Nghiên cứu tổng hợp chất hoạt động bề mặt để xử lý dầu mỡ trên vải sợi

bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

luận văn thạc sĩ khoa học

nghiên cứu tổng hợp chất hoạt động bề mặt
để xử lý dầu mỡ trên vải sợi

ngành : công nghệ hoá học
Hoàng duy hải

Người hướng dẫn khoa học : pgs.ts. đinh thị ngọ

hà Nội 2007


MỤC LỤC
Nội dung

Trang

Mở đầu……………………………..……………………………………...

4

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN LÝ THUYẾT…………………………….

5

1.1. Các loại vải sợi và những nguồn nhiễm bẩn………...………………

5

1.1.1. Giới thiệu chung về các loại vải sợi……………………………..

5

1.1.2. Cấu trúc và tính chất hố lý bề mặt vải sợi………………………

7

1.1.3. Các nguồn nhiễm bẩn vải sợi………………………………….....

8

1.1.4. Tiền xử lý vải sợi………………………………………………...

9

1.1.5. Lựa chọn dầu thực vật thích hợp để tổng hợp chất tẩy rửa vải sợi

10

1.1.6. Giới thiệu một số chất tẩy rửa vải sợi……………………………

10

1.2. Dầu thông và chất tẩy rửa……………………………………………

12

1.2.1. Giới thiệu về dầu thông………………………………………….

12

1.2.2. Thành phần chất tẩy rửa…………………………………………

13

1.3. Cơ chế tẩy rửa………………………………………………………..

25

1.3.1. Các yếu tổ ảnh hưởng đến quá trình tẩy rửa..................................

25

1.3.2. Các cơ chế tẩy rửa khác nhau........................................................

26

1.4. Các phương pháp biến tính dầu thơng………………………………

31

1.4.1. Sulfat hố dầu thơng…………………………………………….

31

1.4.2. Hydrat hố dầu thơng……………………………………………

33

1.4.3. Oxy hố dầu thơng………………………………………………

34

CHƯƠNG 2 : THỰC NGHIỆM ………………………………………..

35

2.1. Nghiên cứu tính chất hố lý bề mặt của vải cotton…………………

35

2.1.1. Chuẩn bị mẫu vải Cotton…………...……………………….......

35

2.1.2. Chụp SEM mẫu vải Cotton…………………….……………….

35


2.2. Tổng hợp chất HĐBM bằng phương pháp sulfat hoá dầu thơng…

35

2.2.1. Ngun liệu……………………………………………………..

35

2.2.2. Thiết bị, dụng cụ………………………………………………..

35

2.2.3. Sulfat hố dầu thông để tổng hợp chất hoạt động bề mặt............

36

2.3. Chế tạo hỗn hợp chất tẩy rửa trên cơ sở dầu thơng sulfat hố……..

37

2.3.1. Ngun liệu……………………….………………………...

37

2.3.2. Thiết bị, dụng cụ………………….…………………………

37

2.3.3. Điều chế………………………….…………………………

37

2.4. Đánh giá hoạt tính của chất tẩy rửa đã điều chế…………………...

38

2.4.1. Pha dung dịch chất tẩy rửa……………………………………

39

2.4.2. Ngâm mẫu để xác định khả năng tẩy rửa…………………….

39

2.4.3. Đo độ trắng của vải………………………………………….

39

2.5. Xác định một số thơng số hố lý của chất tẩy rửa…………………

40

2.5.1. Xác định độ bay hơi…………………………………………

40

2.5.2. Đo sức căng bề mặt (SCBM) của chất tẩy rửa trong nước…

40

2.5.3. Xác định hàm lượng lưu huỳnh………………………………

43

2.5.4. Xác định độ nhớt động học…………………………………

46

2.5.5. Xác định tỷ trọng……………………………………………

48

CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN …………………………

50

3.1. Nghiên cứu cấu trúc và bề mặt vải cotton…………………………..

50

3.1.1 Cấu trúc vải cotton……………………………………………

50

3.1.2 Bề mặt vải cotton…………………………………………….

52

3.2. Cơ chế bám dính của dầu mỡ trên vải sợi…………………………

53

3.3.Khảo sát nguyên liệu dầu thông ban đầu………...…………………

55

3.3.1. Thành phần dầu thông………………………………………..

55


3.3.2 Các thơng số hố lý của dầu thơng………………………..….

56

3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình sulfat hố……………………

56

3.4.1. Ảnh hưởng của nồng độ axit…………………………………

57

3.4.2. Ảnh hưởng của lượng axit…………………………………..

58

3.4.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ……………………………………..

59

3.4.4. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng…………………………..

61

3.4.5. Hàm lượng lưu huỳnh..………………………………………

62

3.4.6. So sánh khả năng tẩy rửa của dầu thơng sulfat hố và dầu thơng

64

chưa biến tính
3.5. Thảo luận về cơ chế phản ứng sulfat hố

64

3.6. Xác định các nhóm xuất hiện sau q trình sulfat hoá bằng phổ IR

66

3.7. Tổng hợp chất tẩy rửa (CTR) từ dầu thơng biến tính sulfat hố….

67

3.7.1. Ảnh hưởng của hàm lượng axit oleic đến hoạt tính của CTR…

68

3.7.2. Ảnh hưởng của hàm lượng TEA đến hoạt tính của CTR………

69

3.7.3. Ảnh hưởng của các phụ gia tẩy trắng đến hoạt tính của CTR….

70

3.7.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hoạt tính của CTR……………….

73

3.7.5. Ảnh hưởng của thời gian ngâm mẫu đến hoạt tính của CTR…..

74

3.8. Thành phần chất tẩy rửa BK-HNS…………………………………

75

3.9. Đề xuất cơ chế tẩy rửa…………………………………………….

76

3.10. Một số thơng số hố lý của chất tẩy rửa BK-HNS…..……………

79

3.11. Quy hoạch thực nghiệm………………………………………….

80

Kết luận…………………………………………………………………..

86

Tài liệu tham khảo………………………………………………………..
Tóm tắt…………………………………………………………………….
Abstract…………………………………………………………………....


Luận văn thạc sĩ khoa học

MỞ ĐẦU
Trong ngành công nghiệp dệt, công đoạn xử lý dầu mỡ bám trên vải sợi sau
khi dệt đóng vai trị rất quan trọng. Vải sợi phải được xử lý làm sạch dầu mỡ và
các tạp chất trước khi tiến hành các công đoạn sau đó như nhuộm màu, in hoa để
tránh hiện tượng loang màu, kém bền màu…
Hiện nay các doanh nghiệp dệt may trong nước đang phải nhập ngoại hoàn
toàn lượng chất tẩy rửa dùng cho công đoạn này. Các chất tẩy rửa nhập ngoại có
giá thành cao, gây ơ nhiễm mơi trường nặng nề.
Mặt khác, nước ta có nguồn dầu thực vật dồi dào, giá rẻ, rất phù hợp làm
nguyên liệu để sản xuất các chất tẩy rửa. Vì vậy, việc nghiên cứu tổng hợp các
chất tẩy rửa có hoạt tính cao, giá rẻ, thân thiện với môi trường từ nguồn dầu thực
vật dồi dào trong nước để thay thế dần các chất tẩy rửa nhập ngoại là một nhu
cầu rất bức thiết.
Luận văn này nghiên cứu quá trình tổng hợp chất tẩy rửa từ dầu thơng sulfat
hố để xử lý dầu mỡ trên vải sợi, bao gồm các điểm mới với các nội dung chính
sau đây:
- Nghiên cứu cấu trúc vải sợi cotton và cơ chế bám dính của dầu mỡ trên bề
mặt vải từ đó đề xuất cơ chế tẩy rửa dầu mỡ bám trên bề mặt vải.
- Biến tính dầu thơng bằng phương pháp sulfat hố để tạo chất hoạt động bề
mặt có hoạt tính cao, dễ phân huỷ sinh học, thân thiện với môi trường để
thay thế những chất hoạt động bề mặt sản xuất từ dầu mỏ gây ơ nhiễm mơi
trường.
- Phối trộn dầu thơng sulfat hố với các phụ gia khác để tạo ra chất tẩy rửa

dầu mỡ trên vải sợi có hoạt tính cao.

1

Hồng Duy Hải


Luận văn thạc sĩ khoa học

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. CÁC LOẠI VẢI SỢI VÀ NGUỒN GỐC NHIỄM BẨN
1.1.1. Giới thiệu chung về các loại vải sợi
Ngày nay có rất nhiều loại sợi được sử dụng trong cơng nghiệp may mặc,
mỗi loại sợi đòi hỏi sự xử lý khác nhau.
Thơng thường ta chia sợi thành ba nhóm dựa theo nguồn gốc của chúng
[1,15,26,45]:
•

Sợi thiên nhiên :

Được sản xuất từ thảo mộc (như bông, sợi gai) hoặc động vật (như len,
tơ).Trong đó bơng được sử dụng trong cơng nghiệp dệt với tỉ lệ lớn nhất
52÷60%, cịn len chiếm từ 6ữ9%.
ã

Si nhõn to :

Dn xut t xenluloza (viscose, autate, rayonne)
ã

Si hỗn hợp :

Sợi hỗn hợp gồm những hỗn hợp của sợi thiên nhiên và sợi tổng hợp như
polyester-bông sợi. Sợi hỗn hợp không những phát huy được những ưu điểm của
từng loại sợi mà còn hạn chế được các nhược điểm riêng của từng loại sợi.
•

Sợi tổng hợp :

Polyester, acrylic, polyamit…Sợi tổng hợp có thể là hỗn hợp của nhiều loại
sợi (như polyeste-bông sợi) giúp phối hợp các ưu điểm của từng loại sợi sử dụng.
Các loại sợi dệt khác nhau được tóm tắt ở bảng 1.1 [1]

2

Hồng Duy Hải


Luận văn thạc sĩ khoa học

Bảng 1.1 : Các loại sợi dệt khác nhau
Loại sợi

Đặc tính

Sợi thiên nhiên thực
vật:

Khuyến cáo xử lý
Chịu nhiệt cao, có thể

Dai, bền.

BƠNG - SỢI GAI

chà xát mạnh và xử lý
bằng Clo.

Sợi thiên nhiên động Mỏng manh, mất 40% Phải xử lý thận trọng,
vật:

sức bền dai của chúng giặt và xả ở nhiệt độ 20

LEN - TƠ

nếu bị ướt.

đến 30oC là tối đa.

Sợi nhân tạo (viscose, Dẫn xuất của sợi thiên Không dùng Clo để xử
axcetate)

nhiên thực vật.

Sợi hỗn hợp (hỗn hợp

Kết hợp ưu điểm của sợi Nhiệt độ giặt phụ thuộc

của sợi tổng hợp và

tự nhiên và sợi tổng hợp

thiên nhiên)

lý.

vào bản chất của từng
loại sợi

Có tính bền chắc. Chúng Ít chịu được nhiệt độ
Sợi tổng hợp:

khơng để cho nước hoặc cao. Do đó việc tẩy rửa

NYLON - RILSAN

chất bẩn thấm sâu vào, cần được xác nhận là
ngoại trừ một số chất mỡ. thận trọng.

Hiện nay để sản xuất vải cho công nghiệp may mặc người ta thường sử dụng
vải pha. Vải pha là vải được dệt từ các loại xơ khác nhau, nhằm thu được sản
phẩm dệt có tính chất sử dụng mới. Các mặt hàng vải pha được sản xuất và sử
dụng phổ biến trên thế giới, tuy nhiên ở nước ta những loại vải như vậy mới bắt
đầu được tổ chức sản xuất. Phương pháp thông dụng nhất để sản xuất vải pha là
pha trộn các loại xơ với nhau ngay từ giai đoạn kéo sợi. Việc pha trộn các loại xơ
với nhau mang lại các lợi ích sau [47,48,50]:

3

Hồng Duy Hải

Luận văn thạc sĩ khoa học

- Để giảm giá thành của sản phẩm: chẳng hạn khi pha bông với len, xơ
polyamit với len thì giá thành của vải sẽ giảm nhiều vì len là loại nguyên liệu
quý và đắt.
- Để đạt hiệu quả sử dụng mới: chẳng hạn như pha xơ xenlulo (bơng,visco)
với xơ tổng hợp (polyamit, polyester, polyacrylonitrin), vì xơ xenlulo tuy hút ẩm,
hút mồ hôi tốt, nhưng bị nhàu, độ bền thấp, thời gian sử dụng ngắn; còn các xơ
tổng hợp thì bền hơn, ít chịu tác dụng phá huỷ của vi sinh vật, lại có khả năng
chống biến dạng cao, giữ nếp được lâu.
Vì những lý do kể trên nên mặt hàng vải pha hiện nay rất đa dạng, chủ yếu là
pha xơ thiên nhiên với xơ tổng hợp, bao gồm các loại vải pha sau [41,42]:
- Vải bông pha xơ hiđrat xenlulo.
- Vải bông pha xơ axetat.
- Vải bông pha xơ polyamit.
- Vải polyester pha bông (còn gọi là vải Pe/co).
- Vải len pha xơ polyamit.
- Vải len pha xơ polyester.
1.1.2. Cấu trúc và tính chất hoá lý bề mặt vải sợi
a. Cấu trúc vải
Vải được cấu tạo từ rất nhiều bó sợi, bó sợi gồm nhiều sợi. Mỗi sợi vải lại
được tạo nên từ rất nhiều xơ, các xơ này sắp xếp một cách ngẫu nhiên và tạo ra
một hệ thống mao quản với đường kính trung bình là 50nm [32, 15]. Giữa các bó
sợi có khoảng cách và các bó sợi này lại được xếp chồng lên nhau để tạo ra độ
dầy của vải. Chính sự sắp xếp như vậy đã tạo ra một hệ thống các lỗ trống, giúp
cho chất bẩn dễ dàng đi sâu vào cấu trúc vải.
b. Hoá lý bề mặt vải sợi

4

Hoàng Duy Hải


Luận văn thạc sĩ khoa học

Tất cả các loại xơ, sợi dệt dùng trong công nghiệp dệt đều là các hợp chất
cao phân tử. Tất cả các hợp chất cao phân tử đều khó hồ tan, chỉ có một số hợp
chất cao phân tử có nhiệt độ nóng chảy cố định, còn đa số khi gia nhiệt sẽ bị
phân huỷ trước khi chuyển sang trạng thái mềm hay chảy lỏng, hoặc bị phân huỷ
mà không chảy lỏng [1,15,26].
- Sợi bông : thành phần chủ yếu của sợi là xenlulo (C6H10O5)n, chiếm tới
96%, còn lại là các thành phần như : keo pectin, nitơ, mỡ, sáp và tro. Bề mặt của
bông sợi khơng tích điện, có sức căng bề mặt lớn cho nên khó bị nhiễm bẩn dầu
mỡ so với các loại sợi khác [45,51].
- Sợi polyamit (sợi tổng hợp): mạch đại phân tử chứa nhóm metylen (-CH2-),
các nhóm này liên kết với nhau bằng liên kết peptit (-CO-NH-). Khả năng tĩnh
điện của sợi rất cao và dễ bị lão hoá dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời [15,47].
- Sợi polyeste : các mắt xích trong sợi polyester có dạng tổng quát như sau :
-[-CO-C6H4-CO-O-(CH2)2-O-]- Sợi polyester tương đối bền với tác dụng của
axit, các chất oxy hoá, chất khử và các dung môi hữu cơ thông thường nhưng lại
kém bền dưới tác dụng của kiềm. Do chứa ít nhóm ưa nước, có cấu trúc chặt chẽ
nên sợi này có hàm ẩm thấp. Do đó sợi có khả năng cách điện cao và dễ tích điện
gây khó khăn cho q trình dệt và nhuộm [15,56].
1.1.3. Các nguồn gốc nhiễm bẩn vải sợi
Dầu mỡ bám vào vải sợi bằng nhiều nguồn khác nhau, cụ thể là [15,26,48] :
- Dầu mỡ bám trên quần áo cơng nhân tại các nhà máy đóng tàu, cửa hàng
sửa chữa xe máy, ơ tơ,...
- Q trình khai thác và chế biến trong ngành công nghiệp dầu khí.

- Trong cơng nghiệp dệt, vải được dệt từ sợi. Trước khi sợi qua máy dệt để
tạo thành tấm vải thì các sợi này đã được đưa qua những dung dịch hố chất (có

5

Hồng Duy Hải


Luận văn thạc sĩ khoa học

chứa dầu) hoặc sáp. Mục đích của cơng đoạn này là để tránh cho sợi bị xù lơng
và để các sợi khơng bị dính vào nhau trong quá trình dệt (do dầu hoặc sáp bao
quanh mỗi sợi làm giảm khả năng tĩnh điện của sợi). Các loại sợi dệt bao giờ
cũng chứa một lượng tạp chất nhất định, sau khi dệt sợi đó lại chứa thêm dầu
(bao gồm dầu mỡ từ máy dệt và dầu được đưa vào để bao quanh sợi nhằm chống
lại sự tĩnh điện của sợi). Vì những lẽ đó mà vải mộc chưa có các tính chất sử
dụng, chưa thể đem nhuộm và in hoa ngay được vì thuốc nhuộm và hố chất sẽ
khó khuyếch tán vào vải làm màu nhuộm khó đều và kém bền. Bởi vậy, trước
khi nhuộm và in hoa tất cả các loại vải đều phải được làm sạch hoá học hay
thường gọi là chuẩn bị, tiền xử lý. Vải đã qua chuẩn bị không những dễ thấm
nước, thấm mồ hơi, có độ trắng cần thiết, nhẵn mịn, mềm mại và đẹp mà cịn có
khả năng hấp phụ thuốc nhuộm cao, làm cho màu dễ đều và bền hơn. Luận văn
này chỉ nghiên cứu loại vết bẩn dầu mỡ trên vải sợi xuất hiên trong quá trình dệt.
1.1.4. Tiền xử lý sau khi dệt
Quy trình cơng nghệ cũng như thiết bị tiền xử lý do dạng sản phẩm (xơ, sợi
hay vải), loại vật liệu (xơ thiên nhiên hay xơ hoá học), cũng như do yêu cầu về
chất lượng sản phẩm quyết định. Nói chung, q trình chuẩn bị vải gồm có :
kiểm tra phân loại, đốt đầu xơ, giũ hồ, giặt, nấu, tẩy trắng, làm bóng, gỡ sấy…và
các quá trình phụ khác nữa tuỳ thuộc vào loại vật liệu [15,26,45].
Ở công đoạn tẩy trắng vải, cần phải sử dụng một lượng chất tẩy rửa nhất

định. Xuất phát từ các yêu cầu về chất tẩy rửa cho vải sợi bị nhiễm bẩn dầu mỡ,
chúng tôi đã nghiên cứu tổng hợp chất tẩy rửa từ dầu thực vật. Chất tẩy rửa này
sử dụng dầu thực vật làm chất hoạt động bề mặt và có pha thêm một số phụ gia
khác.

6

Hoàng Duy Hải


Luận văn thạc sĩ khoa học

1.1.5. Lựa chọn dầu thực vật thích hợp để tổng hợp chất tẩy rửa
Trong những năm trở lại đây, dầu thực vật được ứng dụng khá rộng rãi trong
cơng nghiệp bởi các chất thải có nguồn gốc thực vật có khả năng phân huỷ sinh
học cao, không gây hại cho môi trường. Dầu thực vật có cấu trúc hố học khác
với các loại dầu khống. Chúng gồm các axit béo được nối với nhau qua cầu
glyxerin (tri glyxerit). Dầu thực vật thường chứa hơn 98% tri-glyxerit và khoảng
2% sterol cùng các hydrocacbon ít hoạt động khác [3,11,10,26,36,39].
Dầu thực vật có ba điểm khác với các dầu gốc khác :
• Thành phần hố học khá đồng nhất và được phân loại theo các axit béo
chứa nhiều nhất trong dầu. Các axit này được chia thành axit no (axit Stearic,
axit Palmitic...), axit không no một nối đôi (axit Oleic) cùng các thành phần đặc
biệt khác. Đặc biệt dầu có hàm lượng axit oleic hơn 75% thì có độ ổn định oxy
hố cao hơn hẳn dầu khơng no có nhiều nối đơi.
• Phân tử lượng cao, thường từ 850ữ890 g/mol vi cỏc loi du oleic.
ã Mc khụng no đáng kể của tri-glyxerit giúp cải thiện tính chất linh
động ở nhiệt độ thấp nhưng lại làm giảm độ bền oxy hoá.
Dầu thực vật được sử dụng khá rộng rãi trong công nghiệp, là nguyên liệu
chủ yếu để chế tạo chất tẩy rửa. Có rất nhiều loại dầu thực vật được biến tính để

tổng hợp chất tẩy rửa tiền xử lý vải sợi như: dầu thông, dầu dừa, dầu sở, dầu
trẩu…Tuy nhiên dựa trên tính chất tương đồng về cấu tạo của các hợp chất
tecpen trong dầu thông và các chất bẩn bám trên vải sợi, chúng tôi thấy rằng chất
tẩy rửa có nguồn gốc từ dầu thơng có khả năng tẩy rửa cao nhất.
1.1.6. Giới thiệu một số chất tẩy rửa
a. Fuman L

7

Hoàng Duy Hải


Luận văn thạc sĩ khoa học

Fuman L là hoá chất phổ biến dùng trong giai đoạn tiền làm sạch vải sợi, tẩy
các vật liệu bị ngấm dầu mỡ nặng, không có các hydrocacbon chlorinate.
Fuman L có khả năng hồ tan và nhũ hoá đặc biệt với các chất bẩn dạng dầu,
mỡ, kể cả các chất bôi trơn và các vết bẩn trên máy dệt. Fuman L có hiệu quả
hồn tồn ở mọi nhiệt độ và khơng có tính độc Enzym. Fuman L có thể sử dụng
với các loại sợi tự nhiên, sợi tổng hợp [14,52,59].
b. Vetanol T
Vetanol T là chất giặt tẩy dầu được làm bởi chất nhũ hoá, phân tán, thẩm
thấu…Vetanol T là dạng hỗn hợp nhũ tương trắng, dễ tan trong nước nóng và
lạnh, mang tính khơng ion. Vetanol T có khả năng loại bỏ dầu máy dính vào vải
sợi dùng trong công nghiệp dệt, đồng thời loại bỏ các tạp chất có trong vải sợi và
làm cho màu vải tươi sáng hơn [56,63].
c. Politex-Tai N (P-TN)
P-TN có hiệu suất cao trong việc khử dầu cho các loại sợi nylon, acrylic và
một số loại sơi khác. P-TN là chất hoạt động bề mặt khơng ion, có dạng kem
màu trắng, có tính phân tán, nhũ hố và khả năng thấm khử mạnh đối với các

chất dầu, sét để thuận tiện cho quá trình nhuộm. P-TN chống tái bám vết bẩn trên
mặt vải, ảnh hưởng đến quá trình nhuộm, đồng thời cũng tránh được vết dơ, đen,
để màu nhuộm đạt hiệu quả cao [4,35].
d. Triremov Sor
Triremov Sor là tác nhân khử dầu cho sợi spandex, sợi mảnh và sợi cotton.
Triremov Sor là chất lỏng trong có màu vàng nhạt, mang tính khơng ion.
Triremov Sor có thuộc tính nhũ hóa các chất dầu rất mạnh, do đó nó rất hiệu quả
trong việc tẩy sạch các loại chất dầu khác nhau được sử dụng trong quá trình tạo
vải như xe sợi và dệt [4,63].

8

Hoàng Duy Hải


Luận văn thạc sĩ khoa học

1.2. DẦU THÔNG VÀ CHẤT TẨY RỬA
1.2.1. Giới thiệu về dầu thông
Dầu thông là một hỗn hợp phức tạp nhiều cấu tử, thành phần chủ yếu là các
terpen, có cơng thức chung (C5H8)n (với n = 2,3…) và các sesquiterpen, cụ thể
là: α-pinen và β-pinen từ 65÷70%, ∆3-Caren từ 10÷18%, Camfen từ 2÷3%,
Limonen từ 4÷6%...[9,10,11,26].
Dầu thông được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, y tế và đời sống…Dầu
thơng có thể được dùng làm dung môi, làm nguyên liệu để điều chế camfora tổng
hợp, terpinhydrat, các terpinneol, thuốc trừ sâu …
Bảng 1.2: Tính chất vật lý của các cấu tử chính trong dầu thơng [11]
Cơng
STT

Cấu tử

thức
phân tử

ToC sơi ở áp suất
Phân tử
lượng

Độ

20

40

70

nhớt

mmHg

mmHg

mmHg

(cp)

Khối
lượng
riêng

(g/cm3)

1

α-pinen

C10H16

136.23

51.8

66.8

155

1.7

857.8

2

β-pinen

C10H16

136.23

58.1

71.5

162

4.4

871.2

3

∆3-caren

C10H16

136.23

4

Dipenten

C10H16

136.23

5

Limonen

C10H16

6

Silrestren

7
8
9
10

170

861.5

175

842.0

136.23

175

842.2

C10H16

136.23

176

848.0

α-felandren

C10H16

136.23

173

848.0

α-terpinen

C10H16

136.23

173

835.0

Terpinolen

C10H16

136.23

184

862.3

Sesquiterpen C15H24

68.2

72.1

84.3

87.8

204

9

Hồng Duy Hải


Luận văn thạc sĩ khoa học

Trong số các cấu tử trên thì pinen (đặc biệt là α-pinen) được xem là cấu tử
quan trọng nhất và hàm lượng α-pinen chính là chỉ tiêu đánh giá chất lượng dầu
thông.
Pinen là chất lỏng sánh, không màu, để lâu chuyển sang màu hơi vàng, tan
nhiều trong rượu etylic, axit axetic, toluen, xylen.Pinen có hai đồng phân là αpinen và β-pinen.Hai đồng phân này chỉ khác nhau về vị trí nối đơi: nối đơi 2-3 ở
α-pinen và nối đôi 2-8 ở β-pinen :
8
CH3
C

8
CH2

2

C2

1
HC

3
CH2

1
HC

3
CH
CH3

7
C

7
C
6 H3C
H2C

4
CH2

6 H3C
H2C

CH3
4
CH2

5 CH

5 CH

α- pinen

β- pinen

Bảng 1.3: Tính chất vật lý của α-pinen và β-pinen [23]
Khối lượng riêng

Chỉ số khúc

ở 20 C (g/cm )

xạ ở 20 C

218.8÷219.4

0.953

1.4831

35

209÷210

0.919

1.4747

32÷33

STT

Tên cấu tử

Tos(oC)

1

α-pinen

2

β-pinen.

o

3

o

Tonc(oC)

1.2.2. Thành phần chất tẩy rửa
Các chất tẩy rửa được dùng trong công nghiệp hay sinh hoạt đều có thành
phần chính như sau [3,4,35]:
+ Chất hoạt động bề mặt
+ Chất xây dựng

10

Hoàng Duy Hải


Luận văn thạc sĩ khoa học

+ Các chất phụ gia
Mỗi thành phần trong chất tẩy rửa tuy có chức năng riêng nhưng chúng vẫn
có tác động qua lại lẫn nhau. Tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng mà ta có thể thay
đổi các phụ gia cần thiết.
a. Chất hoạt động bề mặt
Chất hoạt động bề mặt (HĐBM) là thành phần quan trọng nhất của một chất
tẩy rửa. Nhiệm vụ của nó là tẩy đi các vết bẩn và những chất lơ lửng trong nước
giặt, đồng thời ngăn cản sự bám trở lại của chúng trên bề mặt tẩy rửa.
Chất hoạt động bề mặt có khả năng làm giảm sức căng bề mặt của dung mơi
là do phân tử của nó có cấu tạo thẳng, lưỡng cực và bất đối. Phần kị nước thường
là các gốc hydrocacbon (ankyl-aryl, aryl-ankyl) dài hơn phần ưa nước rất nhiều
[4,30,52].

∗ Phân loại chất hoạt động bề mặt

Chất hoạt động bề mặt được chia làm 4 loại:
• Chất hoạt động bề mặt anionic
• Chất hoạt động bề mặt cationic
• Chất hoạt động bề mặt khơng ion
• Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính
- Chất hoạt động bề mặt anionic:
Nếu nhóm hữu cực được liên kết bằng hoá trị cộng với phần kị nước của
chất HĐBM mang điện tích âm (-COO-, -SO32-, -SO42-…) thì chất HĐBM được
gọi là anionic: các xà bông, các ankylbenzen sulfonat, các sulfat rượu béo… là
những tác nhân bề mặt anionic [3,4,59].
- Chất HĐBM cationic:

11

Hoàng Duy Hải


Luận văn thạc sĩ khoa học

Ngược lại, nếu nhóm hữu cực mang một điện tích dương (-NR1R2R3+), thì
chất HĐBM được gọi là cationic, chẳng hạn như cloruadimetyldistearyl amoni.
Các chất HĐBM cationic được gọi là đối nghịch với chất HĐBM anionic dựa
trên mối quan hệ điện tích [4,62,63].
- Chất HĐBM khơng ion (NI):
Chất HĐBM NI có những nhóm hữu cực khơng ion hoá trong dung dịch
nước. Phần kị nước gồm dây chất béo. Phần ưa nước chứa những nguyên tử oxy,
nitơ hoặc lưu huỳnh khơng ion hố. Sự hồ tan là do cấu tạo những liên kết
hydro giữa các phân tử nước và một số chức năng của phần ưa nước, chẳng hạn
như chức năng ete của nhóm polyoxyetylen (hiện tượng hydrat hoá). Trong loại
này chủ yếu là các dẫn xuất của polyoxyetylen hoặc polyoxypropylen nhưng

cũng cần thêm vào đây các este của đường, các alkanolamit [4,61].
- 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 [4,63]:
C16H33-N+H2-CH2-COOH (trong môi trường axit) vàC16H33-NH-CH2-COO(trong môi trường kiềm).
Trong tất cả các phân tử ấy, phần kị nước gồm một dãy alkyl hay dây béo.
Chúng được biểu thị bằng:
CH3-CH2-CH2-CH2--- hoặc R
Bốn chất HĐBM có ký hiệu sau đây:

12

Hồng Duy Hải


Luận văn thạc sĩ khoa học

∗ Giới thiệu một số chất hoạt động bề mặt chính dùng trong tẩy rửa
- Các anionic
• Alkyl benzene 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 [26,60].
ABS nhánh :
CH3

CH3
H3C

C

C

CH2

CH3
CH2

C

CH3

CH3

CH3

SO 3-

ABS thẳng (LAS: Linear Ankylbenzen Sulfonat):
H3C

(CH2)n

SO 3H

• Sulfat rượu bậc một ( PAS. Primary Alcohol Sulfate):
R-CH2-O-SO3-Na với R = C11 ÷ C12
Sulfat rượu bậc một được chế tạo bằng cách sulfat hoá các rượu béo (thiên
nhiên hay nhân tạo) với hỗn hợp khơng khí/SO3 theo phản ứng sau [26,59]:

R-OH + SO3 → R-O-SO-3

13

Hoàng Duy Hải


Luận văn thạc sĩ khoa học

• Ankyl ete sulfat (LES): R-O-( CH2-CH2-O)n-SO-3
Loại chất hoạt động bề mặt này thường được sử dụng trong các công thức
lỏng (nước rửa chén, dầu gội đầu).
• Các xà phịng:

- Các NI
• Các rượu béo Etoxy hố : R-O-(CH2-CH2O)n
• Các oxit amin:
CH3
R

N

O

CH3

• Các ankylamin : R-CH2-NH2
ã Cỏc ankylpolyglucosit (APG):

CH2

H

OH
O

OH
O

O
OH

R
n

Trong ú n = 1,3 ữ 2; R = C8 ÷ C14.
b. Những chất xây dựng
Các chất xây dựng đóng vai trị trung tâm trong suốt q trình tẩy rửa. Chức
năng của chúng khá lớn là làm tăng hoạt tính tẩy rửa và loại bỏ ảnh hưởng của

14

Hoàng Duy Hải


Luận văn thạc sĩ khoa học

các ion Ca2+ và Mg2+ có trong nước và đơi 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 [26,29,30]:

-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 ổn định hố học, khơng 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.

∗ Các chất kiềm
Các chất kiềm như Kali cacbonat và Natri cacbonat đã 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 [4,52].
Vào đầu thế kỷ 20, trong thành phần của tất cả các chất tẩy rửa (trừ xà bông)
đều chứa sođa và silicat, chúng chiếm gần 50% tác dụng tẩy rửa. Hiện nay các
chất tẩy rửa hiện đại sử dụng các hợp chất càng hoá hay các hợp chất trao đổi
ion.

∗ Các tác nhân phức hố

15

Hồng Duy Hải


Luận văn thạc sĩ khoa học

Trong dung dịch chất tẩy rửa có nhiều anion có thể kết hợp với canxi hay
magie trong nước để tạo thành những muối khơng hồ tan (kết tủa) không mong
muốn. Việc sử dụng các phức hợp có đặc tính riêng do chúng có khả năng hồ
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 kết tủa với
canxi. Trong một dung dịch chất tẩy rửa, các anion kết tủa từ cacbonat,
ankylbenzen sulfonat và xà phịng, trong lúc đó các anion phức hợp thì kết tủa từ
TTP, pyrophosphate, EDTA…[26,29,30]
- Các phosphat
Các polyphosphat là những tác nhân phức hoá. Một tác nhân phức hoá là
một thuốc thử hố học có khả năng kết hợp với ion kim loại tạo thành những hợp
chất tan trong nước. Thuật ngữ càng hố được dùng để mơ 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

Orthophosphate

O
O
O

P

O
O

O
O
O

P
O

P
O

O

O
O

Diphosphate

O

P

O

P

O

Triphosphate

O

O

16

Hồng Duy Hải


Luận văn thạc sĩ khoa học

- Phức hợp của các phosphat
Phức hợp là các phản ứng hố học trong đó tác nhân phức hợp tạo cùng với
ion kim loại trong dung dịch những hợp chất tan trong nước. Cấu trúc hoá học
của các phức với canxi như sau [17,26,53]:
Với pyrophosphat có cơng thức sau đây:

O

O

O

P

P

O

O

O

Ca

Với Tripolyphosphat có hai khả năng về cấu tạo:
O
O

P

O

O

P
O

O

O

O
O

P

O

O

P
O

O

Ca

O

O
O

O

P

P

O

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 cơng thức:

CH2COOH
N

CH2COOH
CH2COOH

EDTA (Ethylen Diamin Tetra Axetat):

17

Hồng Duy Hải


Luận văn thạc sĩ khoa học

HOOCH2C

CH2COOH
N CH2 CH2

N

HOOCH2C

CH2COOH

Axit Citric và axit Tatric:
OH OH

CH2COOH

HO

C

HOOC CH CH

COOH

COOH

CH2COOH

EDTMP (Axit Etylen Diamin Tetra Metylen Phosphonic):
O3PH2

CH2

CH2 H2PO3

N CH2 CH2
O3PH2

CH2

N
CH2 H2PO3

- Những tác nhân phức hợp mới
Các tác nhân phức hợp mới có nhiều ưu điểm nổi trội so với các tác nhân
phức hợp cũ. Ví dụ:

+Phân giải sinh học tốt.
+Có 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 ưu điểm ấy là
MGDA (Methyl Glycine Diaxetic Acid).

∗ Các chất trao đổi ion

18

Hoàng Duy Hải


Luận văn thạc sĩ khoa học

Từ nhiều năm nay, việc sử dụng những chất trao đổi ion trong nhiều sản
phẩm tẩy rửa đã 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 cơng thức tuỳ thuộc vào kích cỡ của các
ion và tình trạng hydrat hố, cũng như nồng độ, nhiệt độ, PH và thời gian. Như
vậy, các ion canxi được trao đổi rất nhanh còn các ion magie thì chậm hơn chút
ít (trao đổi cũng xảy ra với các ion Pb, Cu, Ag, Zn, Hg) [4,26,52].
Công thức zeolit A là: Na12(AlO2)12(SiO2)12.27H2O
OAl
O

Si

OAl

SiO
O Al

OAl

SiO

O

Si

O

OAl

Gần đây nhiều Zeolit với phẩm chất mới đã xuất hiện. Đặc biệt là Zeolit
MAP với tốc độ trao đổi Ca2+ nhanh hơn tốc độ Zeolit 4A nhờ hình dạng tinh thể
của nó (hình phẳng). Hơn nữa Zeolit này giúp tạo được sự ổn định cho các tác
nhân làm trắng trong chất tẩy rửa.
c. 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 tác dụng làm tăng
hoạt tính của chất tẩy rửa.

∗ Tác nhân chống tái bám

19

Hoàng Duy Hải


Luận văn thạc sĩ khoa học

Đặc tính mong muốn của chất tẩy rửa là nó tẩy được các vết bẩn bám trên bề
mặt nhiễm bẩn và không cho chất bẩn tái bám trở lại trên bề mặt đó [4,26,60,63].
Chống lại sự tái bám có thể được thực hiện bằng cách lựa chọn cẩn thận các
cấu tử trong thành phần chất tẩy rửa. Tuy nhiên cũng có thể sử dụng các tác nhân
chống tái bám đặc biệt. Các tác nhân này có khả năng 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 một cỡ tối ưu 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.
Tác nhân chống tái bám được sử dụng từ lâu đó là cacboxyl methyl xenlulo
(CMC). Gần đây các dẫn xuất của tinh bột cacboxyl methyl cũng đóng vai trị
tương tự. Tuy nhiên những hợp chất này chỉ tác dụng hiệu quả với vải là cotton.
Điều này dẫn đến việc cần thiết phải sử dụng những chất chống tái bám loại mới.

∗ Tác nhân tăng và chống bọt
Bọt là một nhũ tương của hai pha khơng hồ trộn (chẳng hạn pha nước và
khơng khí) tồn tại như một nhũ tương dầu - nước. Bọt có thể gây ra thuận lợi
hoặc khó khăn [26,52].
- Thuận lợi: Nó là một chỉ thị 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 khơng bọt có thể hiệu quả hơn những sản phẩm khác
nhiều bọt.

20

Hoàng Duy Hải


Luận văn thạc sĩ khoa học

• Lựa chọn các chất hoạt động

bề mặt tạo bọt hay không tạo bọt

[26,52,63].
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 tiến 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 HĐBM.
• Sử dụng những phụ gia làm tăng bọt.
Có nhiều chất phụ gia có thể làm thay đổi đặc tính mixen hố của chất hoạt
động bề mặt 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 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 chất chống tạo bọt [4,26]:
Các tác nhân chống tạo 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 phá huỷ
chúng. Trong trường hợp thứ nhất đó là những ion vơ 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 chất vô cơ hoặc hữu cơ sẽ đến thay thế các phần

21

Hoàng Duy Hải