Bài giảng công nghệ sản xuất xà phòng và chất tẩy rử

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

Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ XÀ PHÒNG VÀ CHẤT TẨY RỬA

1.1 Lịch sử phát triển của chất tẩy rửa

Xà phòng và chất tẩy rửa có lịch sử lâu đời nhất trong các ngành công nghiệp hóa học Khoảng

2800 B.C người Babylon cổ đại đã phát minh ra xà phòng (đây là chất hoạt động bề mặt đầu tiên được sử dụng trong việc tẩy rửa)

Sau đó người ta nhận thấy rằng một vài dịch ép thực vật, như saponin glycosit từ bồ kết hoặc bồ hòn có thể hỗ trợ quá trình giặt rửa Từ đó công nghệ sản xuất xà phòng được phát triển nhờ áp dụng quá trình xà phòng hóa (thủy phân trong môi trường kiềm) đối với dầu mỡ động và thực vật

Do xà phòng có nhiều hạn chế khi sử dụng nên chất hoạt động bề mặt tổng hợp bắt đầu xuất hiện vào cuối thế kỉ XIX với tên gọi turkey red oil (TRO) –sulfate hóa dầu thầu dầu đỏ, có vai trò quan trọng trong quá trình nhuộm vải

Đến đầu những năm 1930, các alkyl aryl sulfonates mạch dài xuất hiện ở Mỹ Đến khi kết thúc chiến tranh thế giới thứ 2, các alkyl aryl sulfonates chiếm dần thị phần của ancohol sulfonates và được ứng dụng như chất tẩy rửa chính trong nhiều sản phẩm

Cùng lúc đó tại Anh, alkylbenzene sulfonate (ABS) được tổng hợp từ phân đoạn của dầu mỏ Với

ưu điểm là giảm chi phí sản xuất và tăng khả năng sử dụng mà ABS nhanh chóng chiếm thị phần của chất tẩy rửa, chiếm hơn 1 nửa lượng chất hoạt động bề mặt được sử dụng trên thế giới trong giai đoạn 1950-1965

Đến đầu những năm 1960, người ta nhận thấy các chất hoạt động bề mặt ABS có chứa các mạch alkyl dài, phân nhánh rất khó bị phân hủy sinh học tự nhiên (xuất hiện bọt ở các sông hồ và nước thải sinh hoạt) Do đó, nhóm các chất hoạt động bề mặt linear alkylbenzene sulfonate (LABSA hay LAS) dễ phân hủy hơn đã dần thay thế vị trí của ABS trong công nghiệp chất tẩy rửa

Cùng với sự phát triển của chất hoạt động bề mặt, các chất tẩy rửa cũng có sự cải thiện: thay thế cacbon natri bằng các hợp chất phức hợp hữu hiệu hơn: natri điphotphate (hay pyrohosphat), natri triphotphate (hay tripholyphotphat TPP), zeolite…được sử dụng rộng rãi cho đến nay

Ngoài ra, các công thức pha chế xà phòng và chất tẩy rửa ngày càng được phong phú và có những cải tiến vượt bậc:

 1968: thêm các tác nhân chống tái bám, chất tẩy trắng quang học và enzym

 1978: thêm chất làm trắng TAED (tetra acetyl etylen diamin) giúp tẩy trắng bằng cách kích thích hiệu năng của perborat và do đó làm giảm được nhiệt độ khi giặt

 Thêm các tác nhân kiểm soát bọt vào xà phòng

Bột giặt đậm đặc Bột giặt nước Bột giặt dạng thanh Bột giặt dạng viên

Hình 1.2 Một số sản phẩm thường dùng trong tẩy rửa bề mặt vải

Không chỉ những chất cấu tạo nên sản phẩm phát triển mà phương diện vật lí của chúng cũng chịu một vài sự biến đổi: bên cạnh các bột giặt qui ước, xuất hiện thêm bột giặt đậm đặc, chất tẩy rửa dạng thanh, dạng nước …

1.2 Xà phòng và chất tẩy rửa

1.2.1 Khái niệm, đặc điểm và chức năng

Xà phòng và chất tẩy rửa là những chất khi dùng với nước thì có tác dụng loại bỏ vết bẩn khỏi bề mặt vật thể chẳng hạn như vết bẩn trên vải, da hoặc bề mặt rắn khác Với nhiều loại vết bẩn và nhiều loại bề mặt khác nhau thì sẽ có nhiều công thức tẩy rửa khác nhau

Xà phòng thường dùng là hỗn hợp muối natri hoặc muối kali của axit béo (muối cacboxylat),

có thêm một số chất phụ gia Những hợp chất không phải là muối natri của axit cacboxylic nhưng

có tính năng giặt rửa như xà phòng được gọi là chất giặt rửa tổng hợp

Đặc điểm: trong phân tử xà phòng và chất tẩy rửa gồm một đầu ưa nước và một đuôi kỵ nước, ưa dầu mỡ Đuôi ưa dầu mỡ này thâm nhập vào các vết bẩn Đầu ưa nước của chất giặt rửa thì lại có xu hướng bị kéo ra phía các phân tử nước Kết quả làm cho vết bẩn bị phân tán thành nhiều phần nhỏ hơn trôi trong nước và bị rửa trôi đi

Hình 1.3 Cơ chế tẩy rửa vết bẩn của xà phòng và chất tẩy rửa

Xà phòng và chất tẩy rửa có bốn chức năng chính:

 Phải có khả năng trung hòa các vết bẩn có thành phần axit (hầu hết các vết bẩn là axit trong

tự nhiên)

 Phải có khả năng nhũ hóa chuyển dẫu mỡ thành các hạt nhỏ phân tán trong nước

 Phải có khả năng chia tách các hạt bẩn cacbon, bụi, đất sét thành các hạt rất nhỏ

 Phải giữ chất bẩn lơ lửng trong dung dịch để không xảy ra sự tái bám trở lại bề mặt đã được làm sạch trong quá trình tẩy rửa

Khả năng của xà phòng chất tẩy rửa trong việc thực hiện các chức năng đã nêu ở trên phụ thuộc vào thành phần của chất tẩy rửa, điều kiện sử dụng, trạng thái tự nhiên của bề mặt được tẩy rửa, của chất bẩn và của pha chính Thành phần chính của các chất tẩy rửa trong sinh hoạt hay công nghiệp đều bao gồm: chất hoạt động bề mặt, chất xây dựng, các chất phụ gia

1.2.2 Phân loại

Xà phòng

Xà phòng bánh đục

Xà phòng bánh trong

Xà phòng diệt khuẩn

Xà phòng sữa tắm

Xà phòng dạng gel

Xà phòng tắm bồn nhiệt bọt

Bột giặt đậm đặc

Dạng kem nhão Dạng thanh Dạng viên Dạng lỏng

Nước giặt truyền thống

Nước giặt dành cho vải vóc mịn

Nước giặt cấu trúc dạng lỏng

Nước giặt đậm đặc

Các chất tẩy rửa khác

Dầu xả Dầu gội

Các sản phẩm kem đánh răng

1.3 Thị trường các sản phẩm xà phòng và chất tẩy rửa

Hình 1.4 Sự phát triển của các sản phẩm tẩy rửa và chăm sóc cá nhân

Quá trình phát triển các sản phẩm tẩy rửa đã có từ rất lâu đời, tuy nhiên sự phát triển đa dạng các sản phẩm chỉ mới bắt đầu từ những năm 1950 với những sản phẩm tẩy rửa và chăm sóc cá nhân cơ bản dần dần phát triển thành những sản phẩm thỏa mãn nhu cầu của người tiêu dùng: sữa tắm giữ ẩm cao, chất tẩy rửa thân thiện với môi trường …

Hình 1.5 Tổng lượng chất tẩy rửa sử dụng trên toàn cầu năm 2016

Những sản phẩm vệ sinh

và tẩy rửa đơn giản

Ít gây hại, ít khô da và

pH trung tính hơn

Tiện lợi, hợp lí

và vệ sinh hơn

Giữ ẩm và làm mềm da hơn

Các sản phẩm chăm sóc tiên tiến với hình thức cải

tiến

Siêu giữ

ẩm

Xà phòng, toilet

Thanh xà phòng syndet

Xà phòng dạng lỏng: sữa tắm, nước rửa tay kháng

khuẩn

Sữa tắm dạng gel

Sản phẩm chăm sóc da dạng thành và dạng lỏng

Thị trường các sản phẩm tẩy rửa và chăm sóc cá nhân phát triển mạnh bắc Mỹ, châu Âu, châu Á Thái Bình Dương (gần 90%), châu Mỹ La Tinh và châu Phi chỉ chiếm 10%

Hình 1.6 Phân khúc sản phẩm tẩy rửa cá nhân ở Mỹ năm 2016

Ở Mỹ, tổng giá trị các sản phẩm chăm sóc cá nhân đạt 4,37 tỉ USD năm 2016 với 42% là các sản phẩm xà phòng và sữa tắm, ít nhất là 4% cho các sản phẩm rửa tay khô

Ngành công nghiệp hóa chất ở nước ta từ năm 1990 đã được quan tâm đầu tư nên có tốc độ phát triển khá nhanh Đến năm 2009 Việt Nam đã có đầy đủ các phân ngành của công nghiệp hóa chất, sản phẩm cũng ngày càng đa dạng Những năm gần đây đánh dấu tốc độ tăng trưởng cao của nhiều nhóm hóa chất như: chất tẩy rửa (chiếm 24% cơ cấu toàn ngành) và nhóm phân bón (chiếm 20% cơ cấu toàn ngành), trong khi các nhóm khác như thuốc bảo vệ thực vật đang có dấu hiệu chững lại về sản lượng cũng như doanh thu Công nghiệp cao su và sơn, mực in cũng chiếm tỉ trọng đáng kể, theo thứ tự là 22% và 10%

Giá trị sản xuất hóa chất 2016 nói chung đạt 395 nghìn tỷ đồng, tăng 25% so với 2015, chiếm 37,4% tỷ trọng sản xuất hóa chất so với toàn ngành công nghiệp sản xuất và đóng góp tới 12,9% cho GDP nước nhà

Hình 1.7 Phân khúc của các phân ngành của công nghiệp hóa chất Việt Nam 2009

1.3.1 Thị trường bột giặt và xà phòng

Thị trường bột giặt Việt Nam bị chi phối bởi các ông lớn nước ngoài như Unilever chiếm hơn 65% thị phần bột giặt Việt Nam (với các sản phẩm là Omo, Surf và Viso), P&G chiếm hơn 16% thị phần Việt Nam (với các sản phẩm là Ariel và Tide), trong khi những thương hiệu bột giặt trong nước Như Lix, Net khá im tiếng Nổi bật lên trong những thương hiệu bột giặt nước nhà phải kể đến Aba (chiếm 7% thị phần) của Đại Việt Hương, đối đầu với Omo và Ariel

Omo vẫn là nhãn hiệu được tin dùng nhất ở mọi vùng miền Ở miền Trung, nhãn hiệu được

ưa chuộng ở vị trí thứ 2 thuộc về Aba Ở thị phần nông thôn, Mỹ hảo là thương hiệu được tin dùng

vì giá thành rẻ hơn so với các thương hiệu khác Trong khi Omo và Ariel là sự lựa chọn phổ biến

Sữa tắm 42%

Thanh Syndet 26%

Thanh xà phòng 11%

Xà phòng rửa tay 17%

Xà phòng rửa tay khô

4%

ở thành thị của các vùng miền Ở miền Trung, Aba cũng được ưa chuộng nhiều với 13% người tin dùng, đứng thứ 2 sau Omo

1.3.2 Thị trường kem đánh răng

Nếu như thị phần kem đánh răng của Colgate palmolive (colgate) trên toàn thế giới chiếm 45%, Unilever 9%, P&G 15% Tại thị trường VN, Unilever (PS) và Colgate chiếm gần 90% thị phần, nhưng Unilever dẫn đầu với thị phần trên 65%, bỏ xa con số 25% của Colgate, P&G với thương hiệu Crest hoàn toàn mờ nhạt

Khác

1.3.3 Thị trường nước rửa bát

Năm 1990, có lẽ không người tiêu dùng nào không biết đến Mỹ Hảo Do thị trường còn khan hiếm hàng hóa, việc bán hàng đối với Mỹ Hảo vô cùng đơn giản và thương hiệu này được cho là chiếm đến 50% thị phần

Năm 1994 khi bước chân vào Việt Nam, Unilever đã nhiều lần muốn mua lại Mỹ Hảo với giá lên đến 30 triệu USD, nhưng không được Chỉ một thời gian ngắn sau khi Sunlight của Unilever xuất hiện trên thị trường (1997), doanh số bán hàng của Mỹ Hảo sụt giảm hơn một nửa và hệ thống phân phối ngày càng bị thu hẹp

Còn đến nay, chai nước rửa bát Mỹ Hảo đã vắng bóng trên các kệ hàng tại thành phố Trong nước, Mỹ Hảo tập trung đổ về nông thôn, vùng sâu vùng xa, nơi thu nhập của người dân còn thấp Công ty cũng chuyển hướng sang thị trường xuất khẩu đi Triều Tiên, Mông Cổ, Iraq và một ít sang Lào, Campuchia Riêng hàng dầu gội Mỹ Hảo chủ yếu bán qua nhà phân phối ở Lạng Sơn để tiêu thụ tại Trung Quốc

1.3.4 Thị trường dầu gội đầu

Clear của Unilever là nhãn hiệu phổ biến nhất cho cả nam và nữ Đối với thị trường dầu gội cho nam, X-Men đứng vị trí thứ 2 với 28% và theo sau là Romano với 12% Trong khi đó, ở thị trường dầu gội cho nữ, Unilever vẫn ở vị trí thống trị với hơn 45% thị phần với các nhãn hiệu phổ biến Clear, Sunsilk và Dove; đứng sau là Pantene và Head & Shoulders của P&G

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tẩy rửa

Quá trình tẩy rửa là một quá trình khá phức tạp với sự tham gia của nhiều tác nhân về hóa học, vật lý cũng như cơ học Có thể kể đến một số yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình tẩy rửa là:

pH, nhiệt độ giặt, thời gian giặt, thói quen giặt của từng địa phương, cộng đồng, điều kiện giặt của từng quốc gia, khu vực, cá nhân…

Dành cho nam Dành cho nữ

Tuy nhiên quan trọng nhất vẫn là các yếu tố: nước, các loại chất bẩn và bản chất của vải sợi

1.4.1 Ảnh hưởng của nước

Nước là một chất không thể thiếu của quá trình giặt Nước đóng những vai trò quan trọng như sau: nước có thể hòa tan một số chất, nước có thể dẫn nhiệt, nước giúp tạo ra các phản ứng hóa học, nước thấm ướt ít nhiều vải sợi, nước bốc hơi, nước được tạo lực trong quá trình giặt bằng máy

Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm trên, nước cũng gây một vấn đề khá khó chịu Đó là do trong nước lúc nào cũng tồn tại các kim loại và khoáng chất, đặc biệt là các ion canxi, magie (nước cứng) Các ion này tạo tủa với chất hoạt động bề mặt làm giảm hiệu suất giặt tẩy

1.4.2 Ảnh hưởng của các loại vết bẩn khác nhau

Vết bẩn thường được chia thành 3 loại:

 Vết bẩn sơ sài: vết bẩn tan được trong nước (muối, đường )

 Vết bẩn béo: vết bẩn không tan được trong nước dạng chất lỏng (dầu, mỡ )

 Vết bẩn đặc biệt: vết bẩn không tan được trong nước dạng chất rắn (cafe, oxit )

Trên thực tế các vết bẩn là tổ hợp của các loại trên Các loại vết bẩn dính vào vải sợi bằng: lực hút vật lí (dính vào), lí hóa (những chất béo cuộn dính bụi) hay hóa chất (màu) dính vào

Các vết bẩn thường gặp trong lĩnh vực giặt tẩy có những nguồn gốc khác nhau:

 Vết bẩn từ thân thể con người: chất nhờn ở da, chất thải của người, máu

 Vết bẩn từ môi trường xung quanh: mảnh chất rắn (đất, bụi, bồ hóng …), chất màu thiên nhiên (từ cây, quả, hoa …), chất màu nhân tạo (mực, kem …)

 Vết bẩn từ thực phẩm, đồ dùng: chiếm phần lớn Bao gồm những vết bẩn rắn (socola, trái cây ) hoặc lỏng (rượu, dầu ) Bao gồm cả nguồn gốc thiên nhiên hoặc nhân tạo Về nguồn gốc hóa học được chia thành 3 loại: chất béo, gluxit (đường (dễ tẩy vì tan trong nước), tinh bột (không nhìn thấy nhưng là chất hút bẩn do tinh bột có khả năng kết dính), xenlulozơ (khá dễ loại trừ dù không tan trong nước: cà rốt, xà lách)) và chất đạm (cần phân cắt thành những phân tử nhỏ hơn để loại trừ chúng do khi đun nóng sẽ bị đông lại)

 Vết bẩn từ công việc cụ thể: từ các nguồn gốc khác nhau của các vết bẩn, người ta có thể đưa ra những các xử lý thích hợp: sản phẩm tẩy rửa cho người bán thịt cần sử dụng lực của các tác nhân chống protein để tẩy những vết máu còn cho người thợ máy thường

do tác động của những chất diện hạt đi vào hoạt động

1.4.3 Ảnh hưởng của các loại sợi vải

Ngày nay, các chủng loại vải sợi ngày một đa dạng đòi hỏi sự giặt tẩy thích hợp khác nhau dưới tác dụng của nước, nhiệt độ, tác dụng cơ học của máy giặt và tác dụng hóa học của chất tẩy rửa

Sợi thiên nhiên thực

vật

Bông, sợi gai Dai và bền Chịu được nhiệt cao,

chà xát mạnh và xử lý bằng clo (với màu trắng)

Sợi thiên nhiên động

visco, tơ axetat )

Dẫn xuất của sợi thiên nhiên thực vật

Mong manh hơn sợi thiên nhiên thực vật

và không xử lý được bằng clo

Ít chịu được nhiệt độ cao

Sợi tổng hợp hỗn hợp Từ hỗn hợp sợi tổng

hợp và thiên nhiên Ngày càng được sử dụng nhiều do vừa có

sự thoải mái của sợi thiên nhiên và những lợi ích của sợi tổng hợp

Nhiệt độ có sự lựa chọn từ các loại sợi khác nhau

Ngày nay, trên các sản phẩm quần áo có các ký hiệu bằng các hình tượng:

1.5 Các thành phần chính trong xà phòng và chất tẩy rửa

1.5.1 Chất hoạt động bề mặt

1.5.1.1 Các loại chất HĐBM được sử dụng trong xà phòng và chất tẩy rửa

Chất HĐBM bao gồm 4 loại chính: anion, cation, nonion và lưỡng tính

a) Chất HĐBM anion

Bao gồm 13 chất chính được sử dụng:

1 Ankylbenzen sulfonat: Bao gồm ABS mạch nhánh và LABSA (ABS mạch thẳng), trong đó

LABSA được sử dụng rộng rãi nhất, ABS chỉ còn được sử dụng ở 1 số quốc gia do khả năng phân hủy sinh học kém

LABSA là một axit sunfonic Các axit sunfonic là những axit mạnh, nên không chỉ các muối của chúng với các cation hóa trị một mà cả các muối với cation hóa trị cao (LAS) hoặc ngay cả axit ở trạng thái tự do đều tan khá nhiều trong nước để tạo thành dung dịch và có tất cả các tính chất đặc trưng của dung dịch tẩy rửa Do đó, LABSA và LAS đều có thể dùng làm chất tẩy rửa trong môi trường nước cứng ( có ion Mg2+, Ca2+) và cả trong môi trường axit LAS có khả năng tẩy rửa và hòa tan tốt hơn LABSA Ngoài ra LABSA là làm khô, gây rát khi tiếp xúc với da

Tính chất vật lí của LABSA và LAS cho ở bảng 1.1 và 1.2

Bảng 1.1 Tính chất vật lí của LABSA

Bảng 1.2 Tính chất vật lí của LAS

2 Ankyl ete sulfat: Thường được sử dụng trong các sản phẩm tẩy rửa dạng lỏng như nước rửa

chén, dầu gội đầu… Chất hay sử dụng nhất là sodium lauryl ether sulfate SLES (natri lauryl ete sulfat)

Natri lauryl ete sulfat

3 Sulfat rượu bậc 1 (PAS, Primary alcohol sulfate) được chế tạo bằng cách sulfat hóa các rượu

béo thiên nhiên hoặc nhân tạo

Natri dodecyl sulfat

4 -olefin sulfonat (AOS): Ít nhạy cảm đối với nước cứng hơn ankyl benzen sulfonat hoặc các

sulfat rượu béo Ở Mỹ các hợp chất này không được sử dụng do khi sử dụng chung với javen sẽ làm tấy da Ngược lại nó được sử dụng ở Nhật

α-olefin sulfonat (AOS): R-CH=CH(CH 2 ) n -SO 3

-5 Xà phòng: Là muối natri hoặc kali của axit béo Ở các nước phát triển nó chỉ được sử dụng như

các tác nhân chống bọt, trong các sản phẩm tẩy rửa dạng lỏng hoặc gel tắm Ở các nước đang phát triển, chúng được sử dụng cho mọi việc

6 Sulfosuccinat: Có khả năng làm sạch da cực dịu nhẹ, thích hợp cho làm da nhạy cảm và da em

bé, không gây cay mắt Được sử dụng trong các sản phẩm tẩy rửa dạng lỏng như nước rửa chén, dầu gội đầu, sữa tắm… tuy nhiên chỉ hoạt động tốt ở pH 6-8 do ngoài khoảng sẽ bị thủy phân Hai chất hay được sử dụng là AOT và AOT4

7 Ankyl isethionat: Có tác dụng giống sulfosuccinat tuy nhiên do khả năng hòa tan kém trong

nước lạnh nên được sử dụng trong các sản phẩm tẩy rửa dạng kem hoặc dạng sệt (dầu gội đầu, nước tắm có bọt…) và xà bông tắm

R 1 : C 4-36

R 2 , R 3 , R 4 , R 5 : C 1-4

M + : Na, K…

8 Metyl este sulfonat (MES): Được sử dụng nhiều ở Đông Nam Á và Nhật trong các sản phẩm bột

giặt, nước rửa chén …

9 Sulfo ankyl amit của axit béo: Có khả năng tạo bọt và đặc tính phân tán xà phòng canxi Cho

cảm giác trên da như các xà phòng Chất hay sử dụng là natri caproyl metyl taurat

Natri Caproyl Metyl

Taurat

10 Sulfat diglycolamit: Có khả năng ổn định trong nước cứng và được dùng trong dầu gội đầu

R C NH O

CH2 CH2 O CH2 CH2 O SO3

-11 N- axyl aminoaxit: Có khả năng tạo bọt và tẩy rửa tốt, tan trong nước cứng dễ hơn xà phòng

nhưng không làm tấy da, tóc

Cocoyl sarcosinat

12 Polyoxietilen cacboxylat: Có tính tẩy rửa vừa phải và có khả năng phân tán xà phòng canxi,

rất dễ xà và tan ở pH thấp Chấ hay sử dụng là natri 2(2dodecoxyethoxy)acetate (natri laureth

13 Ankyl sulfonat bậc 2 (SAS, secondary alkyl sulfonate) có khả năng phân hủy sinh học cao

nhưng chưa được sử dụng nhiều trong thành phần bột giặt do giá thành cao

Công thức cấu tạo của SAS:

b Chất HĐBM cation

Có 4 chất chính được sử dụng:

1 Imidazolin bậc 4: Dùng để sản xuất các chất mềm dạng đậm đặc

2 Muối amoni bậc 4 có 1 dây ankyl mạch dài: dây cacbon ngắn sẽ được sử dụng như tác nhân

kháng khuẩn, dây dài hơn có khả năng hấp thụ vào tóc nên được sử dụng trong các loại kem xả

tóc

CTTQ của muối amoni bậc 4 có 1 dây ankyl mạch dài

3 Muối amoni bậc 4 có 2 dây ankyl mạch dài: Ít được sử dụng do khả năng phân hủy sinh học

kém

CTTQ của muối amoni bậc 4 có 2 dây ankyl mạch dài

c Chất HĐBM non-ion

Có 8 chất chính được sử dụng:

1 Rượu béo etoxy hóa: có 2 chất hay được sử dụng là tergitol 15-S-7 và 15-S-9

Tergitol 15-S-7 (n+n 1 =10-14; n 2 = 7) hoặc Tergitol 15-S-9 (n+n 1 =10-14; n 2 = 9)

2 Copolymer oxit etilen (OE) và oxit propilen (OP)

CTTQ của copolymer OE và OP (thông

3 Oxit amin

CTTQ của oxit amin Dodecyl Dimethyl Amine Oxide (n=10, 12 hoặc 14)

4 Ankyl amin: Được sử dụng như các tác nhân làm mềm trong chất tẩy rửa

CTTQ của ankyl amin

5 Rượu – amit: Được sử dụng để tăng hoặc ổn định bọt trong những công thức có gốc ankyl ete

sulfat (nước rửa chén hoặc dầu gội đầu), làm sệt, óng và mềm tóc

N-(2-hydroxyethyl)dodecanamit

(coco ethanolamit)

6 Polyglycerol ete: Được sử dụng cho với da nhạy cảm và có những đặc tính tạo bọt rất tốt

CTTQ của polyglycerol ete

7 Ankylpolyglucosit (APG): Dùng trong nước rửa chén, gel tắm Chúng rất dễ chịu với da, phân

giải sinh học tốt do được tổng hợp từ các nguyên liệu có thể tái sinh

CTTQ của

Ankylpolyglucosit

8 Polyglucosamit: Có những ưu điểm như APG

N-metyl ankyl glucosamit

d Chất HĐBM lưỡng tính

Bao gồm 4 chất chính được sử dụng:

1 Betain: Sử dụng trong dầu gội, nước tắm có bọt, rửa chén… do có khả năng tẩy rửa và tạo bọt

tốt, mềm dịu với da

Coco amit propyl betain (CAPB)

2 Sulfonat betain

Dodecyl sulfonat betain

3 Ankyl amit propyl sulfobetain

CTTQ của Ankyl amit propyl sulfobetain

4 Betain etoxy hóa

CTTQ của betain etoxy hóa

-1.5.1.2 Sự lựa chọn chất HĐBM, lượng chất HĐBM sử dụng và khả năng thay thế chất HĐBM

Sự lựa chọn chất HĐBM trong một sản phẩm bột giặt thường tùy thuộc vào những mục tiêu nghiên

cứu: nhiệt độ của sự tẩy rửa, loại sợi dệt, mức độ bọt, trạng thái môi trường, hình thức sản phẩm, phương thức bào chế

Lượng chất HĐBM được sử dụng: rất khó xác định hàm lượng chất HĐBM cần dùng vì có nhiều

yếu tố tác động lên nó Người ta thường xem xét các yếu tố sau: Tỷ trọng của sản phẩm, loại chất xây dựng và tính chất của chất xây dựng

Ví dụ: Ở các nước đang phát triển, bột giặt thường chứa LAS khoảng 16-22% có tỷ trọng khoảng 0.2-0.32 Ở châu Âu, bột giặt có chứa photphate có tỷ trọng khoảng 0,7 thì tỷ suất LASNa khoảng 8-12% Ở Nhật Bản, các nhà sản xuất thường phối LAS theo tỷ suất 25- 35%

Khả năng thay thế chất HDBM: Hiện nay trên thế giới người ta chủ yếu dùng LAS để phối

trong bột giặt Tuy nhiên, ở một vài nước phát triển, người ta đã chuyển sang dùng chất hoạt động bề mặt dạng sulphate ( CnH2n+1OSO3Na) trong bột giặt vì lý do môi trường (LAS có

vòng benzene nên phân hủy chậm)

Ngoài ra, trong bột giặt thường phối một lượng chất hoạt động bề mặt NI thích hợp để tăng hiệu quả giặt tẩy hoặc thêm một lượng nhỏ xà phòng vào, vì sự hiện diện của các chất này giúp phân tán tốt các chất hoạt động bề mặt chính làm tăng khả năng giặt tẩy

1.5.2 Các chất xây dựng (tác nhân chống canxi hay chất làm mềm nước)

Chất xây dựng là những chất phụ gia được thêm vào xà phòng để làm mềm nước Dung dịch dịch giặt đã được xây dựng nghĩa là lượng chất xây dựng đã đủ và ngược lại khi lượng chất xây dựng chưa đủ thì được gọi là dung dịch kém xây dựng

Chất xây dựng làm mềm nước theo ba cách sau:

 Phức hoá các ion Ca2+, Mg2+

 Trao đổi giữa các ion Ca2+, Mg2+ với ion Na+

 Kết tủa các ion Ca2+, Mg2+

Các chất xây dựng ngoài tác dụng làm mềm nước còn có một số công dụng sau:

 Tạo tính kiềm cho môi trường giặt

 Tạo môi trường đệm để duy trì pH của dung dịch giặt gần bằng với giá trị mong muốn trong suốt thời gian giặt

 Phân tán các phần tử chất bẩn

Hình 1.7 Cơ chế tác động của chất xây dựng

Một số chất xây dựng thường được sử dụng: các phức chất, các chất trao đổi ion, các tác nhân kết tủa và các chất đồng xây dựng

Đặc tính vật lý của TPP (STPP): tồn tại ở hai dạng tinh thể, thường gọi là dạng I và dạng II:

Dạng I : thu được từ quá trình nung vôi ở nhiệt độ 450-500oC Dạng này hydrate hóa nhanh trong lúc phối trộn

Dạng II: STPP thu được từ quá trình nung vôi ở nhiệt độ thấp hơn khoảng 350oC Dạng này hydrate hóa rất chậm nhưng để lâu được nơi nóng ẩm

STPP thương mại thường là hỗn hợp của hai dạng trên, chứa khoảng 70% dạng II và 30% dạng

I Cả dạng I và II đều có thể cho ra một dạng tinh thể hexahydrate như nhau: STPP.6H2O

Khả năng tạo phức của các photphate: Các photphat có khả năng tạo phức với Ca2+; Mg2+ và Na+

O

O Ca

Cấu trúc phức của pyro Cấu trúc phức của TPP

Phản ứng tạo phức: P3O105- + Ca2+  CaP3O103-; 𝐾 = [𝐶𝑎𝑃3𝑂103−]

[𝐶𝑎 2+ ][𝑃 3 𝑂105−]

pH > 9,5: ion photphat tồn tại chủ yếu dưới dạng P3O105-; pH < 8: ion photphate tồn tại chủ yếu dưới dạng H2P3O103- → khả năng tạo phức tốt nhất ở pH > 9,5

Vai trò của các photphat trong bột giặt: gần 25 năm trở lại đây, STPP đã có mặt trong các sản

phẩm tẩy rửa ở nhiều quốc gia trên thế giới với vai trò là chất xây dựng STPP có một số ưu

điểm như sau: có khả năng làm mềm nước tốt do có khả năng tạo phức với các ion kiềm thổ có

trong nước; giúp khống chế môi trường kiềm của nước giặt do các phức chất này tạo môi trường kiềm (các chất tẩy rửa hoạt động tốt nhất ở pH 9 – 10,5) và có vai trò chống bám trở lại

Ngoài ra, STPP còn có chức năng phụ là có khả năng cải tiến hiệu quả của các chất hoạt động bề mặt anion và không ion Quan trọng nhất là sự giảm CMC của sức căng bề mặt có tác động làm tăng độ hòa tan của chất hoạt động bề mặt

Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm vừa nêu, STPP cũng tác dụng không tốt đối với môi trường

vì gây ra hiện tượng phú dưỡng trong nước thải

Hình 1.8 Sự cố định vết bẩn canxi trên nền vải

b Các chất tạo phức cổ điển

Các chất này có khả năng tạo phức với Ca2+ và Mg2+ tốt; Ức chế các muối không tan, chống bám dính; Ổn định các tác nhân tẩy trắng: các peaxit, oxy già và các sản phẩm chứa clo; Lấy đi được các chất bẩn đặc biệt nên được sử dụng nhiều trong các sản phẩm tẩy rửa dạng lỏng Bao gồm: các axit amino cacboxylic, axit hidroxyl cacboxylic và phức chất photphat khác

Các axit amino cacboxylic: bao gồm axit nitrilo triaxetic (NTA) và axit etilen diamin tetraxetic (EDTA)

hoặc

Axit nitrilo triaxetic (NTA)

Axit etilen diamin tetraxetic (EDTA)

Ưu điểm: tạo phức tốt với hầu hết các kim loại; Bền với các tác nhân oxi hóa và khử; Không nhạy cảm với các axit bazơ

Nhược điểm: Khả năng phân giải sinh học khó (EDTA kém phân giải sinh học hơn NTA)

Các axit hidroxyl cacboxylat: bao gồm axit citric và axit tactric

Ưu điểm: Có khả năng phân giải sinh học tốt

Nhược điểm: khả năng tạo phức kém hơn amino cacboxylat

Được sử dụng phần lớn trong các chất tẩy rửa có tính axit hoặc trong các sản phẩm rửa chén bát

Photphat khác: chất hay sử dụng là natri etilen diamin tetra metylen photphat (SEDTMP/EDTMP)

Natri etilen diamin tetra metylen photphat

Ưu điểm: khả năng tạo phức tốt, tương đương với các amino cacboxylat

Nhược điểm: phân hủy sinh học kém

Được sử dụng phần lớn trong các sản phẩm tẩy rửa để giặt quần áo, trong các chất tẩy rửa có chứa HClO, xử lý được cả nước bùn tại các trạm xử lý nước (hấp thụ triệt để các ion kim loại nặng) với một lượng nhỏ

c Chất tạo phức mới:

Các chất tạo phức mới thỏa mãn điều kiện: Có khả năng phân giải sinh học, an toàn với con người

và các sinh vật sống dưới nước; Hiệu quả tạo phức tốt (ngang EDTA); Giá thành sản phẩm phải chăng

Ví dụ: MGDA (metyl glycyl diacetic axit)

N H C

H2C

COONa NaOOC

NaOOC

Khả năng phân hủy sinh học của MGDA và khả năng tạo phức nằm giữa EDTA và NTA

MGDA điều chế đơn giản theo 2 cách:

Từ muối natri của alanin tác dụng với NaCN + HCHO hoặc axit cloaxetic:

NaOOC

1 NaCN + CH3CHO

2 H2O

1.5.2.2 Các chất trao đổi ion

Hiện nay người ta sử dụng 2 loại chất trao đổi ion giữa các Ca2+, Mg2+ với Na+ là zeolit và silicat

a Zeolit (Silico – aluminat)

Zeolit là những muối natri silico – aluninat không tan, được tạo thành do phản ứng của natri silicat và natri aluminat, rồi được xử lý nhiệt thu được dạng bột

Hình 1.9 Công thức cấu tạo zeolit

Từ những năm 70, xu hướng sử dụng zeolite làm chất xây dựng trong bột giặt đã tăng lên đáng kể vì những lý do môi trường, ở một số nước hiện nay đã thay thế hoàn toàn TPP bằng zeolit (Hà Lan, Đức, Nhật, Ý, Mỹ, Hàn )

Khả năng trao đổi ion phụ thuộc vào kích thước ion, tình trạng hidrat hóa, nồng độ, nhiệt

độ, pH và thời gian Zeolit có khả năng trao đổi ion Na+ bằng các ion kim loại khác: Ca2+ rất nhanh,

Mg2+ chậm hơn, ngoài ra còn các ion khác (Pb2+, Cu2+, Ag+, Cd2+, Zn2+, Hg2+)

Zeolite có cấu trúc tinh thể với nhiểu lỗ xốp, với đường kính trung bình khoảng 1-2 m Nhờ điểm đặc biệt này, các ion natri chứa bên trong cấu trúc của nó có độ linh động cao và

có thể dễ dàng trao đổi với các ion trong nước cứng, đặc biệt là Canxi

Ưu điểm của zeolite: Làm mềm nước giặt bằng cách làm giảm nồng độ Canxi và Magie;

Ít bị ảnh hưởng bởi các điều kiện kém xây dựng; Tạo sự ổn định về các tác nhân làm trắng trong các sản phẩm tẩy rửa và lượng chất sử dụng ít hơn so với TPP

Nhược điểm: Tùy theo kích thước phần tử zeolite mà nó có thể gây bụi cho người sử dụng; Khả năng giặt tẩy của các sản phẩm dùng chất xây dựng là zeolite kém hơn là các sản phẩm chứa photphate

Zeolit hiện nay được sử dụng gồm: zeolite loại 4A (nguyên liệu xa xưa nhất) và zeolit MPA (đang sử dụng, tên thương mại Doucil A 24) Hai loại này có cùng công thức phân tử, khác nhau cấu trúc tinh thể và kích cỡ hạt

Bảng 1.4 Tính chất vật lý và khả năng tồn lưu percacbonat của Zeolit 4A và MPA

Dựa vào bảng trên ta thấy zeolit MPA tốt hơn so với zeolit 4A:

 Tốc độ trao đổi Ca2+ nhanh hơn do hình dạng tinh thể là hình phẳng

 Tỷ suất (diện tích / khối lượng) cao hơn đáng kể

 Có khả năng tạo sự ổn định với các tác nhân làm trắng trong bột tẩy rửa hơn (dựa vào kết quả tồn dư percacbonat)

 Hấp phụ nhiều hơn lượng chất HĐBM giúp tạo ra các sản phẩm tẩy rửa đậm đặc

Hình 1.10 Ảnh chụp SEM của: a) zeolit 4A; b) zeolit MPA

b Các silicat

Các muối natri silicat có khả năng làm mềm nước tốt Ngoài ra, chúng còn là tác nhân có thể tạo được môi trường kiềm và đệm, giúp duy trì chất bẩn trong nước giặt, ngăn chúng bám trở lại bề mặt vải Bên cạnh đó, chúng còn giúp hỗ trợ cho quá trình tạo hạt trong sản xuất bột giặt

Hai natri silicat chính được sử dụng trong các sản phẩm tẩy rửa là natri đisilicat và natri metasilicat, đều là các dẫn xuất của orthosilicat qua quá trình polime hóa tạo ra

Tỉ lệ SiO 2 :

Na 2 O

CTCT

Orthosilicat Na4SiO4

hoặc 2Na2O.SiO2

1:2

hoặc Disilicat Na2Si2O5

hoặc

Na2O.2SiO2

2:1

hoặc Metasilicat Na2n(SinO3n)

Các silicat có ưu điểm thân thiện với môi trường hơn photphat (kém phân hủy sinh học) và zeolit (do không tan nên tích tụ trong các sông hồ và ao làm tăng khối lượng bùn trong xử lý nước) Hiện nay có 3 loại silicat trao đổi ion: hạt phối hợp natri silicat và natri cacbonat; natri silicat hidrat hóa không định hình; natri silicat dạng lơp mỏng

1 Hạt phối hợp silicat/cacbonat: gồm 29% disilicat không định hình, 55 % cacbonat và 16% nước

Có tác dụng: Loại trừ Ca2+ và Mg2+; Có khả năng phân tán cáo (chống tái bám) và Bảo vệ môi trường tốt hơn do không có bùn ở những trạm xử lý nước

2 Silicat hidrat hóa không định hình: có khả năng tẩy rửa cao trong môi trường nước cứng nhưng

kém trong môi trường nước ngọt và siêu ngọt, bảo vệ môi trường tốt

3 Silicat dạng lớp mỏng: là các chất kết tinh dạng polime vô cơ Có tác dụng: Chất làm mềm

nước tốt Khả năng trao đổi ion Na+ với Ca2+ và Mg2+ rất tốt; Chúng tạo tính kiềm và đệm; Chúng hút ẩm và cố định các ion kim loại nặng (do đó chúng ổn định hệ thống làm trắng); Chúng có thể

nhận các chất HĐBM; Chúng giúp duy trì chất bẩn lơ lửng trong nước giặt; Chúng có thể tạo hạt

và nén lại Ví dụ -disilicat với sự sắp xếp đều đặn như hình dưới

CTCT -disilicat dạng lớp mỏng

1.5.2.3 Tác nhân kết tủa

Natri cacbonat thường được dùng trong các sản phẩm tẩy rửa đặc biệt trong các lĩnh vực tẩy rửa

bề mặt vải sợi, tạo môi trường kiềm, có khả năng đệm và có vai trò chống canxi trong những điều kiện khó khăn bằng cách làm kết tủa CaCO3

Na2CO3 + Ca2+  CaCO3 + 2Na+Natri cacbonat chỉ là một nguyên liệu “phụ” và nó không thể thay thế những tác nhân làm mềm nước khác

1.5.3 Các tác nhân kiềm

Các tác nhân kiềm thường được sử dụng:

Natri triphotphat có pH = 9,5, khả năng tạo đệm tốt, tạo phức tốt, chống tái bám

Natri perborat: pH = 10,5, là tác nhân làm trắng thường phối hợp sử dụng với TAED

Natri cacbonat: pH >10: vừa là tác nhân làm mềm nước phụ, vừa là chất độn rẻ tiền

Các siliat: pH = 10 đến > 13, có khả năng chống ăn mòn, sử dụng cùng các zeolit

Natri bicacbonat: dùng tạo đệm khi các tác nhân trên không thể hiện được vai trò

1.5.4 Các tác nhân tẩy trắng

Tác nhân tẩy trắng là chất có khả năng tẩy màu của một nền vải bằng một phản ứng hóa học Phản ứng hóa học ở đây là các phản ứng oxi hóa khử làm phân hủy nhưng không đảo ngược các hệ thống tạo màu, bao gồm: Sự hủy hoại hoặc biến đổi các nhóm tạo màu; Sự phân hủy các thể màu thành các hạt nhỏ hơn và dễ tan hơn để có thể loại chúng dễ dàng

Các tác nhân làm trắng được chia làm 3 loại:

Các tác nhân oxi hóa – khử (sulfit hoặc bisulfit): có tác dụng tẩy trắng tốt nhưng tạo ra SO2 gây khó chịu và khó chế ngự bằng dầu thơm nên ít được sử dụng trong công nghệ tẩy rửa

Các hợp chất của clo, đặc biệt là javen, là chất tẩy trắng đầu tiên được sử dụng trong đời sống từ

1930 Ưu điểm: hiệu quả ở cả nhiệt độ thấp, nồng độ thấp, chi phí thấp Nhược điểm: tấn công vào các màu xanh quang học, tấn công vào sợ tự nhiên (len, tơ tằm …), làm vàng chất hồ vải → ngày nay ít được sử dụng

Các hợp chất khác có khả năng giải phóng oxi tự do: là đối tượng được nghiên cứu kỹ ở phần dưới Bao gồm: perborat, percacbonat, peraxit, tẩy trắng quang

1.5.4.1 Perborat

Perborat được sử dụng làm tác nhân tăng trắng từ lâu ở châu Âu, chiếm hơn 30% trong các công thức giặt rửa Trong những năm 80, việc sử dụng perborate đã lan sang nhiều nước khác như Hoa Kỳ, các nước Nam Mỹ và châu Á

Natri perborat có công thức: NaBO3.4H2O (perborat tetrahidrat) và NaBO3.H2O (perborat monohidrat) chứa khoảng 10% oxy hoạt tính Khả năng làm trắng của perborat do chứa các nhóm – O – O –, bị thủy phân tạo thành HOO-

CTCT của natri perborat

Perborat tetrahidrat:

Bảng 1.5 Tính chất vật lý của natri perborate tetrahidrat

29,1 g/ 100g nước (ở 60oC)

Tinh thể hoặc bột, màu trắng, không mùi

Ưu điểm: có giá thành rẻ, thường được dùng nhiều trong thành phần bột giặt ở châu Âu

Nhược điểm: Chỉ hoạt động tốt ở 80 -100oC do ở nhiệt độ dưới 40oC và pH 9-9,5 thì nồng độ HOO- là nhỏ nhất; Tốc độ hòa tan chậm tạo ra sự mất mát do quá trình lắng xuống theo sự quay đáy của máy giặt và bị thải ra sau khi giặt lên đến 30-40% và Ở độ ẩm nhỏ, NaBO3.4H2O sẽ dehydrate hóa dần dần thành NaBO3.2H2O ở 20oC Trên 90% RH, NaBO3.4H2O sẽ hấp thu nước và đóng rắn Do đó cần bảo quản perborate trong môi trường khô ráo, tránh nắng và giữ nhiệt

độ dưới 25oC

Perborat monohidrat:

Ưu điểm: Khả năng hòa tan tốt nên dễ tạo thành các peraxit khi có TAED; Ồn định tốt trong những công thức có zeolit; Khả năng hấp thụ các chất HĐBM cao, đặc biệt là các chất non-ion; Khả năng giải phóng nhiều HOO- hơn khi có cùng khối lượng với dạng tetrahidrat; → được sử dụng trong bột giặt đậm đặc; Sử dụng phù hợp ở những quốc gia ẩm và nóng

Nhược điểm: giá thành cao và yêu cầu cao trong quá trình điều chế bảo quản và chỉ hoạt động tốt

Nhược điểm: Percarbonate dễ bị phân hủy bởi ẩm trong không khí; Cần bảo quản percarbonate ở

nhiệt độ thấp, khoảng dưới 25oC và độ ẩm dưới 60% và Cả natri perborate và percarbonate đều không thể sấy phun và chỉ được cho vào sau khi thổi bột xong

Bảng 1.6 Tính chất vật lý của natri percarbonate

O OOH

Muối magie có tên thương mại SUPROX

2 Axit monoperoxyphtalic

OOH O

O OH

Muối magie có tên thương mại H48

3 Axit diperoxydodecanedioic HOOOC - (CH2)10 - COOOH DPDDA

4 Axit phtaloyl amino peroxy

caproic

N O

O (CH2)5 COOOH

PAP

Ưu điểm của các peraxit (1), (2), (3): Hiệu quả tốt cho việc giặt ở nhiệt độ thấp (30oC); Có khả năng tẩy trắng tức thì; Không có sự phân hủy máu thành cặn trên vải sợi và khó lấy đi bởi chất tẩy rửa như perborat, Kháng khuẩn và chống mùi, ẩm mốc tốt ở nhiệt độ thấp

Nhược điểm của các peraxit(1), (2), (3): Các peraxit kém bền nên được sử dụng ở dạng muối magie, tuy nhiên dạng muối này vẫn không ổn định ở môi trường kiềm; Khó khăn khi dùng tay để thao tác do gây nổ và Hủy hoại quần áo màu do tạo ra các đốm trắng

Do những nhược điểm trên mà các peraxit (1), (2), (3) không đạt được những kết quả tốt trong việc tẩy trắng Từ nhiều năm nay các nghiên cứu cho thấy cấu trúc amit trong peraxit mang đến

sự ổn định cao hơn Hiện nay đang phát triển sản phẩm PAP (4)

Ưu điểm của PAP: Hòa tan tốt; Hiệu quả hơn hẳn H48 và DPDDA; Không tấn công vải sợi và quần áo màu; Có tính ổn định cao, không gây nổ khi thao tác bằng tay, mất ít oxy hơn (mất 10% oxy hoạt tính sau 4 tuần lưu trữ ở 50oC); Khả năng phân giải sinh học ngang LAS và Quá trình tổng hợp đơn giản với hiệu suất cao (95%)

Điều chế PAP:

O O

O

+

NH O

N O

O (CH2)5 COOH

H2O2, H+

N O

O (CH2)5 COOOH

anhidrit phtalic caprolactam

PAC

PAP

b Các hoạt chất tạo peraxit

Là những hoạt chất phản ứng với anion perhydroxyl có từ perborat hoặc percacbonat tạo ra gốc –OOH, bao gồm 3 loại chính: hoạt chất tạo peraxit ưa nước; hoạt chất tạo peraxit không ưa nước và hoạt chất tạo peraxit cation

1 Hoạt chất tạo peraxit ưa nước: Ở châu Âu hiện nay có 4 hoạt chất đã được đưa vào sản xuất

công nghiệp tạo axit peraxetic: TAGU, GAP, DAHT, TAED

Tetra axetyl

glycol ure

TAGU

O N

N O

CH3

CH3O

Đắt tiền và ít phân hủy

O

O

CH3O

O C

H3

O

O O

Giống GAP

Tetra axetyl

etylen diamin

từ 1978, ngày nay được

sử dụng nhiều nhất với hơn 50% trong các sản

phẩm tẩy rửa

TAED cho peraxit theo phản ứng:

Chú ý: do ở pH 9,5-10 phản ứng xảy ra tối ưu còn quá trình tẩy trắng (sản sinh ra HOO-) cần pH thấp hơn nên trong công thức của các sản phẩm cần thỏa mãn: bắt đầu giặt có pH cao để tạo ra các peraxit, sau đó pH hạ do các vết bẩn (có thành phần axit) để tạo thành các gốc tự do tẩy trắng

2 Hoạt chất tạo peraxit không ưa nước: Peraxit không ưa nước có cấu tạo giống các chất HĐBM

(RCOOOH) nên chúng có khả năng hập thụ dễ dàng hơn trên bề mặt vải hoặc vết bẩn nên các chất này thích hợp với việc giặt ở nhiệt độ thấp

Các hoạt chất tạo peraxit không ưa nước: P15, SNOBS và N-axyl cacprolactam

Tên gọi Kí hiệu/tên

thương mại

tạo thành

Perbenzoic tạo thành có công hiệu rõ rệt hơn trên các vết bẩn

và ít ưa nước hơn các peraxetic tự

Có thể giảm thiểu phản ứng phụ bằng cách sử dụng dư lượng oxy già

N-O O

SO3Na

HOO

-O OOH

Phản ứng phụ:

3 Hoạt chất tạo peraxit cation: tạo ra peraxit mang điện tích dương nên dễ dàng bám vào vải do

đó có hiệu quả tốt với vết bẩn

Natri sulfonat benzoyl 3-(trimetyl amoni) propanoat (SBTP):

1.5.4.4 Tẩy trắng cảm quang (PB – photo bleach)

Phtalocyanin là chất tẩy trắng cảm quang được sử dụng nhiều nhất:

Phtalocyanin (PB) Tinolux BBS (là phức chất của PB với kim loại)

Sự tẩy trắng xảy ra nhờ các photon ánh sáng mặt trời làm phân hủy nước giặt thành oxy hoạt hóa, với sự hiện diện của những dẫn xuất phtalocyanin (PB), sẽ oxi hóa các vết bẩn và các vi sinh vật

để có được quần áo sạch sẽ và hợp vệ sinh Cơ chế như sau:

1.5.4.5 Lượng tác nhân tẩy trắng cần dùng

Đối với các perborat dùng đơn độc: 15-25 % perborat tetrahydrat trong thành phần TPP thương mại Đối với hỗn hợp thường chứa 2-4 % TAED và 8-15 % perborat tetrahydrat

Các bột có chứa zeolite sử dụng perborat monohydrate với 1 lượng nhỏ hơn nhưng sẽ có hoạt tính oxi hóa mạnh hơn

Đối với chất tẩy trắng cảm quang: 0,01 -0,03% đối với những nước có cường độ ánh sáng mạnh như Nam Châu Âu 0,03 – 0,06 % đối với các quốc gia có nhiều ánh nắng mặt trời như Đông Nam

 Sự phát triển của các loại bột đậm đặc và lỏng: lượng enzyme được đưa vào đơn công nghệ ở tỷ suất thấp nhưng đem lại hiệu quả cao

 Các thói quen của người tiêu dùng đã thay đổi Trước kia, người ta giặt quần áo chỉ để làm sạch Ngày nay, người ta còn quan tâm đến việc giữ “mới” trong thời gian càng lâu càng tốt,

do đó, sự có mặt của enzyme được đáng giá cao

 Tính không gây hại của enzyme đối với môi trường

1.5.5.1 Các loại enzym chính được sử dụng trong tẩy rửa

Hiện nay có 4 loại enzyme chính được sử dụng trong tẩy rửa: proteaza, lipaza, amylaza và xenlulaza Ngoài ra còn có oxydaza (được ưa dùng hơn với các chất tẩy rửa dạng lỏng nhiều hơn

là trong bột giặt), hydrolaza (được sử dụng nhiều trong chất tẩy rửa đậm đặc), peroxydaza (có tác dụng tẩy rửa tốt trên các chất màu) và pectaza (có tác dụng tẩy rửa tốt trên các vết bẩn trái cây)

a Các proteaza

Công dụng của proteaza là phân hủy vết bẩn dạng protein trên vải

Tên thương mại: Savinaza và Relaza Các enzyme này có khoảng nhiệt độ thấp và pH cao thích hợp với điều kiện giặt

Khoảng pH hoạt động của enzyme Khoảng nhiệt độ hoạt động của enzyme ( o C)

Proteaza có tác dụng tẩy rửa các vết bẩn như máu, lòng đỏ trứng, sữa, nước rau, đậu, nước xốt thức ăn, thành các oligopeptit hoặc aminoaxit hòa tan Các proteaza và chỉ có hoạt tính trong dung dịch giặt

Phản ứng phân hủy protein hoặc polypeptit:

Công dụng của amylaza có thể tẩy các vết bẩn thức ăn như khoai tây và nước sốt cà chua,

sô-cô-la, thức ăn trẻ em

(C6H10O5)n

+ H2O amylaza

C6H12O6 + C12H22O11

d Các xenlulaza

Enzyme xenlulaza là một phức hợp enzyme có nguồn gốc từ thiên nhiên và có tác dụng thủy phân xenlulozơ (từ các sợi bông nhỏ xuất hiện sau nhiều lần giặt) thông qua phân cắt liên kết 1,4--glucozit trong xenlulozơ thành glucozơ Phản ứng phân hủy xenlulozơ:

Công dụng chủ yếu của xenlulaza là loại bỏ các vết bẩn trên vải bông, chống quăn vải, làm mềm vải, làm sáng màu và chống bám trở lại

Xenlulaza được phân thành 3 loại:

Endo-(1,4)--gluconaza (hay endoxenlulaza): cắt liên kết hiđro giữa các phân tử xenlulozơ Exo-(1,4)- -gluconaza (exoxenlulaza): cắt liên kết 1,4--glucozit giữa các phân tử xenlulozơ tạo thành xenlubiozơ (đisaccarit)

-gluconaza (xenlubiaza): cắt liên kết 1,4--glucozit giữa các phân tử xenlubiozơ tạo thành glucozơ

Trong chất tẩy rửa, endo-(1,4)- -gluconaza có hiệu quả cao hơn -gluconaza

1.5.5.2 Ưu điểm của enzyme

Có khả năng tẩy rửa các vết bẩn chuyên dụng mà các chát tẩy rửa khác không hoặc khó làm được:

 Cellulaza có thể loại bỏ các lông tơ và các quả cầu nhỏ trong khi loại bỏ các chất bẩn nằm sâu bên trong các sợi

 Enzyme mannose có thể phân hủy các vết loang của kẹo này một cách hiệu quả, để khử nhiễm

Enzyme là không độc hại, không gây dị ứng với người sử dụng

Enzyme thân thiện với môi trường

1.5.5.3 Cơ chế tẩy rửa của enzyme

Các enzym có nguồn gốc hữu cơ, sản sinh bởi những tế bào cơ thể sống, còn có thể được gọi là diastaza, men, hay là các chất xúc tác sinh học Chúng có nguồn gốc từ động vật (pancreatine) hay nguồn gốc vi khuẩn (amylaza proteaza) Enzyme đã có nhiều ứng dụng rộng rãi trong các ngành

y học, thực phẩmvà công nghiệp nhẹ Ngày nay các enzyme còn được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các chất tẩy rửa – sản xuất ra các chất tẩy rửa vi sinh Thông thường, người ta sử dụng hỗn hợp của hai, ba hoặc bốn enzyme

Mọi phản ứng của enzym đều được biểu thị qua sơ đồ sau:

E + P

E: enzyme S: chất ban đầu (chất bản thể) P: chất mới được tạo thành

(1): enzyme tác động vào chất ban đầu tạo thành phức hợp ES

(2): phức hợp ES chuyển sang phức hợp EP

(3): phức hợp EP phân tách ra giải phóng enzyme và chất mới

Hình 1.12 Giản đồ năng lượng hoạt hóa của phản ứng có mặt enzyme

Như vậy, sự có mặt của enzyme làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng, phản ứng xảy ra nhanh hơn

Các chất chống tái bám bao gồm: các chất HĐBM, các photphat, các polime

a) Các chất HĐBM:

1 Chất HĐBM anion: Các anion bị hút vào các hạt và các sợi vải → làm tăng điện tích của hạt và sợi vải lên → làm tăng thế năng và Vmax tăng lên → khả năng tái bám giữa hạt và sợi vải kém đi hay khả năng chống tái bám tăng lên

Enzyme và 1 vết bẩn bẩn Enzyme tự bám vào vết bẩn

Enzyem tách vết bẩn

thành các mảnh nhỏ

Enzyme và các mảnh tách ra Các mảnh vết bẩn bị loại bởi chất tẩy rửa

Enzyme tác động tiếp lên vết bẩn khác

Hình 1.14 Giao động của hàng rào tĩnh điện

2 Các chất HĐBM nonion: Các nonion hấp thụ lên bề mặt hạt và sợi vải bằng cách hướng phần

ưa nước ra ngoài → giảm sự tái bám

b) Các photphate: Các photphate hay poliphotphat hấp thụ các hạt bẩn làm tăng đáng kể kích thước của chúng → gia tăng lực đẩy giữa các hạt bẩn cũng như giữa hạt bẩn và bề mặt vải sợi → giảm khả năng tái bám

c) Các polime: thường dùng là CMC và Gantrez

Với các loại vải sợi bằng các chất liệu khác (ngoài bông) người ta thường sử dụng thêm những loại polime chống tái bám khác như homopolyme hoặc copolyme của axit acrylic và axit maleic Một trong những polime được sử dụng nhiều là Gantrez được phân phối bởi hãng GAF

Hàm lượng Gatrez sử dụng theo ba trường hợp:

Thế năng khi chưa có chất HDBM anion

Thế năng khi có chất HDBM anion

 Nếu bột giặt chứa đủ STPP và sự phân giải của nó kém (10 - 12%) thì không cần thiết sử dụng polime Ngược lại, nếu sự phân giải của STPP quan trọng thì cần có từ 0,3 đến 0,5% polime

1.5.7 Tác nhân tăng bọt và giảm bọt

Chúng ta có thể thay đổi đặc tính tạo bọt hoặc giảm bọt cho sản phẩm tẩy rửa tùy thuộc vào nhu cầu của người tiêu dùng

Các chất và hệ thống chống bọt: stearyl photphat; dầu và sáp; các silicon, đất sét

1.5.8 Các tác nhân tẩy quang học

Sự mất độ trắng của vải bông là kết quả của sự biến đổi trạng thái bề mặt của nó Các lý do của biến đổi ấy bao gồm: sự suy thoái của sợi vải, các vết bẩn hữu cơ hoặc vô cơ … Ngoài cách tẩy trắng bề mặt bằng phương pháp hóa học như đã nên ở trên thì người ta còn sử dụng cách bù trừ bởi quang học Những chất tạo màu xanh, hay là những chất tẩy quang học giúp cho vải sợi màu trắng nhìn có vẻ trắng hơn

Hiện tại có hàng nghìn chất tẩy quang học và siêu tẩy quang học được bán trên thị trường Nổi bật nhất là 3 loại chất tẩy quang học và 3 chất siêu tẩy quang học sau đây:

Chất tẩy quang học 7-hidroxy

coumarin

Là các chất tẩy quang học đầu tiên

O N

O N

Chất dùng thông dụng trong phần lớn các chất tẩy rửa dạng lỏng

hoặc bột Chất siêu tẩy quang học

Tinopal

Hòa tan ở nhiệt độ lạnh tốt hơn, ổn định tốt đối với các tác nhân oxi hóa, ổn định tốt đối với ánh sáng và bột trắng hơn

Blankophore

BHC (Bayer)

N N

N

CH CH

SO3Na NaO3S

N N

 Chất HĐBM nonion được cấu tạo từ các rượu béo etoxy hóa dễ bị oxy hóa thành anđehit tạo

ra mùi hạnh nhân rất khó chịu và dai dẳng

 Chất HĐBM cation có thể bị phân hủy thành các amin có mùi tanh

 Enzyme lipaza phân hủy chất béo thành các axit mạch ngắn hơn tạo ra các mùi khó chịu gây buồn nôn

 TAED tạo ra mùi dấm

Ngoài ra dầu thơm còn được sử dụng để át các mùi hôi xuất hiện khi sản phẩm được lưu trữ trong thời gian dài hoặc mùi ngay trên các thực thể mà sản phẩm tẩy rửa đã được dùng như quần áo, da, bồn rửa, sàn nhà …

Cấu trúc của dầu thơm dành cho sản phẩm tẩy rửa được cho ở hình dưới

Hình 1.15 Thành phần các nốt hương khác nhau của dầu thơm

Các nốt hương đầu cho sản phẩm mùi hương của nó Chúng được cấu tạo bởi nguyên liệu dễ bốc hơi như limomen, dihidromycernol, linalool, rượu phenyl etanol… Do tính chất dễ bốc hơi nên các chất này tan nhanh chóng khi giặt và vắt xả liên tiếp và không ở lại trên quần áo nữa

Các nốt hương giữa được cấu tạo bởi các phần tử có độ bốc hơi trung bình Các chất này ít hòa tan trong nước hơn nên được giữ lại trên quần áo nhưng với nồng độ tương đối thấp

Các nốt hương nền được tạo thành bởi các nguyên liệu có độ bốc hơi và độ hòa tan rất yếu Do đó chúng có ái lực mạnh trên quần áo nên cho quần áo mùi thơm có thể tồn tại nhiều ngày

Việc lựa chọn chất tạo hương có giá thành phù hợp nhưng vẫn thoả mãn được thị hiếu của người tiêu dùng là vấn đề rất quan trọng hiện nay đối với mỗi nhà sản xuất

1.5.10 Các chất độn

Trong bột giặt không phải tất cả thành phần thêm vào đều có hoạt tính Đối với những bột giặt

quy ước, người ta dùng thêm các chất phụ gia không có vai trò tẩy rửa và được gọi là chất độn Tuy nhiên một số chất độn vẫn cần thiết cho quy trình chế biến, chẳng hạn như nước cần để hidrat hóa các muối hoặc để làm giảm độ nhờn của kem nhão Một số các chất khá có vai trò làm đầy (tăng khối lượng)

Natri sunfat có giá thành rẻ (là một thứ phẩm của sự chế biến hóa chất hoặc khoáng chất) là chất độn được sử dụng nhiều nhất Ở một số nước khác người ta còn dùng thêm canxi sunfat

Đối với những bột đậm đặc người ta tìm cách loại trừ tối đa những chất độn để làm tăng hàm lượng các chất thành phần