Nghiên cứu tổng hợp chất hoạt động bề mặt siêu hoạt tính để xử lý tẩy sạch cặn dầu

MỞ ĐẦU Ngày nay, việc ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong sản xuất chất tẩy rửa đã trở nên rất phổ biến nhằm tẩy rửa các loại vết bẩn công nghiệp cũng như vết bẩn trong đời sống hàng ng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN VĂN HẢI

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT SIÊU

HOẠT TÍNH ĐỂ XỬ LÝ TẨY SẠCH CẶN DẦU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KĨ THUẬT HÓA HỌC

MỤC LỤC

Trang Lời cảm ơn

Lời cam đoan

2.5.1 Xác định độ bay hơi 37

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN

tính tẩy sạch

DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ TRONG LUẬN VĂN

15 Hình 3.6 Ảnh hưởng của các tác nhân đến HTTS của dầu thông 57

MỞ ĐẦU

Ngày nay, việc ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong sản xuất chất tẩy rửa

đã trở nên rất phổ biến nhằm tẩy rửa các loại vết bẩn công nghiệp cũng như vết bẩn trong đời sống hàng ngày Với tốc độ phát triển của các ngành công nghiệp như hiện nay và kèm theo đó là sự nhiễm bẩn với mức độ khó tẩy sạch tăng lên, nhất là loại nhiễm bẩn dầu mỡ vào sợi vải trong ngành dệt – nhuộm và quần áo người lao động

Sự nhiễm bẩn đó rất khó để tẩy sạch được bởi những chất tẩy rửa thông thường Do vậy, để xử lý triệt để vết bẩn nhiểm dầu mỡ cần tạo ra chất hoạt động bề mặt có khả năng xử lý hoàn toàn được nhu cầu trên và tận dụng nguồn nguyên liệu

có sẵn trong nước nhằm hạn chế phụ thuộc quá nhiều vào xuất khẩu Với mục tiêu

hoạt tính để xử lý tẩy sạch cặn dầu”

Mục đích của luận văn:

Nghiên cứu để tìm điều kiện tối ưu biến tính dầu thực vật thành chất hoạt động bề mặt

Trên cơ sở chất hoạt động bề mặt này tìm các thành phần hợp lý nhằm chế

Đóng góp mới của luận văn:

1 Thiết lập phương pháp xác định hoạt tính tẩy sạch thông qua độ mao dẫn

tại Việt Nam bằng quá trình oxy hóa, quá trình oxy hóa ở đây đã không sử dụng đến

cần tẩy rửa sẽ không bị ăn mòn, phá hủy

chất phụ gia enzyme amylase với hàm lượng nhỏ thì đã thu được kết quả rất khả quan

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

tẩy rửa Nó có mặt ở tất cả các loại chất tẩy rửa khác nhau Nhiệm vụ của nó là đảm bảo tẩy đi các vết bẩn và những chất lơ lửng trong nước giặt để ngăn cản sự tái bám trở lại của chúng trên bề mặt [1]

trong nước, thường chứa mạch hydrocacbon dài) và phần ưa nước (tan trong nước- thường chứa các đầu muối phân cực)

kết cộng hóa trị giữa phần kị nước của chất hoạt động bề mặt với nhóm mang điện tích sau khi phân ly trong dung dịch

1.1.1 Lựa chọn và yêu cầu đối với chất hoạt động bề mặt

Ngày nay các chất hoạt động bề mặt không chỉ cần đáp ứng những tiêu chuẩn ngày càng chặt chẽ của sự phân giải sinh học mà còn phải đòi hỏi nó có nguồn gốc từ những nguồn nguyên liệu có thể đổi mới được Sự lựa chọn chất hoạt động bề mặt thường tùy thuộc vào những mục tiêu nghiên cứu:

Lựa chọn những chất hoạt động bề mặt dùng trong sản phẩm tẩy rửa có thể khác nhau, song một chất hoạt động bề mặt phù hợp cho việc tẩy rửa được mong muốn có các đặc tính sau:

- Có khả năng chống chất bẩn tái bám - Có mùi thích hợp

1.1.2 Phân loại chất hoạt động bề mặt

phân cực cũng như không phân cực Trong phân tử luôn có sự trái ngược nhau giữa

ái lực của nhóm kị nước và ưa nước, chính điều này đã tạo cho các chất hoạt động

bề mặt những tính chất đặc biệt Tương quan giữa hình dạng và kích thước của phần

kị nước và ưa nước đóng vai trò quan trọng đối với tính chất vật lý của chất hoạt động bề mặt Chẳng hạn, một chất hoạt động bề mặt anion có phần kị nước là gốc hydrocacbon mạch thẳng chứa từ 10 đến 18 nguyên tử cacbon sẽ cho tính chất hoạt động bề mặt cao nhất Nếu có nhiều hơn một nhóm ưa nước trong phân tử sẽ làm tăng khả năng hòa tan trong nước và cần phải có số lượng nguyên tử cacbon lớn hơn trong phần kị nước để đạt được tính chất hoạt động bề mặt tốt

Các chất hoạt động bề mặt dạng ion mang điện tích ở đầu ưa nước, trong khi

đó các chất hoạt động bề mặt không ion trung hòa nhưng có đầu ưa nước phân cực Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính có thể là dạng anion hoặc cation phụ thuộc vào tính kiềm của dung dịch

a Chất hoạt động bề mặt anionic: Nếu nhóm hữu cực được liên kết bằng hoá

P

phân giải sinh học yếu của nó

dụng trong các công thức lỏng (nước rửa chén, dầu gội đầu)

Ngược lại, nếu nhóm hữu cực mang một điện tích dương (-NRR 1 RRR 2 RRR 3 RP

+ P

), thì chất hoạt động bề mặt được gọi là cationic

Hầu hết các chất hoạt động bề mặt cation là amin bậc 4, chỉ có rất ít các hợp chất có chứa nguyên tử phốt pho hay lưu huỳnh Loại chất hoạt động bề mặt này thường có một hoặc hai mạch alkyl dài chứa từ 8 đến 18 nguyên tử cacbon Các dialkyl có khả năng tan trong nước kém hơn các monoalkyl, nhưng lại tan trong dầu tốt hơn các monoalkyl Dưới đây là các chất hoạt động bề mặt cation hay gặp

N-Hexadecyltrimetylammoni clorit

Benzyldodecyldimetylammoni clorit

Các chất hoạt động bề mặt cation thường ít được sử dụng cho mục đích tẩy rửa vì hiệu quả tẩy rửa ở môi trường trung tính không cao Tuy nhiên loại chất hoạt động bề mặt này được dùng làm tác nhân chống ăn mòn kim loại, tuyển nổi quặng, chống tĩnh điện, làm mềm và sát khuẩn trên vải

c Chất hoạt động bề mặt không ion

Chất hoạt động bề mặt không ion có nhóm ưa nước không ion hóa trong dung dịch nước Các nhóm ưa nước thường là nhóm hydroxy (-OH), và nhóm

alkylauryl So với chất hoạt động bề mặt anion thì chất hoạt động bề mặt không ion không bị ảnh hưởng của nước cứng Loại chất hoạt động bề mặt này tạo ít bọt, tan tốt trong nước lạnh Khi số nhóm -OH hoặc nhóm etylen oxit tăng lên thì khả năng hòa tan tăng lên, điều này cho phép tăng chiều dài mạch cacbon mà vẫn đảm bảo khả năng hòa tan trong nước của chất hoạt động bề mặt

Nói chung, chất hoạt động bề mặt không ion có khả năng tương hợp tốt với

các loại chất hoạt động bề mặt khác Đối với trường hợp cần dùng chất làm mềm

dạng cation thì chất hoạt động bề mặt không ion là lựa chọn tốt hơn các anionic

Ngoài các hợp chất chứa oxy, còn có loại có nhóm phân cực chứa nguyên tử

nitơ, lưu huỳnh

Chất hoạt động bề mặt không ion có các dạng chính sau:

- Akyl phenol etoxy hóa:

- Các copolyme oxit etylen và oxit propylen:

- Các oxit amin:

Lauryl dimetylamin oxit

d Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính:

nhóm ưa nước khác nhau, một nhóm mang đặc điểm của các anion, một nhóm mang đặc điểm của các cation Trong môi trường axit thể hiện như là chất hoạt động bề mặt cation, trong môi trường kiềm thể hiện dạng anion, và có thể giữ một cấu trúc lưỡng cực trong một khoảng pH rộng Phổ biến nhất trong nhóm này là các amino axit

Một số chất hoạt động bề mặt điển hình:

N-Dodecylaminoaxetat natri

Cocoamidopropylbetain

3-(hexadecyldimetylammoni)-1-propansulfonat

1.1.3 Cơ chế tẩy rửa

và hóa học Khả năng tách các chất bẩn trong suốt quá trình tẩy rửa sẽ được nâng cao bằng cách tăng các tác động cơ học, thời gian tẩy rửa, nhiệt độ Tuy nhiên đối

với bất kỳ một công nghệ tẩy rửa nào được đưa ra đều phụ thuộc vào sự tác động qua lại giữa bề mặt nhiễm bẩn, chất bẩn, thành phần chất tẩy rửa.[8]

a Thuyết nhiệt động - phương thức lanza

vấy bẩn F do H có thể được biểu diễn qua sơ đồ sau:

I II

Hình 1.1: Sự nhiễm bẩn dầu trên bề mặt sợi

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, 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 được viết theo phương trình sau đây:

Trong đó: ER FA R: năng lượng tự do sợi/khí

tích thì bằng sức căng giao diện hay bề mặt Phương trình (1) trở thành:

Mặt khác, công gắn chặt chất lỏng H vào chất nền F được biểu diễn bằng phương trình Dupré:

Theo phương trình này, người ta thấy rằng gây bẩn càng dễ dàng bao nhiêu

sức căng bề mặt F(γR FA R) hay sức căng bề mặt của H (γR HA R) 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 sau:

Hình 1.2: Sự gột tẩy vết bẩn béo khỏi bề mặt sợi

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

Theo phương trình này, người ta thấy rằng công càng yếu hơn (do đó gột tẩy

diện F, E và H/E [4,6,8,13]

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

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:

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

b Cơ chế cuốn trôi “Rolling up”

được Stevenson nhắc đến vào năm 1953 Sơ đồ sau:

Hình 1 3: Phương thức “ Rolling up”

Việc tẩy đi các vết bẩn từ thể II sang thể IV, qua thể trung gian III Khi cân

đây:

phương trình (6) thành:

γHE

Chất hoạt động bề mặt, do chúng được hút trên sợi và vết bẩn, làm giảm các

(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”

c Hòa tan hóa

Cơ chế “Rolling Up” chỉ liên quan đến các vết bẩn ở thể lỏng có chất và chủ yếu nhờ chất hoạt động bề mặt làm giảm sức căng giao diện Sau khi có được 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 nhanh khi vượt quá CMC (nồng độ mixen tới hạn), ta cần phải nhờ đến một cơ chế khác; sự hòa tan hóa Lý thuyết này đã được đưa ra trước hết bởi Mc Bam vào năm 1942, rồi lại được Ginn, Brown và Harris kiểm chứng lại vào năm

1961 Chúng ta đã nói đến hiện tượng hòa tan hóa trong phần đặc tính hóa lý của các tác nhân bề mặt, việc hình thành các mixen, ảnh hưởng của những nhân tố khác nhau trên nồng độ mixen tới hạn Các phân tử của các tác nhân bề mặt 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 hoạt động bề mặt quay về phía trong, trong khi phần ưa nước (nhóm ion-hóa hay polyoxyetylen) lại hướng về nước Rất nhiều trường hợp chất không hòa tan trong nước như các axit béo, rượu béo, triglyxerit, hydrocacbon lại được hòa tan bên

trong các mixen Nếu các phân tử được hòa tan có cực (chẳng hạn các hydroxyl hay cacboxyl) thì các phân tử đó, nói chung, được tìm thấy ở phần ưa nước của mixen

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)

Tóm lại để 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 (hòa tan hóa) và có được một số mixen đủ, tùy theo lượng vết bẩn béo hiện diện trong dung dịch giặt rửa

1.2.1 Nguyên liệu dầu thông

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 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 tecpincol, tecpin hydrat; thuốc trừ sâu; và tổng hợp nhiều loại chất thơm quý [4,7]

Những chỉ số lý hoá đặc trưng của tinh dầu thông thương phẩm: khối lượng

o P

C là 1,4620 - 1,4720 [7]

Tinh dầu thông là hỗn hợp phức tạp gồm nhiều cấu tử thuộc dạng

dầu thông gồm α-pinen (65-70%), β-pinen (6-7%), Δ3-caren (10-18%), camphen

trong tinh dầu thông Ngoài ra, thường có một lượng nhỏ các setquitecpen và các dẫn xuất axit của tecpen

Bảng 1.1: Tính chất hóa lý của một số cấu tử chính trong dầu thông [6]

phân tử

Nhiệt độ

o P

C

Nhiệt độ sôi,

P o P

C

Tỷ trọng

o P

Ấn Độ (%)

Liên Xô (%)

Bồ Đào Nha (%)

Nhật (%)

Uông Bí (%)

Tính chất của một số chất chính trong thành phần của dầu thông:[8]

lượng 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 axetic, toluen, xylen

Trong thiên nhiên tồn tại ở hai dạng đồng phân khác nhau về vị trí nối đôi Pinen có phản ứng với hầu hết các tác nhân hóa học do trong phân tử tồn tại nối đôi

P 20 P 4

1.2.2 Các phương pháp biến tính dầu thông

động bề mặt là một trong những xu hướng sử dụng nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước với giá thành hạ Dầu thông được xem như là một hỗn hợp của các hydrocacbon nên chúng có khả năng hòa tan tốt các chất bẩn như dầu, mỡ … nhưng dầu thông cũng có nhược điểm là khả năng phân tán trong nước rất kém do cấu trúc phân tử của nó không chứa các nhóm phân cực, có độ bay hơi mạnh trong quá trình bảo quản, vận chuyển dầu thông sẽ bị bay hơi làm chất lượng bị biến đổi, vì thế nên phải biến tính dầu thông để đảm bảo quá trình sử dụng đạt hiệu quả cao Dầu thông biến tính dùng trong quá trình chế tạo chất hoạt động bề mặt tiền xử lý vải sợi trong công nghiệp dệt là sản phẩm của quá trình chuyển hóa những cấu tử trong dầu thông thành những cấu tử khác có khối lượng phân tử lớn hơn, có tính chất khác so với dầu thông và đặc biệt có được tính năng tẩy rửa hơn dầu thông bằng cách thông qua các dạng phản ứng hóa học khác nhau [1,6,8]:

- Sunfat hóa

- Hydrat hóa

- Oxy hóa

nước, công nghệ biến tính dầu thông đơn giản, áp dụng được trong điều kiện thủ công của nước ta, giá thành của sản phẩm thấp hơn rất nhiều lần so với chất hoạt động bề mặt ngoại nhập mà chất lượng vẫn đảm bảo Các phế thải của quá trình tẩy rửa không gây ô nhiễm môi trường

a Sunfat hóa dầu thông

huỳnh liên kết trực tiếp với nguyên tử cacbon Quá trình này trên thực tế có giá trị rất to lớn vì sản phẩm của nó đang được sử dụng một cách rộng rãi

Thuật ngữ dầu sunfat hoá để chỉ các sản phẩm của quá trình tương tác giữa một loại dầu, chất béo hay axit béo của chúng có thể xà phòng hoá với axit sunfuric hoặc những tác nhân sunfat hoá tương tự Phản ứng diễn ra dưới những điều kiện nhất định, một phần hoặc toàn bộ được chuyển hoá thành các hợp chất sunfat khi không có mặt của nước và các chất kiềm [8]

Phản ứng của dầu thông với axit sunfuric 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 sunfat nhiều hơn so với dạng sunfonat đối với các loại dầu thông thường Phản ứng sunfat hoá dầu thông:

0÷40°C Dầu thông không tan trong axít vì vậy sự khuếch tán của nó từ hữu cơ qua

vô cơ đóng vai trò rất quan trọng Cùng với sự giải nhiệt, tốc độ khuếch tán sẽ quyết định vận tốc quá trình Quá trình có thể tiến hành với sự khuấy trộn mạnh và giải nhiệt nhanh Khi thực hiện qui trình người ta sử dụng thiết bị có cánh khuấy và cho

từ từ axít vào để tránh sự tăng vọt nhiệt của phản ứng và như vậy tránh được những phản ứng không mong muốn [8,11,12]

b Hydrat hóa dầu thông

Hydrat hóa các loại hydrocacbon đói thành rượu là một trong những phản ứng quan trọng của các chất có chứa liên kết đôi Khi hydrat hóa hydrocacbon olefin, sẽ tạo thành rượu bậc 2 và bậc 3 [8]

Trong công nghiệp chế biến các tinh dầu tự nhiên, quá trình hydrat hóa để chuyển các loại tecpen thành các sản phẩm có chứa nhóm OH (rượu), đây là loại dung môi hữu cơ có cực, có khả năng hòa tan các loại hydrocacbon dầu, mỡ và có khả năng phân tán tốt trong môi trường nước

Hydrat hóa dầu thông có xúc tác là quá trình gắn kết trực tiếp nhóm –OH của phân tử nước vào các phân tử pinen tạo thành tecpenhydrat, tiếp tục gia nhiệt sẽ được terpinneol

đồng phân của tecpinneol

c Oxy hóa dầu thông

thông như: α, β-pinen… nó dễ bị oxy hóa bởi oxy không khí, α-pien bị oxy hóa thành pinol, sau đó thành rượu solrenol, mirtenol β-pinen bị oxy hóa thành rượu pinenearveal Có thể thực hiện oxy hóa dầu thông có sử dụng xúc tác, tác nhân oxy

hydroxyl cao [8]

1.3.1 Giới thiệu chung về vải sợi

trường cũng rất đa dạng và phong phú về chủng loại Vải sợi sử dụng trong nhiều lĩnh vực như may mặc gồm một số sợi dệt khác nhau mà mỗi loại đòi hỏi sự giặt ủi thích hợp, tác động một cách khác nhau dưới tác dụng của nước, nhiệt độ, tác động

cơ giới của máy và chất tẩy rửa [3,13,16]

và theo phương pháp sản xuất Một trong những phương pháp phân loại các sản

phẩm dệt là dựa vào theo nguồn gốc của các loại sợi dệt

a Sợi thiên nhiên

Sợi thiên nhiên có thể thuộc các loại thảo mộc như: bông, sợi gai hoặc thuộc động vật như len, tơ

Sợi thiên nhiên thực vật

Sợi thiên nhiên thực vật gồm chủ yếu hai loại sợi chính là: sợi bông và sợi libe Sợi thiên nhiên thực vật có đặc tính dai, bền, chịu nhiệt cao, chà sát mạnh và

xử lý bằng clo

Sợi bông: Thu hoạch từ quả bông, thành phần chính của sợi bông là xenlulo,

ngoài ra còn một số tạp chất khác như: hợp chất chứa nitơ, sáp bông, chất pectin, tro

3 P

Hàm ẩm của sợi bông lần lượt là 5,5-6,5%, và 11-12% tương ứng trong điều kiện không khí khô và trong không khí ẩm Trong xơ các phân tử không nằm riêng biệt mà liên kết chặt chẽ với nhau bằng lực tương tác giữa các phân tử Vanderwaals, lực này thể hiện tác dụng khi khoảng cách giữa hai phân tử trong giới hạn 0,25-0,60 nm Ngoài ra nếu các phân tử cách nhau không quá 0,275 nm thì chúng còn liên kết với nhau bằng

liên kết hyđro sinh ra do sự tương tác của các nhóm -OH giữa các phân tử

Bảng 1.4: Thành phần của xơ bông chín [13]

Năng lượng của mối liên kết hoá trị giữa các gốc gluco trong mạch xenlulo

-1 P

-1 P

,

-1 P

Tuy mỗi mối liên kết hyđro chỉ có năng lương nhỏ như vậy, nhưng vì dọc theo các mạch xenlulo có rất nhiều liên kết hyđro, nên tổng năng lượng của chúng trong toàn mạch sẽ rất lớn Do vậy khi các phân tử xenlulo càng nằm gần nhau, cấu trúc lý học của xơ càng chặt chẽ thì

độ bền cơ học của nó càng cao, nhưng mặt khác khả năng thấm nước, khả năng hấp thụ thuốc nhuộm, tốc độ hòa tan trong dung môi.v.v của xenlulo càng giảm đi do trong xơ còn lại rất ít nhóm hydroxyl ở dạng tự do

Sợi libe: được lấy từ vỏ một số cây như: lanh, đay, gai và một số cây khác

tương tự Cấu tạo sợi libe là những xơ libe liên kết với nhau bởi màng pectin

S ợi thiên nhiên động vật

Phân loại sợi thiên nhiên theo cấu tạo và đặc tính chung len được chia làm 4 loại: len tơ, len nửa tơ, len nửa thô, len thô Sợi len rất dễ hút ẩm Tuỳ theo độ ẩm

và nhiệt độ của môi trường mà hàm ẩm của len sẽ thay đổi theo Trong các nguồn nguyên liệu dùng làm len thì lông cừu chiếm một trữ lượng lớn hơn cả

Khác với các loại sợi thiên nhiên trên, tơ tằm không có cấu tạo tế bào Mỗi sợi tơ gồm hai sợi nhỏ nằm song song, thành phần chủ yếu là fibroin và được phủ ngoài bằng một lớp keo dính xerixin Khi nấu tơ tằm trong dung dịch xà phòng, do các tạp chất tan ra trong rượu và ete nên khối lượng tơ giảm đi từ 20 – 30%

Nói chung, sợi thiên nhiên động vật rất mỏng manh, nếu bị ướt sẽ mất 40% sức bền dai của chúng Sợi thiên nhiên động vật phải xử lý hết sức thận trọng, ở 20-

Sợi tổng hợp được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp dệt hiện nay gồm các loại như: polyeste (bao gồm terilen, dacron, lapxan ), polyacrylonitril, polyvinylic, polyvinylclorua, polyamit (bao gồm 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 được sản xuất nhiều hơn cả là nylon 6, nylon 6-6, nylon 7 và nylon 6-10)

Sợi polyamit và polyeste thuộc về nhóm sợi mạch dị thể, còn polyacrylonitril, polyvinilic, và polyvinylclorua thuộc nhóm mạch cacbon Sợi thuộc nhóm mạch dị thể có độ bền cao Độ bền đứt của nó có thể đạt đến 60-70 kN

Sợi thuộc nhóm mạch cacbon thì không những có độ bền cơ học cao mà độ bền này còn không bị giảm trong trạng thái ướt Tuy nhiên nhược điểm của nó là kém bền với ma sát Chúng dễ giặt, mau khô và giữ nhiệt Độ bền nhiệt của loại sợi

o P

o P

C chúng mềm ra và bắt đầu bị phân huỷ

Tóm lại, sợi tổng hợp có tính bền, chắc Chúng không thể cho nước hoặc chất bẩn thấm sâu vào, ngoại trừ một số chất mỡ Tuy nhiên sợi tổng hợp ít chịu được nhiệt độ cao nên việc tẩy rửa cũng phải hết sức thận trọng

S ợi nhân tạo

Sợi nhân tạo được chế tạo chủ yếu từ xenlulo gỗ và bông xơ ngắn Sợi nhân tạo có cấu trúc xốp, hầu như không có các phần kết tinh Sợi nhân tạo chính là dẫn xuất của sợi thiên nhiên thực vật Chúng mỏng manh hơn sợi thiên nhiên cùng loại Dưới tác dụng của các axit khoáng đậm đặc ở nhiệt độ thường và axit khoáng loãng

ở nhiệt độ cao hay trong thời gian dài sợi nhân tạo sẽ bị phá huỷ nhanh hơn sợi tự nhiên

o P

C độ bền của nó không những bị giảm mà còn tăng lên do một phần ẩm bị khử ra khỏi sợi, làm liên kết giữa các đại phân tử thêm chặt chẽ hơn Khi chịu tác dụng của nhiệt độ đến

vật: Len, tơ

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

Giặt và xả ở nhiệt độ

0 P

C

Sợi hóa học

Sợi tổng hợp: nylon - rilsan

Có tính bền chắc

Chúng không để cho nước hoặc chất bẩn thấm sâu vào, ngoại trừ một

số chất mỡ

Không chiu được nhiệt độ cao nên phải chú ý điều kiện tẩy rửa

Viscose, axetate

Dẫn xuất của sợi thiên nhiên thực vật

Nhiệt độ giặt giũ cần chọn tùy theo loại sợi mỏng manh nhất

Sợi hỗn hợp là sợi gồm sợi thiên nhiên và sợi tổng hợp như polyeste-bông sợi Sợi hỗn hợp phối hợp ưu điểm của từng loại sợi thành phần Ngày nay chúng càng được sử dụng nhiều vì chúng dung hoà sự thoải mái của sợi thiên nhiên với lợi ích của sợi tổng hợp Nhiệt độ xử lý sợi hỗn hợp chịu chi phối bởi loại sợi mỏng manh nhất

1.3.3 Hóa lý bề mặt vải sợi

Tất cả các loại xơ, sợi dệt dùng trong công nghiệp dệt đều là các hợp chất cao phân tử Các hợp chất cao phân tử đều khó hoà tan, chỉ có một số hợp chất cao phân tử có nhiệt độ nóng chảy cố định, còn đa số khi gia nhiệt sẽ bị phân huỷ trước khi chuyển sang trạng thái mềm hay chảy lỏng, hoặc bị phân huỷ mà không chảy lỏng

a Sợi bông (Sợi tự nhiên): thành phần chủ yếu của sợi là xenlulo (CR 6 RHR 10 ROR 5 R), chiếm tới 96%, còn lại là các thành phần như: keo pectin, nitơ, mỡ, sáp và tro Bề mặt của bông sợi có cực, có sức căng bề mặt lớn cho nên khó bị nhiễm bẩn dầu mỡ

3

trường nước

với mặt hang may mặc, hàm ẩm của sợi khá cao W = 8-12% Tuy nhiên khi ngâm trong nước vải hút nước nhanh, dễ bị co, dễ bị nhàu nát khi mặc, dẫn nhiệt kém, khi

0 P

C

b Sợi polyamit (sợi tổng hợp):

nhau bằng liên kết peptit (-CO-NH-)

- Khả năng tĩnh điện của sợi cao nên gây khó khăn cho quá trình gia công và

dễ bị lão hoá dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời

lần sợi len, 50 lần sợi visco)

năng nhuộm màu tốt cho nên khó bắt bụi và không bị nhàu nát

khí

0 P

C sợi kém bền và chuyển thành dạng chảy mềm

của axit đậm đặc

c Sợi polyeste:

của axit, các chất oxy hoá, chất khử và các dung môi hữu cơ thông thường nhưng lại kém bền dưới tác dụng của kiềm

các nhân thơm hầu như được phân bố trong cùng một mặt phẳng trong mạch, làm

có hàm ẩm thấp, nên có khả năng cách điện cao và đồng thời dễ tích điện gây khó khăn cho quá trình dệt

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

1.3.4 T iền xử lý vải sợi và các nguồn nhiễm bẩn

a Các nguồn nhiễm bẩn

Các chất bẩn ở vải sợi rất phong phú và đa dạng Tuỳ vào từng mục đích và từng giai đoạn trong quá trình sản xuất mà người ta chia thành các dạng chất bẩn trên vải sợi khác nhau Theo nguồn gốc ta có thể phân loại các vết bẩn trên vải sợi như sau:

thức ăn, rượu, café…

trong các nhà máy, xí nghiệp

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

b Nhiễm bẩn dầu mỡ trên vải sợi

Dầu mỡ bám vào vải sợi bằng nhiều nguồn khác nhau Cụ thể là:

- Do các nhà máy lọc hoá dầu, cửa hàng sửa chữa xe máy, ô tô làm dầu mỡ bám trên quần áo công nhân

dầu mỡ bám trên quần áo công nhân

khăn trong việc nhuộm, in vải sợi

Tuỳ vào tính chất các vết bẩn khác nhau bám trên bề mặt vải sợi mà có các loại chất tẩy rửa khác nhau Hiện nay công nghiệp dệt ngày càng phát triển nên việc

sử dụng chất tẩy rửa để xử lý vải sợi trước khi đưa vải sợi vào in, nhuộm rất quan trọng và nó cũng liên quan đến tính kinh tế của mỗi nhà máy Vải được dệt từ sợi, trước khi sợi qua máy dệt để tạo thành tấm vải thì các sợi này đã được đưa qua nhưng dung dịch hóa 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) Vì vậy

mà vải mộc chưa có các tính chất sử dụng, chưa có thể đem nhuộm, in hoa vì thuốc nhuộm và hóa chất khó khuếch tán vào vải làm cho mẫu khó đều, kém bền màu Do vậy, trước khi nhuộm và in hoa tất cả các loại vải đều phải được làm sạch hóa học hay thường gọi là chuẩn bị, tiền xử lý 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

CHƯƠNG 2 : THỰC NGHIỆM

VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

hành tạo các mẫu vải nhiễm bẩn để thực hiện tẩy thử Trong quá trình này chúng tôi

sử dụng dầu mỡ và hồ để làm nhiễm bẩn vải cotton và polyeste

2

2.1.1 Nguyên liệu2:

Mẫu vải ban đầu có màu trắng sáng ta dùng kéo cắt thành 2 mẫu có kích cỡ

này dung để đo độ mao dẫn) Tiến hành đổ dầu mỡ vào cốc đong 250ml sao cho lượng dầu mỡ trong cốc là từ 150ml đến 200ml Ngâm mẫu vải số 1 và số 2 vào cốc thời gian ngâm từ 40 phút đến 1 tiếng Sau đó để ra ngoài chỗ thoáng mát cho đến một thời gian rồi mới tiến hành tẩy để đảm bảo dầu mỡ ngấm vào vải Thời gian ngâm và lượng dầu mỡ sử dụng như nhau để đảm bảo là các miếng vải đều được tẩm như nhau

2.2 TIẾN HÀNH OXY HÓA DẦU THÔNG TẠO CHẤT HOẠT ĐỘNG

2.2.3 Tiến hành

-1 P

8 tiếng phản ứng để làm tăng quá trình phân hủy các chất trung gian Thời gian thực

màu vàng sáng

18 17 16 14 13

5

15 12

7 9

11

4

Kh«n

g k hÝ

6

Hình 2.1 Sơ đồ oxy hóa dầu thông

từng phản ứng với các giá trị khác nhau So sánh khả năng tẩy rửa của các sản phẩm tương ứng ta xác định được nhiệt độ tối ưu của phản ứng

-1 P

-1 P

ta xác định được nhiệt độ tối ưu của phản ứng

o P

o P

o P

o P

o P

C So sánh khả năng tẩy rửa của các sản phẩm tương ứng ta xác định được nhiệt độ tối ưu của phản ứng

đổi thời gian phản ứng So sánh khả năng tẩy rửa của các sản phẩm thu được, từ đó xác định được thời gian phản ứng cần thiết để sản phẩm thu được có tính chất tốt nhất

Sau khi đã tổng hợp được dầu thông biến tính oxy hóa, chúng tôi đã dùng nguyên liệu đó để chế tạo chất tẩy rửa bằng cách pha với các thành phần khác nhau

và khảo sát sự ảnh hưởng của các hợp chất đó đến khả năng tẩy rửa của dung dịch Thành phần để pha chế chất tẩy rửa gồm có [4, 13]:

Cân chính xác thành phần các chất theo tỷ lệ định trước Đầu tiên cho dầu

tan trong dầu thông biến tính Tiếp theo cho phụ gia làm mềm vải Cuối cùng cho kiềm hữu cơ TEA vào để trung hòa tạo môi trường trung tính Tiến hành khuấy trộn

0 P

dung dịch đồng nhất (thường khoảng 5-10 phút) thì ngừng khuấy trộn và gia nhiệt

Để nguội tự nhiên rồi cho mẫu vào các bình tam giác có nút nhám [4] Riêng với mẫu vải có tẩm hồ thì pha thêm phụ gia enzyme vào sau cùng

Công thức pha chế chất tẩy rửa được xây dựng trên kết quả khảo sát ảnh hưởng của từng thành phần đến hoạt tính của chất tẩy rửa bằng cách thay đổi một thành phần trong công thức pha chế còn các thành phần khác giữ cố định Tiến hành khảo sát như vậy với tất cả các thành phần để thu được công thức pha chế tối ưu

BỀ MẶT

Khả năng tẩy rửa của chất hoạt động bề mặt là một tính chất rất quan trọng

Có nhiều phương pháp để đánh giá khả năng tẩy rửa của chất hoạt động bề mặt thu được như: phương pháp trọng lượng, phương pháp đo độ nhả bẩn, phương pháp đo sức căng bề mặt, phương pháp đo độ trắng…

2.4.1 Phương pháp đo sức căng bề mặt

năng tẩy rửa, khi sức căng bề mặt giảm thì độ tẩy rửa tăng và ngược lại Sở dĩ như

vậy là do những mẫu có sức căng bề mặt thấp thì khả năng hấp thụ của các chất hoạt động bề mặt lên bề mặt nhiễm bẩn và chất bẩn tốt, do đó nó làm giảm khả năng bám dính của giọt dầu trên bề mặt rắn vì thế mà quá trình tẩy rửa sẽ dễ dàng hơn và hiệu quả tẩy rửa sẽ cao hơn Ngược lại, với những mẫu có sức căng bề mặt cao thì khả năng hấp thụ của chất hoạt động bề mặt sẽ kém và độ tẩy rửa sẽ thấp

2.4.2 Phương pháp đo độ mao dẫn

Các băng vải dài 30cm (theo sợi dọc), rộng 10cm (theo sợi ngang) Ngâm các băng vải này vào dầu bẩn trong 30phút Sau khi ngâm mẫu vải đã nhiễm bẩn được lấy ra để phơi khô Tiếp theo tiến hành ngâm mẫu vải bẩn trong CTR khoảng

sấy hoặc phơi khô Mẫu vải tiếp tục được bỏ vào trong bình hút ẩm có độ ẩm tương

0 P

C trong 24 giờ, rồi lấy ra đi đo độ mao dẫn Đầu trên của vải được

định: 5, 10, 15, 20, 30, phút quan sát mực chất lỏng dâng lên băng vải và đo chiều cao của nó [3]

Hình 2.2 Sơ đồ dụng cụ xác định độ mao dẫn của vải

ĐỘNG BỀ MẶT

2.5.1 Xác định độ bay hơi

chất hoạt động bề mặt, cần phải kiểm tra độ bay hơi của chất hoạt động bề mặt

Dùng cốc thuỷ tinh 80ml có kích thước giống nhau và cân chính xác lượng

bay hơi tự nhiên trong 24h, 48h tại bề mặt thoáng Sau đó đem cân chính xác khối

Trong đó:

t: Thời gian bay hơi (h)

2 P

b Dụng cụ

- Dụng cụ ổn định nhiệt: Cốc chứa nước được giữ ở nhiệt độ không đổi bằng

o P

C

o P

o P

o P

C hay

o

P

C tuỳ từng trường hợp trong 30phút

Hình 2.3 Sơ đồ thiết bị xác định tỷ trọng [3,16]