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

Nghiên cứu chế tạo chất tẩy rửa vải sợi trên cơ sở dầu thực vật biến tính Nghiên cứu chế tạo chất tẩy rửa vải sợi trên cơ sở dầu thực vật biến tính Nghiên cứu chế tạo chất tẩy rửa vải sợi trên cơ sở dầu thực vật biến tính luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

Bé GI¸O DôC Vµ §µO T¹O TR¦êNG §¹I HäC B¸CH KHOA Hµ NéI

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

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.3.1 Thuyết nhiệt động - Phương thức Lanza 30

II.3.2 Cơ chế “Rolling up“ (cuốn đi) 32

Iii.1 Giới thiệu một số loại dầu thực vật 34

III.1.2 Dầu dừa 36

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

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

IV.4 Xác định độ bay hơi của dung dịch tẩy rửa 51

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

III Chế tạo chất tẩy rửa trên cơ sở dầu thực vật biến tính sunfat hoá

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 1 Khảo sát hàm lượng dầu biến tính khi phối trộn với dầu

thông để chế tạo chất tẩy rửa

78

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

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 H2SO4 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

Bảng III.7 Các thí nghiệm mới tại tâm quá trình sunfat hóa dầu sở

Bảng III.8 : ảnh hưởng của lượng axit H2SO4 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

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

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Hình I.1 Vấy bẩn do một vết bẩn béo

Hình I.2 Gột 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 H2SO4 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 H2SO4 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

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 chuẩn của 11- Eicosenoic axit

Hình P4 Phổ chuẩn của Oxiraeoctanoic axit

Hình P5 Phổ chuẩn của Octadecanoic axit

Hình P6 Phổ chuẩn của 9 - Octadecenoic axit

Hình P7 Phổ chuẩn của 9, 12 - Octadecadienoic axit

Hình P8 Phổ chuẩn của Hexadecanoic axit

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

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, đã 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 của chất tẩy rửa

Chương i Tổng quan lý thuyết

I Giới thiệu chung về chất tẩy rửa

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 đã 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 đã 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 đã 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 đã 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 đã điều chế thành công chất tẩy rửa bằng cách sunfat hoá rượu béo

Bonvenault và Balance hai nhà khoa học người Pháp đã 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 đã 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 đã 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 đã trở thành chất chất hoạt động bề mặt nổi tiếng nhất sau xà phòng Nhưng nhược điểm của ABS là nó khả năng

phân giải sinh học kém và vì vấn đề môi trường nên người ta đã thay thế ABS bằng chất LAS Vào những năm 60, ABS đã 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 chất tẩy rửa như thay thế cacbon natri bằng các 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 bẩn theo nguồn gốc

- Bụi từ khí quyển

- Bài tiết 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 hóng )

- Mỡ (động vật, thực vật, mỡ da chất tiết 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

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 tẩy rửa [4, 5, 13, 22, 25]

Chất tẩy rửa sử 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

- Chất HĐBM không ion (NI)

- 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

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

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 nâng cao việc thực hiện tẩy rửa

- Dialkyl dimetyl clorua:

đóng vai trò chủ yếu trên các thị trường Mỹ và Tây Âu

- Alkyl Dimetyl Benzyl Amino clorua:

C H

H CH

CH N R

trong đó: R = C12- C18

polyoxypropylen nhưng cũng cần thêm vào đây các este của đường, các alkanolamit

- Các rượu béo Etoxy hóa R-O-(CH2-CH2O)n

- Axit xetylamino-axetic trong môi trường nước cho hai thể sau đây:

C16H33-N+H2- CH2-COOH (trong môi trường axit) và

C16H33-NH- CH2-COO- (trong môi trường kiềm)

- 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

R

O

CH3

CH3

Trong tất cả các phân tử ấy, phần kỵ nước gồm một dãy alkyl hay dây béo Chúng được biểu thị bằng:

CH3- CH2- CH2- CH2 - hoặc hoặc R

Bốn chất HĐBM có ký hiệu sau đây:

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 cứng thấp

05 Có tính chất phân bố

06 Tính thấm ướt 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

Anionic

NI

Cationic Lưỡng tính

Đối với các chất HĐBM NI bình thường có trung bình 7 phân tử oxit etylen, con số này có thể thay đổi từ 1ữ15 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 được sử dụng: rất khó để đưa ra một 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 19

a 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

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 đã 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 kết tủa với can xi Trong một dung dịch tẩy 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

- 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:

Với Tripolyphosphat có hai khả năng về cấu tạo

- Các tác nhân chính khác về phức hợp ngoài TTP là các chất sau đây:

N.T.A ( Nitrilo Tri- Axetic) có công thức:

EDTA ( Ethylen Diamin Tetra - Axetat )

- O

O

O P O

O

OP

-O

Ca

CH2COOH

CH2COOHN

- O

O

O P O

O

O P O

O

-OP

-O

- O

O

O P O

O

-O P O

O

OP O

Axit Citric và axit Tatric

EDTMP (Axit Etylen Diamin Tetra Metylen Phosphonic )

c Các chất trao đổi ion

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 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: Na12(AlO2)12(SiO2)12.27H2

Gần đây những Zeolit với phẩm chất mới đã 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 phụ”nhiều 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

đẩy lớn hơn giữa các hạt qua đó tránh được sự ngưng kết dẫn đến sự tái bám trên vải vóc

OAl

OAlOAl

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:

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

OR H

O

O O

2

3 2

2 2

3 2 3

CHOHCH CH

CH

CHOHCH CH

OH CH CH

CH CH

CH -

R

- 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

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), sợi polyacrylnitrin- nitron- len acrylic (PAN), sợi polyamit, sợi 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

- Các xơ sợi không ưa nước như PE, PAN, PA là những xơ sợi trong phân

tử không có chứa nhóm ưa nước và cấu trúc phân tử của chúng rất chặt chẽ Những loại này hầu như ít trương nở trong nước chúng chỉ có thể trương nở trong các loại dung môi hữu cơ thích hợp

- Các bề mặt không cực (sợi polyeste)có sức căng bề mặt yếu, cho nên các chất dầu mỡ (không cực) bám chặt vào sợi polyeste rất dễ dàng Trái lại, phòng sợi có cực, có sức căng bề mặt lớn hơn và vì vậy nó bị vấy bẩn dầu khó khăn hơn Trong trường hợp sợi polyeste bị vấy bẩn bởi một chất béo (không cực) thì sức căng giao diện yếu khi đó việc tẩy rửa vết bẩn này khó khăn hơn trong trường hợp phòng sợi Mặt khác, nhiều thử nghiệm đã xác

định rằng sự không ưa nước của những sợi làm tăng sự tái bám

II.2 Quá trình giặt vải trước khi nhuộm.[21]

Sau quá trình dệt trên bền mặt của vải sợi thường có chứa một chất các hợp chất hữu cơ như: hồ, dầu bôi trơn( có thể do được tẩm vào hay do dầu bôi trơn của máy dệt làm bẩn), sáp Các hợp chất này bám trên bề mặt của vải

sẽ làm cho vải cứng, khó thấm nước và các dung dịch hoá chất Bởi vậy, trước khi nhuộm và in hoa, vải cần được làm sạch

II.2.1 Quá trình giặt đối với vải Cotton

Đối với loại vải Cotton, quá trình giặt vải( hay nấu vải) là một quá trình rất quan trọng có tính chất quyết định chất lượng chuẩn bị vải Do trong quá trình này đại bộ phận các tạp chất hữu cơ bám trên bề mặt vải sẽ bị rửa trôi, nên sau khi nấu vải độ thấm nước của vải tăng lên khá nhiều

Tùy theo loại vải và yêu cầu gia công mà thành phần dung dịch nấu vải của mỗi xí nghiệp có khác nhau đôi chút, nhưng về cơ bản gồm những chất sau:

- NaHSO3 8-13 g/l

- NaOH 2 g/l

- Na2SiO3 1,5-2,5 g/l

- Chất hoạt động bền mặt 0,5-1,0 g/l

Đây là công thức nấu vải theo phương pháp gián đoạn trong nồi nấu Còn khi gia công theo phương pháp ngấm hấp liên tục thì thành phần dung dịch kiềm phải thay đổi cho thích hợp

Vai trò của chất HĐBM

Trong thành phần của dung dịch nấu vải không thể thiếu được chất HĐBM Đó là những chất thể hiện kết hợp các tính chất: nhũ hoá, tẩy rửa, làm đều màu, chất ngấm, phân tác và ổn định Riêng khả năng thấm ướt, tẩy rửa và nhũ hoá rất cần cho quá trình nấu vải Trong dung dịch nấu, trước tiên chất HĐBM làm cho vải được thấm ướt đều để đảm bảo cho vải không bị sống cục bộ và ở nhiệt độ cao nó làm nhiệm vụ nhũ hoá sáp là phần khó tách nhất trong các tạp chất của xenlulo Khi giặt chất HĐBM làm nhiệm vụ cuốn những tạp chất này ra khỏi vải

Hiện nay trên thế giới người ta sản xuất ra nhiều loại chất HĐBM, nhưng

sử dụng loại chất nào cho đạt hiệu quả cao, ngoài ra những yêu cầu kể trên, còn phụ thuộc vào khả năng cung ứng của mỗi xí nghiệp Nhìn chung có thể

sử dụng riêng biệt hoặc phối hợp những chất sau đây: xà phòng dầu thông, dầu bông, dầu thầu dầu và xà phòng oleic, các chất ngấm như Neokal, chất HĐBM không mang ion như Peregol- O, OP-10, Tiovetin NIB

II.2.2 Quá trình giặt đối với vải tổng hợp

Trước khi nhuộm và in hoa, các loại vải tổng hợp cần được khử sạch các loại tạp chất dưới đây:

- Chất bôi trơn và chất chống tĩnh điện đưa vào trong quá trình sản xuất tơ sợi Những chất này có thể là những chất kỵ nước, nhưng chúng được đưa vào xơ ở dạng nhũ tương nên có thể tách ra khỏi xơ bằng biện pháp hóa lý

- Chất hồ, đưa vào trong quá trình hồ sợi dọc, thường là những chất dễ tan trong nước như rượu Polyvinylic, Gelatin, Cazein và tinh bột biến tính Chúng có thể giặt ra khỏi vải bằng dung dịch chất tẩy rửa tổng hợp Trường hợp nếu hồ bằng tinh bột thì mới cần phải rũ hồ bằng enzim Để sử dụng vào mục đích giặt vải tổng hợp người ta thường dùng chất HĐBM anionic và không ion

Đối với vải Polyamit( nylon) và Polyeste

Để giặt vải Polyamit, người ta thường tiến hành ở nhiệt độ dưới 700C đối với những vải chưa qua ổn định nhiệt và đến 900C đối với những vải đã ổn

định nhiệt, bằng dung dịch có thành phần sau:

- Chất HĐBM không ion hoá 1-2 g/l

- Na2CO3 2-3 g/l

- Gia công ở nhiệt độ 700C

Sản phẩm từ xơ Polyeste cũng được giặt như trên, nhưng nhiệt độ giặt có thể ở 90-950C

Đối với vải Polyacrylonitrin

Để tăng khả năng mềm dẻo và chống tĩnh điện, người ta cũng đưa vào xơ Polyacrylonitrin những chất bôi trơn khác nhau, đa số được chế tạo từ chất HĐBM không ion hoá Việc chuẩn bị vải trước khi nhuộm được tiến hành theo thứ tự: giũ hồ, giặt, ổn định nhiệt và tẩy trắng Việc tách các loại hồ như: rượu polyvinylic, acrylamit, gelatin, casein, dầu thực vật và dầu khoáng

được tiến hành khi giặt Còn nếu hồ bằng tinh bột và các dẫn xuất của nó thì phải sử dụng qui trình giũ hồ của vải bông để xử lý, tốt hơn cả dùng enzim Việc giặt vải polyacrylonitrin được tiến hành trong dung dịch chứa 1-2 g/l chất HĐBM không ion hoá, nấu trong thời gian 30-60 phút ở 60-950C Nếu như vải chứa chất bẩn khó giặt người ta mới cho thêm vào 1 g/l amoniac, vì rằng xơ này rất dễ bị vàng trong dung dịch kiềm Để tránh vải bị cứng sau khi xử lý phải hạ nhiệt độ từ từ, không được làm nguội đột ngột

Đối với vải Polyvinylic và Polyvinylclorua

Quá trình giặt Polyvinylic trước khi nhuộm tốt hơn cả là dùng dung dịch chất tẩy rửa anionic hoặc không ion hoá kiểu OP-10 Thí dụ, khi giặt có thể dùng dung dịch 2 g/l sunfonol ở nhiệt độ 85-900C trong 45-60 phút, sau đó giặt lại bằng nước ở 300C trong 15-20 phút, và bằng nước lạnh trong 20 phút Những loại vải dệt từ xơ Polyvinylclorua cần qua các quá trình xử lý như: giũ hồ hay giặt, tẩy trắng và ổn định nhiệt, để giặt người ta tiến hành qua 2 giai đoạn:

- Giặt bằng dung dịch chứa:

+ Xút hay xà phòng 5 g/l

+ Chất HĐBM 1-2 g/l

quá trình giặt tiến hành ở 40-500C trong 30-60 phút

- Giặt bằng dung dịch chứa

+ Chất HĐBM không ion hoá 1-2 g/l

+ Hexametanatri phốtphát 0,25 g/l

+ Na2CO3 0,5 g/l

quá trình tiến hành ở 40-500C trong 30 phút

II.3 Cơ chế tẩy rửa [4]

Trong bất cứ quá trình tẩy rửa thực tế nào, tất cả các cơ chế khác nhau có thể xảy ra đồng thời hoặc không đồng thời Do đó các cơ chế này ảnh hưởng cơ chế khác theo một cách bổ trợ lẫn nhau

Một chất tẩy rửa hiệu quả phải có các tính chất sau:

- Các đặc tính thấm ướt tốt sao cho chất tẩy rửa có thể tiếp xúc mật thiết với bề mặt cần được làm sạch

- Khả năng tách hay hỗ trợ để tách các chất bẩn vào khối chất lỏng (lấy các vết bẩn khỏi bề mặt nhiễm bẩn)

- Khả năng hoà tan hay phân tán chất bẩn đã được tách ra và ngăn chúng bám trở lại vào bề mặt đã được làm sạch

ở đây chúng ta chỉ xét cơ chế lấy đi các vết bẩn khỏi bề mặt bị nhiễm bẩn với hai loại vết bẩn chủ yếu thường gặp: vết bẩn có chất béo (mỡ hoặc dầu)

và vết bẩn dạng hạt (các hạt mịn) Các vết bẩn chất béo và dạng hạt này có thể tồn tại độc lập hay hoà lẫn với nhau với những tỷ lệ rất khác nhau Cơ chế hoạt động của chúng sẽ rất phức tạp nếu người ta bàn chung đến các loại vết bẩn này Quá trình tẩy rửa trở thành dễ dàng hơn nếu xét hai loại vết bẩn này

độc lập với nhau Để đơn giản hoá chúng ta chỉ bàn đến việc lấy đi các vết bẩn có chất béo rồi đến các chất dạng hạt tách biệt hẳn nhau

Các vết bẩn chất béo có thể do từ bã nhờn nơi cơ thể con người hay do tiếp xúc với các chất béo ở môi trường (thức ăn, mỹ phẩm, dầu máy ) Các

vết bẩn dạng hạt gồm oxit kim loại, đất sét hay các hợp chất cacbon như nhọ nồi

II.3.1 Thuyết nhiệt động - Phương thức Lanza

Xét một chất béo H (dầu) và một bề mặt rắn F Việc làm bẩn F do H có thể được biểu diễn qua sơ đồ hình 1

có thể được viết theo phương trình sau:

EFA = EFH + EHA cosθ (1) Trong đó:

WFH = γFA + γHA - γFH (3) Theo phương trình này, thấy rằng gây bẩn càng dễ 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 (γFA) yếu đi Các bề mặt không cực (dầu, polyeste ) có một sức căng bề mặt yếu cho nên các chất béo bám chặt vào sợi polyeste 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 bề mặt F, được biểu diễn bởi sơ đồ hình 2

Hình 2 Gột tẩy vết bẩn có chất béo

Gột tẩy vết bẩn bao hàm đi từ thể II sang thể III

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

Đặng Hồng Toan Công nghệ Hữu cơ hóa dầu 2004-2006 32

Sự thêm tác nhân bề mặt có tác dụng chính xác 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, trong trường hợp sợi polyeste (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 bề mặt và vết bẩn, làm giảm được sức căng giao diện của chúng (so với nước) đến mức mà tổng của chúng trở thành kém hơn sức căng giao diện bề mặt/chất bẩn, lúc đó vết bẩn sẽ tự tẩy đi

Cơ chế này có tên gọi là phương thức “Lanza”

II.3.2 Cơ chế "Rolling up" (cuốn đi)

Việc tẩy đi các vết bẩn béo cũng có thể được giải thích bởi thuyết

“Rolling up”, được Stevenson nhắc đến vào năm 1953

Hình 3 Phương thức "Rolling up"

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

γFE = γHF + γHE cosθ (5)

HE

HF FE

Cos

γ

γ γ

“Rolling up”

II.3.3 Cơ chế hòa tan

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 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, vì người ta thấy sự giặt tẩy gia tăng khi vượt quá CMC, ta cần phải nhờ đến một cơ chế khác; sự hoà tan hoá Lý thuyết này đã được đưa ra trước hết bởi Mc Bam vào năm 1942, rồi lại được Ginn, Brown và Harris khẳng định lại năm

1961 Các phân tử của các chất HĐBM kết hợp với nhau trong các dung dịch

⇒

loãng để hình thành các mixen ở một nồng độ nào đó được gọi là “nồng độ mixen tới hạn” Trong các mixen, phần kỵ nước của phân tử chất HĐBM quay về phía trong, trong khi các phần ưa nước lại hướng về nước Rất nhiều hợp chất không hoà tan trong nước như các axit béo, rượu béo, triglyxerit, hydrocacbon lại hoà tan bên trong các mixen Nếu các phân tử được hoà 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 hoà tan chỉ được

diễn ra khi nồng độ chất HĐBM cao hơn so với CMC

Tóm lại, để có sự tẩy rửa tốt, không những cần giảm sức căng bề mặt (phương thức Lanza, cơ chế “Rolling-up”) mà còn phải tăng nồng độ các hoạt chất để hình thành các mixen (hoà tan hoá) và có được một số mixen đủ, tuỳ theo lượng vết bẩn béo hiện diện trong dung dịch tẩy rửa

III Quá trình biến tính dầu thực vật

III.1 Giới thiệu một số loại dầu thực vật.[16, 19, 20, 22]

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 nghiệp chưa cao Nhưng gần đây dầu thực vật được ứng dụng khá rộng rãi bởi vì các chất thải có nguồn gốc thực vật có khả năng phân huỷ sinh học rất có lợi cho môi trường 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 một nối đôi( axit Oleic, axit exuxic), axit không no nhiều nối đôi ( axit linolenic) và các thành phần đực biệt Đặc

biệt dầu có hàm lượng axit Oleic (hơn 75%) thì có độ ổn định oxy 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

Bảng I.2 Thành phần axit béo chủ yếu của dầu sở

Các loại axit béo Thành phần % KL

III.1.2 Dầu dừa

Dừa có tên khoa học là Cocos nuciferal Dừa là loại cây đặc sản miền nhiệt đới, thuộc họ cau dừa( Palmaceae Arecaceae ) Trên thế giới dừa được trồng nhiều ở vùng Đông nam á, Châu phi và Châu mỹ la tinh như: Philipin, Indonesia, ấn Độ, Mehico, Xrilanca ở nước ta dừa được trồng nhiều từ vĩ tuyến 16 trở vào trong Những nơi có nhiều dừa: Thanh Hoá, Nghĩa Bình, Phú Khánh, Bến Tre

Dừa thuộc loại cây sinh trưởng lâu năm, cây cao 10 - 30 m, thân to thẳng,

đường kính 25 - 30 cm, không có cành, thân tạo thành chủ yếu từ các lớp sợi Cây có nhiều tầu lá dài khoảng 3 - 6 m Dừa có thể sống lâu trên 50 năm Dừa trồng từ 3 - 5 năm thì cho quả, lứa đầu thường rất ít, chỉ vài ba đến mươi quả, các lứa sau sai quả hơn, khi năng suất ổn định mỗi cây trung bình cho

50 - 60 quả/ năm Mỗi năm dừa ra 2 lứa quả dừa mùa và dừa chiêm, dừa mùa

sai quả và nhiều dầu hơn Dừa ưa thích khí hậu ẩm, nóng và có thể trồng ở nơi nước mặn chua, lợ

Nước ta có nhiều giống dừa quý: dừa lửa cho nước ngọt, dừa ta, dừa dâu, dừa bung thường cho sai quả, dầy cùi

Đặc biệt dầu dừa có ứng dụng quan trọng trong công nghiệp với sản lượng rất lớn Sản lượng dầu thực vật nước ta khoảng 320 ngàn tấn /năm thì dầu dừa chiếm 60% Từ dầu dừa người ta có thể sản xuất ra các chất hoạt động bề mặt, chất tẩy rửa dùng trong sinh hoạt và trong công nghiệp

Tỉ lệ khối lượng giữa các phần của một trong số các giống dừa như sau:

- Lớp phấn và lớp sợi : 57,28

- Phần sọ : 11,59

- Phần cùi : 18,54

- Nước dừa : 12,58

Bảng I.3 Thành phần hoá học của cùi tươi và cùi khô trong cơm dừa

Thành phần trong dầu dừa bao gồm các axit béo với thành phần như sau :

Bảng I 4: Thành phần các axit béo trong dầu dừa

Axít Công thức

phân tử

Công thức cấu tạo Thành

phần(%kh.l)

Lauric C12H24O2 CH3(CH2)10COOH 51.0 Myristic C14H28O2 CH3(CH2)12COOH 18.5 Palmitic C16H32O2 CH3(CH2)14COOH 7.5

III.1.3 Dầu thông

Tinh dầu thông là một hỗn hợp phức tạp gồm nhiều cấu tử, thành phần chủ yếu là các Terpen hydrocacbonat, có công thức chung (C5H8)n (với n = 2,3 ) và các sesquiterpen, cụ thể là: α-pinen và β-pinen từ 65ữ85%, 3-Caren

từ 10ữ18%, Camfen từ 1ữ3%, Limonen từ 1ữ5% Tinh dầu thông được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, y tế và đời sống Nó được sử dụng để làm

dung môi, làm nguyên liệu để điều chế Camphora tổng hợp, Tecpinhydrat, các Tecpinneol, thuốc trừ sâu, các chất thơm và một số chất khác nữa

ở nước ta, thông mọc ở nhiều nơi, tập trung nhất là 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% tinh dầu thông sử dụng làm nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp khác và cho xuất khẩu

Bảng I.5 Tính chất vật lý của các cấu tử chính trong tinh dầu thông

Phân tử lượng

Nhiệt độ sôi ở áp suất (0C) η

(cp)

ρ20

(kg/m3)

20 mmHg

40 mmHg

760 mmHg

BảngI.6 Thành phần hoá học tinh dầu thông Việt Nam và các nước khác

Cấu tử Mỹ Pháp ấn Độ Bồ Đào Thuỷ Nhật Uông Hoàng

Nha Điển Bí Mai α-pinen 65ữ70 60 20ữ30 80 80 80 65,2 61 β-pinen 23ữ30 25ữ30 5ữ10 15ữ17 5 10 7,5 7,5

* Giới thiệu về pinen

Pinen (đặc biệt là α-pinen ) là cấu tử chính và cũng là chỉ tiêu đánh giá chất lượng tinh dầu thông Pinen là chất lỏng sánh, không màu, để lâu chuyển sang màu hơi vàng, tan ít trong nước, tan nhiều trong rượu etylic, axit acetic, toluen, xylen

H2C

C

H3C CH31

2 3

4

5

7 6

H2C

C

H3C CH31

2 3

4

5

7 6

8

C10H6(α-pinen) C10H6(β-pinen)

Hình 4 Cấu tạo phân tử của α-pinen và β-pinen Hai đồng phân này chỉ khác nhau về vị trí nối đôi (nối đôi 2ữ3 ở β-pinen

và nối đôi 2ữ8 α-pinen) Pinen có phản ứng với hầu hết các tác nhân hoá học

do trong phân tử tồn tại nối đôi

III.2 Quá trình sunfat hoá dầu thực vật [22, 26, 27]

Sunfat hoá được gọi là các phản ứng tạo thành este của axit sunfuric, trong đó nguyên tử lưu huỳnh liên kết trực tiết với nguyên tử cacbon Quá