu của nước giặt đậm đặc với polime giảm ngưng kết. .......... 44
Bảng VIII.5: Tính chất của LAS dùng trong công thức nước rửa chén bằng tay. ............ 45
Bảng VIII.6: Cơng thức nước rửa chén có sử dụng nước chanh át mùi tanh cá. .............. 45

vi


LỜI MỞ ĐẦU
Từ rất lâu về trước, chất tẩy rửa đã hiện diện trong đời sống chúng ta với một vị trí vơ
cùng quan trọng. Xã hội ngày càng hiện đại thì đời sống con người ngày càng được nâng
cao, kéo theo đó là khoa học kĩ thuật ngày càng phát triển. Chất tẩy rửa cũng được phát
triển đa dạng hơn, phù hợp với nhu cầu người tiêu dùng. Những chất tẩy rửa dường như
rất quen thuộc trong cuộc sống chúng ta như kem đánh răng, xà bông giặt đồ, xà bông rửa
chén… Tất cả những điều này đã làm hình thành nên nền cơng nghiệp chất tẩy rửa đa dạng
như hiện nay.

Bài tiểu luận này, em xin tổng hợp những tài liệu liên quan tới chất tẩy rửa, đặc biệt là
Linear Alkylbenzene Sulfonate và ứng dụng của nó trong chất tẩy rửa. Qua đó chúng ta có
một cái nhìn tổng quát hơn về chất tẩy rửa. Tiểu luận này được tổng hợp từ những tài liệu
khác nhau, em mong rằng qua bài này sẽ đem đến cho cô và các bạn những thơng tin hữu
ích cho mơn học này cũng như cho những bạn có ý định phát triển bản thân theo hướng về
các sản phẩm tẩy rửa.
Em xin gửi đến cô Quỳnh Anh lời cảm ơn sâu sắc nhất vì đã cho em có cơ hội tìm hiểu
sâu hơn về lĩnh vực chất tẩy rửa cũng như là các chất hoạt động bề mặt. Bài tiểu luận này
có thể sẽ có nhiều thiếu sót nên mong cơ có thể bỏ qua.
Em chân thành cảm ơn.
Phạm Thị Bích Thuỳ

vii


LINEAR ALKYLBENZENE SULFONATE

I.

CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT [1]
1.1. Các khái niệm cơ bản:

Các quá trình dị thể bất kỳ (như hình thành hay phân huỷ các chất rắn, hồ tan các chất
rắn lỏng khí, bay hơi, thăng hoa, tạo nhũ tương, bọt…) đều là những quá trình xảy ra trên
bề mặt phân chia pha. Trạng thái các chất ở bề mặt phân chia pha rất khác với vật chất
trong lòng các pha vì có sự khác biệt về tương tác giữa các phân tử với nhau. Sự khác biệt
đó làm sản sinh các hiện tượng đjăc biệt trên bề mặt phân chia pha.
Việc nghiên cứu hiện tượng có sức lơi cuốn lớn vì nó có tầm quan trọng lý thuyết và
thực tế. Nghiên cứu các hiện tượng bề mặt có thể đánh giá được năng lượng và hiểu rõ
được bản chất tương tác phân tử. Ý nghĩa thực tế của các hiện tượng bề mặt là ở chỗ, vật

chất có bề mặt lớn rất phổ biến trong tự nhiên và được ứng dụng rộng rãi trong kĩ thuật. Vì
vậy việc tìm hiểu về sức căng bề mặt có vai trị rất quan trọng.

1.2. Các phương pháp xác định sức căng bề mặt:
 Xác định sự biến đổi của mực chất lỏng trong mao quản
 Cân giọt chất lỏng.
 Phương pháp Ledomte du Nouy.
 Bản phẳng L. Wilhelmy.
 Áp suất cực đại của bọt khí.
 Xác định hình dạng bọt khí.

1.3. Chất hoạt động bề mặt:
Chất có khả năng làm giảm sức căng bề mặt của dung mơi chứa nó. Các chất này có
khả năng hấp thụ lên lớp bề mặt, có độ tan tương đối nhỏ, nếu khơng chúng có xu hướng
rời khỏi bề mặt vào trong lòng chất lỏng.
Các chất hoạt động bề mặt trong nước đa số là các chất hữu cơ như các acid béo, muối
của sulfonate, sulfate, rượu, alkyl sulfate… các phân tử hoạt động bề mặt gồm 2 phần:
 Phần phân cực: (ái nước, ưa nước, háo nước) thường chứa các nhóm cacboxylate,
sulfonate, sulfate, amine bậc bốn… Nhóm này làm cho phân tử hoạt động bề mặt
có ái lực lớn đối với nước và bị kéo vào lớp nước.
 Phân không phân cực (kỵ nước, ghét nước hay ái dầu, háo dầu, ưa dầu) là các gốc
hydrocacbon không phân cực kỵ nước, không tan trong nước, tan trong dung môi
hữu cơ không phân cực nên bị đẩy đến pha không phân cực.
8


LINEAR ALKYLBENZENE SULFONATE

Hình I.1: Phân tử chất hoạt động bề mặt gồm đầu ưa nước và đi kỵ nước.
Có thể nhận thấy khi tăng nồng độ chất hoạt động bề mặt, lúc đầu sức căng bề mặt giảm

mạnh. Do lúc đầu một lượng nhỏ chất hoạt động bề mặt có trong dung dịch hầu như di
chuyển đến bề mặt, do thể tích của lớp bề mặt nhỏ hơn rất nhiều so với thể tích của pha
lỏng, nên chỉ có một lượng nhỏ chất hoạt động bề mặt cũng làm thay đổi rất lớn sức căng
bề mặt. Tiếp theo nồng độ trung bình của chất hoạt động bề mặt, sức căng bề mặt tiếp tục
giảm nhưng chậm hơn do phần lớn bề mặt đã bị chiếm chỗ. Ở nồng độ lớn sức căng bề mặt
ít phụ thuộc vào nồng độ.

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 không chỉ phụ thuộc vào bản chất của nó mà
cịn phụ thuộc vào mơi trường chứa nó (dung mơi). Nếu dung mơi có sức căng bề
mặt cao thid chất đã cho có thể biểu hiện tính hoạt động bề mặt cao.
 Sức căng bề mặt của chất lỏng nguyên chất gần như giảm đều đặn khi nhiệt độ tăng
còn dung dịch chứa chất hoạt động bề mặt có thể là một đường biểu diễn có cực đại.
Điểm cực đại được giải thích là một trong khoảng nhiệt độ nhất định, xảy ra sự giải
hấp phụ các chất hoạt động bề mặt trên bề mặt lỏng – khí, dần dần gia tăng sức căng
bề mặt trong khoảng đó.
9


LINEAR ALKYLBENZENE SULFONATE
1.4. Phân loại chất hoạt động bề mặt:
Các chất hoạt động bề mặt có thể được phân loại theo cấu trúc hố học, theo tính chất
vật lý (độ tan trong nước hoặc dung mơi), theo ứng dụng hố học.
Phân loại theo cấu trúc hố học có thể phân theo:
1.4.1. Phân loại theo bản chất nhóm háo nước.
Phân loại theo nhóm háo nước thì các chất hoạt động bề mặt được chia thành các nhóm
như sau: các chất hoạt động bề mặt anion, cation, lưỡng tính và khơng ion.

Hình I.3: Minh hoạ cấu trúc của các chất hoạt động bề mặt Anion, Cation, Nonion và

Lưỡng tính.
1.4.1.1.

Chất hoạt động bề mặt anion:

Là các chất hoà tan trong nước phân ly thành ion hoạt động bề mặt điện tích âm. Được
ứng dụng phổ biến trong các sản phẩm tẩy rửa (ví dụ như xà bơng…) Bao gồm các nhóm
chính: Acid cacboncylic, Ester sulfuric, Alkan sulfonic acid, Alkyl aromatic sulfonic
acid… có thể ví dụ như: Sulfate rượu bậc một, Parafin sulfonate, Linear Alkylbenzene
Sulfonate…
1.4.1.2.

Chất hoạt động bề mặt cation:

Là các chất hoà tan trong nước phân ly thành ion hoạt động bề mặt điện tích dương.
Được ứng dụng rỗng rãi trong các chất có tác dụng bám bề mặt như nước xả vải. Một vài
ví dụ về chất hoạt động bề mặt Cation là: một dãy alkyl, Dialkyl ester thế bốn lần của
methosulfate triethanolamine, Imidazolin bậc bốn…
1.4.1.3.

Chất hoạt động bề mặt không ion (nonionic):
10


LINEAR ALKYLBENZENE SULFONATE
Là các chất khi phân li trong nước không tạo ra ion, và đặc biệt là không bị ảnh hưởng
bởi chất điện li có trong nước. Cấu tạo gồm phần kỵ nước (alkyl phenol, alcol, acid béo,
amide…) và phần ái nước (ethylene oxide, propylene oxide, glycerin orbitol…). Một vài
chất tiêu biểu cho chất hoạt động bề mặt Nonionic: các rượu béo ethoxy hoá, Copolymer
oxide ethylene (OE) và oxide propylene (OP), Alkyl monoethanol amide, Alkyl diethanol

amide…
1.4.1.4.

Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính:

Là chất có chứa cả nhóm acid và base trong phần ái nước. Chia làm 2 loại chính là
HĐBM lưỡng tính carboxylic, HĐBM lưỡng tính sulfate/ sulfonate. Một vài chất đặc trưng
cho nhóm này là Alkyl amidopropyl betain, Alkyl amidopropyl sulfobetain, Betain ethoxy
hoá…






1.4.2. Phân loại theo bảnh chất nhóm kỵ nước.
Gốc alkyl mạch thẳng, C8-C18.
Gốc alkyl mạch ngắn C3-C12 gắn vào nhân thơm.
Olefin nhán C8-C20
Hydrocacbon từ dầu mỏ.
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:
Gồm 2 loại:
 Nhóm háo nước liên kết trực tiếp nhóm kỵ nước: RCOONa, ROSO3Na…
 Nhóm háo nước liên kết nhóm kỵ nước thơng qua liên kết trung gian: liên kết ester,
liên kết aminde, liên kết ether.

1.5. Sự hình thành Micelle:
Khi nồng độ chất hoạt động bề mặt tăng lên một giá trị nào đó, từ các phân tử hoà tan

riêng biệt, một số lớn các micelle bắt đầu hình thành trong hệ. Các micelle này là các hình
cầu trong đó các phân tử chất hoạt động về mặt liên kết với nhau bằng đầu hydrocacnon và
hướng nhóm phân tự ra dung dịch nước.

11


LINEAR ALKYLBENZENE SULFONATE

Hình I.4: Sự hình thành cấu trúc micelle của chất hoạt động bề mặt.
Số phân tử xà phòng trong một tập hợp như vậy khoảng 50, đường kính hình cầu khoảng
gấp đơi chiều dài phân tử xà phịng tạo nên nó. Người ta giải thích sự hình thành micelle
như sau:
 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 nước sẽ đẩy mạnh hydrocacbon kỵ
nước ra khỏi dung dịch và do đó làm cho chúng phải liên kết với nhau.
Ở các nồng độ cao hơn, các micelle có kích thước tăng lên và các gốc hydrocacbon mỗi
lúc mỗi thêm song song với nhau hình thành các micelle tấm hay dạng khác. Cần lưu ý
rằng các micelle có thể được tạo thành khơng chỉ trong các dung nước mà còn ở dung dịch
xà phòng trong dung mơi. Khi đó các phân tử trong xà phịng micelle sẽ hướng các nhóm
phân cực vào phía trong micelle cịn phần kỵ nước sẽ hướng ra ngoài. Lúc này xà phịng
khơng điện ly, dung dịch xà phịng là dung dịch phân tử chứ không phải là dung dịch của
các ion.

12


LINEAR ALKYLBENZENE SULFONATE

Hình I.5: Các dạng micelle trong mơi trường khác nhau: mơi trường dầu trong nước
(micelle hình trên) và mơi trường nước trong dầu (micelle hình dưới)

1.6. 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 lên đến một giá trị nào đó, từ các phân tử riêng
lẽ sẽ có sự hình thành các micelle. Nồng độ dung dịch chất hoạt động bề mặt mà ở đó có
sự hình thành micelle trở nên đáng kể gọi là nồng độ micelle tới hạn. Khi nồng độ dung
dịch chất hoạt động bề mặt đạt đến giá trị CMC, sẽ có sự that đổi rõ rệt tính chất vật lý của
dung dịch như sự thay đổi độ đục, độ dẫn điện, sữ căng bề mặt, áp suất thẩm thấu… Dựa
vào sự thay đổi tính chất vật lý đột ngột như vậy người ta xác định được CMC:

Hình I.6: Sự thay đổi đột ngột tính chất vật lý của dung dịch chất hoạt động bề mặt khi
tại CMC.
13


LINEAR ALKYLBENZENE SULFONATE
1.6.2. Điểm Kraft:
Các chất hoạt động bề mặt anion có một đặc điểm là khả năng hồ tan của chúng tưang
theo nhiệt độ. Điểm Kraft là nhiệt độ tại đó chất hoạt động bề mặt có độ hồ tan bằng CMC.
Khi đạt đến nhiệt độ này một lượng lớn chất hoạt động về mặt sẽ được phân tán trong dung
dịch dưới dạng micelle. Như vậy ở nhiệt độ thấp hơi điểm Kraft, độ tan của chất hoạt động
bề mặt anion khơng đủ lớn để hình thành micelle. Khi nhiệt độ tăng, độ tan tăng, khi đạt
đến nhiệt độ Kraft, micelle hình thành. Đối với chất hoạt động bề mặt anion, khi chiều dài
mạch C tăng, điểm Kraft cũng tăng.
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 khơng ion khơng thể
hồ 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.
1.6.4. HLB (Hydrophile-Lipophile Balance):
Các tính chất của các chất hoạt động bề mặt liên quan đến mối tương quan giữa phần
ái nước và phần kỵ nước. Nếu phần ái nước tác dụng mạnh hơn phần kỵ nước thì chất hoạt
động bề mặt dễ dàng hoà tan trong nước hơn, ngược lại nếu phần kỵ nước tác dụng mạnh
hơn phần ái nước thì chất hoạt động bề mặt dễ tan hơn trong pha hữu cơ. Từ đó dựa vào
mối tương quan giữa phần kỵ nước và phần ái nước mà chất hoạt động bề mặt được sử
dụng vào các mục đích khác nhua. Mối tương quan giữa phần ái nước và phần kỵ nước
được đặc trưng bằng giá trị HLB.
HLB cho biết tỉ lệ giữa tính ái nước so với tính kỵ nước, được biểu thị bằng thang đo
có giá trị từ 1-40. Các chất hoạt động bề mặt có tính ái nước thấp thì HLB sẽ nhỏ, các chất
hoạt động bề mặt có tính ái dầu thấp thì HLB sẽ lớn. Sự gia tăng HLB tương ứng với sự
gia tăng của tính ái nước. Có thể ước lượng sơ bộ giá trị HLB dựa trên tính hồ tan trong
nước hay tính phân tán của chất hoạt động bề mặt trong nước. Ứng với độ phân tác khác
nhau thì giá trị HLB khác nhau.

14


LINEAR ALKYLBENZENE SULFONATE

Bảng I.1: Ước tính HLB dựa trên mức độ phân tá của chất hoạt động bề mặt trong nước.

1.7. Cơ chế tẩy rửa của chất hoạt động bề mặt:
Tẩy rửa nói chung (detergency) là một q trình làm sạch (cleaning). Chất tẩy rửa nói
chung (detergent) là bất cứ tác nhân nào có khả năng làm sạch. Tuy nhiên khái niệm tẩy
rửa ở đây chỉ là quá trình làm sạch bề mặt rắn (bao gồm cả vải sợi) trong một dung dịch

trong đó có các q trình hố lý xảy ra. Nếu bề mặt rắn bị dính các chất bẩn tan được trong
nước (như đường) thì chuyển các hạt bẩn vào dung dịch khơng có khó khan gì, chỉ cần tác
dụng của các lực cơ học như chà xát… hoặc tẩy rửa các vết bẩn dầu bằng dung môi hữu
cơ. Việc tẩy rửa này không xét ở đây.
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 (vết 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 hồ lẫn
với nhau.
Vết bẩn chất béo có thể do từ bã nhờn của con người tiếp xúc với các chất béo ở môi
trường (thức ăn, mỹ phẩm, dầu máy…). Các vết bẩn dạng hạt bao gồm oxit kim loại, đất
hay hợp chất carbon như lọ nồi…

15


LINEAR ALKYLBENZENE SULFONATE
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…

II.

GIỚI THIỆU VỀ LINEAR ALKYLBENZENE SULFONATE:
2.1. Sự ra đời của LAS [9]

Xà phòng là chất tẩy rửa đầu tiên xuất hiện trong nền văn minh loài người nhằm phục
vụ cho việc tắm gội, sau đó phát triển hơn để ứng dụng nhiều hơn vào đời sống. Cũng chính
vì lý do thiết yếu như thế mà xà phòng đã được nghiên cứu từ rất sớm. Vào cuối thế kỷ 18

Leblane khám phá ra rằng xút có thể được sản xuất từ Natri Clorua. Vài năm sau, Chvreul
đã thành cơng khi giải thích được phản ứng hóa học giữa chất kiềm và Triglyxerit.
Đây cũng là một cột mốc quan trọng trong quá trình phát triển xà phịng. Từ thời điểm
này, ngành cơng nghiệp sản xuất xà phòng dễ dàng tiếp cận với các doanh nghiệp, việc sản
xuất dễ dàng hơn góp phần làm cho sự tiếp cận của xà phòng đến mọi người ngày càng
phổ biến hơn. Vào thời đại này, nhiều xí nghiệp xuất hiện trong vùng Địa Trung Hải “xà
phòng Maroeille” nổi tiếng đã ra đời. Nhưng cho dù các lĩnh vực sử dụng xà phòng rộng
lớn nhưng chỉ ở giới hạn riêng lẻ. Khuyết điểm chính của nó là người ta làm xà phịng từ
các chất có mùi nồng.
Về sau các nhà khoa học hướng các cuộc nghiên cứu về những sản phẩm thay thế cịn
hữu hiệu hơn cả xà phịng, có được nhờ tổng hợp hóa chất. Fruitz Guinther của BASF đã
thành công khi sáng chế cất tẩy rửa tổng hợp đầu tiên bằng cách ankyl hóa rồi sunfua hóa
chất Naphtalen. Tuy nhiên chuổi phân tử alkyl naphtalen quá ngắn, không thể có đầy đủ
những đặc tính tẩy rửa. Nhà khoa học người Đức đã khám phá rằng este hóa chất axit béo
của dầu kèm theo việc sunfua hóa làm phát sinh một chất mang những đặc tính thấm ướt
tuyệt vời (chất Butyleste Sunfonat) nhưng hiệu quả giặt tẩy còn quá kém.
Vào năm 1946, người ta vượt qua một gia đoạn quan trọng khác khi hịan chỉnh một
ngun liệu mới khơng đắt lắm và cũng không tác hại. Chất Alkylbenzen Sulfonat (hay
ABS) có thể thay thế hữu hiệu xà phịng và các bột giặt gốc dùng trong các công việc tẩy
giặt trong gia đình. Với tính chất ít cảm ứng với chất vôi, phối hợp với hiệu quả tuyệt hảo
và giá cả hợp lý, ABS trở thành chất hoạt động bề mặt “nổi tiếng” nhất sau xà phịng.
Trong những năm sau đó, người ta đã khám phá những phân tử khác, đặc biệt là các
chất như các rượu béo etoxy hoá, trong đó chất noylphenol etoxy hố đóng vai trị chất dẫn
đầu. Tuy nhiên ABS vẫn còn là chất hoạt động bề mặt được sử dụng nhất. Người ta tìm ra
giải pháp bằng cách thay thế chất Tetrapropylen bằng các mạch thẳng – LAS (Linear
Alkylbenzen Sulphonate) thay thế nó.
2.2. Giới thiệu chung về LAS [8]
16

LINEAR ALKYLBENZENE SULFONATE
Linear Alkylbenzene Sulfonate (LAS) là các chất hoạt động bề mặt anion tổng hợp
được giới thiệu vào những năm 1960 như một chất thay thế dễ phân hủy sinh học hơn cho
các alkyl benzen sulfonat phân nhánh cao. LAS là các hợp chất không bay hơi được tạo ra
bằng cách alkyl hóa và sulfo hóa benzen. LAS là hỗn hợp của các chất tương đồng và đồng
phân vị trí phenyl, mỗi chất chứa một vịng thơm được sulfo hóa ở vị trí para và được gắn
vào chuỗi alkyl mạch thẳng ở bất kỳ vị trí nào ngoại trừ đầu cuối (Hình I.1). Sản phẩm này
thường được sử dụng trong chất tẩy rửa và các sản phẩm làm sạch ở dạng muối natri dùng
trong gia đình và cơng nghiệp. Các sản phẩm bán sẵn trên thị trường là những hỗn hợp rất
phức tạp chứa các chất tương đồng với các chuỗi alkyl khác nhau, từ 10 đến 13 đơn vị
cacbon (C10-C13) Nó tương ứng với sự thỏa hiệp giữa khả năng làm sạch, mặt khác và
khả năng phân hủy sinh học và độc tính, mặt khác. LAS đã được sử dụng rộng rãi trong
hơn 30 năm với mức tiêu thụ toàn cầu là 2 triệu tấn mỗi năm. Người ta nhận thấy rằng các
đồng đẳng LAS dài hơn có giá trị hệ số phân chia octanol / nước (Kow) cao hơn. Trên thực
tế, các tương đồng với chuỗi dài có khả năng hấp phụ chất rắn lớn hơn và khả năng khơng
hịa tan lớn hơn khi có mặt canxi hoặc magiê. Nói chung, sự giảm chiều dài chuỗi alkyl đi
kèm với sự giảm độc tính. Tiếp xúc qua da là nguồn tiếp xúc đầu tiên của con người với
LAS. Một lượng nhỏ LAS có thể được ăn vào nước uống, đồ dùng và thực phẩm.

Hình II.1: Cấu trúc hóa học chung của Linear Alkylbenzene Sulfonate (LAS).

2.3. Tiêu chuẩn đánh giá LAS [2]
2.3.1. Yêu cầu kĩ thuật:
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.

17

LINEAR ALKYLBENZENE SULFONATE

Bảng II.2: Các chỉ tiêu hoá lý.









2.3.2. Phương pháp thử:
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.
Chỉ số axit.
Xác định độ màu.

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 (nếu chứa bằng thùng nhựa):
Tên cơ sở sản xuất;
Tên sản phẩm LAS, hàm lượng;
Khối lượng tịnh, theo yêu cầu khách hàng;
Ký hiệu của tiêu chuẩn;
Số đăng ký;
o Ngày sản xuất.

 Vận chuyển: bằng phương tiện thông dụng.
 Bảo quản: ở nơi khơ mát.
o
o
o
o
o

III.

ĐẶC TÍNH CỦA LAS:
3.1. Số CAS và thông tin của LAS [3]

18


LINEAR ALKYLBENZENE SULFONATE

Bảng III.1: Số CAS và EINECS của LAS tại thị trường Châu Âu.
Đánh giá hiện tại tập trung vào mức LAS trong các sản phẩm tiêu dùng được sử dụng
trên thị trường Châu Âu và được tìm thấy trong các ngăn môi trường khác nhau. LAS được
đại diện bởi CAS số 68411-30-3 và EINECS số 270-115-0 cho đến nay được sử dụng nhiều
nhất trên thị trường Châu Âu (> 98%).

3.2. Cấu trúc và thành phần hóa học:
LAS trên thị trường Châu Âu là một hỗn hợp cụ thể và khá ổn định của các chất đồng
phân có liên quan chặt chẽ và chất tương đồng được tạo ra trong q trình sản xuất ngun
liệu thơ Linear Alkyl Benzen (LAB) - tiền chất LAS - mỗi loại chứa một vịng thơm được
sunfua hóa ở vị trí “para” và được gắn vào một chuỗi alkyl tuyến tính ở bất kỳ vị trí nào
ngoại trừ các cacbon đầu cuối (Schưnkaes, 1998; Cavalli và cộng sự,1999b; Valtorta và

cộng sự, 2000), như trong hình bên dưới:

Chuỗi alkyl mạch thẳng thường có 10 đến 13 đơn vị cacbon, xấp xỉ theo tỷ lệ số mol
sau C10: C11: C12: C13 = 13: 30: 33: 24, số cacbon trung bình gần 11,6 và hàm lượng
đồng phân nhiều nhất là 2-phenyl kỵ nước trong khoảng 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 này bao gồm hơn 20 thành phần riêng lẽ. Tỷ lệ của các chất đồng phân và đồng
phân khác nhau, đại diện cho các chuỗi alkyl khác nhau chiều dài và vị trí vịng thơm dọc
theo chuỗi alkyl thẳng, tương đối khơng đổi trên các ứng dụng gia đình khác nhau. Tỷ lệ
hằng số LAS này là duy nhất và không áp dụng cho tỷ lệ khác chất hoạt động bề mặt chính.
Do đó, đánh giá hiện tại đã thơng qua một cách tiếp cận loại, tức là, được coi là số phận và
ảnh hưởng của hỗn hợp LAS như đã mô tả ở trên chứ không phải của từng đồng phân và
tương đồng riêng biệt.
Độ tuyến tính của chuỗi alkyl là từ 93% đến 98% tùy thuộc vào các quy trình sản xuất
khác nhau của LAB, tiền thân của LAS (Cavalli và cộng sự, 1999b). Các mono-metyl được
thay thế alkylbenzen sulphonat (iso-LAS) (Nielsen và cộng sự, 1997) chiếm trung bình từ
19


LINEAR ALKYLBENZENE SULFONATE
2 đến 7% nguyên liệu thô. Các loại thay thế của iso-LAS đã được chứng minh là không
hạn chế sự phân hủy sinh học của chúng, điều này trong điều kiện mơi trường thực tế có
thể so sánh với điều kiện của LAS (Nielsen và cộng sự, 1997; Dunphy và cộng sự, 2000).
Các thành phần phi tuyến tính như DiAlkylTetralin Sulphonat (DATS) có thể hiện diện ở
mức 3-10% trong LAS có nguồn gốc từ q trình LAB có xúc tác AlCl3. Tuy nhiên, quá
trình này chỉ đạt dưới 5% vào năm 2005 (ECOSOL, 2005).

Bảng III.2: Dữ liệu hóa lý của C11.6 LAS thương mại (IUCLID, 1994; SIDS, 2005)

IV.

LINEAR ALKYLBENZENE (LAB) AND LINEAR
ALKYLBENZENE SULFONIC ACID (LAS)

Phương pháp chung để sản xuất chất hoạt động bề mặt anion là sulfonat hóa một
hydrocacbon béo bằng tác nhân sulfo hóa như SO3, để tạo ra một axit hữu cơ tương tự như
axit béo và sau đó trung hịa nó bằng một chất kiềm, thường là natri hoặc kali hydroxit.

20


LINEAR ALKYLBENZENE SULFONATE

Hình IV.1: Cấu trúc phân tử của Linear Alkylbenzene và Linear Axit alkylbenzen sulfonic
4.1. Mối liên hệ giữa LAB và LAS [5]
LAS là một chất hoạt động bề mặt anion được đặc trưng bởi một nhóm kỵ nước và một
nhóm ưa nước. Nó được sản xuất bằng cách sulfo hóa alkyl benzen mạch thẳng (LAB).
LAS thực sự là một hỗn hợp phức tạp của các chất đồng đẳng có độ dài chuỗi alkyl khác
nhau và các đồng phân vị trí phenyl của 2 đến 5-phenyl. Tỷ lệ đồng nhất được quy định
bởi các nguyên liệu ban đầu. Mỗi lớp tương đồng chứa một vịng thơm được sulfo hóa ở
vị trí “para” và được gắn với chuỗi alkyl mạch thẳng (C10 đến C13 hoặc C14) ở bất kỳ vị
trí nào, ngoại trừ đầu cuối một (1-phenyl).
Nguyên liệu ban đầu LAB được sản xuất bằng cách alkyl hóa benzen với n-parafin với
sự có mặt của hydro florua (HF) hoặc nhơm clorua (AlCl3) làm chất xúc tác. Tổng công
suất sản xuất LAB trên thế giới năm 2002 ước tính khoảng 2,5 triệu tấn, hầu như tất cả
LAB đều được chuyển thành LAS.
Về mặt định lượng, LAS là chất hoạt động bề mặt tổng hợp có khối lượng lớn nhất
được sản xuất, vì chi phí sản xuất tương đối thấp, hiệu suất tốt, thực tế là nó có thể được
sấy khơ thành bột ổn định và cũng vì tính thân thiện với mơi trường có thể phân hủy sinh
học. Hơn 80% LAS được sản xuất trên toàn thế giới được sử dụng trong sản xuất chất tẩy

rửa. Nó cũng có một số ứng dụng trong chế biến hàng dệt, như một chất làm ướt hoặc phân
tán. LAS có thể được sử dụng ở cả cơng thức có tính axit và kiềm cũng như ở dạng lỏng
và bột. Nó cũng tương thích với các chất hoạt động bề mặt khác.
Khả năng phân hủy sinh học của LAS và khả năng tương thích với các chất hoạt động
bề mặt khác khiến nó trở thành lựa chọn tốt nhất để sản xuất chất tẩy rửa. Nó có thể được
21


LINEAR ALKYLBENZENE SULFONATE
sử dụng với các chất hoạt động bề mặt không ion và cation khác để cải thiện khả năng làm
sạch của chất tẩy rửa. Ví dụ điển hình, các thành phần của bột giặt nặng được thể hiện trong
Bảng IV.1. Có thể thấy, chất hoạt động bề mặt anion và khơng ion có thể được sử dụng
cùng nhau để cải thiện tính chất tẩy rửa của chất tẩy rửa.

Bảng IV.1: Các thành phần điển hình của bột giặt nặng-bột giặt thơng thường
Trong cơng nghiệp, lị phản ứng màng rơi được sử dụng trong quy trình sản xuất LAS.
Quá trình sulfo hóa LAB bằng SO3 được thực hiện ở áp suất môi trường. Phản ứng không
đồng nhất với LAB trong pha lỏng và SO3 trong pha khí, thường là 5% trộn với khơng khí
khơ, và tỏa nhiệt. Phản ứng tỏa nhiệt vào khoảng -40 Kcal / mol, do đó làm lạnh đóng vai
trị quan trọng trong việc kiểm tra chất lượng sản phẩm.

4.2. Sulfo hố LAB trong q trình “Falling Film” – Cơ chế phản ứng và
động học [9]

22


LINEAR ALKYLBENZENE SULFONATE
Hình IV.2: Sulfo hố LAB để sản xuất LABSA.
Sulfonat hóa alkylbenzen mạch thẳng (LAB) được coi là bậc nhất đối với cả SO3 và

LAB. Giả thuyết được chấp nhận rộng rãi nhất cho con đường phản ứng được mơ tả trong
Hình IV.3 và IV.4. Người ta tin rằng q trình sulfo hóa bắt đầu bằng phản ứng của SO3
với alkylbenzen mạch thẳng để tạo ra một số axit alkylbenzen mạch thẳng (LAS) và axit
pyrosulfonic, một hợp chất trung gian, như thể hiện trong Hình IV.3. Khi các chất phản
ứng chảy xuống lò phản ứng, cơ chế phản ứng chính sẽ diễn ra. Trong bước này, axit
pyrosulfonic phản ứng với LAB, 1, để tạo ra đương lượng 2 mol LAS, 6, như thể hiện trong
Hình IV.4. Một trong những chất tương đương số mol này có thể được coi là thay thế một
chất đã tiêu thụ ở bước đầu tiên, và chất kia có thể được coi là góp phần làm tăng chuyển
đổi.

Hình IV.3: Con đường phản ứng sơ cấp - Phản ứng LAB với SO3.

23


LINEAR ALKYLBENZENE SULFONATE

Hình IV.4: Con đường phản ứng chính - Axit pyrosulfuric đóng vai trị là chất sunfonat
hóa.
Các phản ứng phụ nổi tiếng là sự hình thành sulfone (thường được coi là sản phẩm phụ
trơ), LAS anhydrit và axit sulfuric.
Một sản phẩm chất lượng tốt thường chứa; axit alkybenzene sulfonic, axit sulfuric và
dầu trung tính, với tỷ lệ phần trăm tương ứng là 97-98, 0,5 và 1,5-2,5%. Bất kỳ
dialkyltetralins nào có mặt cũng được sulfo hóa và trong sản phẩm cuối cùng sẽ hoạt động
như hydrotropes. Dầu trung tính chủ yếu bao gồm sản phẩm phụ là dialkylsulfone và
alkylbenzen chưa phản ứng. Cấu trúc hóa học của sản phẩm và sản phẩm phụ của phản ứng
được thể hiện trong Hình IV.5.

24

LINEAR ALKYLBENZENE SULFONATE

Hình IV.5: Sản phẩm của phản ứng sulfo hóa LAB.

V.

QUY TRÌNH SẢN XUẤT LINEAR ALKYLBENZENE
SULFONATE (LAS) [1]
5.1. Ngun liệu tổng hợp:

Để tổng hợp các Alkylbenzene Sulfonate nên sử dụng cá Alkylbenzene có gốc alkyl là
C10-C16 (C11-C14) mạch thẳng. Các Alkylbenzene thu được nhờ q trình alkyl hố
benzene bằng dẫn suất alkyl halogenua hay olefin:

25