Nghiên cứu chuyển hoá dầu thông thành chất hoạt động bề mặt để làm sạch dầu mỡ trên vải pha giữa cotton và polyeste

mở đầu Các chất tẩy rửa tổng hợp thực chất là một hỗn hợp của các chất hoạt động bề mặt và hóa chất khác nhau có thuộc tính thích ứng với chức năng tẩy rửa đã được nghiên cứu và ứng dụng

Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

MụC LụC

mở đầu 5

Chương 1 Tổng quan lý thuyết 1.1 Tổng quan về vải sợi 6

1.1.1 Giới thiệu chung về các loại vải sợi 6

1.1.2 Cấu trúc và tính chất hoá lý của các loại vải sợi 9

1.1.2.1 Cấu trúc của vải sợi 9

1.1.2.2 Tính chất hoá lý của vải sợi 9

1.1.3 Các nguồn nhiễm bẩn vải sợi và quy trình xử lý sau khi dệt 10

1.1.3.1 Các nguồn nhiễm bẩn vải sợi 10

1.1.3.2 Quy trình xử lý vải sau khi dệt 11

1.2 chất tẩy rửa 12

1.2.1 Một số chất tẩy rửa vải sợi 13 1.2.2 Thành phần chất tẩy rửa 13

1.2.2.1 Chất hoạt động bề mặt 14 1.2.2.2 Chất xây dựng 19

1.2.2.3 Các chất phụ gia 22

1.2.3 Cơ chế tẩy rửa 26 1.2.3.1 Thuyết nhiệt động – Phương thức Lanza 26

1.2.3.2 Cơ chế Rolling Up 28

1.2.3.3 Hiện tượng hoà tan hoá 29 1.3 Lựa chọn dầu thực vật để tổng hợp chất tẩy rửa vải sợi 30

1.4 các tính chất của dầu thông 32

1.4.1 Giới thiệu về tinh dầu thông 32

1.4.2 Các phương pháp biến tính dầu thông 34

1.4.2.1 Oxi hoá dầu thông 34 1.4.2.2 Hydrat hoá dầu thông 35 1.4.2.2 Sulfat hoá dầu thông 36

Chương 2 thực nGhiệm và các phương pháp nghiên cứu 2.1 Tổng hợp chất HĐBM từ dầu thông bằng phương pháp sulfat hoá 39

2.1.1 Nguyên liệu 39 2.1.2 Thiết bị và dụng cụ 39

2.1.3 Tiến hành thí nghiệm 39

2.2 pha chế chất tẩy rửa từ dầu thông sulfat hoá 40

2.3 đánh giá hoạt tính của chất tẩy rửa đã điều chế 40

2.3.1 Tạo mẫu thử 40

2.3.2 Ngâm mẫu để xác định khả năng tẩy rửa 40

2.3.3 Đo độ trắng của vải 41

2.4 Xác định các thông số hoá lý của chất HĐBM 41

2.4.1 Xác định độ nhớt động học 41

2.4.1.1 Nguyên tắc 41

2.4.1.2 Thiết bị và dụng cụ 41 2.4.1.3 Cách tiến hành 42

2.4.2 Xác định độ bay hơi 42

2.4.2.1 Dụng cụ và thiết bị 42

2.4.2.2 Cách tiến hành 42

2.4.3 Xác định hàm lượng lưu huỳnh 43

2.4.3.1 Nguyên tắc xác định 43

2.4.3.2 Thiết bị dụng cụ 43

2.4.3.3 Cách tiến hành 43

2.4.4 Xác định tỷ trọng 44

2.4.4.1 Nguyên tắc xác định 44

2.4.4.2 Thiết bị và dụng cụ 44 2.4.4.3 Cách tiến hành 45

2.4.5 Đo sức căng bề mặt 45

2.4.5.1 Nguyên tắc xác định 46

2.4.5.2 Cách tiến hành 47

2.4.5.3 Quan hệ giữa SCBM và nồng độ dung dịch 47

Chương 3 kết quả và thảo luận 3.1 Nghiên cứu cấu trúc và bề mặt vải pha 49

3.1.1 Cấu trúc vải pha 49

3.1.2 Bề mặt vải pha 50

3.2 cơ chế bám dính của dầu mỡ trên vải sợi 50

3.3 Khảo sát nguyên liệu dầu thông ban đầu 53

3.3.1 Thành phần dầu thông 53

3.3.2 Các thông số hoá lý của dầu thông 54

3.4 các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sulfat hoá dầu thông 54

3.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit H2SO4 55

3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng axit H2SO4 56

3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng 57 3.4.4 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng 58 3.4.5 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng lưu huỳnh 59

3.4.6 So sánh khả năng tẩy rửa của dầu thông sunfat hoá và dầu thông chưa biến tính 59

3.5 cơ chế phản ứng sulfat hoá 60

3.6 Phổ IR xác định các nhóm tạo thành trong quá trình sulfat HóA 61

3.7 pha chế chất tẩy rửa từ dầu thông sulfat hóa 65

3.7.1 Khảo sát ảnh hưởng của axit oleic đến hoạt tính tẩy sạch 65

3.7.2 Khảo sát ảnh hưởng của LAS đến hoạt tính tẩy sạch 67

3.7.3 Khảo sát ảnh hưởng của glyxerin đến hoạt tính tẩy sạch 68

3.7.4 Khảo sát ảnh hưởng của TEA đến hoạt tính tẩy sạch 69

3.7.5 Khảo sát ảnh hưởng của phụ gia tẩy trắng đến hoạt tính tẩy sạch 69 3.7.6 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hoạt tính tẩy sạch 71

3.7.7 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ngâm mẫu đến hoạt tính tẩy sạch 72

3.8 thành phần chất tẩy rửa 73

3.9 phương pháp quy hoạch thực nghiệm để xác định thành phần tối ưu của chất tẩy rửa 73

3.10 đề xuất cơ chế tẩy rửa 77

Kết luận 80

Tài liệu tham khảo 81 phụ lục

tóm tắt

Lời cảm ơn

Đầu tiên tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến PGS.TS

Đinh Thị Ngọ đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình làm luận văn

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn Công nghệ Hữu cơ - Hóa dầu cũng như các thầy cô, các cán bộ phòng thí nghiệm trực thuộc các khoa,

bộ môn của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội; các thầy cô, cán bộ trong Viện hoá học công nghiệp, Trung tâm sắc ký khí, Viện kĩ thuật dệt may đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian làm luận văn

Cuối cùng tôi muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã động viên, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành bản luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Học viên

Trần THị Thanh Hoa

MụC LụC

mở đầu 5

Chương 1 Tổng quan lý thuyết 1.1 Tổng quan về vải sợi 6

1.1.1 Giới thiệu chung về các loại vải sợi 6

1.1.2 Cấu trúc và tính chất hoá lý của các loại vải sợi 9

1.1.2.1 Cấu trúc của vải sợi 9

1.1.2.2 Tính chất hoá lý của vải sợi 9

1.1.3 Các nguồn nhiễm bẩn vải sợi và quy trình xử lý sau khi dệt 10

1.1.3.1 Các nguồn nhiễm bẩn vải sợi 10

1.1.3.2 Quy trình xử lý vải sau khi dệt 11

1.2 chất tẩy rửa 12

1.2.1 Một số chất tẩy rửa vải sợi 13 1.2.2 Thành phần chất tẩy rửa 13

1.2.2.1 Chất hoạt động bề mặt 14 1.2.2.2 Chất xây dựng 19

1.2.2.3 Các chất phụ gia 22

1.2.3 Cơ chế tẩy rửa 26 1.2.3.1 Thuyết nhiệt động – Phương thức Lanza 26

1.2.3.2 Cơ chế Rolling Up 28

1.2.3.3 Hiện tượng hoà tan hoá 29 1.3 Lựa chọn dầu thực vật để tổng hợp chất tẩy rửa vải sợi 30

1.4 các tính chất của dầu thông 32

1.4.1 Giới thiệu về tinh dầu thông 32

1.4.2 Các phương pháp biến tính dầu thông 34

1.4.2.1 Oxi hoá dầu thông 34 1.4.2.2 Hydrat hoá dầu thông 35 1.4.2.2 Sulfat hoá dầu thông 36

Chương 2 thực nGhiệm và các phương pháp nghiên cứu 2.1 Tổng hợp chất HĐBM từ dầu thông bằng phương pháp sulfat hoá 39

2.1.1 Nguyên liệu 39 2.1.2 Thiết bị và dụng cụ 39

2.1.3 Tiến hành thí nghiệm 39

2.2 pha chế chất tẩy rửa từ dầu thông sulfat hoá 40

2.3 đánh giá hoạt tính của chất tẩy rửa đã điều chế 40

2.3.1 Tạo mẫu thử 40

2.3.2 Ngâm mẫu để xác định khả năng tẩy rửa 40

2.3.3 Đo độ trắng của vải 41

2.4 Xác định các thông số hoá lý của chất HĐBM 41

2.4.1 Xác định độ nhớt động học 41

2.4.1.1 Nguyên tắc 41

2.4.1.2 Thiết bị và dụng cụ 41 2.4.1.3 Cách tiến hành 42

2.4.2 Xác định độ bay hơi 42

2.4.2.1 Dụng cụ và thiết bị 42

2.4.2.2 Cách tiến hành 42

2.4.3 Xác định hàm lượng lưu huỳnh 43

2.4.3.1 Nguyên tắc xác định 43

2.4.3.2 Thiết bị dụng cụ 43

2.4.3.3 Cách tiến hành 43

2.4.4 Xác định tỷ trọng 44

2.4.4.1 Nguyên tắc xác định 44

2.4.4.2 Thiết bị và dụng cụ 44 2.4.4.3 Cách tiến hành 45

2.4.5 Đo sức căng bề mặt 45

2.4.5.1 Nguyên tắc xác định 46

2.4.5.2 Cách tiến hành 47

2.4.5.3 Quan hệ giữa SCBM và nồng độ dung dịch 47

Chương 3 kết quả và thảo luận 3.1 Nghiên cứu cấu trúc và bề mặt vải pha 49

3.1.1 Cấu trúc vải pha 49

3.1.2 Bề mặt vải pha 50

3.2 cơ chế bám dính của dầu mỡ trên vải sợi 50

3.3 Khảo sát nguyên liệu dầu thông ban đầu 53

3.3.1 Thành phần dầu thông 53

3.3.2 Các thông số hoá lý của dầu thông 54

3.4 các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sulfat hoá dầu thông 54

3.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit H2SO4 55

3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng axit H2SO4 56

3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng 57 3.4.4 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng 58 3.4.5 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng lưu huỳnh 59

3.4.6 So sánh khả năng tẩy rửa của dầu thông sunfat hoá và dầu thông chưa biến tính 59

3.5 cơ chế phản ứng sulfat hoá 60

3.6 Phổ IR xác định các nhóm tạo thành trong quá trình sulfat HóA 61

3.7 pha chế chất tẩy rửa từ dầu thông sulfat hóa 65

3.7.1 Khảo sát ảnh hưởng của axit oleic đến hoạt tính tẩy sạch 65

3.7.2 Khảo sát ảnh hưởng của LAS đến hoạt tính tẩy sạch 67

3.7.3 Khảo sát ảnh hưởng của glyxerin đến hoạt tính tẩy sạch 68

3.7.4 Khảo sát ảnh hưởng của TEA đến hoạt tính tẩy sạch 69

3.7.5 Khảo sát ảnh hưởng của phụ gia tẩy trắng đến hoạt tính tẩy sạch 69 3.7.6 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hoạt tính tẩy sạch 71

3.7.7 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ngâm mẫu đến hoạt tính tẩy sạch 72

3.8 thành phần chất tẩy rửa 73

3.9 phương pháp quy hoạch thực nghiệm để xác định thành phần tối ưu của chất tẩy rửa 73

3.10 đề xuất cơ chế tẩy rửa 77

Kết luận 80

Tài liệu tham khảo 81 phụ lục

tóm tắt

mở đầu

Các chất tẩy rửa tổng hợp (thực chất là một hỗn hợp của các chất hoạt động bề mặt và hóa chất khác nhau có thuộc tính thích ứng với chức năng tẩy rửa) đã được nghiên cứu và ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp Tuy nhiên, với những tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các chất tẩy rửa liên tục được cải tiến theo hướng nâng cao hiệu quả

và thân thiện với môi trường Một trong những khuynh hướng được ứng dụng nhiều nhất là sử dụng các nguyên liệu từ dầu thực vật, biến tính chúng thành các sản phẩm có hoạt tính bề mặt cao Từ đó tổng hợp chất tẩy rửa có thành phần tối ưu, phù hợp với mục đích tẩy rửa nhất định

Việc nghiên cứu chất tẩy rửa thích hợp, thân thiện với môi trường để tẩy sạch dầu mỡ bám trên vải sợi sau khi dệt là nhu cầu rất bức thiết của ngành dệt cũng như của toàn xã hội

Luận văn này nghiên cứu quá trình tổng hợp chất hoạt động bề mặt từ dầu thông sulfat hoá để xử lý dầu mỡ bám trên vải sợi, bao gồm các điểm mới với các nội dung chính sau đây:

- Nghiên cứu cấu trúc vải pha 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

- Tìm hiểu các nguồn nhiễm bẩn vải sợi từ đó lựa chọn các loại dầu thực vật thích hợp để tổng hợp chất tẩy rửa vải sợi

- Biến tính dầu thông bằng phương pháp sunfat hóa 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 ô nhiễm môi trường

- Xác định các thông số hoá lý của dầu thông sulfat hoá, khảo sát các yếu tố

ảnh hưởng đến quá trình sulfat hoá Đánh giá hoạt tính của dầu thông sulfat hoá và so sánh với dầu thông chưa biến tính

- Pha trộn dầu thông sulfat hoá với các phụ gia khác để tạo ra chất tẩy rửa dầu

mỡ trên vải sợi có hoạt tính cao

- Xác định thành phần tối ưu khi pha chế chất tẩy rửa bằng phương pháp toán học

Chương 1 tổng quan lý thuyết

1.1 tổng quan về vải sợi

1.1.1 Giới thiệu chung về các loại vải sợi

* Trên thị trường tiêu dùng của nước ta hiện nay tồn tại rất nhiều sản phẩm mà nguồn gốc của nó đi từ vải sợi như: vải dệt thoi và không thoi, vải dệt kim, hàng trang trí, lưới Sở dĩ có sự phong phú và đa dạng về chủng loại cũng như chất lượng sản phẩm

là do các sản phẩm này được phân loại theo thành phần xơ sợi, công dụng và phương pháp sản xuất

Mặt khác, nguồn nguyên liệu của công nghiệp dệt hiện nay rất phong phú, bao gồm không chỉ những xơ có sẵn trong thiên nhiên, mà còn gồm nhiều loại xơ mới với các tính chất khác nhau do con người chế tạo được Theo nguồn gốc của các loại xơ, người ta chia chúng làm hai loại: [2, 12, 44, 72]

Xơ nhân tạo: Là những xơ được sản xuất từ các hợp chất cao phân tử thiên nhiên, qua nhiều quá trình gia công hóa học chúng được biến thành dạng xơ hay sợi Theo thành phần hoá học, xơ nhân tạo được chia thành hai loại: xơ nhân tạo nguồn gốc

từ xenlulo (xơ viscose, xơ axetat, xơ triaxetat, xơ đồng - amoniac…) và xơ nhân tạo sản xuất từ các hợp chất protit (xơ cazein sản xuất từ sữa, xơ acdin từ lạc, xơ zein từ protit ngô)

Xơ tổng hợp: Là những loại xơ được chế tạo hoàn toàn bằng những cao phân tử tổng hợp Nguyên liệu ban đầu để tổng hợp chúng là những hợp chất hóa học thu được trong công nghiệp luyện cốc và chưng cất dầu mỏ Theo cấu tạo hóa học, xơ tổng hợp cũng được chia ra làm hai nhóm: xơ mạch dị thể và xơ mạch cacbon

Những xơ tổng hợp mạch dị thể, trong mạch đại phân tử của nó, ngoài các nguyên tử cacbon ra còn chứa các nguyên tố khác như O, N Tùy theo mối liên kết hóa học giữa các khâu đơn giản trong mạch đại phân tử của mỗi xơ mà người ta chia chúng làm hai loại: xơ polyamit và xơ polyeste

Xơ tổng hợp mạch cacbon gồm những xơ mà trong mạch chính của các đại phân

tử của chúng chỉ có nguyên tử cacbon Tiêu biểu của nhóm này là các loại xơ nitron, vinilon, clorin-teflon, xơ polypropylen và polyetylen

* Từ các loại xơ trên người ta xe thành nhiều loại sợi khác nhau như: sợi đơn, sợi xe, sợi một thành phần, sợi nhiều thành phần, sợi pha (pha polieste với cotton…)

Đối với ngành may mặc, mỗi loại sợi dệt khác nhau sẽ có những yêu cầu khác nhau trong việc giặt ủi, sử dụng, có thể chia sợi dệt thành ba nhóm theo nguồn gốc của chúng:

- Sợi thiên nhiên: có thể thuộc thảo mộc (như bông, sợi gai) hoặc thuộc động vật (như len, tơ…)

- Sợi nhân tạo: dẫn xuất từ xenluloza (viscose, autate, rayonne…)

- Sợi tổng hợp: được tạo thành từ dầu hỏa (polyeste, acrylic, polyamit…)

Dưới đây là bảng tóm tắt về các đặc tính cũng như cách xử lý của các loại sợi dệt

Bảng 1.1 Các loại sợi dệt khác nhau [12]

Len – Tơ

Mỏng manh, mất 40% sức bền dai của chúng nếu bị

ướt

Phải xử lý với mọi thận trọng, giặt và xả ở nhiệt

độ 20 - 30oC là tối đa Sợi nhân tạo

ít chịu được nhiệt độ cao, cần tẩy rửa thận trọng

Sợi hỗn hợp

(Hỗn hợp của sợi tổng hợp

và sợi thiên nhiên)

Được sử dụng nhiều, loại sợi tiên tiến này dung hòa

sự thoải mái của sợi thiên nhiên với lợi ích của sợi tổng hợp

Nhiệt độ giặt giũ cần tùy theo loại xơ mỏng manh nhất

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

Có nhiều cách sản xuất vải pha như: dệt những loại vải mà sợi dọc là một loại xơ, còn sợi ngang là một loại xơ hoặc hai loại xơ, được kéo sợi riêng sau đó xe chập lại thành một sợi pha Nhưng phương pháp thông dụng nhất là pha trộn các xơ với nhau ngay từ giai đoạn kéo sợi Để thực hiện yêu cầu này đối với các loại xơ hóa học người

ta thường sử dụng dạng cắt ngắn 30 ữ 50 mm (xơ xtapen) Khi trộn các xơ với nhau để dệt vải pha người ta nhằm mục đích: [23, 36, 45]

- Giảm giá thành 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

- Đạt hiệu quả sử dụng mới: chẳng hạn như pha xơ xenlulo (bông, vixco) với xơ tổng hợp (polyamit, polyeste…) vì xơ xenlulo tuy hút ẩm hút mồ hôi tốt nhưng dễ nhàu, độ bền thấp, thời gian sử dụng ngắn, còn các xơ tổng hợp thì bền hơn, ít chịu tác dụng phá hủy của vi sinh vật, lại có khả năng chống biến dạng cao, giữ nếp được lâu

Vì những lý do kể trên mà mặt hàng vải pha ngày càng đa dạng và phong phú, nhưng chủ yếu vẫn là pha xơ thiên nhiên với xơ tổng hợp Có thể kể tên một số loại vải pha như sau: vải bông pha xơ hydrat xenlulo, vải bông pha xơ axetat, vải bông pha xơ polyamid, vải polyeste pha bông [44, 51]

Vải polyeste pha bông là loại vải phổ biến hiện nay Tỷ lệ pha tối ưu hiện nay

mà các nước đang dùng là 67% polyeste và 33% bông Trên thị trường Việt Nam tỷ lệ 60% polyeste và 40% bông được dùng phổ biến [12]

Vải polyeste pha bông có nhiều đặc tính quý của xơ polyeste như ít nhàu, giữ nếp cao, độ bền cơ lý cao, thời gian sử dụng dài và mau khô, dễ giặt, đồng thời do có một tỷ lệ bông nhất định nên vẫn đảm bảo cho vải hút mồ hôi và thoát ẩm, tính chất vệ sinh của vải tăng

Tên của loại vải pha sẽ được gọi theo tên loại xơ chiếm thành phần chủ yếu của vải, do đó khi muốn làm sạch vải pha người ta xuất phát từ những nguyên tắc chung là:

- Bảo đảm xử lý sạch cả hai thành phần của xơ ở mức độ cho phép

- Hạn chế đến mức thấp nhất khả năng làm hư hại một trong các thành phần của vải

- Bảo đảm quy trình công nghệ gọn, không quá kéo dài Muốn vậy phải căn cứ vào thành phần cụ thể của mỗi loại vải pha và điều kiện thiết bị của mỗi xí nghiệp

1.1.2 Cấu trúc và tính chất hoá lý của các loại vải sợi

1.1.2.1 Cấu trúc của vải sợi

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 50 nm 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 [55, 56]

1.1.2.2 Tính chất hóa lý của vải sợi

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 hòa 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 hủy trước khi

chuyển sang trạng thái mềm hay chảy lỏng, hoặc bị phân hủy mà không chảy lỏng [2, 12, 73]

Cấu trúc lý học của các đại phân tử được chia thành các dạng như: dạng thẳng,

dạng xoắn, dạng cuộn, dạng gấp khúc và cấu trúc dạng mắt lưới Việc xác định được

mức độ định hướng và mức độ sắp xếp các đại phân tử sẽ cho ta biết trạng thái lý học

của từng loại sợi Các loại sợi thiên nhiên như bông, đay, lanh và tơ tằm có độ định

hướng các đại phân tử khá cao Các cao phân tử dùng để sản xuất sợi hóa học là các đại

phân tử phải có cấu trúc mạch thẳng dạng thớ và không có cấu trúc mắt lưới [20, 26, 77]

- Sợi bông: [8, 12, 51, 67]

+ Thành phần chủ yếu chứa trong xơ là xenlulo (C6H10O5)n chiếm tới 96% còn

lại là các thành phần: keo pectin, nitơ, mỡ, sáp và tro

+ Khối lượng riêng vào loại trung bình: 1,5 g/cm3

+ Mềm mại, độ bền cơ học cao trong môi trường không khí và thấp trong môi

trường nước

+ Độ ổn định hóa học tương đối tốt, khả năng nấu, tẩy, là và giặt thuận tiện

+ Có khả năng hút ẩm cao, thoát nhanh mồ hôi, đảm bảo được tính vệ sinh đối

với mặt hàng may mặc, hàm ẩm của sợi khá cao W = 8 ữ 12% Tuy nhiên khi ngâm

trong nước vải hút nước nhanh, dễ bị co (độ co dọc từ 1,5 ữ 8%), dễ bị nhàu nát khi

mặc, dẫn nhiệt kém, khi là khó giữ nếp, nhiệt độ là thích hợp từ 140 ữ 150oC

- Sợi polyamit (sợi tổng hợp): [2, 12, 36]

+ Mạch đại phân tử chứa nhóm metylen (-CH2-) Các nhóm này liên kết với

nhau bằng mối liên kết peptit (-CO - NH)

+ Nguyên liệu ban đầu của sợi này là benzen và phenol

+ Độ bền kéo đứt và độ bền mài mòn cao (bền cao gấp 10 lần sợi bông, 20 lần len, 50 lần vixco)

+ Độ co dãn đàn hồi của sợi tương đối lớn, bền vững khi mài mòn, có khả năng nhuộm màu tốt cho nên khó bắt bụi, không bị nhàu nát

+ Độ hút ẩm thấp, khó bay hơi thoát khí Hàm ẩm W= 4 ữ 4,5% trong không khí

+ Khả năng tĩnh điện của sợi cao nên gây khó khăn cho quá trình gia công + Chịu nhiệt kém do là sợi nhiệt dẻo, ở nhiệt độ 90 ữ 100oC sợi bị kém bền rất nhanh và chuyển thành dạng chảy mềm

+ Có độ bền tương đối so với kiềm nhưng kém bền vững, chỉ chịu tác dụng của axit đậm đặc Dễ bị lão hóa dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời (hiệu ứng cứng)

- Sợi polyeste: [8, 12]

+ Các mắt xích trong sợi polyeste có dạng tổng quát sau:

- [ - CO - C6H4 - CO - (CH2)2 - O - ] - + Đại phân tử của polyeste thể hiện tính bất đối rất cao giữa chiều dọc và chiều ngang Mặt khác các nhóm (- CO- C6H4 - CO -) kém linh động, khó quay tự do, các nhân thơm hầu như được phân bố trong cùng một mặt phẳng trong mạch, làm cho các

đại phân tử của polyeste kém linh động, dễ bó chặt vào nhau

+ Có nhóm este do liên hợp với nhân thơm nên có độ phân cực lớn

+ Sợi polyeste là loại sợi tổng hợp có độ bền cơ, độ bền nhiệt cao

+ Sợi polyeste tương đối bền với tác dụng của axit, với các chất oxi hóa, chất khử và với tác dụng của kiềm

+ Sợi polyeste có khối lượng riêng bằng 1,38 g/cm3 Do chứa nhóm ít ưa nước,

có cấu trúc chặt chẽ nên sợi này có hàm ẩm rất thấp Vì hàm ẩm thấp nên sợi có khả năng cách điện cao và đồng thời dễ tích điện gây khó khăn cho quá trình dệt

+ Là loại sợi rất khó nhuộm

Bề mặt của vải sợi polyeste là loại bề mặt không có cực, có sức căng bề mặt yếu, cho nên các chất béo bám chặt vào sợi polyeste rất dễ dàng Trái lại, bông sợi là

có cực, có sức căng bề mặt lớn và vì vậy nó bị dây bẩn dầu khó khăn hơn

1.1.3 Các nguồn nhiễm bẩn vải sợi và quy trình xử lý vải sau khi dệt

1.1.3.1 Các nguồn nhiễm bẩn vải sợi [2, 8, 45, 73]

Các vết bẩn gặp trong lĩnh vực giặt đồ vải có thể có nhiều nguồn gốc khác nhau:

- Trong công nghiệp dệt: dầu mỡ trên máy móc bám vào vải sợi gây khó khăn trong việc nhuộm, in vải sợi

- Nghề nghiệp: các vết bẩn thường gặp chẳng hạn như dầu mỡ bám dính trên quần áo công nhân trong các nhà máy, xí nghiệp

- Chính cơ thể con người: chất nhờn ở da (vết đọng của mỡ và của da, đặc biệt là

ở cổ và cổ tay)

- Môi trường: không khí nóng ẩm, bụi, đất hoặc các chất màu thiên nhiên (vết cỏ) hoặc nhân tạo (kem dưỡng da, dầu khoáng chất) cũng là một trong các yếu tố làm bẩn quần áo

- Vết bẩn nhận được từ sinh hoạt: đây là nhóm vết bẩn chủ yếu hay gặp, thuộc loại vết bẩn rắn (chocolate, trái cây) hoặc lỏng (rượu, cà phê) Các vết bẩn do thực phẩm mang lại chủ yếu gồm: chất béo (dầu mỡ) không tan trong nước, chất glucit (đường, tinh bột, xenluloza) và chất đạm (trứng, sữa)

Người ta có thể phân loại các vết bẩn trên vải sợi theo quan niệm chất tẩy rửa Dựa vào những yếu tố: tan trong nước (muối, đường) hoặc không tan trong nước (mỡ, dầu) Vết bẩn được chia làm ba loại:

đó, giữa các chất bẩn có sự tác động lẫn nhau, loại cặn khó loại trừ nhất đối với vải là các chất tạo màu (muội than, các oxit kim loại…) Do đó việc loại trừ cặn bẩn trên bề mặt vải sợi có thể kết hợp với các phản ứng hóa học hoặc có thể xảy ra mà không có sự thay đổi hóa học

Luận văn này chỉ nghiên cứu loại vết bẩn dầu mỡ trên vải sợi xuất hiện trong quá trình dệt

1.1.3.2 Quy trình xử lý vải sau khi dệt [2, 3, 12, 32, 52, 73]

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 hoá chất (có chứa dầu) hoặc sáp Mục đích của công đoạn này là để tránh cho sợi bị xù lông và để các sợi không 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 hoá chất sẽ khó khuếch tán vào vải làm cho mẫu khó đều, kém bền màu 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 hôi, có

độ trắng cần thiết, nhẵn mịn, mềm mại và đẹp mà còn có khả năng hấp phụ thuốc nhuộm cao, làm cho màu dễ đều và bền hơn

Quy trình công nghệ cũng như thiết bị tiền xử lý do dạng sản phẩm (xơ, sợi vải), loại vật liệu (xơ thiên nhiên, xơ hóa học), cũng như do yêu cầu về lượng sản phẩm quyết định Nói chung, quá 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 quy trình phụ khác nữa tùy thuộc vào loại vật liệu

Mục đích của quá trình giặt vải và tẩy vải là làm sạch các tạp chất bám trên vải trong quá trình dệt như đã nói ở trên, đảm bảo độ trắng của vải cho quá trình nhuộm in hoa Các tạp chất này có thể được loại bỏ khỏi vải nhờ các dung dịch chất tẩy rửa tổng hợp Tùy vào từng loại vải khác nhau mà thành phần chất tẩy rửa khác nhau

1.2 Chất tẩy rửa

Chất tẩy rửa được định nghĩa là một chất được dùng để làm sạch bề mặt của một vật Chất tẩy rửa chính được sử dụng trước đây là xà phòng, được tạo ra từ phản ứng xà phòng hóa axit béo với một bazơ chẳng hạn như NaOH Chất tẩy rửa được dùng phổ biến ngày nay là chất tẩy rửa tổng hợp Bản chất của sự khác nhau giữa xà phòng và chất tẩy rửa tổng hợp là phân tử xà phòng được tìm thấy sẵn trong tự nhiên Chất tẩy rửa tổng hợp không nhận được trực tiếp từ các sản phẩm tự nhiên mà do con người tạo

ra, được tổng hợp trong phòng thí nghiệm Những chất tẩy rửa này được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu rất phong phú như từ dầu mỏ, các dẫn xuất của nhựa than đá, các hợp chất nhận được từ các khí cracking, các axit béo đã được biến đổi hóa học và rất nhiều nguồn khác

Chất tẩy rửa được tạo ra với mục đích chính là loại bỏ vết bẩn khỏi một bề mặt nhất định chẳng hạn như vết bẩn trên vải Với mục đích đó, với nhiều loại vết bẩn và nhiều loại bề mặt có thể gặp phải thì sẽ có rất nhiều công thức tẩy rửa khác nhau có thể

được sử dụng Chất tẩy rửa có bốn chức năng cơ bản: thứ nhất, hầu hết các vết bẩn là axit trong tự nhiên, chất tẩy rửa phải có khả năng trung hòa các vết bẩn có thành phần axit; thứ hai, để làm sạch dầu và mỡ khỏi một bề mặt, chất tẩy rửa phải có khả năng nhũ hóa chuyển dầu mỡ thành các hạt nhỏ phân tán trong nước; thứ ba, phải có khả năng chia tách các hạt bẩn cacbon, bụi, đất sét thành các hạt rất nhỏ; thứ tư, khi một trong các chức năng trên được thực hiện, chất tẩy rửa phải giữ chất bẩn lơ lửng trong dung dịch để không xảy ra sự tái bám trở lại bề mặt đã được làm sạch trong quá trình tẩy rửa

Khả năng của chất tẩy rửa trong việc thực hiện các chức năng đã nêu ở trên phụ thuộc vào thành phần của chất tẩy rửa, điều kiện sử dụng, trạng thái tự nhiên của bề mặt được tẩy rửa và của chất bẩn [55]

1.2.1 Một số chất tẩy rửa vải sợi [8, 18, 33, 42, 70, 78]

* Fuman L

Fuman L là hóa 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 hòa tan và nhũ hóa 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 hoàn toàn ở mọi nhiệt độ và không có tính độc Enzym

Fuman L có thể sử dụng với tất cả các loại sợi tự nhiên, sợi tổng hợp và các loại vải pha Fuman L là chất anionic, ở dạng chất lỏng trong có màu vàng sáng, có thể hoà tan với nước ở mọi tỉ lệ và độ ổn định tồn trữ ít nhất 12 tháng

* Vetanol T

Vetanol T là chất giặt tẩy dầu được làm bởi chất nhũ hóa, phân tán, thẩm thấu… Vetanol T là dạng hỗn hợp nhũ tương trắng, dễ tan trong nước nóng và lạnh, mang tính không 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

* 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 sợi khác P- TN là chất hoạt động bề mặt không ion, có dạng kem màu trắng, có tính phân tán, nhũ hóa 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 kết quả cao

* 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 không 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

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:

- Chất hoạt động bề mặt

- Chất xây dựng

- Các chất phụ gia

Mỗi thành phần trong chất tẩy rửa tuy có chức năng riêng nhưng chúng vẫn có tác động qua lại với nhau Tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà ta có thể thay đổi các phụ gia cần thiết [6, 8, 9, 14]

1.2.2.1 Chất hoạt động bề mặt (HĐBM)

Chất hoạt động bề mặt (HĐBM) nói chung là chất hoạt động trên bề mặt của các vật thể, có khả năng làm thay đổi trạng thái vốn có của bề mặt phân chia Bề mặt phân chia này có thể phân chia giữa lỏng - hơi, lỏng - lỏng, lỏng - rắn và hơi - rắn

Chất HĐBM là thành phần quan trọng nhất trong thành phần chất tẩy rửa và nó

có mặt trong tất cả các loại chất tẩy rửa khác nhau Nhiệm vụ của nó là tẩy đi các vết bẩn và những chất lơ lửng trong nước giặt để ngăn cản sự bám lại của chúng trên bề mặt cần tẩy rửa [15, 38, 59, 61]

Một phân tử chất HĐBM gồm hai đầu: Một đầu kị nước (không tan trong nước)

và một đầu ưa nước (tan trong nước) Các phân tử này có tác động lớn vào các giao diện không khí/nước hoặc dầu/nước Người ta đặt tên cho chúng là các tác nhân hoạt

động bề mặt hay đơn giản là chất HĐBM, hoạt động hai mặt Có bốn loại chất HĐBM:

- Chất HĐBM mang điện tích âm (anionic)

- Chất HĐBM mang điện tích dương (cationic)

- Chất HĐBM mang cả hai dấu điện (ampholyte)

- Chất HĐBM không mang điện (NI)

∗ Chất HĐBM anionic: [ 25, 46, 75]

Nếu nhóm hữu cực được liên kết bằng liên kết cộng hoá trị với phần kị nước của chất HĐBM mang điện tích âm (-COO-, -SO3-, SO4-) thì chất HĐBM được gọi là anionic

Đây là những chất hoạt động bề mặt khi được hòa tan trong nước sẽ cung cấp những ion mang điện âm, và những ion này là nguyên nhân của hoạt tính bề mặt Có thể được ký hiệu như sau:

Các anionic phổ biến:

- Kiểu alkylbenzensunfonat (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 (khả năng phân giải sinh học)

LAS có đặc tính tạo bọt, thích hợp cho thành phần của chất tẩy rửa Ngoài ra, tính tạo bọt của LAS còn dễ dàng được điều chỉnh và điều này rất có giá trị đối với thị trường chất tẩy rửa ở một số nơi (Tây Âu) Do tính hoà tan tốt, LAS cũng được

sử dụng trong thành phần của chất tẩy rửa dạng lỏng Tuy nhiên, LAS là chất rất nhạy cảm với nước cứng Tính chất tẩy rửa của LAS sẽ giảm khi độ cứng của nước tăng lên

PAS có khả năng phân huỷ sinh học và có thể tái sinh được

- Kiểu Alkyl ete sulfat (LES):

Tuy chất hoạt động bề mặt cation đã được điều chế từ lâu nhưng chỉ mới phát triển mạnh từ sau chiến tranh thế giới thứ hai

Với những đặc tính dễ sử dụng trên bề mặt chất liệu, khả năng tạo nhũ cao, bám dính tốt nên hiện nay, các chất nhũ hóa cation được tập trung nghiên cứu và được ứng dụng rộng rãi

- Các dẫn xuất của hóa dầu

- Các amin oxit: Các chất này được dùng chủ yếu làm mỹ phẩm

- Các dẫn xuất không có N

* Chất HĐBM mang cả hai dấu điện: [30, 43, 53]

Các hợp chất này cũng tương tự như các oxyt, vừa có hiệu ứng kiềm, vừa có hiệu ứng axit Đây là những chất HĐBM có hai hoặc nhiều nhóm chức năng và tùy theo điều kiện của dung môi có thể ion hóa trong dung dịch nước và tạo cho hợp chất này biểu hiện tính ion của mình tùy theo độ pH, là ion khi ở điểm cân bằng điện Có thể được ký hiệu như sau:

Ngoài những chất được tổng hợp bằng phương pháp hóa học, trong nhóm này còn có các axit của các axit amin hay các protein thực vật (như chất lestin của đậu tương) hoặc động vật (như casein trong sữa)

Loại chất hoạt động này bao gồm:

- Các dẫn xuất từ benzen như alkylbetan, alkylaminobetan, có khả năng làm ướt, gây bọt và tẩy rửa, ít độc hại và có khả năng tự phân hủy, không gây ô nhiễm môi trường Các chất này chủ yếu dùng làm đồ mỹ phẩm

- Các dẫn xuất từ imidazolin: Những chất này có khả năng nhũ hóa rất mạnh

- Các dẫn xuất của các axit amin: Các chất hoạt động bề mặt này được dùng để gây bọt và diệt khuẩn

* Các chất HĐBM không ion: [54, 57]

Các chất này có thể hòa tan được trong nước là do thành phần của chúng có những nhóm hoạt động rất háo nước, ở bất kỳ pH nào chúng đều có thể tác dụng với các chất hoạt động bề mặt ion Có thể được ký hiệu như sau:

Có thể phân loại theo kiểu liên kết giữa các nhóm háo nước và các nhóm háo dầu:

- Liên kết kiểu este: este glycol, este polyglycol, este polyetylenglycol, este

đường sorbitol, este của các axit béo dùng chủ yếu làm dược phẩm, mỹ phẩm và thực phẩm

- Liên kết kiểu ete: Thường dùng để chế tạo nhũ tương dùng trong công nghiệp sơn và công nghiệp mỹ phẩm

- Liên kết kiểu amit: Dùng trong công nghiệp mỹ phẩm và bột giặt

- Các chất khác: Còn có một số chất HĐBM không ion nữa như nhựa đa phân tử alkylen oxyt, mercaptan và polyoxyetyl

* Những khuynh hướng mới: [8, 35]

Hiện nay, nhiều nhà chế tạo sử dụng những chất HĐBM mới có lợi hơn đối với môi trường đó là có khả năng phân huỷ sinh học cao như:

- Những rượu béo có gốc sunfat thực vật

- Những alkyl polyglucosit: APG Dùng APG có nhiều thuận lợi:

+ Phối hợp với chất HĐBM không ion giúp đạt được những kết quả tốt với sự tẩy rửa các vết dầu

+ Có khả năng làm dịu cao hơn các NI

+ Sự tách pha kém (tách các pha bởi sự hiện diện của các chất điện giải) từ đó

có thuận lợi lớn để lập công thức những sản phẩm lỏng đẳng hướng đậm đặc (đối với những chất lỏng có cấu trúc: Nó có khả năng phân tán các liposom)

+ Nó có khả năng làm giảm độ nhớt của kem nhão, cho năng suất cao nhất khi phun bột

Công thức hoá học của chúng:

- Các metyl este sunfonat

- Các rượu béo etoxy hoá với sự phân phối hẹp của oxit etylen

Đối với một chất hoạt động NI bình thường có trung bình 7 phân tử oxit etylen, con số này thay đổi từ 1 - 15 Đối với cùng một chất HĐBM NI với một sự phân phối hẹp, số lượng các phân tử oxit etylen ở vào khoảng giữa 3 và 12 Loại chất hoạt động

bề mặt NI này rất công hiệu, nhưng giá thành tương đối cao do chế biến rất phức tạp

Sự lựa chọn những chất HĐBM có thể khác nhau trong thành phần của các sản phẩm tẩy rửa khác nhau, song một chất hoạt động bề mặt trong chất tẩy rửa phải bao gồm các đặc tính sau:

- Có tính hoà tan cao

- Có đặc tính tạo bọt mong muốn

- Mùi thích hợp

- Bảo quản được lâu

- Không độc hại với người sử dụng

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

- Có tính năng tẩy rửa tốt các chất màu, chất béo, thích hợp với các bề mặt khác nhau, cải thiện tính chất của chất hoạt động bề mặt (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 hủy 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 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 [8, 18, 72, 74]

Vào đầu thế kỉ 20, trong thành phần của tất cả các chất tẩy rửa (trừ xà bông) đều chứa soda và silicat, chúng chiếm gần 50% tác dụng tẩy rửa Hiện nay, các chất tẩy rửa hiện đại sử dụng các hợp chất càng cua hay các hợp chất trao đổi ion

* Các tác nhân phức hóa

Trong dung dịch chất tẩy rửa có nhiều anion có thể kết hợp với canxi hay magie trong nước để tạo ra những muối không hòa tan (kết tủa) không mong muốn Việc sử dụng các phức hợp có đặc tính riêng do chúng có khả năng hòa 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 Ca Trong một dung dịch chất tẩy rửa, các anion kết tủa từ cacbonat, ankylbenzen sunfonat và xà phòng, trong lúc đó các anion phức hợp thì kết tủa từ TTP, pyrophosphate, EDTA

- Các phosphat: là những tác nhân phức hóa Một tác nhân phức hóa là một thuốc thử hóa học tạo với ion kim loại thành những hợp chất tan trong nước Thuật ngữ phức hóa, chelat hóa 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 [9, 60, 64, 73]

-

-triphosphat

oo

+ Với pyrophosphat:

ca

-oo

o p o p o

oo

+ Với Tripolyphosphat có hai khả năng về cấu tạo:

-ca

-oo

Ngoài TPP còn có các tác nhân phức hoá chính sau:

+ NTA (nitrilo tri axetic) có công thức

ch2cooh + EDTA (Etylen Diamin Tetra Axetat)

Các hydrocarboxylat (Axit Citric và axit Tatric) phân giải sinh học tương đối tốt nhưng lực phức hợp của chúng lại kém hơn so với những chất khác

EDTMP (axit Etylen Diamin Tetra Metylen Phosphonic)

ohh

ho c ocooh

Những tác nhân phức hợp mới phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

* Các chất trao đổi ion

Vì những lý do môi trường mà trong những năm gần đây việc sử dụng những chất trao đổi ion trong các sản phẩm tẩy rửa đã gia tăng đáng kể

Chất trao đổi ion được sử dụng nhiều nhất là zeolit với sự cải tiến không ngừng

từ loại xa nhất là zeolit loại 4A đến loại mới nhất là những silico - Aluminat natri

Zeolit không 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 Với zeolit các ion canxi

được trao đổi rất nhanh và các ion magie ít nhanh hơn (trao đổi cũng xảy ra với các ion

oal

siosio

oaloal

-Zeolit MAP là một zeolit có những phẩm chất mới, 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 ổn định về các tác nhân làm trắng trong chất tẩy rửa Sau cùng, chất lượng mới này lại giúp “hấp phụ” nhiều hơn một lượng lớn thành phần lỏng (chất HĐBM) so với zeolit A

1.2.2.3 Các chất phụ gia

Các chất phụ gia được đưa vào thành phần chất tẩy rửa với mục đích cải thiện, tạo ra một số tính chất chất tẩy rửa Trong thành phần chất tẩy rửa thường được đưa vào một số loại phụ gia như sau:

a Tác nhân tăng và chống bọt:

Bọt là một nhũ tương của 2 pha không hòa trộn (chẳng hạn như pha nước và không khí), tồn tại như một nhũ tương dầu/nước

Bọt có thể là một chỉ thị của hiệu quả của một sản phẩm và có thể cho một cảm giác thoải mái, tuy nhiên bọt quá nhiều cũng có những ảnh hưởng không tốt như: làm quá trình tẩy rửa không đều do bọt hạn chế chất tẩy rửa tiếp xúc với bề mặt nhiễm bẩn, làm cho quá trình nhuộm không đồng đều… đồng thời ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ khi xuất hiện trong dòng nước thải

Bọt được tạo nên do đưa không khí hoặc những hơi khác vào trong pha lỏng có

độ thun dãn nào đó, hơi hoặc không khí được đưa vào có thể do thổi trực tiếp hoặc một tác động cơ giới (lắc, cọ sát trong lúc giặt) [8, 14, 18]

* Tác nhân làm tăng bọt:

Người ta có thể cải biến đặc tính tạo bọt của sản phẩm tuỳ theo nhu cầu của người tiêu dùng, vấn đề này có hai khả năng:

Sử dụng phụ gia làm tăng bọt

Sự lựa chọn các chất hoạt động bề mặt tạo bọt hay không tạo bọt

- Sử dụng chất hoạt động bề mặt tạo bọt hay không tạo bọt:

Một chất hoạt động bề mặt hay một hỗn hợp chất hoạt động bề mặt có thể làm thành một hệ thống tạo bọt Mặt khác, sự thêm vào một chất phụ gia có thể tạo một lượng lớn bọt với một chất hoạt động ít bọt Ngược lại, một chất hoạt động bề mặt với khả năng tạo bọt cao có thể bị biến thành một hệ thống không tạo bọt qua việc sử dụng một chất êm bọt Thông thường, số lượng bọt đạt tối đa quanh nồng độ mixen tới hạn (CMC) Tất cả các yếu tố có khả năng cải biến CMC có thể làm 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 của phân tử chất hoạt động bề mặt

- Sử dụng những phụ gia làm tăng bọt:

Có nhiều phụ gia làm thay đổi các đặc tính mixen hoá của một chất hoạt động

bề mặt và như vậy 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 chất hoạt động bề mặt Việc sử dụng hợp chất có một dãy cacbon thẳng có cùng chiều dài giống như chiều dài của chất hoạt động bề mặt là phương thức hiệu nghiệm để làm ổn định bọt của một chất hoạt động bề mặt Các chất làm tăng bọt sau đây được sắp xếp theo thứ tự hiệu lực tăng dần: [34, 73]

Ete glyxerol < Ete sulfonyl < Amit < Amit N thay thế

* Các tác nhân chống bọt:

Các tác nhân chống bọt làm giảm hoặc loại trừ bọt của sản phẩm Chúng tác

động hoặc bằng cách ngăn cản sự tạo bọt hoặc bằng cách tăng tốc độ huỷ chúng Trong

trường hợp thứ nhất, đó là các ion vô cơ như canxi có ảnh hưởng đến sự ổn định tĩnh

điện hoặc làm 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 phân tử chất hoạt động bề mặt của màng bọt, như vậy làm cho bọt ít ổn định hơn Những hạt keo không ưa nước (đất sét, silic ) có thể được sử dụng như những chất chống bọt Các hạt này sẽ nằm trong màng bọt và trở nên mỏng dần và sau cùng tự tạo một lỗ ở đó và bọt bị phá vỡ

Các chất hữu cơ thường được sử dụng làm tác nhân chống tạo bọt: stearyl phosphat, dầu và sáp, các silicon Chúng tác động theo cơ chế trải rộng, các phần tử của chúng di chuyển về phía bề mặt của màng bọt để thay thế các phần tử của các chất hoạt động bề mặt

Như vậy, một bề mặt có bọt được thay thế bằng một bề mặt ít bọt hơn Điều này chỉ có thể thực hiện được bởi những hợp chất có một sức căng bề mặt kém, có khả năng "trải rộng" trên các bề mặt của dung dịch [37, 63]

b Tác nhân chống tái bám

Đối với chất tẩy rửa thì ngoài yêu cầu có khả năng tẩy rửa tốt thì khả năng chống tái bám trở lại là một vấn đề đáng quan tâm

Các tác nhân chống tái bám được đưa vào nhằm ngăn cản các loại chất bẩn đã

được tẩy khỏi bề mặt tẩy rửa bị tái bám trên bề mặt tẩy rửa

Để chống tái bám, có thể thực hiện bằng cách lựa chọn các cấu tử trong chất tẩy rửa (chất HĐBM và chất xây dựng) hoặc thêm vào các tác nhân chống kết tủa đặc biệt

Các tác nhân thêm vào hoạt động chống lại sự hấp phụ thuận nghịch, chúngkiểm soát sự kết tinh trên các chất kết tủa và ngăn không cho chúng lớn đến một cỡ tối

ưu để tái bám lên vải vóc Trên các vết bẩn dạng hạt, các chất này gia tăng điện tích âm trong nước giặt, tạo nên một lực đẩy lớn giữa các hạt qua đó tránh sự ngưng kết dẫn

đến sự tái bám trên vải vóc

Tác nhân chống tái bám được sử dụng từ lâu đó là cacboxy methylcelluose (CMC) Gần đây các dẫn xuất của tinh bột cacboxyl methyl 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 cần thiết phải sử dụng những chất chống tạo kết tủa loại mới Một vài chất hoạt

động bề mặt đã được tìm ra rất thích hợp, đó là các chất không ion cellulose ete có công thức:

OH

HH

ORH

O

OO

OR

c Phụ gia làm mềm vải [27, 53]

Các chất làm mềm vải có hai chức năng chính làm mềm vải sau khi phơi khô và giảm sự hút tĩnh điện Các phụ gia này cũng đồng thời làm rút ngắn thời gian phơi và tăng thời gian sử dụng của vải nhờ làm giảm sự phá hủy cơ học Sự mềm mại có được

là do các chất này hấp phụ lên vải (mang điện tích âm) nhờ nhóm ưa nước mang điện tích dương, còn phần không ưa nước hướng ra ngoài bề mặt vải Điều này làm giảm độ

co của vải và cảm giác cứng khi loại bỏ nước khỏi vải Nhờ sự hấp phụ này mà điện tích âm trên toàn bộ bề mặt vải giảm dẫn đến giảm lực hút tĩnh điện

Các chất làm mềm vải hiện nay đều là chất hoạt động bề mặt dạng cation:

Các muối Dialkyl Dimetyl Amoni:

Các Imidazolin bậc bốn:

d Tác nhân tẩy trắng [8, 18, 73]

Tác nhân tẩy trắng là chất có khả năng tảy màu của một nền (vải) bằng một phản ứng hóa học

Phản ứng hóa học tương ứng với một sự oxy hóa làm phân hủy không đảo ngược

được các hệ thống tạo màu Các tác nhân làm trắng được chia thành ba loại:

- Các tác nhân khử oxy: các sulfit và bisulfit Các chất này có hiệu lực nhưng có hơi rất khó chịu gây bất tiện

- Các hợp chất của clo như nước Javen Nó có hiệu quả ngay ở nhiệt độ thấp, nồng độ thấp, giá thành thấp nhưng chúng lại tấn công màu và một số sợi tự nhiên, làm vàng chất hồ vải

- Các hợp chất khác có khả năng giải phóng oxy tự do

1.2.3 Cơ chế tẩy rửa [8, 18]

Sự tẩy rửa được định nghĩa là “làm sạch bề mặt của một vật thể rắn với một tác nhân riêng biệt, chất tẩy rửa, theo một tiến trình hóa lý khác hẳn với việc hòa tan đơn thuần”

Tẩy rửa là quá trình phức tạp, có liên quan đến nhiều yếu tố vật lý và hóa học, bao gồm hai giai đoạn chính:

- Lấy đi các vết bẩn khỏi các vật dụng, vải vóc

- Giữ các vết bẩn đã lấy đi đang lơ lửng để tránh cho chúng khỏi bám lại trên các quần áo, vật dụng

Khả năng tách các chất bẩn khỏi bề mặt tẩy rửa trong quá trình tẩy rửa phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó yếu tố quan trọng nhất là sự tác động qua lại giữa bề mặt tẩy rửa, chất bẩn và thành phần chất tẩy rửa

Các thành phần tham gia vào quá trình tẩy rửa:

- Chất bẩn

- Bề mặt nhiễm bẩn

- Kỹ thuật tẩy rửa

- Chất tẩy rửa

- Nước

Đặc tính tẩy rửa rất nhạy cảm với các yếu tố như tính chất của bề mặt nhiễm bẩn (bề mặt cứng hay các loại sợi vải), các loại chất bẩn (bẩn dạng hạt, vết bẩn có dầu, vết bẩn hỗn hợp), kỹ thuật tẩy rửa (các tác động cơ học, nhiệt độ, thời gian, tỷ lệ phối trộn chất tẩy rửa/nước, quy trình tẩy rửa), chất lượng của nước (độ cứng của nước, hàm lượng bẩn, hàm lượng ion kim loại như Fe, Cu, Mg…) và thành phần chất tẩy rửa Khả năng tẩy rửa được nâng cao bằng cách tăng tác động cơ học, thời gian và nhiệt độ tẩy rửa Tuy nhiên, để có thể đưa ra một công trình tẩy rửa phù hợp còn phải tính đến sự tác động qua lại giữa bề mặt nhiễm bẩn, chất bẩn và thành phần chất tẩy rửa

Xét cơ chế lấy đi chất bẩn dạng béo dưới tác động của chất tẩy rửa, quá trình này có thể xảy ra theo các cơ chế:

1.2.3.1 Thuyết nhiệt động - Phương thức Lanza

Xét đến một chất béo H (dầu) và một bề mặt rắn F (sợi) Việc vấy bẩn F do H

được biểu diễn như hình dưới đây:

Hình 1.1 Sự vấy bẩn do một vết bẩn béo

Khi giọt dầu H (thể I) tiếp xúc với sợi F (thể II) thì giọt dầu trải ra cho đến khi

đạt một thế cân bằng với một góc tiếp giáp θ được xác định bởi bề mặt của sợi và

đường tiếp tuyến của giao diện dầu/khí Năng lượng tự do của thể II có thể viết theo phương trình:

EFA = EFH + EHA.cosθ (1) Trong đó: EFA là năng lượng tự do sợi/khí

WFH = γFA + γHA - γFH (3) Theo phương trình này, người ta thấy rằng gây bẩn càng dễ dàng bao nhiêu thì công gắn chặt chất lỏng WFH càng yếu đi bấy nhiêu

Để được như thế, chỉ cần sức căng bề mặt F(γFA) hay sức căng bề mặt của H (γHA) yếu đi Các bề mặt không cực (dầu, polyester…) có một sức căng bề mặt yếu, cho nên các chất béo bám chặt vào sợi polyester rất dễ dàng Trái lại, bông sợi có cực, có sức căng bề mặt lớn hơn và vì vậy nó bị dây bẩn dầu khó khăn hơn

Gột tẩy vết bẩn có chất béo H khỏi một bề mặt F, được biểu diễn bởi sơ đồ hình sau:

Hình 1.2 Sự tẩy rửa vết bẩn có chất béo

Gột tẩy vết bẩn bao hàm đi từ thể II sang thể III Chúng ta hãy tính công cần thiết để thay đổi thể này

ở thể II, năng lượng tự do được biểu diễn bằng:

EII = γHF + γHE

Khi vết bẩn tách khỏi bề mặt F, trong thể III, năng lượng tự do được biểu diễn bằng:

EIII = γFE +2γHE

(ta có 2γHE bởi vì trong thể III, người ta đã tạo nên một phân giới H/E phụ thêm)

Công cần thiết để đi từ thể II sang III bằng:

WA = EIII - EII = γFE +2γHE - (γHF + γHE) hay

WA = γFE + γHE - γHF (4) Theo phương trình này, người ta thấy rằng công càng yếu hơn (do đó gột tẩy dễ hơn), thì hai số hạng đầu γFE và γHE cũng yếu hơn và số hạng thứ ba γHF lại lớn hơn

Sự thêm tác nhân bề mặt có tác dụng là làm giảm sức căng bề mặt (vậy là giảm

γFE và γHE) và gia tăng sức căng giao diện γHF nhờ sự hấp phụ của tác nhân bề mặt đó ở giao diện F, E và H/E

Mặt khác, cũng có thể ghi nhận rằng trong trường hợp sợi polyester (không cực)

bị vấy bẩn bởi một chất béo (không cực), thì sức căng giao diện γHF yếu Việc tẩy vết bẩn này do đó khó khăn hơn trong trường hợp bông sợi trong đó γHF lớn hơn bởi vì bông sợi gồm phân tử có cực

Dựa vào những dữ kiện nhiệt động học, người ta có thể xác định những điều kiện cần thiết để “gột tẩy tự phát” vết bẩn có chất béo Để vết bẩn tự tẩy, năng lượng tự

do ở giai đoạn cuối (đã tẩy sạch) cần phải kém hơn giai đoạn đầu (bị vấy bẩn), nghĩa là:

EIII < EII hay

γFE +2γHE < γHF + γHE hay γFE + γHE < γHF

Vậy nếu tác nhân bề mặt, do sự hấp phụ của nó trên sợi và vết bẩn, làm giảm

được sức căng giao diện của chúng (so với nước) đến độ mà tổng của chúng trở thành kém hơn sức căng giao diện sợi/vết bẩn, lúc đó vết bẩn sẽ tự tẩy đi

1.2.3.2 Cơ chế “Rolling Up“

Việc tẩy đi các vết bẩn béo cũng có thể được giải thích bởi thuyết “Rolling up”,

được Stevenson nhắc đến vào năm 1953 Chúng ta sẽ xem xét sơ đồ sau:

Hình 1.3 Phương thức “Rolling Up”

Việc tẩy đi các chất bẩn từ thể II sang thể IV, qua thể trung gian III Khi cân bằng, hợp lực của 3 vectơ γHE, γHF, γFE được biểu diễn bằng phương trình:

γFE = γHF + γHE cosθ (5) Suy ra: Cosθ = (γFE - γHF)/ γHE (6)

Để tẩy đi các vết bẩn thì θ phải bằng 180o hay cosθ = -1 Khi đó, phương trình trên trở thành:

-1 = (γFE - γHF)/γHE Hay: γHF = γFE + γHE (7)

Chất hoạt động bề mặt, do chúng được hút trên sợi và vết bẩn, làm giảm các sức căng giao diện γFE và γHE theo phương trình (6) được xác minh trên đây Và lúc đó, màng dầu (vết bẩn béo) sẽ cuốn lại và tách khỏi sợi trong quá trình giặt (giặt bằng tay hay bằng máy) Đó là cơ chế “Rolling Up”

1.2.3.3 Hiện tượng hòa tan hóa

Cơ chế “Rolling up” chỉ liên quan đến các vết bẩn ở thể lỏng có chất béo và chủ yếu nhờ các chất HĐBM làm giảm sức căng bề mặt giao diện Sau khi có được CMC (nồng độ mixen tới hạn) thì không còn giảm sức căng giao diện nữa, cho nên hiệu ứng:

“Rolling up” không tăng khi có nồng độ này Tuy nhiên, người ta thấy sự giặt tẩy gia tăng khi vượt quá CMC, do đó phải nhờ đến một cơ chế khác đó là sự hòa tan hóa Lý thuyết này đã được đưa ra bởi Mc Bam vào năm 1942 rồi lại được Ginn, Brown và Harris khẳng định lại vào năm 1961 Các phân tử của chất HĐBM kết hợp với nhau trong các dung dịch loãng để hình thành các mixen ở nồng độ nào đó và được gọi là nồng độ mixen tới hạn (CMC) Trong các mixen phần kị nước của phân tử chất HĐBM quay về phía trong, trong khi phần ưa nước lại hướng về phía nước Nếu các phân tử hòa tan có cực (chẳng hạn hydroxyl hay cacboxyl) thì các phân tử đó, nói chung được

tìm thấy ở phần ưa nước của mixen Lưu ý rằng sự hòa tan chỉ được diễn ra khi nồng

độ chất HĐBM cao hơn so với CMC

Một đặc tính hấp dẫn của những dung dịch chất HĐBM là khả năng làm tăng độ hòa tan một vài chất hữu cơ thực tế không tan trong nước (như hydrocacbon) Hiện tượng này được gọi là sự hòa tan hóa, diễn ra do việc hội nhập các chất hữu cơ này vào trong các mixen của chất HĐBM Các phân tử đã được hòa tan được hội nhập vào trong các mixen theo 3 cách như sau:

Phân tử không cực Phân tử bán phân cực Phân tử có cực

Các phân tử không cực như heptan ở bên trong các mixen, không hề tiếp xúc với nước Các phân tử có cực như heptanol được hội nhập vào các mixen cùng một cách thức như các phân tử của những tác nhân hoạt động bề mặt Các phân tử có cực ở trên lớp bên ngoài của mixen.

Việc hòa tan là một ví dụ về sự hình thành các mixen hỗn hợp Sự hình thành này có thể xem như một trường hợp riêng biệt của hiện tượng hòa tan được biết với tên gọi “tính hướng nước” Hiện tượng này bao gồm việc hòa tan của một chất nào đó (chẳng hạn ABS) trong một dung môi (nước), được gia tăng mạnh mẽ bằng cách thêm vào những hợp chất khác (toluen sunfonat natri) Sự hòa tan hóa khác hẳn với tính hướng nước bởi với một lượng các tác nhân gây tan rất nhỏ cũng đủ hòa tan được các chất hữu cơ

Sự hòa tan tùy thuộc vào số lượng và cỡ các mixen Càng nhiều mixen trong dung dịch thì sự hòa tan càng quan trọng Mặt khác, người ta giả thiết rằng các mixen

cỡ lớn có khả năng lớn hơn để hòa tan các chất hữu cơ Điểm đục của những NI có thể xem như là sự báo hiệu hình thành các mixen siêu lớn Điều này có thể giải thích tại sao hòa tan hóa là rất quan trọng xung quanh điểm đục đối với các chất NI

Vậy để có sự tẩy rửa tốt ta không những cần giảm sức căng bề mặt mà còn phải tăng nồng độ các chất HĐBM để hình thành các mixen tùy theo lượng vết bẩn béo có mặt trong dung dịch giặt rửa

1.3 lựa chọn dầu thực vật để tổng hợp chất tẩy rửa vảI sợi

Việt Nam có một nguồn gốc thực vật chứa dầu rất đa dạng về chủng loại nhưng chưa tập trung nên việc ứng dụng vào công nghệ chưa cao Nhưng gần đây dầu thực vật

được ứng dụng khá rộng rãi bởi vì các chất thải có nguồn gốc dầu thực vật có khả năng phân huỷ sinh học rất có lợi cho môi trường [4, 5, 10]

Dầu thực vật có cấu trúc hoá học khác so với các loại dầu khoáng khác Chúng gồm các axit béo được nối với nhau qua cầu glyxerin (triglyxerit) Dầu thực vật thường chứa hơn 98% tri-glyxerit và khoảng 2% của Sterol cùng các hydrocacbon ít hoạt động

Dầu thực vật có ba điểm khác cơ bản với các dầu gốc khác:

- Thành phần hoá 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 nối đôi (axit oleic, axit exuric), axit không no nhiều nối đôi (axit linolenic) và các thành phần đặc biệt Đặc biệt, dầu có hàm lượng axit oleic (hơn 75%) thì có độ ổn định oxi hoá hơn hẳn dầu không no nhiều nối đôi

- Phân tử lượng cao, thường từ 850 - 890 g/mol đối với các loại dầu oleic

- Mức độ không no đáng kể của triglyxerit giúp cải thiện tính chất 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 tạo chất tẩy rửa Có rất nhiều loại dầu thực vật được biến tính để tổng hợp chất tẩy rửa vải sợi như:

+ Dầu dừa: Dầu dừa chủ yếu được ép từ cùi dừa sấy khô (hàm lượng dầu từ 52

ữ75%), còn cùi tươi chỉ chứa khoảng 27% dầu Đại bộ phận dầu dừa hiện nay trên thế

giới sản xuất bằng phương pháp ép cùi khô và trích ly bằng xăng hoặc hexan

Dầu dừa lỏng, có màu vàng nâu, đặc như mỡ khi nhiệt độ xuống thấp Trong dầu dừa có chứa các axit béo lauric (44% ữ 52%), myristic (13% ữ 19%), panmitic (7,5% ữ 10,5%) Hàm lượng các chất béo không no rất ít Dầu dừa có khả năng bay hơi cao: 19% ữ 23%

+ Dầu cám: Dầu cám có thành phần axit béo tương tự dầu lạc, dầu thông, dầu

đậu tương chứa 60 ữ 70% axit béo chưa no có hoạt tính sinh học cao Trong dầu cám

có tỷ lệ sáp cao (0,5 ữ 5%) gây khó khăn cho quá trình tinh chế và dễ vẩn đục Ngoài

ra, nếu dầu cám thô ép được không qua lọc và tinh chế ngay, phẩm chất nhanh chóng giảm sút, chỉ số axit tăng nhanh, mầu dầu từ vàng chuyển sang xanh thẫm rồi đen

Do phẩm chất dầu cám hiện nay còn kém (mầu sắc thẫm, chỉ số axit cao, nhiều tạp chất v.v ) nên phần lớn dầu cám ở nước ta hiện nay chỉ dùng trong công nghiệp sản xuất xà phòng giặt

+ Dầu thông: là một hỗn hợp phức tạp nhiều cấu tử, thành phần chủ yếu là các terpen, công thức chung (C5H8)n (n = 2, 3 ) và các sesquiterpen

Được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, y tế và đời sống

Dựa trên tính chất tương đồng về cấu tạo của các hợp chất terpen trong dầu thông và các chất bẩn bám trên vải sợi, người ta thấy rằng chất tẩy rửa có nguồn gốc từ dầu thông có khả năng tẩy rửa cao nhất [14, 24, 68]

1.4 các tính chất của dầu thông

1.4.1 Giới thiệu về tinh dầu thông [4, 7, 11, 13, 14, 22]

Đứng đầu danh sách các tinh dầu về mặt số lượng, sản phẩm dầu thông trên thế giới (khoảng 260.000 tấn/năm) bằng khoảng 80% tổng sản lượng tinh dầu trên thế giới

ở nước ta cây thông mọc ở nhiều nơi, tập trung nhất ở Quảng Ninh, Nghệ Tĩnh, Phú Khánh và Lâm Đồng với hàng trăm nghìn hecta rừng thông cho ta một sản lượng nhựa thông tương đối lớn Từ nhựa thông qua chế biến ta thu được khoảng 20% dầu thông sử dụng làm nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp khác và cho xuất khẩu

Tinh dầu thông thu được từ chế biến nhựa thông, là chất lỏng trong suốt, không màu, có mùi đặc trưng, không có cặn và nước Khi chế biến nhựa thông sẽ thu được khoảng 70% colophan và 20% tinh dầu thông, 10% còn lại là nước và một số tạp chất khác [11, 13]

Những chỉ số lý hoá đặc trưng của tinh dầu thông thương phẩm: khối lượng riêng (ở 25oC) là 0,8570 - 0,8650 g/cm3, chiết suất với tia D ở 20oC là 1,4620 - 1,4720

Tinh dầu thông là hỗn hợp phức tạp gồm nhiều cấu tử thuộc dạng hydrocacbon monoterpen có công thức chung C10H16 Thành phần cơ bản của tinh dầu thông gồm α-pinen (65-70%), β-pinen (6-7%), ∆3-caren (10-18%), camphen (2-3%), limonen (4-6%) Trong đó, thành phần có giá trị quan trọng nhất là α-pinen và β-pinen Chất lượng của tinh dầu thông tùy thuộc vào hàm lượng pinen trong tinh dầu thông Ngoài

ra, thường có một lượng nhỏ các sesquiterpen và các dẫn xuất axit của terpen

Dầu thông được dùng trong công nghiệp hóa chất, nhờ khả năng hòa tan tốt, tinh dầu thông được sử dụng phổ biến làm dung môi trong công nghiệp sơn, véc ni Trong các xí nghiệp sản xuất chất dẻo và celluloid, tinh dầu thông được dùng để hòa tan cao su và các chất nhựa khác Ngoài ra, tinh dầu thông còn được dùng làm nguyên liệu để tổng hợp các chế phẩm long não; mỹ phẩm; dược liệu: thuốc ho; thuốc trừ sâu;

và tổng hợp nhiều loại chất thơm quý

Bảng 1.2 Thành phần hoá học của dầu thông ở nước ta và các nước khác

0

(cũ) Bồ Đào Nha Nhật (Việt Nam) Uông Bí

Bảng 1.3 Tính chất vật lý của các cấu tử chính trong tinh dầu thông

thức phân tử

Phân tử lượng

Nhiệt độ sôi ở áp suất

(oC)

η (cp)

ρ20

(kg/cm3)

20 mmHg

40 mmHg

70 mmHg

Pinen là một trong những terpen hai vòng quan trọng và phổ biến trong tinh dầu,

được ứng dụng nhiều trong công nghiệp hoá học

Pinen là chất lỏng sánh, không màu, mùi dễ chịu giống mùi thông Hoà tan tốt trong các dung môi hữu cơ không phân cực như rượu etylic, axit axetic, toluen, xylen, tan ít trong nước, nhanh chóng bị oxi hoá ngoài không khí, tác dụng với ánh sáng chuyển thành chất lỏng nhớt màu vàng Trong tự nhiên tồn tại ở 2 dạng đồng phân khác nhau về vị trí nối đôi: α -pinen (chiếm 65 đến 80%) và β -pinen (chiếm 2 đến 7%)

Hai đồng phân chỉ khác nhau về vị trí nối đôi: nối đôi 2-3 ở α-pinen và nối đôi 2-8 ở β-pinen Pinen có phản ứng với hầu hết các tác nhân hoá học do trong phân tử tồn tại nối đôi

+ pinen là đồng phân pinen quan trọng và phổ biến nhất Hàm lượng của pinen trong dầu pinus palustris là 65%, trong dầu pinus pinaster thu được 70%, trong dầu pinus caribe thu được 70 - 80% α-pinen có thể trải qua nhiều phản ứng và được ứng dụng trong công nghiệp chất thơm α-pinen có thể chuyển hóa thành pinane, là một vật liệu quan trọng trong công nghiệp chất thơm α-pinen có thể izome hóa tạo thành β-pinen với độ chọn lọc cao

+ β-pinen là thành phần của rất nhiều loại dầu thực vật, có phản ứng tương tự pinen Nhiệt phân chuyển hóa thành myrcen, là nguyên liệu quan trọng trong các terpen vòng, sử dụng trong công nghiệp tẩy gỉ cặn Phản ứng cộng hợp với formandehyt tạo thành nopyl, nopyl axetat được sử dụng như là nguyên liệu của chất thơm

α-Bảng 1.4 Tính chất vật lý của α-pinen và β-pinen

Có ba phương pháp để biến tính dầu thông: [6, 14, 73, 76]

1.4.2.1 Oxy hóa dầu thông

Phương pháp oxi hoá thường áp dụng đối với dầu thông Oxi hoá dầu thông thực chất là oxi hoá các thành phần cơ bản có trong dầu thông như α-pinen, β-pinen Quá trình oxi hoá α-pinen của dầu thông bằng oxi không khí xảy ra lúc đầu tạo thành các hợp chất hydroperoxit, trong quá trình phản ứng chúng chuyển thành oxit α-pinen, các hợp chất cacbonic, các rượu và các axit Khi tăng nhiệt độ, quá trình phân huỷ các hydroperoxit tăng mạnh để chuyển hoá thành các hợp chất trên Ngoài ra nếu có tác

động của các chất hoá học sẽ làm tăng mạnh quá trình phân huỷ các hydroperoxit theo các hướng khác nhau.Ví dụ như nếu quá trình phân huỷ các hydroperoxit có các axit

H2SO4 loãng hay phèn sắt Fe(NH4)2(SO4)2… chúng sẽ chuyển hoá thành rượu Trans verbenol và verbenon…

Bản chất quá trình: Khi oxi không khí đi qua dung dịch dầu thông nóng ở nhiệt

độ nào đó thì tạo ra các gốc tự do ở nguyên tử cacbon của α-pinen Các gốc tự do này tác dụng với oxi của không khí tạo ra các hydroperoxit trong quá trình phản ứng; các hydroperoxit này tự phân huỷ thành các sản phẩm rượu, xeton, axit… Nếu có mặt của các axit, nước hoặc các hoá chất khác thì quá trình phân huỷ sẽ tăng nhanh và xảy ra các hướng phân huỷ khác nhau ở các vị trí 2, 3, 4 và 10 của phân tử α-pinen

1.4.2.2 Hydrat hóa dầu thông

Hydrat hoá dầu thông là quá trình biến tính dầu thông bằng hỗn hợp axit H2SO4

và toluensunfonic tạo thành terpinhydrat Sản phẩm là cacbuahydroterpen đơn vòng và một lượng nhỏ terpineol

Trong đó toluensunfonic axit được điều chế bằng cách sulfo hóa toluen bằng

H2SO4

c6h5ch3 h+ 2so4 ch3c6h4so3h h+ 2o

Khi gia nhiệt, terpinhydrat trong môi trường axit yếu bị đứt mạch thành các

đồng phân của terpineol (rượu đơn vòng terpen bậc 3, là chất lỏng màu vàng, có mùi hoa tử đinh hương) Do nó bền với kiềm nên được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất xà phòng, công nghiệp in hay công nghiệp luyện kim và còn là chất tuyển làm giàu quặng kim loại màu

Quá trình hydrat hoá pinen của dầu thông để chuyển thành các sản phẩm terpinhydrat và terpineol cũng là phương pháp đơn giản để giảm đi tính bay hơi dầu thông, tăng tính hoà tan trong nước do tạo ra các nhóm phân cực mạnh như SO3H, OH,… Mặt khác, các nhóm này có độ phân tán mạnh trong nước, làm tăng hoạt tính của hỗn hợp tẩy rửa

1.4.2.3 Sulfat hóa dầu thông

Sulfat hóa là phản ứng tạo este của axit sulfuric Quá trình này trên thực tế có giá trị rất lớn vì sản phẩm của nó đang được sử dụng rộng rãi

Thuật ngữ dầu sulfat hóa để chỉ các sản phẩm của quá trình tương tác giữa một loại dầu, chất béo hay axit béo của chúng mà có thể xà phòng hóa với axit sulfuric hoặc những tác nhân sulfat khác Phản ứng diễn ra dưới những điều kiện nhất định, một phần hoặc toàn bộ các chất tham gia được chuyển hóa thành các hợp chất sulfat khi không có mặt của nước và các chất kiềm

Phản ứng của một số loại dầu với axit sulfuric có thể diễn ra theo một số cách khác nhau, phụ thuộc vào nhiệt độ, sự tương hợp của các chất được đưa vào quá trình phản ứng và phụ thuộc vào thời gian phản ứng Các phản ứng chủ yếu tạo thành sản phẩm dạng sulfat nhiều hơn so với dạng sulfonat (đối với các loại dầu thông thường)

C

CH3

H3C

CH3OH

OH