Nghiên cứu tổng hợp các chất hoạt động bề mặt để xử lý chất rắn bẩn dạng béo và dầu mỡ trên vải sợi

DANH MỤC CÁC BẢNG CHƯƠNG 1 Bảng 1.1: Thành phần của xơ bông chín Bảng 1.2: Thành phần cặn dầu Bảng 1.3: Thành phần hydrocacbon trong dầu bôi trơn Bảng 1.4: Tính chất vật lý của các cấu

-o0o -

ĐẬU ANH DŨNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CÁC CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT

ĐỂ XỬ LÝ CHẤT BẨN DẠNG BÉO VÀ DẦU MỠ TRÊN VẢI SỢI

Chuyên ngành: Hóa dầu và xúc tác hữu cơ

Mã số: 62.44.35.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học : GS TS ĐINH THỊ NGỌ

HÀ NỘI – 2011

LỜI CAM ĐOAN

ôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả

ậu nh D ng

T

Tôi xin chân thành cám ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên giúp

đỡ tôi hoàn thành bản luận văn này

ậu nh D ng

T

MỤC LỤC Trang

1.3 TỔNG QUAN VỀ CHẤT TẨY RỬ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN

2.5.1 Tính toán kích thước động học của phân tử hydrocacbon thơm ngưng tụ

3.2.2 Khảo sát hoạt tính tẩy sạch thông qua độ mao dẫn và độ giảm khối lượng 74

3.3 TỔNG HỢP CHẤT HOẠT ỘNG BỀ MẶT VÀ CHẤT TẨY RỬA BẰNG

3.4 TỔNG HỢP CHẤT HOẠT ỘNG BỀ MẶT VÀ CHẤT TẨY RỬA BẰNG

3.4.1 Tổng hợp chất chất hoạt động bề mặt bằng phương pháp hydrat hóa với tác

3.4.2 Xác định tính chất và cấu trúc sản phẩm trong quá trình hydrat hóa bằng tác

3.4.3 Tổng hợp chất chất hoạt động bề mặt bằng phương pháp hydrat hóa bằng

2‾

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ABS:Alkyl Benzen Sunfonat

ASTM: American Society for Testing and Materials

BET: Brunauer – Emmett – Teller

BJH: Barrett – Joyer - Halenda

HKHTN: ại học Khoa học Tự nhiên

LAS: Linear Alkyl Benzen Sulfonat

NI:Chất hoạt động bề mặt không ion

PET: Polyeste

IR: Infrared Spectroscopy

SCBM: Sức căng bề mặt

SEM: Scanning Electron Microscopy

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

TEM: Transmission Electron Microscopy

TEA:Trietylamin

TPD: Temperature Programme Desorption

XRD: X-Ray Diffraction

DANH MỤC CÁC BẢNG

CHƯƠNG 1

Bảng 1.1: Thành phần của xơ bông chín

Bảng 1.2: Thành phần cặn dầu

Bảng 1.3: Thành phần hydrocacbon trong dầu bôi trơn

Bảng 1.4: Tính chất vật lý của các cấu tử chính trong dầu thông

Bảng 1.6: Thành phần tinh dầu thông Quảng Ninh – Việt Nam và các nước khác

Bảng 3.1: Bề mặt riêng, đường kính mao quản của các loại xơ vải sợi

Bảng 3.2: KT H của một số phân tử hydrocacbon theo tính toán

Bảng 3.3: Quan hệ giữa độ trắng với độ mao dẫn của vải cotton, polyeste và vải pha Bảng 3.4: Quan hệ giữa độ nhả bẩn và độ mao dẫn của vải cotton, polyeste và vải

pha

Bảng 3.5: Quan hệ giữa độ nhả bẩn với độ trắng của vải cotton, polyeste và vải pha Bảng 3.6: Hệ số K để chuyển đổi độ mao dẫn sang HTTS

Bảng 3.7: Mối quan hệ giữa độ nhả bẩn và độ mao dẫn của các loại vải

Bảng 3.8: Mối quan hệ giữa khả năng phân tán trong nước và giá trị HLB

Bảng 3.9: Các thông số hóa lý của dầu thông

Bảng 3.10: HTTS đối với các loại vải khác nhau

Bảng 3.15: So sánh các sản phẩm của quá trình sunfat hóa

Bảng 3.16: Ảnh hưởng của hàm lượng L S đến HTTS của CTR từ chất H BM dạng sunfat hóa

Bảng 3.17: Ảnh hưởng của hàm lượng axit oleic đến HTTS của CTR từ chất

H BM dạng sunfat hóa

Bảng 3.18: Ảnh hưởng của hàm lượng glyxerin đến HTTS của CTR từ chất H BM dạng sunfat hóa

Bảng 3.19: Ảnh hưởng của hàm lượng TE đến HTTS của CTR từ chất H BM dạng sunfat hóa

Bảng 3.20: So sánh HTTS và chỉ số HLB của CTR từ dầu thông sunfat hóa

Bảng 3.21: Một số thông số hoá lý của chất tẩy rửa từ dầu thông sunfat hóa

Bảng 3.22 : Ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng hydrat hóa dầu thông

Bảng 3.23 : Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến HTTS

Hình 2.4: Thiết bị đo sức căng bề mặt

Hình 2.5: Sơ đồ dụng cụ xác định độ mao dẫn của vải

toán

dầu theo tính toán

CHƯƠNG 3

Hình 3.1: Phổ hồng ngoại (IR) của vải cotton

Hình 3.2: Vải cotton sạch: a) Bó sợi cotton sạch; b) Sợi cotton sạch; c) Mặt cắt ngang sợi cotton sạch

Hình 3.3: Vải cotton nhiễm bẩn dầu mỡ: a) Bó sợi cotton nhiễm bẩn; b) Sợi cotton nhiễm bẩn; c) Mặt cắt ngang sợi cotton nhiễm bẩn

Hình 3.4: Kết quả đo bề mặt riêng theo BET của vải cotton

Hình 3.5: Phân bố mao quản theo BJH của vải cotton

Hình 3.6: Phổ hồng ngoại (IR) của vải polyeste

Hình 3.7: Vải polyeste sạch: a) Bề mặt vải polyeste sạch; b) Sợi polyeste sạch; c) Mặt cắt ngang bó sợi polyeste sạch

Hình 3.8: Vải polyeste nhiễm bẩn dầu mỡ: a) Bề mặt vải polyeste nhiễm bẩn;

b) Sợi polyeste nhiễm bẩn; c) Mặt cắt ngang bó sợi polyeste nhiễm bẩn

Hình 3.9: Kết quả đo bề mặt riêng theo BET của vải polyeste

Hình 3.10: Phân bố mao quản theo BJH của vải polyeste

Hình 3.11: Phổ hồng ngoại (IR) của vải pha (PET/CO)

Hình 3.12: Kết quả đo bề mặt riêng theo BET của vải pha

Hình 3.13: Phổ hồng ngoại (IR) của vải poliamit

Hình 3.14: Vải poliamit sạch: a) Bề mặt vải poliamit sạch; b) Mặt cắt ngang bó sợi vải poliamit sạch; c) Bó sợi vải poliamit sạch

Hình 3.15: Vải poliamit nhiễm bẩn dầu mỡ: a) Bề mặt vải poliamit nhiễm bẩn; b) Mặt cắt ngang bó sợi vải poliamit nhiễmbẩn; c) Bó sợi vải poliamit nhiễm bẩn Hình 3.16: ồ thị quan hệ giữa độ trắng với độ mao dẫn của vải cotton, polyeste và vải pha

Hình 3.17: ồ thị quan hệ giữa độ nhả bẩn với độ mao dẫn của vải cotton, polyeste

Hình 3.24: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến HTTS

Hình 3.25: Phổ IR của mẫu dầu thông nguyên liệu

nồng độ 70%

nồng độ 80%

Hình 3.33: Phổ GC-MS của chất H BM từ dầu thông sunfat hóa bằng axit H2SO4 nồng độ 85%

Hình 3.34: Một số các sản phẩm trong quá trình sunfat hóa dầu thông bằng axit

Hình 3.40: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến HTTS của dầu thông hydrat hóa

Hình 3.41: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến HTTS

Hình 3.43: Phổ GC-MS của chất H BM từ dầu thông hydrat hóa

Hình 3.44: Phổ hồng ngoại IR của dầu thông hydrat hóa

Hình 3.45: Sơ đồ tạo sản phẩm từ quá trình hydrat hóa dầu thông bằng axít sunfuric

/ZrO2

/ ZrO2

Hình 3.53: Phổ GC-MS của dầu thông hydrat hóa bằng xúc tác siêu axít rắn

Hình 3.54 : Quan hệ giữa SCBM và nồng độ dung dịch CTR

Hình 3.55: Quan hệ giữa nồng độ CTR và độ mao dẫn các loại vải sợi

900

900

MỞ ĐẦU

ể tẩy sạch các vết bẩn dầu mỡ trên vải sợi, cần phải có các chất hoạt động

bề mặt (H BM) đặc chủng, có thể hòa tan và cuốn trôi các phần tử dầu nặng gây bẩn Dầu mỡ là những chất gây bẩn đặc biệt khó tẩy trên bề mặt vải sợi do: vải sau khi dệt luôn chứa một lượng tạp chất, dầu mỡ bám bẩn (lượng dầu mỡ

nhiều đầu gút, đó là các nguyên nhân làm cho vải bị cứng, khó thấm nước, vàng và chưa mịn đẹp Vì vậy vải mộc chưa có tính chất sử dụng và chưa thể nhuộm và in

màu khó đều và kém bền màu Vải qua xử lý có tính chất dễ thấm nước, thấm mồ hôi, có độ trắng cần thiết, nhẵn mịn, đẹp và có khả năng hấp thụ thuốc nhuộm cao, làm cho màu đều và đẹp, bền hơn Vì thế trước khi nhuộm và in hoa vải phải được

H BM và chất tẩy rửa (CTR) đã được triển khai khá nhiều, nhưng chưa có một công trình nào đã công bố về nghiên cứu tổng hợp chất H BM để tiền xử lý làm sạch dầu mỡ trên vải sợi cho ngành công nghiệp dệt may Các loại xà phòng thông thường không có hiệu quả để làm sạch vải sợi cho ngành công nghiệp này Các hóa chất để xử lý hiện nay hầu hết phải nhập ngoại nên không chủ động được nguồn nguyên liệu, gây lãng phí một lượng lớn ngoại tệ, và đặc biệt hơn, phải tốn đến 3 loại hóa chất (chất tẩy dầu, chất gi hồ, chất ngấm) mới thực hiện được công đoạn này

Trong các loại dầu thực vật, dầu thông có hoạt tính bề mặt tốt đồng thời có cấu trúc tương đồng (vòng terpen) với chất bẩn dạng béo và dầu mỡ, việc lựa chọn dầu thông làm nguyên liệu cho tổng hợp các sản phẩm thân thiện với môi trường là một

cầu cấp thiết đặt ra là phải loại dầu, parafin, chất béo ra khỏi vải sợi trước khi vải sợi được đem đi nhuộm, in hoa và hoàn thiện sản phẩm … chúng tôi đã đã lựa chọn

đề tài “Nghiên cứu tổng hợp các chất hoạt động bề mặt để xử lý chất bẩn dạng

béo và dầu mỡ trên vải sợi” với nguồn nguyên liệu dầu thông phong phú và sẵn có

tại Việt Nam

Với mục đích tổng hợp các loại chất H BM và CTR có hoạt tính cao, đề tài đã nghiên cứu và chọn phản ứng sunfat hóa, hydrat hóa các hợp chất có vòng terpen trong dầu thông là các phương pháp tốt nhất để tổng hợp chất H BM và CTR dạng

các phụ gia , các chất đó còn thay thế được cả chất gi hồ, chất ngấm để tiền xử lý vải sợi trước công đoạn nhuộm Sản phẩm tổng hợp được cùng lúc thay thế được cả

3 loại hóa chất nói trên, thực sự đem lại hiệu quả kinh tế Hơn thế nữa công trình nghiên cứu đã mở ra hướng sử dụng nguồn chất có vòng terpen sẵn có ở nước ta để tổng hợp chất H BM siêu hoạt tính thân thiện môi trường

ề tài đã có những đóng góp mới về mặt khoa học như sau:

+ Nghiên cứu sâu cấu trúc và các tính chất hóa lý của bề mặt các loại vải sợi Xác định sự phân bố, thành phần, tính chất và sự liên kết của các nhóm chức hóa học có trong sợi c ng như cấu trúc và sự phân bố của hệ thống mao quản, kích thước lỗ xốp trên sợi… từ đó tìm ra cơ chế bám dính của các phân tử dầu mỡ trên vải sợi để định hướng tổng hợp ra chất H BM phù hợp dùng để xử lý tẩy sạch dầu

mỡ đối với từng loại vải sợi cụ thể

+ ã làm rõ bản chất quá trình tổng hợp CTR anion từ dầu thông sunfat hoá: sau

hoạt tính bề mặt, làm tăng khả năng bám dính của CTR trên bề mặt vải sợi, đặc biệt phù hợp với vải cotton-loại vải có bề mặt phân cực Cấu trúc của các phân tử dầu thông sunfat hóa tương đồng với các phân tử dầu mỡ nên chúng dễ dàng hòa tan và lôi kéo các phân tử dầu mỡ ra khỏi bề mặt vải sợi, làm khả năng tẩy rửa cao hơn nhiều so với dầu thông chưa biến tính ban đầu

/

tác dị thể này là không gây ô nhiễm môi trường có thể tái sử dụng được, ít tạo sản phẩm phụ

+ Xây dựng phương pháp phân tích nhanh hoạt tính tẩy sạch (HTTS) thông qua độ

mao dẫn, độ nhả bẩn của vải sợi, xác định hệ số K liên hệ giữa các thông số này, để từ đó

có thể xác định nhanh HTTS thông qua độ mao dẫn đối với từng loại vải nhất định, rất phù hợp với yêu cầu phân tích nhanh của các phòng thí nghiệm xí nghiệp, nhà máy Dệt nhuộm

+ Tìm và lý giải nồng độ CTR tối ưu 6% trong quá trình tẩy rửa vải sợi liên quan đến nồng độ mixen tới hạn và sự hòa tan hóa chỉ diễn ra khi nồng độ chất hoạt động bề mặt cao hơn so với nồng độ mixen tới hạn (CMC) Thiết lập cơ chế xử lý tẩy sạch dầu

mỡ trên bề mặt vải sợi, nhất là vai trò của quá trình hòa tan đặc biệt quan trọng trong quá trình xử lý tẩy sạch dầu mỡ trên bề mặt vải sợi mà không cần tác động cơ học mạnh, khác biệt với sự cuốn trôi thuần túy của dầu mỡ trên bề mặt rắn

+ ã xác định được kích thước động học (KT H) của các hợp chất hydrocacbon có mặt trong dầu cặn nặng, qua đó so sánh với đường kính lỗ xốp của các mao quản có trên bề mặt vải sợi để đánh giá được mức độ dễ hay khó nhiễm bẩn của chúng trên từng loại vải sợi

Việc nghiên cứu tổng hợp thành công chất H BM có hoạt tính cao trong đề tài đối với các chất bẩn dạng dầu mỡ, dạng béo, dạng tạp chất để xử lý tẩy sạch dầu mỡ trên vải sợi từ nguồn nguyên liệu dầu thông sẵn có và phong phú tại Việt Nam sẽ góp phần phát triển về lĩnh vực chất H BM ở nước ta, tiết kiệm được chi phí sản xuất c ng như có thể chủ động trong vấn đề giảm thiểu ô nhiễm môi trường

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

1.1 TÍNH CHẤT HÓA LÝ CỦA BỀ MẶT VẢI SỢI

ằng các phương pháp phân tích hóa lý bề mặt vải sợi, sẽ cho ta sự hiểu biết sâu sắc và xác định rõ ràng được thành phần, tính chất và bản chất,

sự liên kết của các nhóm chức hóa học có mặt trong vải sợi c ng như cấu trúc và sự phân bố của hệ thống mao quản, bề mặt riêng, kích thước lỗ xốp trên bề mặt vải v.v… Trên cơ sở đó có thể tìm ra nguyên nhân, cách thức bám dính của các phân tử các chất bẩn có nguồn gốc từ dầu bôi trơn, parafin, sáp, cặn dầu mỡ trên vải sợi (hoàn toàn khác trên bề mặt rắn thông thường) Từ đó đề ra cơ sở lý thuyết định hướng thực nghiệm cho việc tổng hợp các chất H BM, CTR đặc chủng, hữu hiệu,

có hoạt tính cao đối với các chất bẩn dạng này Có thể nói tính chất hóa lý của bề mặt vải sợi quyết định cách thức nhiễm bẩn dầu mỡ và cơ chế tẩy rửa dầu mỡ trên vải sợi, do vậy việc nghiên cứu tính chất hóa lý bề mặt vải sợi là việc quan trọng và hết sức cần thiết

1.1.1 Vải cotton

1.1.1.1 Tính chất hóa lý bề mặt vải cotton

Vải cotton được làm từ sợi bông, thành phần xơ bông được đưa ra trong bảng 1.1 Sợi bông đã làm sạch hoá học có thể xem như xenlulôzơ nguyên chất, chúng thuộc về lớp hiđrat cacbon, cấu tạo từ ba nguyên tố: cacbon, hiđro và oxi, trong đó

với cấu tạo hoá học của xenlulôzơ, khâu đơn giản trong mạch của nó là D-glucôzơ còn được gọi là gốc glucôzơ Mỗi gốc glucôzơ (trừ các gốc ở hai đầu mạch) chứa

ba nhóm hidroxyl (-OH) ở các nguyên tử các bon thứ hai, thứ ba, và thứ sáu Trong

số ba nhóm hyđroxyl có một nhóm bậc nhất và hai nhóm bậc hai Nhóm – OH bậc

mạch xenlulôzơ có cấu tạo vòng sáu cạnh piranôzơ, vòng này lập thành nhờ 5 nguyên tử các bon và một nguyên tử oxi, dao động hóa trị C-O ứng với các hợp

B

liên kết với nhau bằng các mối liên kết glucôzit 1,4 Về cấu trúc không gian các gốc D-glucôzơ trong mạch nằm theo một đường xoắn, gốc nọ nằm lệch với gốc kia

180o

Bảng 1.1: Thành phần của xơ bông chín

1,028 nm, do các gốc xenlôbiôzơ trong mạch xenlulôzơ lặp đi lặp lại nhiều lần vì

(1.1) Khác với những gốc ở giữa mạch, các gốc D-glucôzơ ở đầu mạch có 4 nhóm

OH tự do Song vì phân tử của xenlulôzơ rất lớn, toàn mạch có từ 30.000 – 45.000 nhóm OH, nên tính chất của xenlulôzơ do các nhóm OH ở các gốc glucôzơ ở giữa mạch quyết định là chính, còn các nhóm OH của các gốc glucôzơ ở hai đầu mạch vì quá ít nên không ảnh hưởng gì đến tính chất chung của cả mạch

Trong xơ, các phân tử của xenlulôzơ không nằm riêng rẽ mà liên kết chặt chẽ với nhau bằng lực tương tác giữa các phân tử Van der Waals, lực này thể hiện tác dụng khi khoảng cách giữa hai phân tử trong giới hạn 0,25-0,60nm Ngoài ra nếu

các phân tử nằm cách nhau không quá 0,275nm thì chúng còn liên kết với nhau bằng lực liên kết hidro, lực này phát sinh chủ yếu do sự tương tác của các nhóm –

OH giữa các phân tử Năng lượng của mối liên kết hóa trị giữa các gốc glucôzơ trong mạch xenlulôzơ (mối liên kết glucôzit) có trị số bằng 50Kcal/mol Năng lượng của mối liên kết Van der Waals 2-3Kcal/mol, năng lượng của mối liên kết hiđro chiếm từ 5-8 Kcal/mol Tuy mối liên kết hiđro chỉ có năng lượng nhỏ như vậy, nhưng vì dọc theo các mạch xenlulôzơ có rất nhiều liên kết hiđro, nên tổng năng lượng trong toàn mạch sẽ rất lớn Do vậy khi các phân tử xenlulôzơ càng nằm gần nhau, cấu trúc lý học của xơ càng chặt chẽ, độ bền cơ học của nó càng cao Khả năng thấm nước, tốc độ hòa tan trong dung môi v.v của xơ xenlulôzơ càng giảm đi

Sợi xơ bông có cấu trúc xốp Giữa các chùm mạch phân tử và các thớ sợi là một

hệ thống mao quản có đường kính từ 1-100nm Thể tích các mao quản này có giá trị

từ 0,44-0,62ml đối với 1g xơ khô và nếu so với thể tích chung của xơ thì nó chiếm

ngoài và diện tích trong của các thành mao quản), các mao quản này chứa đầy không khí và tương đối dễ nhiễm bẩn khi kích thước phân tử của chất bẩn nhỏ hơn

đường kính trong của mao quản

1.1.1.2 Cơ chế nhiễm bẩn dầu mỡ trên bề mặt vải cotton

Sự nhiễm bẩn của dầu mỡ lên trên bề mặt của vải cotton có rất nhiều nguyên nhân: do tính chất và cấu trúc vật lý của sợi vải và cấu tạo vải ảnh hưởng lớn tới quá trình này Khoảng cách giữa các sợi và mật độ vải khác nhau sẽ tạo nên vải dày mỏng với độ thoáng khác nhau rất dễ bám bẩn

Mặt khác về mặt vi cấu trúc và bản chất hóa học, do các mạch phân tử của xenlulôzơ kết hợp với nhau thành các chùm dọc, giữa các chùm có các lỗ trống, hợp thành thớ sợi dày , có nhiều khoảng trống lớn giữa các thớ sợi Các thớ sợi này tạo thành xơ

Hệ thống mao quản dày đặc, đường kính lớn trên xơ dẫn đến các phân tử dầu

mỡ, chất béo, parafin rất dễ thâm nhập vào vải sợi do chúng có kích thước động học nhỏ hơn đường kính trong của mao quản Sự nhiễm bẩn này c ng có thể là do quá trình hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học quyết định Quá trình hấp phụ vật lý do lực tương tác Van der Waals giữa các phân tử Sự hấp phụ hóa học do các nhóm hiđroxyl (-OH) của xenlulôzơ gây nên Liên kết O-H là liên kết cộng hóa trị phân cực, vì phân tử của xenlulôzơ rất lớn, toàn mạch có từ 30.000- 45.000 nhóm (- OH),

do vậy bề mặt vải cotton có tính chất phân cực mạnh Ngoài ra, tự bản thân xơ

cotton có rãnh xốp ở bên trong nên sự nhiễm bẩn trong rãnh của xơ rất lớn

[ 38, 50, 55, 65, 66, 76]

Cơ chế bám dính của dầu mỡ trên bề mặt vải sợi rất phức tạp Dầu mỡ bẩn bám xung quanh xơ, trong các khoảng trống giữa các bó xơ, bản thân các sợi vải c ng bị dầu mỡ bao bọc xung quanh Các phân tử dầu mỡ, parafin có kích thước bé hơn thâm nhập sâu vào hệ thống mao quản trên bề mặt, và cả trong rãnh của xơ Quá trình nhiễm bẩn ngoài sự thâm nhập bên trong hệ thống mao quản còn phụ thuộc về đặc trưng cấu tạo vải: chi số (độ dày) sợi, kiểu dệt, mật độ, các chi số chứa đầy của vải, pha cấu tạo, mặt tiếp xúc, đặc trưng về mặt phải và mặt trái của vải, và sự liên

1.1.2 Vải polyeste

1.1.2.1 Tính chất hóa lý bề mặt vải polyeste

Cấu trúc hai monome ban đầu để tạo polyeste kéo sợi đều là những hợp chất có tính đối xứng cao, chúng kết hợp với nhau trong mạch đại phân tử theo một trình tự luân phiên đều đặn để tạo ra mắt xích có dạng tổng quát sau :

-[CO – C6H4 – CO – O – (CH2)2 – O -]n- (1.2)

ại phân tử polyeste thể hiện tính bất đối rất cao giữa chiều dọc và chiều ngang,

thơm hầu như được phân bố trong cùng một mặt phẳng trong mạch làm cho các đại

phân tử polyeste kém linh động, dễ kết bó chặt vào nhau Ngoài ra do nhóm este

điểm trên làm cho xơ polyeste rất đều đặn, ít gấp khúc, không phân nhánh và có độ định hướng cao với trục xơ, do vậy, chúng nằm rất sát nhau tạo nên các vùng vi kết tinh bền vững làm cho độ bền của xơ tăng lên Xơ polyeste là loại xơ tổng hợp có

độ bền đứt cao (60 – 70 km) Nếu như xơ được kéo giãn ở những điều kiện thích hợp làm cho các mạch đại phân tử có thể nằm sát nhau và hình thành các miền vi kết tinh nhiều hơn

Do cấu hình của mạch đại phân tử có hình zíc zắc nên xơ polyeste có khả năng đàn hồi lớn và mô đun đàn hồi cao Nếu như bị kéo dãn 5 -6% thì xơ có khả năng biến dạng thuận nghịch hoàn toàn

Trong mạch của xơ có chứa các nhân thơm nên độ bền nhiệt và độ bền ánh sáng cao (chỉ thua xơ polyacrylonitrin), vượt xa các loại xơ thiên nhiên và hoá học khác,

C xơ bị nóng chảy,

C xơ bắt đầu bị phá huỷ Vì vậy các loại vải từ polyeste chỉ được xử lý ở

axít vô cơ và hữu cơ với nồng độ không cao ở nhiệt độ thường đều không ảnh hưởng đến độ bền của xơ, tuy nhiên kém bền trong axít nitric và axít sunfuric với

kém bền với kiềm vì trong mạch phân tử của chúng có chứa các nhóm este dễ bị

Mặc dù các phân tử của polyeste sắp xếp khá chặt chẽ, nhưng chúng chưa đạt tới mức có thể hình thành cấu trúc mạng lưới tinh thể tuy chúng đã tạo nên các vùng vi kết tinh bền vững

1.1.2.2 Cơ chế nhiễm bẩn dầu mỡ trên bề mặt vải polyeste

Sự nhiễm bẩn của dầu mỡ lên trên bề mặt của vải polyeste có nhiều nguyên nhân và được quyết định bởi tính chất và cấu trúc của sợi vải đó Sự bám dính của dầu mỡ trên bề mặt vải sợi rất phức tạp Dầu mỡ bẩn bám trong các khoảng trống giữa các bó xơ, bản thân các sợi vải c ng bị dầu mỡ bao bọc xung quanh

Do các mạch đại phân tử kết hợp với nhau thành các chùm dọc, các chùm này hợp thành thớ sợi, giữa các thớ sợi có nhiều khoảng trống có kích thước lớn Các thớ sợi này tạo thành xơ Giữa các chùm mạch phân tử và các thớ sợi là hệ thống

lớn hơn rất nhiều so với đường kính động học một số phân tử hydrocacbon trong

dầu mỡ gây bẩn, do vậy rất dễ bị các phân tử dầu mỡ, chất béo, parafin thâm nhập iều này có nghĩa là các phân tử parafin và các phân tử dầu mỡ không chỉ bám trên

bề mặt và chui vào các khe rỗng giữa các sợi polyeste mà còn chui sâu vào hệ thống mao quản Sự nhiễm bẩn này c ng có thể là do quá trình hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học quyết định, c ng như bản thân vải dễ bị tích điện gây bám bẩn do chứa nhóm ít ưa nước (có hàm ẩm rất thấp), các vết bẩn dầu mỡ dễ bám vào bề mặt

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

giống với vải polyeste song vẫn giữ được một số tính chất ưu việt của vải cotton

Xơ (PET/CO) tương đối bền với tác dụng của axit, hầu hết các axít vô cơ và hữu cơ với nồng độ không cao ở nhiệt độ thường đều không ảnh hưởng đến độ bền của xơ này

1.1.3.2 Tính chất hóa lý bề mặt vải pha

Trong vải pha tỷ lệ sợi bông chiếm 33% Sợi bông sạch về mặt hoá học được xem như xenlulôzơ nguyên chất, khâu đơn giản trong mạch của nó là D-glucôzơ Mỗi gốc D-glucôzơ (trừ các gốc ở hai đầu mạch) chứa ba nhóm hidroxyl (-OH) ở

các nguyên tử các bon thứ hai, thứ ba, và thứ sáu Gồm một nhóm bậc nhất và hai nhóm bậc hai Nhóm – OH bậc nhất có tần số dao động hoá trị ở vùng 3700-3200

[4, 6]

Trong xơ PET/CO, các phân tử xenlulôzơ liên kết chặt chẽ với nhau bằng lực Van der Waals, lực này tác dụng khi khoảng cách giữa hai phân tử trong khoảng 0,25-0,60nm Nếu các phân tử nằm cách nhau không quá 0,275nm thì chúng xuất hiện liên kết hidro, phát sinh chủ yếu do tương tác của các nhóm –OH Năng lượng của mối liên kết Van der Waals 2-3Kcal/mol, năng lượng của mối liên kết hiđro chiếm từ 5-8 Kcal/mol Dọc theo các mạch xơ PET/CO có rất nhiều liên kết hiđro, nên tổng năng lượng trong toàn mạch sẽ khá lớn tuy mối liên kết hiđro chỉ có năng lượng nhỏ

Thành phần của vải polyeste pha bông (PET/CO) chủ yếu là xơ polyeste (PET) Cấu trúc hai monome ban đầu để tạo polyeste kéo sợi đều là những hợp chất có tính đối xứng cao, chúng kết hợp với nhau trong mạch đại phân tử theo một trình tự luân phiên đều đặn để tạo ra mắt xích:

-[CO – C6H4 – CO – O – (CH2)2 – O -]n- (1.3)

kết CO trong nhóm cacboxyl thơm có tần số dao động hoá trị ở vùng 1715 – 1680

cm -1 (dime) [4, 6]

ại phân tử polyeste thể hiện tính bất đối rất cao giữa chiều dọc và chiều ngang,

thơm được phân bố trong cùng một mặt phẳng trong mạch làm cho các đại phân tử polyeste trong xơ PET/CO kém linh động, dễ kết bó chặt vào nhau Mặt khác do nhóm este liên hợp với nhân thơm làm cho xơ PET/ CO có độ phân cực yếu hơn xơ cotton nhưng vẫn lớn hơn so với xơ polyeste ó là những nguyên nhân làm cho xơ PET/CO tương đối đều đặn, ít gấp khúc, không phân nhánh và có độ định hướng cao với trục xơ, do vậy, chúng nằm rất sát nhau tạo nên độ bền của xơ tăng lên

Vì cấu hình của mạch đại phân tử polyeste có hình zíc zắc nên xơ PET/CO có

khả năng đàn hồi lớn và mô đun đàn hồi cao

Xơ PET/CO, do chứa ít nhóm hydroxyl(-OH) hơn hẳn so với xơ cotton, nên sợi này có hàm ẩm tương đối thấp Vì hàm ẩm thấp nên xơ PET/CO có khả năng cách điện đồng thời c ng dễ tích điện gây bám bẩn, nhất là dầu mỡ

1.1.3.3 Cơ chế nhiễm bẩn dầu mỡ trên bề mặt vải pha

Sự nhiễm bẩn của dầu mỡ lên trên bề mặt của vải (PET/CO) có nhiều nguyên nhân và được quyết định bởi tính chất và cấu trúc của sợi vải được tạo thành bởi hai loại xơ cotton và PET Sự bám dính của dầu mỡ trên bề mặt vải sợi rất phức tạp Dầu mỡ bẩn bám trong các khoảng trống giữa các bó xơ, bản thân các sợi vải c ng

bị dầu mỡ bao bọc xung quanh

Do các mạch phân tử của xenlulôzơ và các mạch đại phân tử của PET kết hợp với nhau thành các chùm dọc, giữa các chùm có các lỗ trống, các chùm này tập hợp thành thớ sợi có chiều dày xấp xỉ 200nm , có nhiều khoảng trống có kích thước lớn giữa các thớ sợi Xơ được tạo thành từ các thớ sợi Giữa các chùm mạch phân tử và các thớ sợi là hệ thống mao quản dày đặc, (mao quản của xơ PET có đường kính 10µm, xơ cotton từ 1-100nm) lớn hơn rất nhiều so với đường kính động học một số

phân tử hydrocacbon do vậy rất dễ bị các phân tử dầu mỡ, chất béo, parafin thâm

nhập, điều này có nghĩa là các phân tử parafin và các phân tử dầu mỡ không chỉ bám trên bề mặt và chui vào các khe rỗng giữa các sợi vải mà còn chui sâu vào mao quản Sự nhiễm bẩn này c ng có thể là do quá trình hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học quyết định Hấp phụ vật lý do lực tương tác Van der Waals giữa các phân tử, hấp phụ hóa học do các nhóm chức hiđroxyl (- OH) của xenlulôzơ gây nên, c ng như dễ bị tích điện gây bám bẩn do xơ PET ( có hàm ẩm rất thấp) chứa nhóm ít ưa nước

Sự nhiễm bẩn ngoài sự thâm nhập bên trong hệ thống mao quản, còn phụ thuộc

60, 67, 81, 82] có sức căng bề mặt yếu, do vậy các chất dầu dễ bám vào vải polyeste đồng thời liên kết mạnh hơn so với các bề mặt có cực như sợi bông làm cho việc tẩy dầu mỡ trên vải (PET/CO) khó khăn hơn

1.1.4 Vải poliamit

1.1.4.1 Tính chất hóa lý bề mặt vải poliamit

Trên thế giới vải poliamit đƣợc sản xuất với nhiều tên gọi khác nhau, nhƣng tên gọi phổ biến hơn cả là nylon kèm theo chữ số nguyên tử cac bon của các monome trùng hợp nên nó trong mỗi khâu đơn giản: nylon 6, nylon 7, nylon 8, nylon 9, nylon 4 và các kiểu nylon 4 – 6, nylon 5 – 6, nylon 6 – 10, v.v Quan trọng và

62, 78, 97, 99]

liên kết với nhau bằng liên kết peptit (-CO-NH-) Trong xơ poliamit có chứa các

Trong phân tử của xơ poliamit do không có mạch nhánh nên chúng nằm rất sát

97, 99]

1.1.4.2 Cơ chế nhiễm bẩn dầu mỡ trên bề mặt vải poliamit

Vết bẩn dầu mỡ bám trên bề mặt vải sợi tạo thành một màng dầu Màng dầu này không chỉ có bao bọc xung quanh mỗi sợi vải mà còn bám len lỏi trong các khe hở của các bó sợi Vì cấu trúc của xơ poliamit là mạch thẳng, mạch đại phân tử trong

xơ có chứa nhóm cacboxyl và amin ở hai đầu mạch, kém đồng nhất về thành phần hóa học nên hàm ẩm của xơ poliamit thấp, khó bám bụi và khó bắt ẩm, khó bị nhiễm dầu sâu vào các hệ thống mao quản hơn so với vải pha

1.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC CHẤT DẦU KHOÁNG GÂY BẨN VẢI SỢI 1.2.1 Thành phần và tính chất dầu khoáng

Hydrocacbon là thành phần quan trọng nhất của dầu khoáng, trong dầu thô chúng chiếm từ 60-90% khối lƣợng Dầu càng chứa nhiều hydrocacbon thì càng có giá trị kinh tế cao Phụ thuộc vào hàm lƣợng của từng loại: parafin, naphten, aromat

mà có thể sản xuất đƣợc các sản phẩm nhiên liệu có chất lƣợng khác nhau Dầu

chứa naphten, aromat sẽ cho phép sản xuất xăng có trị số octan cao [10, 40] Dầu chứa nhiều n-parafin là nguồn tạo nhiên liệu diezel có chất lƣợng tốt, nhƣng nếu hàm lƣợng parafin rắn cao quá sẽ làm tăng điểm đông đặc của dầu, gây khó khăn cho quá trình vận chuyển… phải áp dụng các biện pháp để hạ điểm đông, gây tốn kém Dầu trung gian naphteno-parafinic sẽ là nguyên liệu tốt để sản xuất ra dầu nhờn có chỉ số độ nhớt cao Khi khai thác đƣợc dầu khoáng phải xác định đƣợc hàm lƣợng và đặc tính của từng loại hydrocacbon có trong dầu Dầu gốc từ dầu khoáng đƣợc sản xuất từ dầu mỏ bằng quá trình tinh chế chọn lọc Bản chất của dầu thô và của quá trình chọn lọc dầu sẽ quyết định tính chất vật lý và hóa học của dầu gốc tạo

1.2.2 Các phân đoạn dầu gốc khoáng từ trung bình đến nặng

1.2.2.1 Phân đoạn gasoil nhẹ (diezel)

C chứa các

hydrocacbon thơm rất ít Ở cuối phân đoạn có những n-parafin có nhiệt độ kết tinh cao, chúng là những thành phần gây mất tính linh động của phân đoạn ở nhiệt độ thấp Trong gasoil, ngoài naphten và thơm hai vòng là chủ yếu, những chất có 3 vòng bắt đầu tăng lên và còn có các hợp chất với cấu trúc hỗn hợp giữa naphten và thơm Hàm lƣợng các chất chứa S, N,O tăng nhanh S nằm ở dạng disunfua, dị vòng Các chất chứa oxy ở dạng axit naphtenic có nhiều và đạt cực đại ở phân đoạn này Ngoài ra còn có các chất dạng phenol nhƣ dimetylphenol Trong phân đoạn này đã xuất hiện nhựa, song còn ít, khối lƣợng phân tử của nhựa còn thấp 300-400

1.2.2.2 Phân đoạn gasoil nặng

C bao gồm các hydrocacbon

1.2.2.3 Phân đoạn gudron (cặn dầu)

tử lớn hơn C41, giới hạn cuối cùng có thể đến C80 [10, 17, 26]

Thành phần của phân đoạn này rất phức tạp Trong cặn dầu luôn có nước, nhựa,

Có thể chia thành 3 nhóm chính sau:

- Nhóm chất dầu

Nhóm chất dầu bao gồm các hydrocacbon có phân tử lượng lớn, tập trung nhiều các hợp chất thơm có độ ngưng tụ cao, cấu trúc hỗn hợp nhiều vòng giữa thơm và naphten; đây là nhóm hợp chất nhẹ nhất, có tỷ trọng xấp xỉ bằng 1, hòa tan

- Nhóm chất nhựa (còn gọi là nhóm malten)

Nhóm này ở dạng keo quánh; gồm hai nhóm thành phần, đó là chất trung tính

và các chất axit

C, tỷ trọng lớn hơn 1, dễ dàng hòa tan trong xăng, naphta Chất trung tính tạo cho nhựa

có tính dẻo dai và tính kết dính Hàm lượng của nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ kéo dài của nhựa; chiếm khoảng 10-15% khối lượng của cặn gudron

kết dính của chúng phụ thuộc vào hàm lượng chất axit có trong nhựa; nó chiếm

- Nhóm asphanten

Nhóm asphanten là nhóm chất rắn màu đen, cấu tạo tinh thể, tỷ trọng lớn hơn 1,

còn có các hợp chất cơ kim của các kim loại nặng, các chất cacben, cacboit rắn, giống như cốc màu sẫm, không tan trong các dung môi thông thường, chỉ tan trong piridin

Các chất nhựa và asphanten của cặn dầu là những chất mà trong cấu trúc phân

tử của nó, ngoài các nguyên tố C và H còn có đồng thời các nguyên tố khác như S,

O, N và thường có khối lượng phân tử rất lớn (từ 500-600 đ.v.C trở lên), các chất

Hàm lượng lưu huỳnh (S) là một thành phần quan trọng đáng lưu ý, lưu huỳnh cần phải loại bỏ, vì nó có thể làm ảnh hưởng đến tính chất vật liệu vải sợi Những

mặt trong cặn dầu là nguyên nhân gây ăn mòn thiết bị, hỏng các bộ phận máy móc

Parafin mạch thẳng và mạch nhánh (izo-parafin) chiếm tỷ trọng lớn nhất trong cặn dầu Các parafin mạch thẳng, dài là loại sáp rắn có nhiệt độ nóng chảy cao và hòa tan kém trong dầu ở nhiêt độ thấp, hydrocacbon no đơn và đa vòng (napten) có cấu trúc vòng xyclohexan gần với mạch nhánh parafin, các hydrocacbon thơm đơn

Trong các nhóm trên, đặc biệt là nhóm nặng hay có mặt trong thành phần dầu bôi trơn máy, khi dầu mỡ bám dính lên vải, các chất hydrocacbon phân tử lượng lớn, nhựa, asphanten sẽ chui sâu vào các mao quản hoặc bám chặt xung quanh sợi vải Tính chất bám dính phụ thuộc vào đặc tính của nhóm hydrocacbon có trong dầu

1.2.3 Tính chất các loại dầu khoáng gây nhiễm bẩn vải sợi

Việc sử dụng các vật liệu bôi trơn trong ngành dệt may đòi hỏi chất lượng ngày càng cao và phát triển rộng rãi: như trong quá trình dệt thoi, dệt kim, dệt không thoi, chuốt sợi…Sự phát sinh dây bẩn cặn dầu trên bề mặt vải sợi trong quá trình dệt may là kết quả không mong muốn do nhiều nguyên nhân mang lại, bao gồm:

- Trong sợi bông luôn có các tạp chất như chất béo, sáp, lignin, hợp chất chứa

- Quá trình vận hành máy móc khi dệt vải, tiếp xúc với dầu cọc sợi… gây nhiễm bẩn cục bộ cho sợi hoặc các tấm vải thành phẩm

- Quá trình chuốt, xe sợi trước khi dệt nhằm làm tăng độ bóng, mịn… trước khi sợi qua máy dệt để tạo thành tấm vải thì các sợi này đã được đưa qua những dung dịch hóa chất (có chứa dầu hoặc parafin lỏng) để tránh cho sợi bị xù lông và các sợi không bị dính vào nhau trong quá trình dệt (do dầu hoặc sáp bao quanh sợi làm

- Quá trình vận chuyển vải sợi…

Thành phần các loại dầu khoáng rất đa dạng và gây ảnh hưởng xấu, đến chất

lượng vải, tuy nhiên chủ yếu là các loại parafin lỏng, dầu bôi trơn máy và cặn dầu, chúng là những nguyên nhân chính làm cho vải bị cứng, khó thấm nước, giảm tính

dụng và chưa thể nhuộm và in hoa ngay được do thuốc nhuộm và hóa chất khó

trước khi nhuộm và in hoa vải phải được làm sạch về mặt hóa học Vải qua xử lý có tính chất dễ thấm nước, thấm mồ hôi, có độ trắng cần thiết, nhẵn mịn, đẹp và có khả năng hấp thu thuốc nhuộm cao, làm cho màu đều và đẹp, bền hơn

Xác định thành phần, tính chất và cấu trúc các chất bẩn có nguồn gốc từ dầu bôi trơn, parafin, sáp, cặn dầu và tìm ra nguyên nhân, cách thức nhiễm bẩn vải sợi theo

cơ chế nào là một việc quan trọng và cần thiết, từ đó đề ra cơ sở lý thuyết, định hướng thực nghiệm cho việc tổng hợp được một CTR hữu hiệu để làm sạch bề mặt

1.2.3.1 Parafin lỏng

ở dạng lỏng là nguyên liệu rất tốt để sản xuất nhiều hóa chất trung gian quan trọng như các rượu béo, axít béo, chất hóa dẻo, dung môi, đặc biệt trong sản xuất chất

H BM và CTR gần g i với thiên nhiên, do có thể bị phân hủy sinh học khi nằm

sáp bao gói thực phẩm, chất cách điện, sản phẩm y tế Các parafin rắn tập trung

Trong quá trình sản xuất vải, ở giai đoạn chuốt sợi các parafin lỏng được sử dụng Mục đích của việc sử dụng dầu khoáng này là tránh cho sợi bị xù lông và

1.2.3.2 Dầu bôi trơn máy

C bao gồm các hydrocacbon

trong phân đoạn này có trọng lượng phân tử lớn và có cấu trúc phức tạp, đặc biệt là

Loại hydrocacbon n-parafin, izo-parafin thường có số lượng ít hơn so với naphten hay hydrocacbon thơm và dạng lai hợp Các izo-parafin có số lượng ít hơn n-parafin, chúng có đặc điểm là có cấu trúc mạch chính dài, ít nhánh phụ và các

Các hợp chất thơm ở phân đoạn dầu bôi trơn thường gặp là loại 1, 2 hay 3 vòng thơm, còn loại nhiều vòng thơm ngưng tụ lại tập trung chủ yếu ở phần cặn gudron

ại bộ phận các hợp chất thơm ở phân đoạn dầu nhờn là loại lai hợp, lai hợp

Các hợp chất dị vòng như các hợp chất của S, N, O tăng mạnh: hơn 50% lượng lưu huỳnh có trong dầu mỏ tập trung ở phân đoạn này, gồm các dạng như disunfua, thiophen, sunfua vòng… các chất chứa N thường ở dạng đồng đẳng của piridin, pyrol và cacbazol Các hợp chất oxy ở dạng axit Các kim loại nặng như V, Ni, Cu,

Các hợp chất n-parafin với khối lượng phân tử lớn thường là parafin rắn (còn gọi là sáp), chúng làm giảm độ linh động của dầu nhờn nên hàm lượng của chúng phải giảm tới mức cần thiết, đặc biệt đối với các loại dầu bôi trơn làm việc ở nhiệt

độ âm Nhưng các izo-parafin lại là thành phần rất tốt trong dầu bôi trơn vì chúng

Bảng 1.3 : Thành phần hydrocacbon trong dầu bôi trơn

Hydrocacbon thơm nhiều vòng ngưng tụ với

Các hydrocacbon naphten hay hydrocacbon thơm 1 vòng hoặc 2 vòng với mạch nhánh parafin dài khi có cùng nhiệt độ sôi thì độ nhớt c ng xấp xỉ nhau Khi tăng chiều dài nhánh, độ nhớt tăng lên rõ rệt và chỉ số nhớt rất tốt, đặc biệt là khi mạch nhánh alkyl lại phân nhánh Còn đối với các hydrocacbon naphten và thơm nhiều vòng hoặc loại lai hợp naphten- thơm thường có độ nhớt rất cao nhưng chỉ số nhớt

lại thấp [10]

Các hợp chất này không phải là cấu tử cần thiết cho dầu gốc để chế tạo dầu bôi trơn chất lượng cao Mặt khác trong quá trình bảo quản hay làm việc, các hợp chất này có xu hướng tạo nhựa mạnh, làm giảm tính năng của dầu nhờn, đây là các hợp chất không mong muốn

ể thực hiện được chức năng bôi trơn tốt, dầu bôi trơn phải có độ nhớt khá cao

để duy trì đựợc màng dầu liên tục, mặt khác chỉ số độ nhớt phải cao để khi máy móc thiết bị làm việc ở nhiệt độ thường, c ng như ở nhiệt độ cao độ nhớt đó ít bị thay đổi (dầu phải có chỉ số độ nhớt cao) ể đạt được mục đích này, nguyên liệu tốt nhất để sản xuất dầu bôi trơn là:

- Các n-parafin sau khi đã tách bớt các chất có phân tử lượng quá lớn để tránh

sự kết tinh

- Các hydrocacbon naphtenic hoặc thơm ít vòng, có nhánh phụ dài, các cấu tử này là nguyên liệu lý tưởng để sản xuất dầu nhờn gốc, vì chúng vừa cho độ nhớt cao (tính chất của các vòng naphten, vòng thơm) vừa cho chỉ số nhớt cao (tính chất của

nhuộm màu bởi các thành phần nặng trong đó

1.3 TỔNG QUAN VỀ CHẤT TẨY RỬA (CTR) VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH DẦU THÔNG ĐỂ TỔNG HỢP CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT (HĐBM)

1.3.1 Các chất hoạt động bề mặt và chất tẩy rửa

1.3.1.1 Chất hoạt động bề mặt (HĐBM)

Chất H BM là hợp chất hóa học, khi hòa tan trong một chất lỏng sẽ làm giảm sức căng bề mặt của chất lỏng ấy hoặc lực căng ở mặt tiếp xúc của nó với một chất lỏng khác do quá trình hấp phụ vào chất này hay chất kia ở bề mặt tiếp xúc Chất

Phân tử chất H BM gồm hai phần có hai ái lực trái ngược nhau:

- Phần thứ nhất có một ái lực được tạo ra bởi nhóm có cực, làm cho phân tử có những tính chất ưa nước (hydrophilic) Phần ưa nước có thể là một ion hoặc một

nhóm phân cực mạnh

- Phần thứ hai có một ái lực được tạo ra bởi một nhóm không có cực, làm cho

phân tử có những tính chất ưa dầu (lipophilic) Thường là gốc hydrocacbon dạng

- Chất H BM mang điện tích âm ( anionic)

- Chất H BM mang điện tích dương (cationic)

- Chất H BM mang cả hai dấu điện tích (ampholyte) còn gọi là chất H BM

lưỡng tính

- Chất H BM không mang điện tích (NI)

- Chất HĐBM anion

ây là những chất H BM 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

Các chất H BM anion bao gồm:

+ Các muối của axit béo, gọi chung là xà phòng như muối kiềm của axit béo,

muối kim loại của axit béo, muối gốc hữu cơ của các axit béo

Công thức chung của các loại xà phòng anion là: RCOONa, với R- là mạch

hydrocacbon đặc trưng của axit béo và có tính ưa dầu Nhóm –COONa là phần có

cực và ưa nước Khi hòa tan vào nước, là dung môi phân cực thì các phân tử xà

+ Các muối sunfat của các axit béo: ây là những chất H BM đã được sử dụng

từ lâu và được dùng rộng rãi để làm chất đầu chế tạo các loại nước gội đầu, các chất

tạo nh hóa, các chất tẩy rửa Tiêu biểu cho loại này gồm có:

virol: là muối amoni estesulfo của butyloleat có công thức sau:

(1.5)

virol được sản xuất ở dạng lỏng sánh, dễ tan trong nước lạnh nhưng khi để lâu

dung dịch trở nên đục Do có khả năng tẩy rửa và nh hóa tốt nên được dùng làm

Sulfat rượu bậc một (PAS: primary alcohol sulfate):

Sulfat rượu bậc một được chế tạo bằng cách sulfat hóa các rượu béo (thiên

+ H+ (1.7)

Alkyl Ete Sulfat (LES): loại chất hoạt động này thường được sử dụng pha

chế ở dạng lỏng (nước rửa chén, dầu gội đầu)

- (1.8) + Các dẫn xuất sunfonat: Các chất sunfonat của dầu hỏa, các chất lignosunfat,

các chất alkylary sunfonat

Trong tẩy rửa người ta thường dùng alkyl benzen sunfonat ( BS) Có những

gia vì tốc độ phân giải chậm bởi các vi sinh vật

ABS thẳng (LAS: Linear Alkylbezen Sulfonat): BS nhánh:

(1.9) (1.10)

Ngoài ra người ta còn sử dụng các sulfonol, là hỗn hợp các muối natri kiểu

alkylsulfonat Sulfonol dễ hòa tan trong nước nóng, có khả năng tẩy rửa và thấm

ướt nên được dùng để xử lý các loại vải xenlulo và giặt len Sulfonol có công thức

tổng quát như sau: (1.11)

-(CH2)n C

C

H3 (CH2)7 CH

O SO3NH4(CH2)7 COOC4H9

+ Các hợp chất hữu cơ photpho: Các chất này hiện nay có nhiều ứng dụng trong công nghiệp Các loại alkylphotphat là những hợp chất được ứng dụng nhiều nhất

để làm chất nh hóa, đặc biệt để chế tạo vi nh tương

- Chất HĐBM cation

ây là những chất hoạt động bề mặt ion hóa khi pha trong nước, những ion hữu

75]

Tuy chất H BM 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 cốt liệu, khả năng tạo nh cao, bám dính tốt nên hiện nay, các chất nh 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 chứa nitơ

- Chất HĐBM mang cả hai dấu điện tích (lưỡng tính)

Các hợp chất này c ng tương tự như các oxit, vừa có hiệu ứng kiềm, vừa có hiệu ứng axit ây là những chất H BM có hai hoặc nhiều nhóm chức và tùy theo điều kiện của dung môi có thể ion hóa trong dung dịch nước và tạo cho hợp chất

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 hủy, không gây ô nhiễm môi trường Các chất này chủ yếu làm đồ mỹ phẩm

+ Các dẫn xuất từ imidazolin: Những chất này có khả năng nh 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

+ Liên kết kiểu ete: thường dùng để chế tạo nh 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 hoạt động bề mặt không ion nữa như nhựa

đa phân tử alkylen oxyt, mercaptan và polyoxyetyl

Một chất H BM cho việc tẩy rửa mong muốn cần có các đặc tính sau:

- Hấp thụ chọn lọc

- Tách được các chất bẩn ra khỏi bề mặt cần tách

- Có khả năng chống chất bẩn tái bám trở lại

- ộ nhạy cảm với nước cứng thấp

- Có tính chất phân tán tốt

- Tính chất thấm ướt tốt

- Tính hòa tan cao

- Có đặc tính tạo bọt mong muốn

- Có mùi thích hợp

- Bảo quản được lâu

- Không độc hại với con người và môi trường

- Nguồn nguyên liệu dễ kiếm

- Những rượu béo từ dầu thực vật ( dầu dừa, dầu thông, dầu sở…)

- Những alkyl poly glucosit (APG)

- Các alkyl-glucosamit

- Các metyl este sulfonat

- Các rượu béo etoxy hóa

ối với các hợp chất bề mặt NI bình thường có trung bình 7 phân tử oxit etylen, con số này có thể thay đổi từ 1- 15 ối với chất hoạt động bề mặt NI với sự phân

bố hẹp, số lượng các phân tử oxit etylen vào khoảng từ 3 đến 12 loại chất hoạt động bề mặt NI cho hoạt tính tốt, tuy nhiên giá thành tương đối cao

1.3.1.2 Chất tẩy rửa

Chất tẩy rửa (CTR) là chất được dùng để làm tăng tác dụng tẩy sạch của nước với các chất bẩn có tính dầu (không tan trong nước) Khi hòa tan trong nước, chất tẩy rửa làm giảm mạnh sức căng bề mặt giữa nước và các chất bẩn có tính dầu, nhờ

đó làm cho chất bẩn dễ thấm ướt và dễ bị lôi kéo ra khỏi bề mặt dính bẩn, đi vào

môi trường nước Kết quả là bề mặt dính bẩn được tẩy rửa sạch [3, 9, 25].

+ Chất xây dựng

Các chất xây dựng là thành phần được thêm vào chất tẩy rửa để gia tăng hoạt tính tẩy rửa của các chất hoạt động bề mặt

Các chức năng chính của chất xây dựng

- Chất xây dựng đóng vai trò như là chất làm mềm nước cứng: kết tủa hoặc tạo

đối với chất H BM, đặc biệt là chất H BM anion Khi xảy ra sự kết tủa, các ion này tạo thành muối không tan và tách ra khỏi dung dịch chất tẩy rửa Còn khi xảy ra quá trình tạo phức, các ion này sẽ tạo thành các phức bền tan trong dung dịch, ngăn không cho chúng tương tác với chất H BM Quá trình tạo phức có ý nghĩa hơn vì

- Các chất xây dựng giữ ổn định pH của dung dịch Các vết bẩn axit làm giảm

pH của dung dịch tẩy rửa xuống thấp hơn mức tối ưu để chất hoạt động bề mặt có hoạt tính tốt nhất Chất xây dựng tác động như chất đệm, trung hòa axit giữ pH ở mức đã định

- Phân chia các khối vết bẩn lớn thành các phần nhỏ để quá trình tẩy rửa được

dễ dàng hơn

- Chống tái bám bẩn lên bề mặt đã làm sạch Các chất xây dựng gia tăng điện tích âm cho các hạt bẩn, làm các hạt bẩn đẩy nhau, tránh kết hợp lại với nhau hoặc

tái bám trên bề mặt sạch

- Phân tán các hạt bẩn hoặc giữ các hạt ở trạng thái lơ lửng trong dung dịch

+ Các phụ gia khác

Phụ gia tẩy trắng

1 Các peroxit vô cơ:

đôi của chất màu, phá hủy cấu trúc màu và do đó tẩy trắng vải Phản ứng này diễn

ra trong môi trường kiềm Vải cotton bị phá hủy khá mạnh trong điều kiện này Các chất kích hoạt và chất ổn định được đưa vào để kiểm soát quá trình tẩy trắng

nhiệt độ thường Khi hòa tan trong nước sẽ tạo ra hydroperoxit Trong thực tế thường sử dụng dung dịch 1% ở pH 10

C tạo ra natri cacbonat và hydroperoxit

2 Các peroxit hữu cơ:

C Nhiệt độ

OOH có khả năng tẩy trắng cao hơn hydroxy peroxit thường được đưa vào sản phẩm tẩy rửa

- Peraxetic axit: Là dẫn xuất axetyl của hydro peroxit, thường ở dạng dung dịch 36-40% trong axit axetic Sự ổn định của peraxetic axit kém hydro peroxit, khi phân

(1.12) (1.13)

- Diperoxy dodecandioic axit: ây là peraxit không tan trong nước, hiệu quả tẩy trắng cao ở nhiệt độ thấp, khả năng tẩy trắng tức thì khi mới cho vào Tuy nhiên nó không ổn định trong môi trường kiềm, và có thể tự bốc cháy gây nguy hiểm cho người sử dụng

- Tetra-axetyletylendiamin (T ED): T ED được sử dụng như là chất kích hoạt

tạo ra peraxetic axit ở nhiệt độ thấp, tại đó các peroxit thường là tác nhân tẩy trắng

(1.14)

CH3CONHCH2CH2NHCOCH3 (1.15)

* Phụ gia tẩy trắng quang học:

Dưới đây là một số chất tẩy trắng quang học thường gặp:

(1.16)4,4’-bis(4-anilino-6-morpholino-5triazin-2-ylamino)-2,2-stilben disunfonat natri

Ngoài các dimorphilin, người ta c ng sử dụng những chất siêu tẩy quang học có

đặc tính: hòa tan tốt ở nhiệt độ thấp, ổn định tốt với các tác nhân oxy hóa (kể cả

nước javel), ổn định tốt với ánh sáng

(1.17)

Phụ gia chống tái bám

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

ể chống tái bám, có thể thực hiện bằng cách lựa chọn các cấu tử trong chất tẩy

rửa (chất H BM và chất xây dựng) hoặc thêm vào các tác nhân chống tái bám đặc

biệt Các tác nhân thêm vào có khả năng chống lại sự hấp phụ thuận nghịch, kiểm