SODIUM LAUROYL METHYL ISETHIONATE và ỨNG DỤNG TRONG LĨNH vực mỹ PHẨM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BÁO CÁO MƠN HĨA HỌC VÀ KỸ THUẬT CHẤT HOẠT ĐỘNG
BỀ MẶT

ĐỀ TÀI: ALKYL POLYGLYCOSIDE VÀ ỨNG DỤNG
TRONG LĨNH VỰC TẨY RỬA

GVHD: TS. PHAN NGUYỄN QUỲNH ANH
SVTH: NGUYỄN CHÍ THÀNH
MSSV: 18139176
LỚP: DH18HS

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2022


Alkyl Polyglycoside và ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa

MỤC LỤC
MỤC LỤC ........................................................................................................................ i
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................................. iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................. v
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................ vi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT................................... 1
Giới thiệu:[2]........................................................................................................... 1

I.

1. Sức căng bề mặt: ................................................................................................ 1

2. Các chất hoạt động bề mặt:[1] .............................................................................. 1
3. Các chất không hoạt động bề mặt: ...................................................................... 3
4. Chất không ảnh hưởng đến sức căng bề mặt:[2] ................................................... 3
II.

Phân loại chất hoạt động bề mặt:[3] ..................................................................... 3

1. Phân loại theo bản chất nhóm háo nước: ............................................................. 4
2. Phân loại theo bản chất nhóm kỵ nước: .............................................................. 6
3. Phân loại theo bản chất liên kết giữa nhóm háo nước và kỵ nước: ...................... 7
III.

Tính chất hóa lý của chất hoạt động bề mặt:[1] .................................................... 7

1. Độ hoạt động bề mặt:.......................................................................................... 7
2. Sự hình thành Micelle:........................................................................................ 7
3. Nồng độ Micelle tới hạn CMC (Critical Micelle Concentration) : ....................... 8
4. Điểm Kraft : ....................................................................................................... 9
5. Điểm đục : .......................................................................................................... 9
6. HLB ( Hydrophile-Lipophile Balance) : ............................................................. 9
IV.

Ứng dụng của các chất hoạt động bề mặt trong sản xuất và đời sống: ............... 10

1. Khai thác và chế biến dầu mỏ: .......................................................................... 10
2. Công nghiệp nhẹ như dệt, da, thực phẩm, nhuộm: ............................................ 10
3. Công nghiệp luyện thép và chế tạo máy: ........................................................... 11
4. Công nghiệp và kĩ thuật xây dựng: ................................................................... 11
5. Nông nghiệp: .................................................................................................... 11
i

Alkyl Polyglycoside và ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa

6. Công nghiệp thực phẩm: ................................................................................... 11
7. Công nghiệp dược phẩm: .................................................................................. 12
8. Sinh học: .......................................................................................................... 12
9. Cơng nghiệp hóa chất: ...................................................................................... 12
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ALKYL POLYGLYCOSIDE (APG) ......................... 13
I.

Giới thiệu: ........................................................................................................... 13
1. Alkyl Polyglycoside là gì:[4].............................................................................. 13
2. Cấu tạo: ............................................................................................................ 13

II.

Lịch sử nghiên cứu về Ankyl Polyglycoside (APG): ......................................... 14

III.

Tính chất của Ankyl Polyglycoside: ................................................................. 15

1. Tính chất vật lý:[9]............................................................................................. 15
2. Tính chất hóa học: ............................................................................................ 17
3. Tính chất sinh học: ........................................................................................... 18
4. Mức độ trùng hợp (DP):[6] ................................................................................ 19
IV.

Nguyên liệu sản xuất Ankyl Polyglycoside:[7] ................................................... 20

1. Rượu béo: ......................................................................................................... 20
2. Nguồn carbohydrate: ........................................................................................ 20
V. Quá trình Glycoside hóa: ..................................................................................... 21
VI.

Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình tổng hợp:[8] ............................................... 22

1. Tỷ lệ mol của glucose và rượu: ......................................................................... 22
2. Ảnh hưởng của chất xúc tác:............................................................................. 23
3. Ảnh hưởng của áp suất: .................................................................................... 24
4. Ảnh hưởng của nhiệt độ:................................................................................... 25
VII. Phương pháp tổng hợp để sản xuất Ankyl Polyglycoside:[9] .............................. 26
1. Phương pháp tổng hợp gián tiếp: ...................................................................... 26
2. Phương pháp tổng hợp trực tiếp: ....................................................................... 28
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA ALKYL POLYGLYCOSIDE TRONG LĨNH VỰC
TẨY RỬA ..................................................................................................................... 29
I.

Ứng dụng tổng quát: ............................................................................................ 29
ii


Alkyl Polyglycoside và ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa

II.

Ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa:[8] ................................................................... 29

1. Chất tẩy rửa bằng tay: ....................................................................................... 29

2. Alkyl Polyglycoside trong bột giặt: .................................................................. 29
3. Chất tẩy rửa đa năng: ........................................................................................ 34
4. Chất tẩy rửa vệ sinh dạng lỏng:......................................................................... 36
5. Chất tẩy rửa bảo vệ sàn:.................................................................................... 37
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN ............................................................................................. 39
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 40

iii


Alkyl Polyglycoside và ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1: Sơ đồ biểu diễn chất hoạt động bề mặt ............................................................ 2
Hình 1. 2 Sự phụ thuộc của sức căng bề mặt theo nồng độ ( đẳng nhiệt) .......................... 3
Hình 1. 3: Các hạt Micelle ............................................................................................... 8
Hình 1. 4: Sự thay đổi đột ngột tính chất vật lý của dung dịch chất hoạt động bề mặt khi
tại điểm CMC .................................................................................................................. 8

Hình 2. 1: Cấu trúc hóa học của APG ........................................................................... 13
Hình 2. 2: Các dạng đồng phân của Alkylmonoglucoside .............................................. 14
Hình 2. 3: Độ nhớt của các chất hoạt động bề mặt theo nhiệt độ .................................... 16
Hình 2. 4: Độ tạo bọt của các chất hoạt động bề mặt ở 25ºC .......................................... 17
Hình 2. 5: Độ phân giải sinh học của các APG với kiểm tra Clossed Bottle ................... 18
Hình 2. 6: Độ phân giải sinh học của các APG với kiểm tra Screening .......................... 19
Hình 2. 7: Sự phân bố điển hình của các oligomer dodecyl glycoside trong hỗn hợp DP =
1,3(R = dodecyl) ............................................................................................................ 20
Hình 2. 8: Nguồn carbohydrate để tổng hợp alkyl polyglycoside quy mơ cơng nghiệp
(DE = dextrose tương đương) ........................................................................................ 21
Hình 2. 9: Ảnh hưởng của tỷ lệ mol giữa rượu và glucose đối với năng suất .................. 23

Hình 2. 10: Ảnh hưởng của chất xúc tác đến năng suất .................................................. 24
Hình 2. 11: Ảnh hưởng của áp suất tới năng suất ........................................................... 25
Hình 2. 12: Tác động của nhiệt độ đến năng suất và màu sắc ......................................... 25
Hình 2. 13: Cơ chế phản ứng ......................................................................................... 27

Hình 3. 1: Cơng thức chung của chất tẩy rửa dạng lỏng ................................................. 31
Hình 3. 2: Biểu đồ tính ổn định của enzyme trong chất tẩy rửa dạng lỏng ...................... 32
Hình 3. 3: Hiệu suất giặt của chất tẩy rửa nặng với C12/14 APG ................................... 32
Hình 3. 4: Cơng thức về chất tẩy rửa ở châu Âu............................................................. 33
Hình 3. 5: Cơng thức về chất tẩy rửa ở Bắc Mỹ ............................................................. 33
Hình 3. 6: Cơng thức về chất tẩy rửa ở châu Mỹ Latinh ................................................. 34
Hình 3. 7: Công thức về chất tẩy rửa ở châu Á............................................................... 34
Hình 3. 8: Các cơng thức chung cho chất tẩy rửa đa năng thông thường và đậm đặc ...... 35
Hình 3. 9: Hiệu quả làm sạch theo IFF ........................................................................... 36
Hình 3. 10: Các cơng thức chung cho chất tẩy rửa nhà vệ sinh dạng lỏng ...................... 37
Hình 3. 11: Các công thức chung cho chất tẩy rửa bảo vệ sàn ........................................ 37
iv


Alkyl Polyglycoside và ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1: Ước tính HLB dựa trên mức độ phân tán của chất hoạt động bề mặt trong nước ........................ 10

v


Alkyl Polyglycoside và ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời kỳ phát triển của nền công nghiệp hiện đại có rất nhiều chất hoạt động
bề mặt đã đóng góp cho nghiên cứu và con người những thành tựu vô cùng quan trọng.
Chúng xuất hiện hầu hết trong các ngành công nghiệp, xây dựng, nông nghiệp, mỹ phẩm,
cho đến thực phẩm. Trong đó Alkyl Polyglycoside (APG) là một chất hoạt động bề mặt
có nhiều tính năng ưu việt đặc biệt vượt trội hơn những chất khác như là: dễ tổng hợp, ít
ảnh hưởng đến sức khỏe, thân thiện mơi trường, có các tính chất hóa lý đặc trưng…Chính
vì vậy APG đã được các chuyên gia nghiên cứu rất nhiều trong những năm gần đây trong
các lĩnh vực công nghiệp hóa chất cho tới thực phẩm.
Trong bài báo cáo về “Alkyl Polyglycoside và ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa”,
em xin trình bày một cách tổng quát về lịch sử nghiên cứu, các yếu tố ảnh hưởng, quy
trình sản xuất và ứng dụng của APG trong cuộc sống ngày nay. Bài báo cáo được tổng
hợp từ nhiều tài liệu trong nước và nước ngồi khác nhau nên khơng tránh khỏi sai sót
trong q trình làm bài. Nếu có sai sót mong được cơ thơng cảm và góp ý. Em xin chân
thành cảm ơn.

Nguyễn Chí Thành

vi


Alkyl Polyglycoside và ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
I.

Giới thiệu:[2]
1. Sức căng bề mặt:
Xét trên một bề mặt phân chia pha lỏng – khí của một chất lỏng nguyên chất, mọi
chất lỏng đều chịu sự tương tác của các phân tử bao quanh ( tương tác lưỡng cực – lưỡng
cực, lưỡng cực – cảm ứng, tương tác khuếch tán đây là ba thành phần của liên kết Van

der Waals).
Tuy nhiên:
+ Đối với các phân tử trong lòng pha lỏng các lực tương tác là cân bằng với nhau.
+ Đối với các phân tử ở trên ranh giới phân chia pha, lực tương tác về phía pha
lỏng lớn hơn về phía pha khí, nên tạo ra một lực ép lên phần chất lỏng về phía bên trong.
Áp suất tạo ra đó gọi là áp suất phân tử - chính là nội áp pi trong phương trình Van der
Waals. Nội áp này kéo các phân tử chất lỏng từ bề mặt phân chia pha, do đó có xu hướng
làm cho bề mặt giảm đến mức tối thiểu.
Vậy các phân tử ở lớp bề mặt có thế năng lớn hơn so với thế năng của các phân tử bên
trong. Phần năng lượng lớn hơn đó gọi là năng lượng bề mặt của chất lỏng. Muốn làm
tăng bề mặt, cần phải đưa thêm các phân tử từ trong lòng pha lỏng đến lớp bề mặt, tức là
thực hiện một công chống lại lực tương tác của các phân tử. Cơng đó trong điều kiện
đẳng nhiệt thuận nghịch bằng độ tăng của năng lượng dư bề mặt dEs. Khi bề mặt tăng lên
một giá trị ds thì năng lượng bề mặt cũng tăng một giá trị dEs.
dEs = σds hay dEs/ds
Trong đó σ năng lượng tạo ra một đơn vị bề mặt hay còn gọi là sức căng bề mặt. Nói
cách khác “ Lực tác dụng trên một đơn vị chiều dài của giới hạn (chu vi) bề mặt phân
chia pha và làm giảm bề mặt của chất lỏng gọi là sức căng bề mặt” (erg/cm2 hay dyn/cm
vì 1erg = 1dyn/cm) .
2. Các chất hoạt động bề mặt:[1]

1


Alkyl Polyglycoside và ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa

Là những chất có khả năng làm giảm sức căng bề mặt của dung mơi chứa nó. Các
chất này có khả năng hấp phụ lên lớp bề mặt, có độ tan tương đối nhỏ, nếu khơng chúng
có xu hướng rời khỏi bề mặt vào trong lịng chất lỏng.
Chất HĐBM có khả năng nằm ở trên lớp bề mặt dung dịch có độ hấp phụ Г > 0 tức

là có sự hấp phụ dương. Nó có các đặc điểm sau:
 Có sức căng bề mặt σ bé hơn của dung mơi vì như thế nó mới nằm ở lớp bề mặt,
do tính chất nhiệt động học. Từ đó dẫn đến sức căng bề mặt của dung dịch σdd nhỏ
hơn sức căng bề mặt của dung mơi σdm .
 Có độ tan tương đối nhỏ vì nếu khơng nó có xu hướng rời khỏi bề mặt dung dịch
vào trong chất lỏng.
Các chất hoạt động bề mặt trong nước đa số là các chất hữu cơ như acid béo, muối
của acid béo, ester, rượu, alkyl sulfate… Các phân tử chất hoạt động bề mặt bao gồm hai
phần:
 Phần phân cực (ái nước, ưa nước, háo nước) thường chứa các nhóm carboxylate,
sulfonate, sulfate, amine bậc bốn… Nhóm này làm cho phân tử chất hoạt động bề
mặt có ái lực lớn đối với nước và bị kéo vào lớp nước.
 Phần không phân cực (kỵ nước, ghét nước hay ái dầu, háo dầu, ưa dầu) là các gốc
hydrocarbon không phân cực kỵ nước, không tan trong nước, tan trong pha hữu cơ
không phân cực nên bị đẩy đến pha khơng phân cực

Hình 1. 1: Sơ đồ biểu diễn chất hoạt động bề mặt

2


Alkyl Polyglycoside và ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa

3. Các chất không hoạt động bề mặt:
Là những chất mà khi nồng độ của nó trong dung dịch tăng lên thì sức căng bề mặt
tăng lên. Các chất này có độ hịa tan cao, sẽ có xu hướng rời khỏi bề mặt để đi vào bên
trong thể tích dung dịch, có độ hấp phụ Г < 0, tức là có độ hấp phụ âm. Nó có các đặc
điểm trái ngược như sau:
 Có sức căng bề mặt σ lớn hơn sức căng bề mặt của dung mơi, từ đó dẫn đến sức
căng bề mặt của dung dịch σdd lớn hơn sức căng bề mặt của dung mơi σdm .

 Có độ tan cao vì thế chất tan mới có thể rời khỏi bề mặt đi vào trong dung dịch
Các chất không hoạt động bề mặt so với nước là tất cả các muối vô cơ điện ly, các
acid, base vô cơ. Phân tử của các chất này khơng có phần kỵ nước mà sẽ điện ly trong
nước thành các ion phân cực, bị hydrat hóa mạnh. Các chất khơng hoạt động bề mặt hữu
cơ có rất ít, đó là những chất có thể ion hóa và phần khơng phân cực của phân tử khơng
có hoặc rất bé như HCOOH, CH3COOH….
4. Chất không ảnh hưởng đến sức căng bề mặt:[2]
Là những chất phân bố đều đặn trên cả lớp bề mặt và trong lịng dung dịch do đó
khơng ảnh hưởng đến sức căng bề mặt của dung mơi.

Hình 1. 2 Sự phụ thuộc của sức căng bề mặt theo nồng độ ( đẳng nhiệt)

1: Chất hoạt động bề mặt

2: Chất không hoạt động bề mặt

3: Chất không ảnh hưởng đến sức căng bề mặt
II.

Phân loại chất hoạt động bề mặt:[3]
3


Alkyl Polyglycoside và ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa

Các chất hoạt động bề mặt có thể được phân loại theo cấu trúc hóa học, theo tính chất
vật lý ( độ tan trong nước hoặc dung môi), theo ứng dụng hóa học.
Phân loại theo cấu trúc hóa học có thể phân theo:
 Phân loại theo bản chất nhóm háo nước.
 Phân loại theo bản chất nhóm kỵ nước.

 Phân loại theo bản chất liên kết giữa nhóm háo nước và kỵ nước.
1. Phân loại theo bản chất nhóm háo nước:
a. Chất hoạt động bề mặt anion (anionic):
Là những chất hoạt động bề mặt mà hòa tan nước phân ly thành ion mang điện
tích âm.
Bao gồm các nhóm chính:
 Acid carboxylic: RCOO Ester sulfuric (Sulfate): ROSO2O Alkan sulfonic acid: RSO3 Alken sulfonic acid: R-CH=CH-CH2SO3 Alkyl aromatic sulfonic acid: R-C6H4-SO3 Các nhóm khác: Phosphate và phosphonic acid, persulfate, thiosulfate….

b. Chất hoạt động bề mặt cation (cationic):
Là những chất hoạt động bề mặt mà hịa tan nước phân ly thành ion mang điện
tích dương.

4


Alkyl Polyglycoside và ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa

Trong đó:
R: gốc hydro carbon mạch dài.
X: ion halogenua, sulfate, methul sulfate…
a, b, c: hydro hay nhóm alkyl mạch ngắn hoặc alkyl aryl.

c. Chất hoạt động bề mặt không ion (nonionic):
Là những chất hoạt động bề mặt không tạo ion khi tan trong dung dịch nước. Hoạt
động được trong môi trường chứa chất điện ly lớn.
Cấu tạo:
 Phần kỵ nước: alkyl phenol, alcol, acid béo, amide…
 Phần ái nước: ethylene oxide, propylene oxide, glycerin orbitol…
Khả năng tẩy rửa của chất hoạt động bề mặt không ion tương đối cao. Chúng bảo tồn
được hoạt tính trong nước cứng, cản trở sự lắng đọng lại các chất bẩn lên vải, có độ

tương hợp với phần lớn thuốc nhuộm và các hóa chất khác sử dụng trong cơn nghiệp. Do
đó các chất tẩy rửa không ion ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nước rửa chén, rửa
tay, dầu gội đầu, bột giặt… nhưng nó khơng gây rát da.
Sản phẩm tạo thành từ phản ứng ngưng tụ alkyl phenol oxide ethylen: phản ứng tạo
thành với một lượng nhỏ NAOH hay CH3COONA làm xúc tác.
5


Alkyl Polyglycoside và ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa

Sản phẩm tạo thành từ phản ứng ngưng tụ oxide ethylene và alcohol béo.

d. Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính:
Là chất hoạt động bề mặt chứa cả nhóm acid và bazơ trong phần ái nước. Trong mơi
trường acid nó có tính cation, trong mơi trường kiềm nó có tính anion. Được chia làm 2
loại chính là chất hoạt động bề mặt lưỡng tinh carboxylic và lưỡng tính sulfate/sulfonate.

2. Phân loại theo bản chất nhóm kỵ nước:
Gồm các loại:
 Gốc alkyl mạch thẳng C8-18
 Gốc alkyl mạch ngắn C3-C12 gắn vào nhân thơm
 Olefin nhánh C8-C20
6


Alkyl Polyglycoside và ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa

 Hydrocarbon từ dầu mỏ
 Hydrocarbon mạch dài thu được từ phản ứng CO và H2
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,
RC6H4SO3Na.
 Nhóm háo nước liên kết nhóm kỵ nước thông qua các liên kết trung gian:
Liên kết ester: RCOO-CH2CHOHCH2-OSO3Na
Liên kết amide: R-NHCOCH2SO3Na
Liên kết ether: ROC2H4OSO3Na
III.

Tính chất hóa lý của chất hoạt động bề mặt:[1]
1. Độ hoạt động bề mặt:
Độ hoạt động bề mặt –dσ/dc là biến thiên sức căng bề mặt theo nồng độ chất hoạt

động bề mặt còn gọi là đại lượng Gibbs –dσ/dc=G*. Độ hoạt động bề mặt của các chất
trong dãy đồng đẳng biến đổi có quy luật.
Theo nguyên tắc Trauber I: “Độ hoạt động bề mặt tăng lên từ 3-5 lần khi tăng chiều
dài mạch Carbon lên 1 nhóm –CH2- ”. Quy tắc này là cơ sở để tổng hợp các chất hoạt
động bề mặt có độ hoạt động bề mặt theo yêu cầu.
2. Sự hình thành Micelle:
Một tính chất quan trọng của dung dịch các chất HĐBM là khả năng làm tăng độ hịa
tan của các chất hữu cơ thực tế khơng tan trong dung dịch ví dụ dầu trong nước hoặc
nước trong dầu. Ở dung dịch dầu trong nước các phân tử chất HĐBM ( ví dụ các muối
axit béo ) có đi ưa dầu cắm vào trong giọt dầu cịn đầu ưa nước bao quanh phía ngồi,
cịn ở dung dịch nước trong dầu thì đầu ưa nước của các phân tử HĐBM chui vào phía
trong giọt nước cịn đi ưa dầu bao phía ngồi. Kết quả là các giọt dầu này tan được
trong nước còn các giọt nước này tan trong dầu . Chính các giọt dầu hay giọt nước này là
hình ảnh của các hạt mixen được hình thành trong dung dịch dầu/nước hay nước/dầu.

7

Alkyl Polyglycoside và ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa

Hình 1. 3: Các hạt Micelle

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

Hình 1. 4: Sự thay đổi đột ngột tính chất vật lý của dung dịch chất hoạt động bề mặt khi tại điểm
CMC
8


Alkyl Polyglycoside và ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa

4. Điểm Kraft :
Điểm Kraft là nhiệt độ tại đó chất hoạt động bề mặt có độ hịa tan bằng CMC. Khi đạt
đến nhiệt độ này một lượng lớn chất hoạt động bề mặt sẽ được phân tán trong dung dịch
dưới dạng micelle. Như vậy ở nhiệt độ thấp hơn điểm Kraft, độ tan của chất hoạt động bề
mặt anion không đủ lớn để hình thành micelle. Khi nhiệt độ tăng, độ tan tăng, khi đạt đến
nhiệt độ Kraft, micelle hình thành. Đối với chât hoạt động bề mặt anion, khi chiều dài
mạch C tăng, điểm Kraft cũng tăng.
5. Điểm đục :
Điểm đục là nhiệt độ tại đó chất hoạt động bề mặt khơng ion khơng thể hịa tan, tách

ra khỏi dung dịch làm dung dịch trở nên đục. Đối với chất hoạt động không ion trên cơ sở
ethylen oxyde, điểm đục sẽ giảm khi độ dài gốc alkyl tăng hoặc khi lượng ethylen oxyde
trong phân tử giảm xuống.
6. HLB ( Hydrophile-Lipophile Balance) :
Các tính chất của 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 hòa 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 trong pha hữu cơ hơn. Từ đó dựa vào mối
tương quan giữa phần kỵ nước và ái nước mà chất hoạt động bề mặt được sử dụng vào
các mục đích khác nhau. Mối tương quan giữa phần ái nước và phần kỵ nước được đặc
trưng bằng giá trị HLB ( mối quan phần ái nước – ái dầu).
HLB cho biết tỷ lệ giữa tính ái nước so với tính kỵ nước, được biểu thị bằng thang đo
có giá trị 1-40. Các chất hoạt động bề mặt có tính ái nước thấp sẽ có HLB nhỏ, các chất
hoạt động bề mặt có tính ái dầu thấp sẽ có HLB 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 chất hịa tan trong nước hay tính
phân tán của chất hoạt động bề mặt trong nước. Ứng với độ phân tán khác nhau thì giá trị
HLB khác nhau.

9


Alkyl Polyglycoside và ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa

Mức độ phân tán

HLB

Không phân tán trong nước

1-4

Phân tán kém

3-6

Phân tán như sữa sau khi lắc

6-8

Phân tán như sữa bền

8-10

Phân tán trong mờ đến trong

10-13

Dung dịch trong

>13

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

Để tọa nhũ O/W, mỗi thành phần dầu đều cần có giá trị HLB ’’cần thiết’’. Giá trị
HLB ’’ cần thiết’’ là giá trị HLB của chất nhũ hóa để có thể giảm sức căng bề mặt giữa
thành phần dầu và nước.
Cơng thức tính HLB :
 Nếu ester khơng đo được chỉ số xà phịng thì có công thức sau:
HLB = (E + P)/5

E, P: phần trăm khối lượng của EO và rượu đa chức trong phân tử.
 Cơng thức Griffin: hỗn hợp có nhiều chất hoạt động bề mặt thì
HLBhh = ∑xi .HLBi
xi: phần khối lượng trong tổng trọng lượng chất hoạt động bề mặt.
IV.

Ứng dụng của các chất hoạt động bề mặt trong sản xuất và đời sống:
1. Khai thác và chế biến dầu mỏ:
 Chất ức chế ăn mịn: phá nhũ dầu thơ
 Chất giặt rửa: chất tạo bọt và nhũ hóa
 Dịch khoan, thêm chất nhũ hóa vào dung dịch khoan tạo ra nhũ tương
 Làm sạch và bảo vệ các phương tiện chứa đựng và vận chuyển dầu mỡ
 Bền vững hóa các chất chống oxi hóa
 Phá nhũ dầu thơ- làm sạch dầu thô.
2. Công nghiệp nhẹ như dệt, da, thực phẩm, nhuộm:
 Chất chống thấm ướt: Xử lý bề mặt sợi và sản phẩm khác
 Chất thấm ướt: công nghiệp da, sợi và chất màu
10


Alkyl Polyglycoside và ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa

 Chất nhũ hóa: bơi mỡ dầu các da, da có lông, sợi
 Chất giặt rửa
3. Công nghiệp luyện thép và chế tạo máy:
 Màng mỏng: chất phủ bề mặt điện hóa, chất giúp cháy khi hàn thép
 Chất thấm ướt
 Chất ức chế ăn mịn
 Chất nhũ hóa
 Chất tuyển nổi và chất tẩy rửa

4. Công nghiệp và kĩ thuật xây dựng:
 Chất tạo màng và chất kị nước: chất phụ gia xi măng
 Chất phân tán: trộn tốt hơn các thành phần
 Điều hòa sự phát triển của các tinh thể trong quá trình sản xuất xi măng
 Chất tạo bọt: chế tạo bê tông bọt, thạch cao mịn, bọt chữa cháy
 Chất nhũ hóa: nhũ bitum, nhũ chữa cháy
 Chất phụ gia cho quá trình nghiền xi măng và đông cứng xi măng
5. Nông nghiệp:
 Chất phun mù: chế tạo thuốc bảo vệ thực vật (trừ sâu, trừ cỏ ..) dạng sương mù
phun bằng máy bay…
 Chất tạo màng và chất kị nước: chất chống mất phân bón trong đất
 Chất nhũ hóa: chế tạo các dung dịch thuốc bảo vệ thực vật dạng nhũ phun tay,
phun máy…
6. Công nghiệp thực phẩm:
 Chất tạo màng ngăn cản sự hóa cứng của bánh mì
 Chất điều hịa sự phát triển của tinh thể trong q trình chế biến đơng lạnh
 Chất nhũ hóa trong q trình sản xuất magarin (bơ thực vật), sữa nhân tạo, và
các sản phẩm khác
 Chất bám dính bề mặt kim loại khi sơn phủ các lớp bảo vệ hộp đựng thực

11


Alkyl Polyglycoside và ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa

phẩm
7. Công nghiệp dược phẩm:
 Chất thấm ướt làm cho thuốc phân tán lan truyền tốt hơn trong cơ thể
 Chất nhũ hóa trong q trình sản xuất crem bơi mặt, crem dưỡng da, các dạng
thuốc phun sát trùng

 Chất bền nhũ chế tạo thuốc dạng sirô
 Chất khử bọt, công nghiệp tổng hợp vi sinh
 Chất giặt tẩy
 Chất chống vi trùng, vi khuẩn
8. Sinh học:
 Chế tạo màng sinh học
 Chất bền vừng tạo nhũ thiên nhiên (sữa, mủ cao su)
9. Cơng nghiệp hóa chất:
Trong cơng nghiệp hố chất, các chất hoạt động bề mặt được dung làm:
 Chất tạo màng: giảm độ dính của cao su, hỗ trợ q trình nhuộm màu, kị nước
hóa của giấy (khơng thấm nước).
 Chất phân tán: tăng chất lượng của quá trình hòa trộn của cao su, phân tán chất
màu, nghiền xi măng…
 Chất thấm ướt: quá trình sản xuất nhựa
 Chất bền nhũ: polime hóa thể nhũ, chế tạo cao su mủ, tạo hạt sản phẩm
 Chất tạo bọt: chế tạo chất dẻo xốp, sự tạo bọt trong các quá trình sản xuất khác
nhau như công nghiệp sản xuất chất giặt rửa, sản xuất và pha chế các thuốc bảo
vệ thực vật.
 Chất tuyển nổi: tuyển nổi các muối và quặng

12


Alkyl Polyglycoside và ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ALKYL POLYGLYCOSIDE (APG)
I.

Giới thiệu:
1. Alkyl Polyglycoside là gì:[4]

Alkyl Polyglycoside (APG) là một chất hoạt động bề mặt không ion, được sử dụng

rộng rãi trong các hộ gia đình và có nhiều ứng dụng trong cơng nghiệp. Chúng có nguồn
gốc từ các loại đường, thường sản xuất từ glucose, và rượu béo. Nguyên liệu cho sản xuất
APG thường là tinh bột và chất béo và các sản phẩm cuối cùng thường là các hỗn hợp
chất phức tạp với các loại đường khác nhau bao gồm các phần cuối ưa nước và các nhóm
alkyl có độ dài thay đổi. Khi có nguồn gốc từ glucose, chúng cịn được gọi là Alkyl
Polyglucoside.
2. Cấu tạo:
Alkyl Polyglucoside là chất hoạt động bề mặt không ion được tạo thành từ glucose và
rượu mạch dài có cơng thức hóa học như sau:

Hình 2. 1: Cấu trúc hóa học của APG

Trong đó:
R: là gốc rượu béo chứa 8-18 nguyên tử C mạch thẳng hoặc mạch nhánh.

13


Alkyl Polyglycoside và ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa

n: mức độ glucoside hóa (n là giá trị trung bình) và được định nghĩa là tỷ lệ giữa
lượng mol glucose tổng cộng trong Alkyl Polyglucoside với lượng mol rượu béo. Đa số
các Alkyl Polyglucoside được ứng dụng có giá trị: n=1.1 – 1.8.
Nếu n = 1: Alkylmonoglucoside tinh khiết
Nếu n = 2: Alkylmaltoside tinh khiết
APG chứa Alkylmonoglucoside là thành phần chính trong hỗn hợp, một phần là
Alkyldiglucoside (Alkylmaltoside), Alkyltriglucoside (Alkylmaltotrioside)….đến
Alkylloctaglucoside. Alkylmonoglucoside tồn tại 4 dạng đồng phân khác nhau ( 1 ) alkyl

α-D-gluco- pyranoside, (2) alkyl β-D – gluco-pyranoside, (3) alkyl α-D- glucofuranoside, và (4) alkyl β-D- gluco-mantoside.

Hình 2. 2: Các dạng đồng phân của Alkylmonoglucoside

II.

Lịch sử nghiên cứu về Ankyl Polyglycoside (APG):
Alkyl glucoside đầu tiên được tổng hợp và được xác định trong phịng thí nghiệm bởi
Emil Fischer hơn 100 năm trước. Đơn xin cấp bằng sáng chế đầu tiên mô tả việc sử dụng
14


Alkyl Polyglycoside và ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa

alkyl glucoside trong chất tẩy rửa đã được nộp ở Đức khoảng 40 năm sau đó. Sau
đó, 40 đến 50 năm nữa đi qua trước khi các nhóm nghiên cứu ở các công ty khác nhau
chuyển hướng sự chú ý của họ về alkyl glucoside và các quy trình kỹ thuật đã phát triển
để sản xuất alkyl polyglycoside trên cơ sở tổng hợp do Fischer phát hiện. Trong quá trình
phát triển này, công việc ban đầu của Fischer liên quan đến phản ứng của glucozơ với
rượu ưa nước, chẳng hạn như metanol, etanol, glycerol, v.v., được áp dụng cho rượu kỵ
nước có chuỗi alkyl từ octyl (C8) lên đến hexadecyl (C16) - rượu béo.
Rohm & Haas là người đầu tiên đưa ra thị trường polyglycoside octyl
decyl (C8/10) trong số lượng thương mại vào cuối những năm 70, tiếp theo là BASF và
sau đó là SEPPIC. Tuy nhiên, do hiệu suất khơng đạt yêu cầu của phiên bản chuỗi ngắn
này dẫn đến các ứng dụng bị giới hạn ở một số khu vực trên thị trường. [6]
Sau đó chất lượng sản phẩm của các polyglycoside alkyl chuỗi ngắn như vậy đã được
cải thiện trong vài năm qua và các loại polyglycoside octyl / decyl mới hiện đang được
cung cấp bởi nhiều công ty khác nhau, trong số đó có BASF, SEPPIC, Akzo Nobel, ICI
và Henkel.
Vào đầu những năm 1980, một số công ty đã bắt đầu các chương trình phát triển các

polyglycoside alkyl trong một dải chuỗi alkyl dài hơn (dodecyl / tetradecyl, C 12/14) nhằm
tạo ra một chất hoạt động bề mặt mới có sẵn cho ngành mỹ phẩm và chất tẩy rửa. Họ bao
gồm Henkel KGaA, Diisseldorf, Đức và Horizon, Illinois, USA.
Đỉnh cao mới trong khai thác thương mại của APG đã đạt được vào năm 1992 với
việc khánh thành một nhà máy sản xuất chất kết dính APG với cơng suất 25000tấn/năm
của tập đồn Henkel tại Hoa Kỳ và năm 1995 với việc mở một nhà máy thứ hai cơng suất
tương đương của Henkel KgaA ở Đức.
III.

Tính chất của Ankyl Polyglycoside:
1. Tính chất vật lý:[9]
a. Độ tan:

15


Alkyl Polyglycoside và ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa

Độ tan của APG trong dung môi hữu cơ và nước giảm khi tăng số cacbon trong mạch
n-alkyl. Do đó chúng tập trung ở bề mặt và có hoạt tính bề mặt cao. Những dung môi tốt
nhất cho APG là các hợp chất vịng thơm như: xylen, terpene và nước.
Vì glucose tồn tại ở hai dạng cấu hình là: α-D-glucose và β-D –glucose nên APG
được tạo thành cũng có hai loại là: α-anome và β-anome. Độ tan của α-anome và βanome được sắp xếp theo dãy sau: Monoglucose > oligoglucose > β - anome > α – anome

Hình 2. 3: Độ nhớt của các chất hoạt động bề mặt theo nhiệt độ

b. Sức căng bề mặt:
APG làm giảm sức căng bề mặt tại liên diện nước/dầu. Đây là nhân tố có tính quyết
định đối với nhiều qui trình nhũ hóa và tẩy rửa. Khi chiều dài mạch cacbon tăng lên, sức
căng bề mặt giảm rõ rệt. Nếu một chất đồng dung mơi được thêm vào, sức căng bề mặt

có thể giảm xa hơn. Khi so sánh các tác nhân nhũ hóa như: sorbitol, ethoxylate, các ester
của acid béo đơn chức hoặc những rượu béo được ethoxyl hóa, sức căng bề mặt của APG
nhỏ hơn 1-2 lần.
c. Độ tạo bọt:
APG có độ tạo bọt trung bình, giá trị tạo bọt của chúng giảm theo đường thẳng với sự
gia tăng chiều dài mạch cacbon. APG mạch nhánh như ethyl hexyl là những chất tạo bọt
16


Alkyl Polyglycoside và ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa

thấp mặc dù hoạt tính bề mặt cao, trái lại với n-octyl ở cùng độ glucoside hóa. Khi tăng
mức độ glucoside hóa thì tăng khả năng tạo bọt.

Hình 2. 4: Độ tạo bọt của các chất hoạt động bề mặt ở 25ºC

d. Điểm đục:
Điểm đục của APG thay đổi phụ thuộc vào:
-

Cấu trúc hóa học (nhạy hơn các chất hoạt động bề mặt khơng ion khác vì tương tác mạnh
với nước).

-

Thêm muối làm giảm điểm đục.

-

Thêm chất hoạt động bề mặt anion làm tăng điểm đục.

-

Thêm chất hoạt động bề mặt catiion: lúc đầu giảm điểm đục, sau đó tăng lên vì điện tích
âm của micell APG bị trung hịa bởi chất hoạt động bề mặt cation.
2. Tính chất hóa học:
APG giống như các acetal có tính chất điển hình là thủy phân thành rượu béo và
glucose ở nhiệt độ cao và trong môi trường acid. Tương tự với những carbon hydrat,
APG chứa những nhóm OH bậc 1 và bậc 2, những nhóm này có thể được định chức để
hình thành hợp chất cation, anion, khơng ion. Những nhóm OH bậc 1 hoạt động hơn
những nhóm bậc 2 và có thể bị oxy hóa hoặc sulfat hóa dễ dàng hơn.
17


Alkyl Polyglycoside và ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa

3. Tính chất sinh học:
Ngồi những ưu việt về kinh tế: dễ sử dụng và mức giá thành thực hiện thấp,
những chất hoạt động bề mặt hiện đại phải thỏa mãn tính tương hợp mơi trường và những
tiêu chuẩn an tồn độc tính và khả năng tự phân hủy khi vào mơi trường.

Hình 2. 5: Độ phân giải sinh học của các APG với kiểm tra Clossed Bottle

APG có khả năng phân hủy sinh học tạo ra các chất không gây độc hại cho môi
trường và được xem là hợp chất “thân thiện với môi trường” APG (C8C10 , C10 C12,
C10C14) phân hủy 95-100%, nghĩa là APG dễ dàng biến chất ( trong cả điều kiện hiếu khí
và kỵ khí). Các cuộc thí nghiệm trên động vật cũng như trên người chứng minh rằng C12
C14 – APG ít kích thích hơn những chất hoạt động bề mặt thông thường. Trong những
hoạt động đối với những chất hoạt động bề mặt khác, APG có thể làm giảm đi nhiều khả
năng kích thích. Mức độ phân hủy của mạch alkyl khác nhau là không như nhau, nghĩa là

phân hủy bằng vi sinh vật giảm nếu gia tăng số lượng cacbon trong mạch alkyl.

18