CÔNG NGHỆ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT

Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Khoa Công nghệ Hóa

CÔNG NGHỆ CHẤT HoẠT ĐỘNG BỀ MẶT
Chương 4: Chất hoạt động bề mặt anion


Nội dung

Phần 1: Xà phòng
Phần 2: Các CHĐBM từ axit cacboxylic thiên
nhiên khác
Phần 3: Các CHĐBM từ axit cacboxylic tổng hợp
Phần 4: Tổng hợp CHĐBM sulfate
Phần 5: Công nghệ sulfate hóa
Phần 6: Tổng hợp CHĐBM dạng sulfonate




Phần 1: Xà phòng
1.1. Nguyên liệu và cơ sở lý thuyết quá trình nấu xà phòng
• Nguyên liệu:
- Dầu mỡ thực động vật như: mỡ bò, cừu, heo, dầu dừa, dầu cọ,
cao su, dầu đậu phọng, thầu dầu, dầu cau...
• Dầu mỡ động thực vật là este của alcol 3 chức là glyxerin và
các acid béo khác nhau, có công thức tổng quát: ROCO CH2 –
CH(OCOR’) – CH2 OCOR”
Trong đó có thể R = R' = R" hoặc R = R'  R" hoặc R  R'  R"

Phần 1: Xà phòng
- Dầu mỡ giàu thành phần acid béo no (mỡ heo, bò, dầu dừa...)
cho xà bông cứng hơn các dầu mỡ giàu thành phần acid béo
không no.
• Một số đại lượng vật lý đặc trưng cho chất béo:  
+) Chỉ số acid: là số mg KOH dùng để trung hòa 1g chất béo cho
biết lượng acid tự do trong dầu mỡ .
+) Chỉ số xà phòng: là số mg KOH dùng để xà phòng hóa 1g chất
béo,nó nói lên thành phần tổng cộng các acid béo. Chỉ số xà
bông nhỏ chứng tỏ acid béo lớn hoặc có chứa những chất
không xà phòng hóa.
-


Phần 1: Xà phòng

• Cơ sở lý thuyết:
- Phản ứng cơ bản xẩy ra trong quá trình nấu xà
phòng là phản ứng thủy phân và xà phòng hóa
của hỗn hợp axit béo tạo thành muối natri hoặc
kali của các axit béo và glyxerin.


Phần 1: Xà phòng
1.2. Các phương pháp nấu xà phòng:
• Phương pháp nấu xà phòng không nhiệt độ:
- Trộn đều dầu mỡ và dung dịch NaOH đặc (hàm lượng NaOH
thường lấy ít hơn lý thuyết 10%) nhiệt độ 32 – 350C rồi rót vào
khuôn bằng sắt quá trình xà phòng sẽ kết thúc 2 -3 ngày. Cắt
thành từng bánh nhỏ, đóng khuôn và bao gói.

- Nhược điểm:Không thể làm sạch sản phẩm khỏi các tạp chất
của nguyên liệu và không thu hồi được glyxerin.
- Ưu điểm: nhanh, tiêu hao ít nguyên liệu, chi phí đầu tư thấp,
lượng nhân công ít.


Phần 1: Xà phòng

• Phương pháp nấu xà phòng gia nhiệt nhẹ:
- Đun dầu mỡ đến 600C rồi cho thêm NaOH và chất độn
(natri silicat). Khuấy liên tục, tránh tạo bọt không khí
cho đến khi hỗn hợp đồng nhất thì ngừng khuấy, để
yên 1 – 2 giờ. Nâng nhiệt độ lên 800C và giữ nhiệt độ
này trong thời gian phản ứng. Trung hòa kiềm dư
bằng axit oleic rồi đổ khuôn.
- Thích hợp để nấu xà phòng mềm


Phần 1: Xà phòng
• Phương pháp nấu xà phòng ở nhiệt độ cao:
- Cho dầu mỡ và NaOH 35 - 40% vào thiết bị nấu.
- Phản ứng thực hiện ở 85C, kết thúc phản ứng khoảng 2 - 4
giờ.
- Sau khi phản ứng kết thúc cho thêm NaCl để tách lớp xà phòng
(có NaCl tỷ trọng tăng lên). Xà phòng dễ phân lớp nổi lên. Lớp
dưới là nước có glyxerin, NaCl, xút dư, được tháo ra ngoài.
- Tiếp tục cho thêm xút để xà phòng hóa tiếp, thêm muối để tách
lớp và tháo lớp dưới.
- Bước cuối là thêm nước để thu được một khối đồng nhất có
dạng keo. Để yên cho tách lớp thu được xà phòng chất lượng

cao ở lớp trên.
- Xà phòng thu được trộn với các phụ gia, các chất độn... để tạo
thành khuôn bánh .


Phần 1: Xà phòng
• Phương pháp nấu xà phòng liên tục:
- Các nguyên liệu gồm dầu mỡ, NaOH, NaCl được bơm vào nồi
nấu chịu áp suất. Quá trình được thực hiện ở áp suất hơi cao
hơn áp suất thường. Nhiệt cung cấp tạo điều kiện cho quá trình
xà phòng hóa xẩy ra nhanh hơn.
- Khối xà phòng đã làm lạnh được chuyển liên tục sang máy
tách.
- Hỗn hợp xà phòng thô và kiềm mới được bơm vào thiết bị 2,
trong đó hỗn hợp được đun nóng để tiếp tục xà phòng hóa và
được làm lạnh để phân lớp.
-

- Quá trình này được lặp lại vài lần.


Phần 1: Xà phòng

1.3. Quy trình công nghệ nấu xà phòng
• Bước 1: Xà phòng hóa
• Bước 2: Tách xà phòng
• Bước 3: Hoàn thành xà phòng hóa
• Bước 4: Điều chỉnh lượng nước và độ kiềm trong xà
phòng
• Bước 5: Ủ xà phòng

• Bước 6: Trộn phụ gia và đổ khuôn
• Bước 7: Làm nguội xà phòng đã đổ khuôn
• Bước 8: Cắt xà phòng thành bánh
• Bước 9: Sấy khô (hàm ẩm bên ngoài 25 – 27%, bên
•
ngoài 30 – 35%)


Phần 1: Xà phòng

1.3. Quy trình công nghệ nấu xà phòng
Dầu, mỡ
t0
Dd NaOH
dư, t0

Tách xà
phòng

Xà phòng
Hơi H2O

NaCl

Hơi H2O

H2O

NaOH dư

Xà phòng

Xà
phòng
Hơi H2O

t0
Thu hồi
glyxerin

H2O
điều chỉnh
t0

tách

Xà
phòng

Axit oleic
ủ 3 – 7 ngày

Sấy khô
45 – 550C

Làm nguội,
cắt

Trộn phụ
gia, đổ

khuôn

Tách xà
phòng


Phần 1: Xà phòng

• Phụ gia và chất độn cho xà phòng:
- Natricacbonat (Na2CO3) là chất độn trong thành phần xà phòng, đồng thời
làm chất phụ gia tạo thành môi trường kiềm thủy phân các chất bẩn dầu mỡ
- Tripoly phốtphát (Na5P3O10) cho vào xà phòng làm tăng khả năng tẩy rửa làm
giảm độ cứng H2O ( Ca2+ , Mg2+... )
- SilicatNatri (Na2SiO3): ổn định bọt, có tác dụng ngăn chặn các chất bẩn bám
lại bề mặt cũng tạo ra môi trường kiềm thủy phân các chất dầu mỡ
-

Natri Sunfat (Na2SO4): chất độn

-

Bentonit (đất sét thiên nhiên): Không tan trong nước, trương trong nước tạo
ra dung dịch keo.

•

- Colophon (nhựa thông ) : Trong nhựa thông có acid


Phần 1: Xà phòng

• Phụ gia và chất độn cho xà phòng:
- Colophon (nhựa thông ) : Trong nhựa thông có acid

béo abietic (90%) tan

trong kiềm, tạo muối Natri tạo bọt tẩy rửa tốt phối hợp với các acid khác có
tác dụng làm tăng độ tan và có khả năng tẩy rửa
- Cacboxyceluloz (CMC): có khả năng giữ chất bẩn trong dung dịch không bám
trở lại bề mặt, tạo độ đậm đặc và ổn định bọt
- Các chất ổn định bọt hữu cơ khác
- Ngoài ra trong thành phần các chất tẩy rửa còn có chất màu chất tạo hương,
chất chống oxi hóa ...


Phần 1: Xà phòng

• Ưu và nhược điểm của xà phòng:
- Ưu điểm:
+) Nguyên liệu tái sinh
+) Rẻ tiền
+) Có khả năng phân hủy sinh học
+) Ít độc hại
- Nhược điểm: bị kết tủa trong nước cứng
biến tính bằng cách đưa thêm chuỗi ưa nước vào phân
tử như ethoxy cacboxylat...


Phần 1: Xà phòng
•

Công thức xà phòng trà xanh bạc hà

+) 68 g dầu hướng dương (10%), 204 g dầu oliu (30%), 204 g dầu hạt cải
(30%), 204 g dầu dừa (30%), 1 thìa tinh dầu trá xanh, 1 thìa tinh dầu bạc hà
+) Pha kiềm 96 g NaOH / 200g nước, để nguội đến 45 0C
+) Đun nóng hỗn hợp dầu đến khoảng 450C
+) Đổ dd kiềm vào hỗn hợp dầu, khuấy đều đến khi hỗn hợp trở nên đặc
+) Đổ hỗn hợp vào khuôn, sau 3 – 5 ngày thì bỏ ra
+) Cắt thành bánh


Phần 2: Các CHĐBM từ axit cacboxylic thiên nhiên

2.1. Các axit cacboxylic từ dầu mỡ thực vậtkhác
• Các axit béo từ C8 đến C18 hầu hết là sản phẩm của
phản ứng thủy phân của dầu mỡ động thực vật.
• Phản ứng thủy phân của triglyxerit với nước có thể
xẩy ra không cần xúc tác ở 210 – 2600C, áp suất 20 –
60 bar hay có xúc tác ở nhiệt độ 150 – 1900C và 6 –
12 bar.
• Có thể sử dụng các xúc tác đồng thể (dd KOH, NaOH)
Na

hay xúc tác dị thể như CaO,


Phần 2: Các CHĐBM từ axit cacboxylic thiên nhiên

Phần 2: Các CHĐBM từ axit cacboxylic thiên nhiên
- Các axit béo C18 còn thu được từ dầu thông trong quá trình sản
xuất bột giấy.
2.2. Các axit napthenic:
- Các axit napthenic tồn là hỗn hợp của các axit cacboxylic với
mạch alkyl chứa các nhóm thế là các vòng 5, 6 cạnh. Công
thức hóa học chung là CnH2m+zO2 trong đó m là số cacsbon, z =
0 đối với axit béo hoặc nhỏ hơn 0 phụ thuộc vào số vòng
ngưng tụ.


Phần 2: Các CHĐBM từ axit cacboxylic thiên nhiên
- Cấu trúc của các axit napthenic có thể được biểu diễn như sau


Phần 2: Các CHĐBM từ axit cacboxylic thiên nhiên
- Các axit napthenic có trong hầu hết các loại dầu thô, trong
khoảng từ 0 – 4% khối lượng.
- Nhóm cacboxylic gắn với nhóm kị nước trong phân tử tạo ra tính
chất hoạt động bề mặt của các axit napthenic.
- Axit napthenic là các axit yếu với pKa = 5. Trong môi trường pH
cao, chúng ở dạng ion hóa nhiều hơn, do đó dễ tan trong nước
hơn. Tính tan có thể đạt tới 2,1 mg/l phụ thuộc vào khối lượng
phân tử và pH
- Bền trong môi trường


Phần 3: Các CHĐBM từ axit cacboxylic tổng hợp
3.1. Các phương pháp tổng hợp axit cacboxylic
- Các axit béo tổng hợp được sản xuất công nghiệp dựa trên

nguồn nguyên liệu từ dầu mỏ.
- Các axit cacboxylic mạch ngắn, phân nhánh không tồn tại trong
tự nhiên chỉ có thể được sản xuất bằng phương pháp tổng
hợp.


Phần 3: Các CHĐBM từ axit cacboxylic tổng hợp
• Các phương pháp tổng hợp bao gồm:
- Oxi hóa parafin:
+) nhựa parafin được oxi hóa bằng không khí trong quá trình pha
lỏng ở 110 – 130 0C.
+) Xúc tác cho phản ứng gốc này là muối coban và mangan.
+) Kết quả thu được một hỗn hợp đồng nhất các axit cacboxylic
cùng với các sản phẩm phụ như aldehyt, keton, lacton, este,
axit dicacboxylic...


Phần 3: Các CHĐBM từ axit cacboxylic tổng hợp
• Phản ứng cacbonyl hóa:
- Là phản ứng của olefin với CO.
- Phương pháp này thích hợp để tổng hợp các axit cacboxylic
khối lượng phân tử thấp từ C4 – C9.
- Quá trình hydrocacboxyl hóa olefin với xúc tác axit vô cơ mạnh
(phản ứng Koch-Haaf) tạo sản phẩm axit cacboxylic nhánh.