Nghiên cứu chế tạo chất tẩy rửa vải sợi trên cơ sở dầu thực vật biến tính

Đ ặng Hồng toan

Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO
TRƯờNG ĐạI HọC BáCH KHOA Hà NộI
------------ ------------

LUậN VĂN THạC Sĩ KHOA HọC

ngành: CÔNG NGHệ HóA HọC

CÔNG NGHệ HóA HọC

NGHIÊN CứU chế tạo chất tẩy rửa vải sợi
trên cơ sở dầu thực vật biến tính

Đặng Hồng toan

2004 2006
Hà NộI
2006

Hà NộI 2006


Luận văn thạc sỹ
Mục lục
Lời cam đoan

1

Mục lục

2

Danh mục các bảng

5

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

7

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

9

Mở đầu

10

chương I. Tổng quan lý thuyết.

11

I. Tổng quan về chất tẩy rửa.

11

I.1. Lịch sử phát triển chất tẩy rửa.

11

I.2. Phân loại chất bẩn.

12

I.2.1. Phân loại chất bẩn theo nguồn gốc.

12

I.2.2. Phân loại chất bẩn theo quan điểm chất tẩy rửa.

12

I.3. Thành phần chất tẩy rửa.

13

I.31. Chất hoạt động bề mặt (HĐBM).

13

I.3.2. Những chất xây dựng.

18

I.3.3. Các chất phụ gia.

22

Ii. Quá trình tẩy rửa trên vải sợi.

25

II.1. Phân loại và tính chất của một số loại vải sợi.

25

II.2. Quá trình giặt vải trước khi nhuộm.

26

II.2.1. Quá trình giặt đối với vải Cotton.

26

II.2.2. Quá trình giặt đối với vải tổng hợp.

27

II.3. Cơ chế tẩy rửa.

29

II.3.1. Thuyết nhiệt ®éng - Ph­¬ng thøc Lanza.

30

II.3.2. C¬ chÕ “Rolling up” (cuèn đi).

32

II.3.3. Cơ chế hòa tan hóa.

33

Iii. Quá trình biến tính dầu thực vật.
Iii.1. Giới thiệu một số loại dầu thực vật.

III.1.1. Dầu sở.

Đặng Hồng Toan -- Công nghệ Hữu cơ hãa dÇu -- 2004-2006

34
34
35
2


Luận văn thạc sỹ
III.1.2. Dầu dừa.

36

III.1.3. Dầu thông.

38

Iii.2. Quá trình sunfat hoá dầu thực vật.

41

III.2.1. Lịch sử phát triển của quá trình sunfat hoá dầu thựcvật.

41

III.2.2. Lý thuyết chung về quá trình sunfat hoá.

41

Phần II. Thực nghiệm.
I. Nguyên liệu và dơng cơ thÝ nghiƯm.

44
44

I.1. Nguyªn liƯu.

44

I.2. Dơng cơ thÝ nghiƯm.

44

II. tiến hành thí nghiệm sunfat hoá dầu dừa và dầu sở.

45

Iii. Pha chế chất tẩy rửa và phương pháp xác định độ tẩy

46

rửa.
IV. Xác định các giá trị hoá lý của sản phẩm sunfat hoá.

47

IV.1. Xác định tỷ trọng theo phương pháp Picnomet.

47

IV.2. Xác định độ nhớt động học.

49

IV.3. Xác định sức căng bền mặt.

50

IV.4. Xác định độ bay hơi của dung dịch tẩy rửa.

51

IV.5. Xác định hàm lượng lưu huỳnh.

52

Chương III. Kết quả và thảo luận.

54

I. Xác định thành phần dầu sở nguyên liệu.

54

II. Nghiên cứu quá trình biến tính dầu thực vật.

55

II.1. Khảo sát quá trình sunfat hoá dầu sở

55

II.11. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng tác nhân axit H 2 SO 4 .

55

II.12. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phản ứng.

57

II.13. Quy hoạch thực nghiệm quá trình biến tính dầu sở.

58

II.2. Khảo sát quá trình sunfat hoá dầu dừa

63

II.21. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng tác nhân axit H 2 SO 4 .

63

II.22. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phản ứng.

64

II.23. Quy hoạch thực nghiệm quá trình biến tính dầu dừa.

67

Đặng Hồng Toan -- Công nghệ Hữu cơ hóa dầu -- 2004-2006

3


Luận văn thạc sỹ
III. Chế tạo chất tẩy rửa trên cơ sở dầu thực vật biến tính

73

sunfat hoá.

III.1 Chế tạo chất tẩy rửa từ dầu dừa

73

III.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt LAS.

73

III.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của axit succinic.

74

III.1.3 Tiến hành phối trộn với dầu thông.

76

III.1.4. Tiến hành phối trộn với dầu thông biến tính.

77

III.2 Chế tạo chất tẩy rửa từ dầu sở
III.2 1. Khảo sát hàm lượng dầu biến tính khi phối trộn với dầu

78
78

thông để chế tạo chất tẩy rửa.
III.2 2. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng LAS.

81

III.2 3. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng axit Oleic.

82

Kết luận.

85

Tóm tắt

87

Phụ lục.

88

Tài liệu tham khảo.

93

Đặng Hồng Toan -- Công nghệ Hữu cơ hóa dÇu -- 2004-2006

4


Luận văn thạc sỹ
Danh mục các bảng

Bảng I.1. Thành phần hoá học của các phần khác nhau trong dầu sở.
Bảng I.2. Thành phần axit béo chủ yếu trong dầu sở.
Bảng I.3. Thành phần hoá học của cùi tươi và cùi khô trong cơm dừa.
BảngI. 4: Thành phần các axit béo trong dầu dừa.
Bảng I.5. Tính chất vật lý của các cấu tử chính trong tinh dầu thông.
Bảng I.6. Thành phần hoá học tinh dầu thông Việt Nam và các nước khác.
Bảng III.1. Thành phần của dầu sở nguyên liệu.
Bảng III.2. ảnh hưởng của hàm lượng axit H 2 SO 4 nồng độ 98% đến quá
trình sunfat hóa dầu sở.

Bảng III.3. ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến quá trình sunfat hóa dầu
sở.
Bảng III.4. Các thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm quá trình sunfat hóa dầu
sở.
Bảng III.5. Các giá trị quy hoạch thực nghiệm quá trình sunfat hóa dầu sở.
Bảng III.6. Các thí nghiệm tại tâm quá trình sunfat hóa dầu sở.
Bảng III.7. Các thí nghiệm mới tại tâm quá trình sunfat hóa dầu sở.
Bảng III.8 : ảnh hưởng của lượng axit H 2 SO 4 nồng độ 98% đến quá trình
sunfat hoá dầu dừa.
Bảng III.9: ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến quá trình sunfat hoá.
Bảng III.10 : Sự phụ thuộc độ tẩy rửa vào hàm lượng lưu huỳnh.
Bảng III.11 : Các thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm quá trình sunfat hóa dầu
dừa.
Bảng III.12 : Các thí nghiệm tại tâm quá trình sunfat hóa dầu dừa.
Bảng III.13: Các giá trị quy hoạch thực nghiệm quá trình sunfat hóa dầu dừa.
Bảng III.14.. Tính giá trị chuẩn số Fisher.
Bảng III.15. Các thí nghiệm mới tại tâm quá trình sunfat hóa dầu dừa.

Đặng Hồng Toan -- Công nghệ Hữu cơ hóa dÇu -- 2004-2006

5


Luận văn thạc sỹ
Bảng III.16 : ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt LAS.
Bảng III.17. ảnh hưởng của hàm lượng axit Succinic.
Bảng III.18. Kết quả khảo sát chất tẩy rửa phối trộn từ dầu dừa biến tính và
dầu thông.
Bảng III.19 : Kết quả khảo sát chất tẩy rửa phối trộn từ dầu dừa biến tính và
dầu thông biến tính.

Bảng III.20. ảnh hưởng của hàm lượng dầu sở biến trong thành phần chất tẩy
rửa.
Bảng III.21. ảnh hưởng của hàm lượng LAS tới khả năng tẩy rửa.
Bảng III.22. ảnh hưởng của hàm lượng axit Oleic tới khả năng tẩy rửa.

Đặng Hồng Toan -- Công nghệ Hữu cơ hóa dầu -- 2004-2006

6


Luận văn thạc sỹ
Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Hình I.1. VÊy bÈn do mét vÕt bÈn bÐo.
H×nh I.2. Gét tẩy vết bẩn có chất béo.
Hình I.3. Phương thức "Rolling up".
Hình II.1. Sơ đồ sunfat hoá dầu thực vật.
Hình II. 2. Sơ đồ thí nghiệm xác định tỷ trọng.
Hình II.3. Sơ đồ thí nghiệm xác định độ nhớt động học.
Hình II.4: Sơ đồ thí nghiệm đo sức căng bề mặt.
Hình II.5. Xác định hàm lượng lưu huỳnh theo phương pháp bom.
Hình III.1. ảnh hưởng của hàm lượng tác nhân H 2 SO 4 trong quá trình sunfat
hóa dầu sở tới khả năng tẩy rửa.
Hình III.2. ảnh hưởng của thời gian phản ứng trong quá trình sunfat hóa dầu
sở tới khả năng tẩy rửa.
Hình III.3: ảnh hưởng của hàm lượng tác nhân H 2 SO 4 trong quá trình sunfat
hóa dầu dừa tới khả năng tẩy rửa.
Hình III.4 : ảnh hưởng của thời gian phản ứng trong quá trình sunfat hóa
dầu dừa tới khả năng tẩy rửa.
Hình III.5: Mối liên hệ giữa độ tẩy rửa và hàm lượng lưu huỳnh.

Hình III.6 : Biểu đồ quan hệ giữa độ tẩy rửa và hàm lượng chất hoạt động bề
mặt LAS.
Hình III.7 : Biểu đồ quan hệ giữa độ tẩy rửa và hàm lương axít succinic.
Hình III.8 : Biểu đồ quan hệ giữa độ tẩy rửa và tỷ lệ phối trộn dầu dừa biến
tính với dầu thông.
Hình III.9: Biểu đồ quan hệ giữa độ tẩy rửa và tỷ lệ phối trộn dầu dừa biến
tính với dầu thông biến tính.
Hình III.10. ảnh hưởng của hàm lượng DSBT tới độ sáng của vải.

Đặng Hồng Toan -- Công nghệ Hữu cơ hóa dầu -- 2004-2006

7


Luận văn thạc sỹ
Hình III.11. ảnh hưởng của hàm lượng DSBT tới độ bay hơi của chất tẩy rửa.
Hình III.12. ảnh hưởng của hàm lượng LAS tới khả năng tẩy rửa.
Hình III.13. ảnh hưởng của hàm lượng axit Oleic tới khả năng tẩy rửa.
Hình P1. Sắc ký đồ phân tích thành phần dầu sở nguyên liệu.
Hình P2. Sắc ký đồ phân tích thành phần dầu sở biến tính.
Hình P3. Phổ chn cđa 11- Eicosenoic axit.
H×nh P4. Phỉ chn cđa Oxiraeoctanoic axit.
H×nh P5. Phỉ chn cđa Octadecanoic axit.
H×nh P6. Phỉ chn cđa 9 - Octadecenoic axit.
H×nh P7. Phỉ chn cđa 9, 12 - Octadecadienoic axit.
Hình P8. Phổ chuẩn của Hexadecanoic axit.

Đặng Hồng Toan -- Công nghệ Hữu cơ hóa dầu -- 2004-2006

8

Luận văn thạc sỹ
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
ABS

Alkylbenzensunfonat.

HĐBM

Hoạt động bề mặt.

HĐBM NI

Hoạt động bề mặt không ion.

LAS

Linear Ankylbenzen Sulfonat.

LES

Alkyl ete sulfat.

APG

Alkylpolyglucosit .

CMC

Nồng độ mixen tới hạn.

PVC

Polyvinylclorua- clorin.

PAN

Polyacrylnitrin-nitron.

PE

Polyester.

Đặng Hồng Toan -- Công nghệ Hữu cơ hóa dầu -- 2004-2006

9


Luận văn thạc sỹ
Mở đầu
Cùng với việc nghiên cứu sản xuất thành công chất tẩy rửa cặn xăng dầu từ
nguồn nguyên liệu sẵn có là các dầu thực vật, với ưu điểm làm sạch nhanh,
hiệu quả cao và đặc biệt là thân thiện với môi trường, đà góp phần vào việc
thay thế các lao động thủ công tốn nhiều thời gian với hiệu quả không cao
ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe của người lao động.
Hiện nay việc nghiên cứu để sản suất chất tẩy rửa đi từ nguồn nguyên
liệu là các dầu thực vật với mục đích tẩy rửa cặn dầu mỡ bám trên vải sợi
cũng đang là vấn đề lớn được rất nhiều nhà khoa học quan tâm.
Trong quá trình phát triển các ngành công nghiệp hiện nay ở Việt Nam,

dệt may là một trong những ngành quan trọng, chiếm tỷ trọng khá cao trong
nền kinh tế và tạo ra rất nhiều việc làm cho người lao động. Theo đó là rất
nhiều các nhà máy dệt được mọc lên và ở đây việc tẩy các vết bẩn dầu mỡ
trước nhuộm là một công việc hết sức quan trọng, phụ thuộc rất nhiều vào
hiệu quả của chất tẩy rửa được sử dụng. Bên cạnh đó lượng quần áo bảo hộ bị
nhiễm bẩn từ những người công nhân lao động trực tiếp liên quan đến các sản
phẩm dầu mỡ là rất lớn.
Ngoài những nguồn nhiễm bẩn chính trên còn có một số lượng vải lớn bị
nhiễm bẩn trong đời sống lao động và sinh hoạt hàng ngày như những người
thợ sửa ô tô xe máy
Trong bản luận văn này, tôi sẽ trình bày các nội dung chính sau :
- Thực hiện biến tính dầu thực vật.
- Tiến hành pha chế chất tẩy rửa để thử nghiệm trên vải sợi.
- Khảo sát một số chỉ tiêu và thông số hóa lý cđa chÊt tÈy rưa.

Ch­¬ng i. Tỉng quan lý thut.
I. Giới thiệu chung về chất tẩy rửa.

Đặng Hồng Toan -- Công nghệ Hữu cơ hóa dầu -- 2004-2006

10


Luận văn thạc sỹ
I.1. Lịch sử phát triển chất tẩy rửa. [4, 22, 25]
Xà phòng là chất tẩy rửa đầu tiên xuất hiện trong nền văn minh của chúng
ta. Ban đầu sự chế biến xà phòng còn thô sơ nhưng nó vẫn là sản phẩm xa xỉ
làm mỹ phẩm và ngay cả dược liệu trong nhiều thế kỷ. Vào cuối thế kỷ
XVIII, Leblane đà khám phá ra rằng xút có thể sản xuất được từ cloruanatri
và thời kỳ này sản xuất công nghiệp trở nên dễ dàng hơn đồng thời việc sử

dụng xà phòng cũng phổ biến hơn. Do việc tăng dân số và yêu cầu của cuộc
sống nên nhu cầu sử dụng ngày càng tăng, do đó nguyên liệu cần thiết để sản
xuất xà phòng thiếu hụt, dầu thực vật đà được thay thế cho mỡ động vật.

Về sau các nhà khoa học hướng các cuộc nghiên cứu vào những sản phẩm
thay thế có hiệu quả cao hơn cả xà phòng tổng hợp. Fritz Gninther đà thành
công khi sáng chế chất tẩy rửa đầu tiên bằng cách alkyl hoá rồi sunfo hoá
chất naphtalen. Tuy nhiên chuỗi phân tử alkyl naphtalen quá ngắn không thể
có đầy đủ những tính chất tẩy rửa. Brish một người Đức đà khám phá ra rằng
este hoá chất axít của dầu thầu dầu kèm theo việc sunfo hoá làm phát sinh
một chất mang những đặc tính thấm ướt tuyệt vời (butyl este sunfonat) nhưng
tính năng tẩy rửa còn kém. Sau đó người ta đà điều chế thành công chất tẩy
rửa bằng cách sunfat hoá rượu béo.
Bonvenault và Balance hai nhà khoa học người Pháp đà phát minh ra
phương thức chế biến rượu bằng cách khử với natri của axit béo tương ứng
nhưng giá sản xuất axit béo quá cao. Sự tổng hợp thực sự do một người Đức
có tên là W.Schrauth tổng hợp thành công các rượu béo bằng cách dùng chất
xúc tác khử các axit béo với hydro dưới áp suất thấp. Nhờ đó các sunfat rượu
béo đà được sử dụng cho việc chế biến chất tẩy rửa vải vóc quần áo, những
sản phẩm dành cho việc tẩy rửa chén bát, các mỹ phẩm...
Năm 1946, người ta đà thành công trong việc tạo một nguyên liệu mới
không đắt lắm và cũng không tác hại lắm : chất alkylbenzensunfonat (ABS)
có thể thay thế hữu hiệu xà phòng và các bột giặt gốc xà phòng dùng trong
việc tẩy rửa gia đình. Với tính chất ít nhạy cảm với chất vôi phối hợp với hiệu
quả tuyệt hảo và giá thành hợp lý. ABS đà trở thành chất chất hoạt động bề
mặt nổi tiếng nhất sau xà phòng. Nhưng nhược điểm của ABS là nó khả năng

Đặng Hồng Toan -- Công nghệ Hữu cơ hóa dầu -- 2004-2006

11

Luận văn thạc sỹ
phân giải sinh học kém và vì vấn đề môi trường nên người ta đà thay thế ABS
bằng chất LAS .Vào những năm 60, ABS đà bị cấm sử dụng ở một số quốc
gia. Những năm sau đó người ta khám phá ra những phân tử khác nhau rượu
etoxy hoá trong đó nonyl etoxy đóng vai trò quan trọng nhất. Cùng với việc
phát triển chất hoạt động bề mặt người ta các sự thay đổi khác nhau cho chÊt
tÈy rưa nh­ thay thÕ cacbon natri b»ng c¸c chất phức hữu hiệu hơn: các
diphotphat natri tiếp đến là triphotphat chất này hiện vẫn đang còn sử dụng
cho tới nay.
I.2. Phân loại chất bẩn. [4,22, 25]
I.2.1. Phân loại chất bÈn theo ngn gèc.
- Bơi tõ khÝ qun.
- Bµi tiÕt từ cơ thể.
- Chất bẩn từ sinh hoạt và công nghiệp.
I.2.2. Phân loại chất bẩn theo quan điểm chất tẩy rửa :
- Các chất tan trong nước (các muối vô cơ, đường, đạm, mồ hôi...).
- Các chất tạo màu (oxit kim loại, cacbonat, siliccat, chất mùn bùn đất, than
đen, mò hãng...).
- Mì (®éng vËt, thùc vËt, mì da chÊt tiÕt nhờn...), dầu khoáng, sáp.
- Protein từ các nguồn (máu, trứng, sữa...).
- Hydrat cacbon (tinh bột, ).
- Các vết bẩn hữu cơ trái cây, thực vật, rượu, trà, cafe....
Việc loại trừ các chất bẩn trong quá trình tẩy rửa có thể được nâng cao
dựa vào sự thay đổi thời gian tẩy, tác động cơ học, nhiệt độ. Mặc dù vậy,
trong một số công nghệ giặt tẩy thì việc thực hiện tẩy rửa lại phụ thuộc vào
sự tác động qua lại đặc biệt giữa cặn bẩn, chất hoạt động bề mặt và các thành
phần tẩy rửa. Nhưng điều đáng quan tâm là sự tác động giữa các loại cặn bẩn
khác nhau. Loại cặn bẩn khó loại trừ nhất là đối với sợi vải là chất tạo màu

như là muội than, các oxit kim loại... Khi mà tất cả các loại cặn bẩn trên bề
mặt vải.
Việc loại trừ cặn bẩn trên bề mặt có thể được kết hợp với các phản ứng
hoá học hoặc có thể xảy ra mà không có sự thay đổi hoá học .

Đặng Hồng Toan -- Công nghệ Hữu cơ hóa dầu -- 2004-2006

12


Luận văn thạc sỹ
Đối với quá trình oxy hóa khử đòi hỏi tẩy trắng với các chất dễ oxy hoá
(ví dụ như thuốc nhuộm tự nhiên, trà rượu hay nước ép trái cây...).
Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp cặn bẩn được loại bỏ bao gồm các chất
không tuân theo quá trình bề mặt. Sự đòi hỏi này được phản ánh trong thành
phần chất tẩy rửa hiện đại.
I.3. Thành phần chất tÈy röa. [4, 5, 13, 22, 25]
ChÊt tÈy röa sö dụng trong sinh hoạt và trong công nghiệp có thành phần
rất phức tạp, nhưng chúng bao gồm ba nhóm chính sau:
- Chất hoạt động bề mặt.
- Các chất xây dựng.
- Các chất phụ gia.
Mỗi một thành phần chất tẩy rửa có những chức năng riêng cho việc tẩy
rửa. Tuy vậy, chúng vẫn có tác động qua lại lẫn nhau. Ngoài thành phần
chính trên thì tuỳ thuộc vào yêu cầu, mục đích sử dụng của từng loại chất tẩy
rửa mà ta có thể thêm vào các chất phụ gia hoặc bỏ bớt những thành phần
không cần thiết.
I.3.1. Chất hoạt động bề mặt (HĐBM).
Chất HĐBM là chất có khả năng hoạt động bề mặt. Hai tính chất quan
trọng của chất HĐBM là tính hấp phụ và tính định hướng.

Chất HĐBM đóng vai trò rất quan trọng trong thành phần chất tẩy rửa. Nó
có mặt ở tất cả các loại chất tẩy rửa khác nhau. Nhiệm vụ của chúng là đảm
bảo sự tẩy đi các vết bẩn và những chất lơ lửng trong nước giặt để ngăn cản
sự bám lại của chúng trên bề mặt.
Một phân tử chất HĐBM gồm hai phần: Một phần kỵ nước (không tan
trong nước) và một phần ưu nước (tan trong nước). Các phân tử này có tác
động lớn vào các giao diện không khí/nước hoặc dầu/nước.
Chất HĐBM được chia làm 4 loại tuỳ thuộc vào liên kết cộng hoá trị giữa
phần kỵ nước của chất HĐBM với nhóm mang điện tích sau khi phân ly
trong dung dịch:
- Chất HĐBM anionic.
- Chất HĐBM cationic.

Đặng Hồng Toan -- Công nghệ Hữu cơ hóa dầu -- 2004-2006

13


Luận văn thạc sỹ
- Chất HĐBM không ion (NI).
- Chất HĐBM lưỡng tính.
a. Chất HĐBM anionic.
Nếu nhóm hữu cực được liên kết bằng hoá trị cộng với phần kỵ nước của
chất HĐBM mang điện tích âm (- COO-, - SO 3-, -SO 4 2-...), thì chất HĐBM
được gọi là anionic: các xà phòng, các alkylbenzen sulfonat, các sulfat rượu
béo...là những tác nhân bề mặt anionic.
- Alkyl benzen sulfonat (ABS ).
Đây là chất hoạt động bề mặt thường được sử dụng nhất. Có những ABS
nhánh và ABS thẳng. ABS nhánh chỉ còn dùng ở vài quốc gia vì tốc độ phân
giải chậm bởi các vi sinh vật.

CH3

ABS nhánh:

CH3

C

CH3
CH2

C

CH3
CH2

CH3

C
CH3

CH3

SO3-

- ABS thẳng ( LAS: Linear Ankylbenzen Sulfonat):

- Sulfat r­ỵu

CH3

(CH2)n

SO3h

bËc mét ( PAS .

Primary Alcohol Sulfate):
R- CH 2 - O- SO 3 - Na (R = C 11 ữ C 12 )
Sunfat rượu bậc một được chế tạo bằng cách sunfat hóa các rượu béo (thiên
nhiên hay nhân tạo) với hỗn hợp Không khí/SO 3 theo ph¶n øng sau:
R - OH + SO 3 → R- O-SO- 3
- Alkyl ete sulfat (LES).
R- O- ( CH 2 - CH 2 - O) n - SO- 3

Đặng Hồng Toan -- Công nghệ Hữu cơ hóa dầu -- 2004-2006

14


Luận văn thạc sỹ
Loại chất hoạt động bề mặt này thường được sử dụng trong các công thức
lỏng ( nước rửa chén, dầu gội đầu).
O

- Các xà phòng:

r

c

ona

trong đó R là các gốc béo.

b. Chất HĐBM cationic.
Ngược lại, nếu nhóm hữu cực mang một điện tích dương (- NR 1 R 2 R 3 +),
thì chất HĐBM được gọi là cationic, chẳng hạn như clorua dimetyl distearyl
amoni.
Chất HĐBM cationic được gọi là đối nghịch với chất HĐBM anionic dựa
trên mối quan hệ điện tích. Một lượng nhỏ chất HĐBM anionic hay thậm chí
là chất HĐBM không ion hoá có thể n©ng cao viƯc thùc hiƯn tÈy rưa.
- Dialkyl dimetyl clorua:
R

CH 3
N+

R

Cl

trong đó: R = C 12 - C 18

CH 3

Đây là chất HĐBM cationic được biết đến sớm nhất từ năm 1949 và được
coi là chất làm mềm vải. Trong những năm 1960 các chất HĐBM này đÃ
đóng vai trò chủ yếu trên các thị trường Mỹ và Tây Âu.
- Alkyl Dimetyl Benzyl Amino clorua:

CH 3 H
R

N

C

Cl

trong ®ã: R = C12- C18

CH 3 H

c. Chất HĐBM không ion(NI).
Chất HĐBM NI có những nhóm hữu cực không ion hóa trong dung dịch
nước. Phần kỵ nước gồm dây chất béo. Phần ưa nước chứa những nguyên tử
oxy, nitơ hoặc lưu huỳnh không ion hóa. Sự hoà tan là do cấu tạo những liên
kết hydro giữa các phân tử nước và một số chức năng của phần thích nước,
chẳng hạn như chức năng ete của nhóm polyoxyetylen (hiện tượng hydrat
hóa). Trong loại này chủ yếu là các dẫn xuất của polyoxyetylen hoặc

Đặng Hồng Toan -- Công nghệ Hữu cơ hóa dầu -- 2004-2006

15


Luận văn thạc sỹ
polyoxypropylen nhưng cũng cần thêm vào đây các este của đường, các
alkanolamit.
- Các rượu béo Etoxy hóa. R-O-(CH 2 -CH 2 O) n

- C¸c oxit amin

CH3
r

o

n
CH3

- C¸c alkylamin: R- CH 2 – NH 2
- C¸c alkylpolyglucosit (APG):
H2C - OH

trong đó:

O

H

n = 1,3 ữ 2

R = C 8 ữ C 14 .

OH
O

O
OH

R
n

d. Các chất HĐBM lưỡng tính.
Chất HĐBM lưỡng tính: các chất lưỡng tính là những hợp chất có một
phân tử tạo nên một ion lưỡng cực. Chẳng hạn:
- Axit xetylamino-axetic trong môi trường nước cho hai thể sau đây:
C 16 H 33 -N+H 2 - CH 2 -COOH (trong môi trường axit) và
C 16 H 33 -NH- CH 2 -COO- (trong m«i tr­êng kiỊm).
- Alyl Amino Propyl Betaine là sản phẩm thường dùng cho các loại dầu gội
đầu, nước tắm có bọt, nước rửa chén bát... do chúng có tính tẩy rửa cao, khả
năng tạo bọt tốt mà không gây ảnh hưởng cho da. Chủ yếu ở đây sử dụng là
Alkyl Lauryl.

CH3
R

C
O

NH

(CH2)3

N+
CH3

CH2

C

O-

O

Đặng Hồng Toan -- Công nghệ Hữu cơ hóa dầu -- 2004-2006

16


Luận văn thạc sỹ
Trong tất cả các phân tử ấy, phần kỵ nước gồm một dÃy alkyl hay dây
béo. Chúng được biểu thị bằng:
CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 2 --- hoặc

hoặc R.

Bốn chất HĐBM có ký hiệu sau đây:
Anionic

Cationic

NI

Lưỡng tính
Sự lựa chọn những chất HĐBM dùng trong sản phẩm tẩy rửa có thể khác
nhau, song một chất HĐBM phù hợp cho việc tẩy rửa được mong muốn có
các đặc tính sau:
01. Hấp phụ chọn lọc.
02. Tách được các chất bẩn.

03. Có khả năng chống chất bẩn tái bám trở lại
04. Độ nhạy cảm với nước cøng thÊp.
05. Cã tÝnh chÊt ph©n bè.
06. TÝnh thÊm ­ít tốt.
07. Tính hoà tan cao.
08.Có đặc tính tạo bọt mong muốn.
09. Có mùi thích hợp.
10. Bảo quản được lâu.
11. Không độc hại đối với người, môi trường.
12. Nguồn nguyên liệu dễ kiếm.
13. Tính kinh tế.
Hiện nay, vấn đề môi trường ngày càng được quan tâm nên nhiều nhà chế
tạo sử dụng chất HĐBM có lợi đối với môi trường nghĩa là những chất có
tính phân huỷ sinh học nhiều hơn như:
- Những rượu béo có sunfat gốc dầu thực vật (dầu dừa).
- Nhưng alkylpolyglucosit (APG).
- Các alkyl - glucosamit.
- Các metyl este sulfonat.
- Các rượu béo etoxy hóa với sự phân phối hẹp các số oxit etylen.

Đặng Hồng Toan -- Công nghệ Hữu cơ hóa dầu -- 2004-2006

17


Luận văn thạc sỹ
Đối với các chất HĐBM NI bình thường có trung bình 7 phân tử oxit
etylen, con số này có thể thay đổi từ 1 ữ 15. Đối với cùng một chất HĐBM NI
với sự phân bố hẹp, số lượng các phân tử oxit etylen ở vào khoảng giữa 3 và
12. Loại chất HĐBM NI rất công hiệu, nhưng giá thành tương đối đang còn

cao vì tính cách chế biến nó phức tạp hơn.
Tỷ lệ của chất HĐBM ®­ỵc sư dơng: rÊt khã ®Ĩ ®­a ra mét quy tắc tổng
quát về tỷ lệ của chất HĐBM dùng trong tẩy rửa. Thật vậy, có rất nhiều yếu
tố cần được lưu ý để xác định tỷ lệ của chúng thường là:
- Tỷ trọng của sản phẩm.
- Loại chất xây dưng.
- Tính chất của các chất xây dựng.
I.3.2. Các chất xây dựng.
Các chất xây dựng đóng vai trò trung tâm trong suốt quá trình tẩy rửa.
Chức năng của chúng khá lớn là làm tăng hoạt tính tẩy rửa và loại bỏ ảnh
hưởng của các ion Ca2+ và Mg2+ có trong nước và đôi khi cũng có trong thành
phần chất bẩn và bề mặt nhiễm bẩn. Các chất xây dựng bao gồm một vài loại
sau: các hợp chất kiềm như Natri Cacbonat và Natri Silicat, các phức hợp và
các chất trao đổi ion.
Các chất xây dựng hiện đại phải bao gồm những tính năng sau:
- Loại bỏ ảnh hưởng của các kim loại kiềm thổ từ nước, bề mặt, chất bẩn.
- Tính năng tẩy rửa tốt các chất màu, chất béo, thích hợp với các bề mặt
khác nhau, cải thiện tính chất của chất HĐBM, có đặc tính tạo bọt mong
muốn.
- Có khả năng chống tái bám chất bẩn trở lại cao, ngăn cản sự ăn mòn bề
mặt nhiễm bẩn.
- Tính thương mại: ổn định hóa học, không hút ẩm, màu và mùi dễ chịu,
thích hợp với thành phần khác trong chất tẩy rửa, nguyên liệu dễ kiếm.
- Không độc hại cho người sử dụng.
- Về mặt môi trường: phân huỷ sinh học tốt, không làm ô nhiễm nước,
không gây hại đến các vi sinh vật.
- Có tính kinh tế cao.

Đặng Hồng Toan -- Công nghệ Hữu cơ hóa dầu -- 2004-2006

18


Luận văn thạc sỹ
a. Các chất kiềm.
Các chất kiềm như Kali cacbonat và Natri cacbonat đà được sử dụng từ
lâu để tăng cường khả năng tẩy rửa. Tác dụng của chúng dựa trên cơ sở là các
chất bẩn và vải dễ nhiễm điện âm hơn khi pH tăng lên, kết quả là làm tăng sự
đẩy tương hỗ. Các chất kiềm cũng kết tủa các ion nước cứng.
Vào đầu thế kỷ 20, trong thành phần của tất cả các chất tẩy rửa (trừ xà
phòng) đều chứa sođa và silicat, chúng chiếm gần 50% tác dụng tẩy rửa.
Những chất này vào những năm 1930 đà được thay thế bởi Natri
monophosphat. Hiện nay các chất tẩy rửa hiện đại sử dụng các hợp chất càng
cua (chelat) hay các hợp chất trao đổi ion.
b. Các tác nhân phức hóa.
Trong dung dịch chất tẩy rửa có nhiều anion có thể kết hợp với canxi hay
magiê trong nước để tạo thành những muối không hoà tan (kết tủa) không
mong muốn. Việc sử dụng các phức hợp có đặc tính riêng do chúng có khả
năng hoà tan các chất kết tủa ấy và sau đó tạo thành các phức hợp tan trong
nước. Do đó có một phản ứng cạnh tranh giữa các anion phức hợp và các
anion kÕt tđa víi can xi. Trong mét dung dÞch tÈy chất rửa, các anion kết tủa
từ cacbonat, alkylbenzen sulfonat và xà phòng, trong lúc đó các anion phức
hợp thì từ TTP, pyrophosphat, EDTA...
- Các phosphat: Các polyphosphat là những tác nhân phức hoá. Một tác
nhân phức hoá là một thuốc thử hoá học tạo với ion kim loại thành
những hợp tan trong nước. Thuật ngữ phức hoá, chelat hoá được dùng
để mô tả phản ứng ấy. Dưới đây là công thức của một số phosphat
chính có mặt trong thành phần chất tẩy rửa:

O

-

O

P

O-

Orthophosphat
O
Đặng Hồng Toan -- Công nghệ Hữu cơ hãa dÇu -- 2004-2006
O
O

19


Luận văn thạc sỹ

- Phức hợp của các phosphat: Phức hợp là các phản ứng hoá học trong đó tác
nhân phức hợp tạo cùng với ion kim loại trong dung dịch những phức hợp
tan trong nước. Cấu trúc hoá học của các phức với canxi.
Với pyrophosphat có công thức sau đây:

O

O
-

P

O

P

O

O-

O

O
Ca

Với Tripolyphosphat có hai khả năng về cấu tạo
O
-

O

P

O
O

O

P

O

O
O

P

O-

-

O

O-

O

P
O

Ca

O
O

P

O
O

O-

P

O-

O

Ca

- Các tác nhân chính khác về phức hợp ngoài TTP là các chất sau đây:
N.T.A ( Nitrilo Tri- Axetic) có công thức:

CH2COOH
N

CH2COOH
CH2COOH

EDTA ( Ethylen Diamin Tetra - Axetat )
HOOC-CH2

CH2COOH
N

HOOC-CH2

CH2 CH2 N

CH2COOH

Đặng Hồng Toan -- Công nghệ Hữu cơ hóa dầu -- 2004-2006

20


Luận văn thạc sỹ
Axit Citric và axit Tatric.
CH2COOH
HO

C

COOH

HOOC

OH

OH

CH

CH

COOH

CH2COOH

EDTMP (Axit Etylen Diamin Tetra Metylen Phosphonic )
H2O3P CH2

N
H2O3P CH2

CH2 CH2

CH2

PO3H2

CH2

PO3H2

N

- Những tác nhân phức hợp mới: Việc tìm kiếm những tác nhân phức hợp
mới này phải phù hợp với các điều kiện sau đây:
+ Phân giải sinh học tốt.
+ Có tính hiệu lực cao( cần phải ngang với hiệu lực của EDTA).
+ Giá thành hợp lý.
Hiện nay một trong những sản phẩm chứa phần lớn các điều kiện ấy là
MGDA ( Methyl Glycine Diaxetic Acid).
c. Các chất trao đổi ion.
Từ nhiều năm nay, việc sử dụng những chất trao đổi ion trong nhiều sản
phẩm tẩy rửa đà gia tăng đáng kể vì những lý do môi trường. Những nguyên
liệu mới không tan này (các zeolit) là những silico-aluminat Natri, nguyên
liệu xưa nhất là zeolit 4A. Zeolit định hình tạo được do phản ứng của Silicat
Natri với Aluminat Natri, sau đó được xử lý nhiệt để đạt được công dụng
mong muốn. Khả năng trao đổi các ion Na+ có trong công thức tuỳ thuộc vào
kích cỡ của các ion và tình trạng hyđrat hoá, cũng như nồng độ, nhiệt độ, HP

theo thời gian . Như vậy, các ion can xi được trao đổi rất nhanh và các ion
Magie ít nhanh hơn( trao đổi cũng xảy ra vớ các ion Pb, Cu, Ag, Zn, Hp).
Công thức Zeolit A là: Na 12 (AlO 2 ) 12 (SiO 2 ) 12 .27H 2

Đặng Hồng Toan -- Công nghệ Hữu cơ hóa dầu -- 2004-2006

21


Luận văn thạc sỹ
OAl
O

Si
OAl

SiO
O

Al-

OAl
O

SiO

Si

O

OAl

Gần đây những Zeolit với phẩm chất mới đà xuất hiện. Đặc biệt được nêu
lên ở đây là Zeolit MAP với tốc trao đổi Ca2+ nhanh hơn tốc độ Zeolit 4A nhờ
hình dạng tinh thể của nó( hình phẳng). Hơn nữa Zeolit giúp tạo được sự ổn
định các tác nhân làm trắng trong thành phần chất tẩy rửa. Sau cùng, các
Zeolit này lại giúp hấp phụnhiều hơn một lượng lớn thành phần lỏng chất
HĐBM so với Zeolit A. Điều trở ngại chính của các nhựa trao đổi ion là ở
chỗ chúng không có khả năng xử lý các canxi trong nước, nhưng trái
ngược với các tác nhân phức hợp, chúng có khả năng gỡ ra các ion bám
trên bề mặt nhiễm bẩn, ở những vết bẩn.
I.3.3. Các chất phụ gia.
Trong thành phần chất tẩy rửa, chất HĐBM và chất xây dựng là thành
phần quan trọng nhất. Ngoài ra một số tác nhân phụ trợ cũng có thể cho thêm
vào để hỗ trợ khả năng làm sạch của chất tẩy rửa.
a. Tác nhân chống tái bám:
Đặc tính mong muốn chất tẩy rửa là nó tẩy được các chất bẩn bám trên
các bề mặt nhiễm bẩn và không cho chất bẩn tái bám trở lại trên các bề mặt
đó.
Chống lại sự tái bám có thể được thực hiện bằng c¸ch lùa chän cÈn thËn
rÊt nhiỊu c¸c cÊu tư trong chất tẩy rửa (chất HĐBM và chất xây dựng). Tuy
nhiên cũng có thể sử dụng các tác nhân chống kết tủa đặc biệt. Hoạt động
của những tác nhân này nó tạo ra sự chống lại hiện tượng hấp phụ thuận
nghịch. Trên các chất kết tủa chúng kiểm soát sự kết tinh và ngăn không cho
chúng lớn tới kích cỡ tối đa để tránh sự tái bám của chúng vào vải vóc. Trên
các vết bẩn dạng hạt chúng gia tăng điện tích âm trong nước giặt tạo một lực
đẩy lớn hơn giữa các hạt qua đó tránh được sự ngưng kết dẫn đến sự tái bám
trên vải vóc.

Đặng Hồng Toan -- Công nghệ Hữu cơ hóa dầu -- 2004-2006

22


Luận văn thạc sỹ
Tác nhân chống bám được sử dụng từ lâu đó là cacboxy methyl cellulose.
Gần đây các dẫn xuất của tinh bột cacboxy methyl cũng đóng vai trò tương
tự. Tuy nhiên những hợp chất này chỉ tác dụng hiệu quả đối với vải là cotton.
Điều này dẫn đến sự cần thiết phải sử dụng những chất chống kết tủa loại
mới. Có một vài chất HĐBM rất thích hợp, đó là chất không ion cellulose ete
có công thức như sau:
CH2OR

OR

OR
H

H
OR

O
H

H

O

H

H

H

O

H

OR O

H

O
H

OH

CH2OR

H

- CH 3
− CH CH
2
3

R − CH 2 CH 2 OH
− CH CHOHCH
2
3


− CH 2 CH 2 CHOHCH 3

b. Tác nhân tăng và chống bọt.
Bọt là một nhũ tương của hai pha không hoà trộn ( chẳng hạn pha nước và
không khí) tồn tại như một nhũ tương dầu- nước. Bọt có thể gây ra thuận lợi
hay khó khăn.
- Thuận lợi: Nó là một chỉ thị có hiệu quả của một sản phẩm và nó có thể
cho một cảm giác thoải mái.
- Bất lợi: Về mặt thẩm mỹ bọt trong dòng nước tràn ra.
Tuy nhiên hiệu quả của một sản phẩm tẩy rửa không liên hệ trực tiếp với
lượng bọt. Một sản phẩm không bọt có thể hiệu quả hơn những sản phẩm
khác nhiều bọt.
Các tác nhân làm tăng bọt.
Tuỳ theo nhu cầu của người tiêu dùng mà ta có thể tạo bọt cho sản phẩm.
Có hai phương pháp tạo bọt.

Đặng Hồng Toan -- Công nghệ Hữu cơ hóa dÇu -- 2004-2006

23


Luận văn thạc sỹ
- Lựa chọn các chất hoạt động bề mặt tạo bọt hay không tạo bọt.
Một chất HĐBM hay một hỗn hợp chất HĐBM có thể làm thành một hệ
thống tạo bọt. Thông thường số lượng bọt tăng với nồng độ đạt tối đa quanh
nồng độ mixen tới hạn (CMC). Tất cả các yếu tố có khả năng cải biến CMC
có thể tăng hoặc giảm khả năng tạo bọt của một chất hoạt động bề mặt. Các
yếu tố đó là:
+ Nhiệt độ.

+ Sự có mặt của một chất điện giải (muối vô cơ).
+ Cấu trúc phân tử chất HĐBM.
- Sử dụng những những phụ gia làm tăng bọt.
Có nhiều chất phụ gia có thể làm thay đổi các đặc tính mixen hoá của một
chất HĐBM và do đó làm biến đổi sự ổn định và khả năng tạo bọt của sản
phẩm.
Theo Schick và Fowkes, việc thêm vào một số hợp chất hữu cơ đối cực có
thể làm giảm CMC của những chất HĐBM. Việc sử dụng hợp chất có một
dÃy cacbon thẳng có cùng chiều dài giống như chiều dài của chất HĐBM là
phương thức hiệu nghiệm nhất để làm ổn định bọt của một chất HĐBM. Các
chất làm tăng bọt sau đây được xếp theo thứ tự hiệu lực tăng dần.
Ete glyxerol < Ete sulfonyl < Amit < Amit N thay thế
Các tác nhân chống tạo bọt.
Các tác nhân chống bọt làm giảm hoặc loại trừ bọt của sản phẩm. Chúng
tác động bằng cách ngăn cản sự tạo bọt, hoặc bằng cách làm tăng tốc độ huỷ
chúng. Trong trường hợp thứ nhất đó là những ion vô cơ như canxi có ảnh
hưởng đến sự ổn định tĩnh điện hoặc giảm nồng độ các anion (bằng kết tủa).
Trong trường hợp thứ hai, đó là những hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ sẽ đến
thay thế các phần tử các chất hoạt động bề mặt của màng bọt, như vậy làm
cho bọt ít ổn định.
Những hạt keo không ưa nước ( đất sét, silic...) có thể được sử dụng như là
những chất bọt. Các hạt này sẽ nằm trong màng bọt và trở nên không đồng
nhất. Phần màng tiếp xúc với các hạt kỵ nước trở nên mỏng dần và sau cùng
tự tạo một lỗ ở đó và bọt bị phá vỡ.

Đặng Hồng Toan -- Công nghệ Hữu cơ hãa dÇu -- 2004-2006

24

Luận văn thạc sỹ
Người ta cũng sử dụng các hợp chất hữu cơ chống tạo bọt như: Stearyl
phosphat, dầu và sáp và các silicon. Các hợp chất hữu cơ này tác động theo
cơ chế trải rộng. Các phần tử của chúng di động về phía bề mặt của màng bọt
để thay thế các phân tử của các chất HĐBM. Như vậy, một bề mặt có bọt
được thay thế bởi một bề mặt ít bọt hơn. Điều này chỉ có thể thực hiện được
bởi những hợp chất có một bề mặt kém có khả năng trải rộng trên các bề
mặt của dung dịch.
II. Quá trình tẩy rửa trên vải sợi.
II.1. Phân loại và tính chất của một số vải sợi.[4, 21]
Phân loại các loại vải sợi:
Tất cả các loại sợi có thể phân thành hai loại:
- Sợi tự nhiên bao gồm hai loại:
+ Sợi thực vật: phòng chứa 98% xenlulo, lanh chứa 74 - 79 % xenlulo.
+ Sợi động vật: tơ tằm, lông cừu, dê....
- Sợi hoá học gồm hai loại;
+ Sợi nhân tạo từ các nguyên liệu sẵn có trong thiên nhiên qua biến đổi
hoá học tạo thành, ví dụ: sợi visco từ các loại gỗ lâu năm chứa hàm lượng
xenlulo không cao lắm.
+ Sợi tổng hợp từ các hợp chất hữu cơ tổng hợp thành các lại cao phân tử
có khả năng kéo thành sợi như: sợi polyvinylclorua- clorin (PVC), sỵi
polyacrylnitrin- nitron- len acrylic (PAN), sỵi polyamit, sỵi polyester (PE)...
Trong các sợi trên người ta có thể dùng trực tiếp dệt thành vải hoặc phối
trộn từ hai hay ba loại khác nhau hoặc dùng loại này làm sợi dọc, loại khác
làm sợi ngang...
Tính chất của các loại vật liệu xơ sợi:
- Các loại sợi ưa nước như len, tơ tằm, phòng visco. Những loại này ở trong
nước sẽ bị thấm ướt và trương nở. Các phân tử nước sẽ khuếch tán sâu vào
trong xơ sợi làm giÃn nở các mạch đại phân tử trong xơ, sợi và dễ hấp thụ
thuốc nhuộm trong nước.

Đặng Hồng Toan -- Công nghệ Hữu cơ hóa dầu -- 2004-2006

25