Tài liệu Nghiên cứu thành phần và cấu trúc của sản phẩm sunfat hóa dầu thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ………………………. Đồ án Nghiên cứu thành phần và cấu trúc của sản phẩm Sunfat hóa dầu thông Đồ án tốt nghiệp SVTH: Phạm Thị Luyến_HD1001 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến cô giáo, GS.TS Đinh Thị Ngọ đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Bộ môn Công nghệ Hữu cơ - Hóa dầu cũng như các thầy cô, các cán bộ phòng thí nghiệm trực thuộc các khoa, bộ môn của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội; các thầy cô, cán bộ trong Viện hoá học công nghiệp, Trung tâm sắc ký khí, Viện dệt may đã tạo điều kiện tốt nhất cho em trong suốt thời gian làm đồ án. Cuối cùng em muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã động viên, tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành bản đồ án này. Em chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 6 năm 2010 Sinh viên 1 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Phạm Thị Luyến_HD1001 MỤC LỤC CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1. TỔNG QUAN VỀ CHẤT TẨY RỬA…………………………………… 1.1.1. Giới thiệu chung về chất tẩy rửa……………………………………………. 1.1.2. Thành phần chất tẩy rửa…………………………………………………… 1.1.2.1 Chất hoạt động bề mặt ……………………………………………………. 1.1.2.2. Chất xây dựng…………………………………………………………. 1.2.2.1 Chức năng của các chất xây dựng………………………… 1.2.2.2. Một số chất xây dựng đƣợc sử dụng trong chất tẩy rửa.................. 1.1.2.3. Các phụ gia............................................................................................. 1.1.3. Cơ chế tẩy rửa…………………………………………………………………25 a. Thuyết nhiệt động - Phƣơng thức Lanza…………………………………… b. Cơ chế “Rolling Up”……………………………………………….. c . Cơ chế Hòa tan hóa……………………………………………………….. 1.1.4. Lựa chọn và yêu cầu với chất hoạt động bề mặt..................................................30 1.2. TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI VẢI SỢI...................................................................31 1.2.1 Giới thiệu chung về vải sợi …………………………………………………..31 1.2.1.1. Sợi thiên nhiên……………………………………………………31 1.2.1.2. Sợi hoá học………………………………….….………………..33 1.2.2 Tiền xử lý vải sợi và các nguồn nhiễm bẩn………………………………… 1.2.2.1. Cấu trúc vải……………………………………………………….. 1.2.2.2. Các nguồn nhiễm bẩn……………………………………………… 1.2.2.3. Nhiễm bẩn dầu mỡ trên vải sợi……………………………………. 1.3. TỔNG QUAN VỀ DẦU THÔNG VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP BIẾN TÍNH DẦU THÔNG……..37 2 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Phạm Thị Luyến_HD1001 1.3.1 Dầu thông nguyên liệu – thành phần và tính chất………….……………….37 a. Thành phần dầu thông………………………………………………. b. Tính chất dầu thông…………………………………………………… 1.3.2 Các phƣơng pháp biến tính dầu thông ...........................................................39 1.4. Lựa chọn nguyên liệu………………………………………………………. CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. BIẾN TÍNH DẦU THÔNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP SUNFAT HÓA TỔNG HỢP CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT........................................................................................45 2.1.1. Nguyên liệu……………………………………..………………….………45 2.1.2. Dụng cụ…………………………………………………………………….45 2.1.3. Thực nghiệm……………………………………………………………….45 2.2. PHA CHẾ CHẤT TẨY RỬA TRÊN CƠ SỞ DẦU THÔNG BIẾN TÍNH SUNFAT HÓA……………………………..……………………………………………………….46 2.2.1. Nguyên liệu……………………………………………………………….. 2.2.2. Thiết bị và dụng cụ pha chế:……………………………………… 2.2.3. Pha chế………………………………………………………………….. 2.3. KHẢO SÁT HOẠT TÍNH CHẤT TẨY RỬA DẦU THÔNG BIẾN TÍNH VÀ CHẤT TẨY RỬA ĐÃ PHA CHẾ………………..………………………………………47 2.3.1. Chuẩn bị mẫu……………………………………………………………….48 2.3.2. Ngâm mẫu để xác định khả năng tẩy trắng………………………………...48 2.3.3. Độ trắng của vải…………………………………………………………….48 2.4 XÁC ĐỊNH CHẤT LƢỢNG CỦA VẢI SAU KHI TẨY……………………………48 2.4.1 Xác định độ co của vải……………………………………………………...48 2.4.2 Xác định độ mao dẫn……………………………………………………… 49 2.5 XÁC ĐỊNH MỘT SỐ TÍNH CHẤT HÓA LÝ CỦA CHẤT TẨY RỬA…………... 49 2.5.1. Xác định độ bay hơi………………………………………………………...49 3 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Phạm Thị Luyến_HD1001 2.5.2 Xác định tỷ trọng……………………………………………………………50 2.5.3 Xác định độ nhớt động học………………………………………………….51 CHƢƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN…………………………………… 3.1. TỔNG HỢP CHẤT HĐBM BẰNG PHƢƠNG PHÁP SUNFAT HOÁ DẦU THÔNG 3.1.1. Xác định thành phần dầu thông nguyên liệu………………………………… 3.1.2. Tổng hợp chất HĐBM bằng phƣơng pháp sunfat hóa………………………. a. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ H2SO4 đến HTTS………………………… b. Khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng H2SO4 đến HTTS……………………… c. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt đọ phản ứng đến HTTS……………………... d. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian phản ứng đến HTTS……………………... e. So sánh khả năng tẩy rửa của dầu thông sunfat hóa và dầu thông chƣa biến tính……………………………………………………………………..………………… 3.2. XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN SẢN PHẨM………………… 3.3. CHẾ TẠO CTR TỪ DẦU THÔNG SUNFAT HOÁ…………………….. 3.3.1. Các yếu tố ảnh hƣởng đến HTTS của CTR………………………………….. a. Hàm lƣợng LAS……………………………………………………………… b. Hàm lƣợng axit Oleic………………………………………………………… c. Hàm lƣợng Glyxerin…………………………………………………………. d. Hàm lƣợng TEA……………………………………………………………... 3.3.2. Thành phần CTR từ dầu thông sunfat hóa…………………………………..78 KẾT LUẬN………………………………………………………………………………80 Tài liệu tham khảo………………………………………………………………………..82 4 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Phạm Thị Luyến_HD1001 MỞ ĐẦU Ở nƣớc ta, nghề Dệt đã có từ rất lâu đời. Trải qua nhiều khó khăn, cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp khác, công nghiệp dệt đang từng bƣớc khẳng định tầm quan trọng của mình trong đời sống sinh hoạt hàng ngày. Các sản phẩm làm ra ngày càng đa dạng, phong phú, đáp ứng đƣợc yêu cầu của ngƣời tiêu dùng. Các loại sợi thiên nhiên và sợi hóa học đều chứa một lƣợng tạp chất nhất định, và sau khi dệt nó lại chứa thêm hồ, dầu mỡ từ máy dệt, do đó ảnh hƣởng trực tiếp đến quá trình nhuộm, in hoa và sử dụng vải. Vì vậy, trƣớc khi nhuộm và in hoa các loai vải đều đƣợc làm sạch hóa học để loại bỏ các thành phần trên. Vải sợi sau khi xử lý không những dễ thấm nƣớc, có độ trắng cao, mềm mại mà còn tăng khả năng hấp phụ thuốc nhuộm, làm cho nhuộm màu đều và bền đẹp hơn. Hiện nay, bên cạnh việc sử dụng các chất tẩy rửa đang phổ biến trên thị trƣờng, việc nghiên cứu chế tạo các chất tẩy rửa đi từ dầu thực vật là vấn đề đang đƣợc quan tâm. Biến tính chúng thành các sản phẩm có hoạt tính bề mặt cao, từ đó tổng hợp các chất tẩy rửa có thành phần tối ƣu, phù hợp với mục đích tẩy rửa nhất định Đồ án này nghiên cứu quá trình tổng hợp chất tẩy rửa từ dầu thông sunfat hóa để xử lý dầu mỡ trên vải sợi. 5 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Phạm Thị Luyến_HD1001 PHẦN 1 : TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1. TỔNG QUAN VỀ CHẤT TẨY RỬA 1.1.1. Giới thiệu chung về chất tẩy rửa Chất tẩy rửa là chất đƣợc dùng để làm tăng tác dụng tẩy sạch của nƣớc với các chất bẩn có tính dầu (không tan trong nƣớc). Khi hòa tan trong nƣớc, chất tẩy rửa làm giảm mạnh sức căng bề mặt giữa nƣớc và các chất bẩn có tính dầu, nhờ đó làm cho chất bẩn dễ thấm ƣớt và dễ bị lôi kéo ra khỏi bề mặt dính bẩn, đi vào môi trƣờng nƣớc. Kết quả là bề mặt dính bẩn đƣợc tẩy rửa sạch. Chất tẩy rửa là những chất hoạt động bề mặt – có thể là vô cơ hoặc hữu cơ. Các chất tẩy rửa thuộc loại vô cơ có thể là các chất có kiềm tính, các muối trung tính và các chất không tan trong nƣớc nhƣ cao lanh, bentonit. Các chất tẩy rửa thuộc loại hữu cơ có thể chia ra loại anion, cation, lƣỡng tính, có khả năng ion hóa, không có khả năng ion hóa, loại ít bọt, loại nhiều bọt… Xét về phạm vi, khả năng sử dụng, các chất tẩy rửa thuộc loại hữu cơ có nhiều ƣu việt hơn loại vô cơ. Chất tẩy rửa thông dụng là muối natri của axit béo (xà phòng) hoặc các chất hoạt động bề mặt tổng hợp có hoạt tính ion và phi ion nhƣ natri lauryl sulfat, natri đođexyl benzensunfonat, ankylamit… Để tăng hiệu quả tẩy rửa của các chất hoạt động bề mặt, trong các chất tẩy rửa thƣơng phẩm (kem giặt, bột giặt) ngƣời ta còn đƣa thêm vào các chất phụ gia vô cơ nhƣ natri tripoliphotphat, natri sulfat, natri cacbonat. Xu thế hiện nay là, để bảo vệ môi sinh, ngƣời ta thiên về sản xuất và sử dụng các chất tẩy rửa với các phụ gia dễ bị phân hủy sinh học, ít độc. 1.1.2. Thành phần chất tẩy rửa Một sản phẩm chất tẩy rửa có thành phần rất phức tạp nhƣng thƣờng bao gồm các thành phần chính sau: - Chất hoạt động bề mặt - Các chất xây dựng - Các phụ gia 6 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Phạm Thị Luyến_HD1001 Mỗi thành phần trong chất tẩy rửa tuy có chức năng riêng nhƣng chúng vẫn có tác động qua lại với nhau. Tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà ta có thể thay đổi các phụ gia cần thiết. 1.1.2.1 Chất hoạt động bề mặt Chất hoạt động bề mặt là thành phần quan trọng nhất của chất tẩy rửa. Nó có mặt ở tất cả các chất tẩy rửa khác nhau với nhiệm vụ là tẩy đi các vết bẩn và những chất lơ lửng trong nƣớc giặt để cho chúng không bám trở lại trên bề mặt. Chất hoạt động bề mặt là hợp chất hóa học có sức căng bề mặt nhỏ hơn sức căng bề mặt của dung môi, và trong dung dịch, nồng độ của nó ở bề mặt cao hơn bên trong dung dịch, làm giảm sức căng bề mặt của dung dịch. Nếu có nhiều hơn hai chất lỏng không hòa tan thì chất hoạt động bề mặt làm tăng diện tích tiếp xúc giữa hai chất lỏng đó. Khi hòa chất hoạt động bề mặt vào trong một chất lỏng thì các phân tử của chất hoạt động bề mặt có xu hƣớng tạo đám (gọi là mixen), nồng độ mà tại đó các phân tử bắt đầu tạo đám đƣợc gọi là nồng độ tạo đám tới hạn. Những chất hoạt động bề mặt quan trọng thƣờng là những hợp chất hữu cơ gồm hai phần: phần phân cực (phần ƣa nƣớc) và phần không phân cực (phần kị nƣớc). Axit béo là chất hoạt động bề mặt gồm gốc hyđrocacbon là phần không phân cực và nhóm cacboxyl là phần phân cực. Tính ƣa, kị nƣớc của một chất hoạt động bề mặt đƣợc đặc trƣng bởi một thông số là độ cân bằng ƣa kị nƣớc (Hydrophilic Lipophilic Balance-HLB), giá trị này có thể từ 0 đến 40. HLB càng cao thì hóa chất càng dễ hòa tan trong nƣớc, HLB càng thấp thì hóa chất càng dễ hòa tan trong các dung môi không phân cực nhƣ dầu.Chất hoạt động bề mặt đƣợc sử dụng phổ biến trong công nghiệp, ví dụ trong việc tuyển quặng, điều chế các chất tẩy rửa… Tùy theo tính chất mà chất hoạt động bề mặt đƣợc phân theo các loại khác nhau. Nếu xem theo tính chất điện của đầu phân cực của phân tử chất hoạt động bề mặt thì có thể phân chúng thành bốn loại sau: - Chất hoạt động bề mặt anion - Chất hoạt động bề mặt cation - Chất hoạt động bề mặt không ion 7 Đồ án tốt nghiệp - SVTH: Phạm Thị Luyến_HD1001 Chất hoạt động bề mặt lƣỡng tính a. Chất hoạt động bề mặt anion Là những chất hoạt động bề mặt trong đó phần ƣa nƣớc mang điện tích âm (-COO-, SO3-, -SO4-, PO3-) liên kết với nhóm kị nƣớc bằng liên kết cộng hóa trị.Chất hoạt động bề mặt anion có nhƣợc điểm là rất nhạy với nƣớc cứng do tạo thành kết tủa với các ion Ca 2+, Mg2+. Tuy vậy, có thể hạn chế nhƣợc điểm đó bằng cách giảm chiều dài mạch cacbon. Các chất hoạt động anion thƣờng gặp là: - Các muối sulfat của các axit béo. Đây là những chất hoạt động bề mặt đã đƣợc sử dụng từ lâu và đƣợc dùng rộng rãi để làm gốc chế tạo các loại nƣớc gội đầu, các chất tạo nhũ hóa, các chất tẩy rửa. + Sulfat rƣợu bậc một (PAS: Primary Alcohol Sulfate) Công thức hóa học: R-CH2-O-SO3-Na với R= C11 - C12 Sulfat rƣợu bậc một đƣợc chế tạo bằng cách sulfat hóa các rƣợu béo (thiên nhiên hoặc nhân tạo) với hỗn hợp không khí/SO3 theo phản ứng: R – OH + SO3  R – O – SO3- Sự trung hòa của axit cho sulfat rƣợu béo (PAS) + Avirol: là muối amoni estesulfo của butyloleat có công thức sau: H3C (CH2)7 CH O (CH2)7 COOC 4H9 SO 3NH 4 Avirol đƣợc sản xuất ở dạng lỏng sánh, dễ tan trong nƣớc lạnh nhƣng khi để lâu thì dung dịch đục. Do có khả năng tẩy rửa và nhũ hóa tốt nên đƣợc dùng làm chất nhũ hoá dầu mỡ. 8 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Phạm Thị Luyến_HD1001 + Alkyl Ete Sulfat (LES: Lauryl Ether Sulfate ): loại chất hoạt động này thƣờng đƣợc sử dụng trong các công thức lỏng (nƣớc rửa chén, dầu gội đầu). R-O-(CH2-CH2-O)n-SO3- Công thức hóa học: - Parafin sulfonat (SAS: Secondary Alkyl Sulfonate Công thức hóa học: CH3-(CH2)n-CH-(CH2)m-CH3 SO3- Loại này có khả năng phân giải sinh học cao, chúng có thể là nguồn sản xuất các anion. Tuy nhiên các sản phẩm này chƣa đƣợc sử dụng trong thành phần bột giặt vì giá bán tƣơng đối cao. - Alkylsunfonat (ABS,LAS): Alkylbenzen sulfonat (ABS) là chất hoạt động đƣợc sử dụng phổ biến nhất. Có những ABS nhánh và ABS thẳng. ABS nhánh chỉ còn dùng ở một số quốc gia vì tốc độ phân giải chậm bởi các vi sinh vật. + ABS thẳng (LAS: Linear Alkylbenzen Sulfonate) Công thức hóa học: H3C (CH2)n SO3H + ABS nhánh Công thức hóa học: CH3 CH3 H3C C CH2 C CH3 CH2 C CH3 CH3 CH3 SO3- b. Chất hoạt động bề mặt cation Chất hoạt động bề mặt cation là những chất hoạt động bề mặt mà khi hòa tan trong nƣớc sẽ phân ly tạo ra các gốc hoạt động mang điện tích dƣơng. Cấu tạo tiêu biểu của các 9 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Phạm Thị Luyến_HD1001 chất hoạt động cation là các amin mạch thẳng, các dẫn xuất amit, các bazơ mạch vòng, dị vòng và dẫn xuất của chúng. Các chất hoạt động bề mặt cation thƣờng ít đƣợc sử dụng cho mục đích tẩy rửa vì hiệu quả tẩy rửa ở môi trƣờng trung tính không cao. Chức năng chủ yếu của chất hoạt động bề mặt cation là phân tán, làm đều màu, hồ chống nhàu, chống tĩnh điện, chống nổi hạt xoắn, tăng độ co giãn, hồ mềm và cầm màu thuốc nhuộm. Các chất hoạt động cation thƣờng gặp là: - Cetyl trimetylammonium bromua (CTAB) - Cetyl pyridinium clorua (CPC) - Polyethoxylated tallow amin (POEA) - Benzethonium clorua (BZT) - Benzalkonium clorua (BZT) c. Chất hoạt động bề mặt không ion Chất hoạt động bề mặt không ion là những chất hoạt động bề mặt hòa tan trong nƣớc nhƣng không bị phân ly thành ion. Đa số chúng là dẫn xuất của polietylenglycol có công thức tổng quát: R-O-(CH2-CH2-O)n-CH2-CH2-OH hoặc R-O-(CH2-CH2-O)n-OH R-CÔ-(CH2-CH2-O)n-CH2-CH2-OH Trong đó gốc R-ankyl là phần kị nƣớc, còn gốc polietylenglycol là phần ƣa nƣớc tạo nên khả năng hòa tan của chất hoạt động bề mặt. 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 nƣớc của chất hoạt động bề mặt. Dung dịch chất hoạt động bề mặt này thƣờng tạo môi trƣờng trung tính pH=7, bền với nƣớc cứng, axit, kiềm và kim loại. Đây là loại chất hoạt động bề mặt có chức năng đa dạng nhất nên đƣợc sử dụng rất rộng rãi trong các quá trình nấu, tẩy, giặt, nhuộm - in hoa và hoàn tất cho nhiều loại vải sợi khác nhau. Một số chất hoạt động bề mặt không ion: 10 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Phạm Thị Luyến_HD1001 - Các rƣợu béo Etoxy hóa: R-O-(CH2-CH2O)n - Các oxit amin: CH3 R CH3 N CH3 - Các alkyl amin: R-CH2-NH2 - Các alkylpolyglycosit (APG): Ƣu điểm của chất hoạt động bề mặt này là: dễ phân giải sinh học trong điều kiện tự nhiên và môi trƣờng, phối hợp với dầu thông tạo ra một hợp chất có hoạt tính cao đối với sự tẩy rửa các vết bẩn xăng dầu. H2C – OH Trong đó n = 1,3 O H R = C8 2 C14 OH R O O OH n -Các amin etoxy hóa: (CH2CH2O)xCH2CH2OH N (CH2CH2O)yCH2CH2OH - Các copolyme oxit etylen và oxit propylen: HO(CH2CH2O)y(CHCH2O)x(CH2CH2O)zH CH3 -Alkyl phenol etoxy hóa: O(CH2CH2O)8CH2CH2OH 11 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Phạm Thị Luyến_HD1001 d. Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính Chất hoạt động bề mặt lƣỡng tính là chất hoạt động bề mặt mà trong phân tử của chúng có chứa cả nhóm axit và nhóm bazơ: nhóm axit hoặc là cacboxylic hoặc sunfonat, còn nhóm bazơ thƣờng là nhóm amin. Những chất này trong môi trƣờng axit chúng phân ly nhƣ chất hoạt động bề mặt cation, còn trong môi trƣờng kiềm chúng thể hiện chức năng của loại anion. Chúng có ái lực với protein và cellulose đồng thời có ƣu thế khi phối trộn với các chế phẩm có đặc tính anion. Các chất lƣỡng tính tan trong nƣớc nhƣng tại điểm đẳng điện thì khả năng tan là kém nhất. Chất hoạt động bề mặt loại này có tính tƣơng hợp tốt với các loại chất hoạt động bề mặt khác. Khả năng hoạt động bề mặt của các chất lƣỡng tính thay đổi trong khoảng rộng và phụ thuộc vào khoảng cách giữa các nhóm mang điện, khả năng hoạt động bề mặt cao nhất là tại điểm đẳng điện.[19] Chất hoạt động bề mặt lƣỡng tính rất thích hợp cho da nhờ đặc tính dầu nhẹ, ổn định, thƣờng đƣợc dùng trong các sản phẩm chăm sóc cá nhân và một số sản phẩm làm sạch gia dụng. Một số chất hoạt động bề mặt lƣỡng tính điển hình: - Alkyl amido propyl betain - Alkyl amido propyl sulfobetain - Sulfonat betain - Betain etoxy hóa - Dodecyl betain - Dodecyl dimethylamine oxide - Cocamidopropyl betain - Coco ampho glycinate 1.1.2.2. Chất xây dựng 1.1.2.2.1 Chức năng của các chất xây dựng: Các chất xây dựng là thành phần đƣợc thêm vào chất tẩy rửa để gia tăng hoạt tính tẩy rửa của các chất hoạt động bề mặt. 12 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Phạm Thị Luyến_HD1001 Các chất xây dựng đóng vai trò trung tâm trong suốt quá trình tẩy rửa. Chức năng của chúng khá lớn là làm tăng hoạt tính tẩy rửa và loại bỏ ảnh hƣởng của các ion Ca2+ và Mg2+ có trong nƣớc và đôi khi cũng có trong thành phần chất bẩn và bề mặt nhiễm bẩn. Các chất xây dựng bao gồm một vài loại sau: các hợp chất kiềm nhƣ natri cacbonat và natri silicat, các phức hợp và các chất trao đổi ion. Các chất xây dựng hiện đại phải bao gồm những tính năng sau : - Loại bỏ ảnh hƣởng của các kim loại kiềm thổ từ nƣớc, bề mặt, chất bẩn. - Có khả năng chống tái bám chất bẩn trở lại cao, ngăn cản sự ăn mòn bề mặt nhiễm bẩn. - Phân tán các hạt bẩn hoặc giữ các hạt ở trạng thái lơ lửng trong dung dịch. - Tính năng tẩy rửa tốt các chất màu, các chất béo, thích hợp với các bề mặt khác nhau, cải thiện tính chất của chất hoạt động bề mặt, có đặc tính tạo bọt mong muốn. - Tính thƣơng mại: ổn định hóa học, không hút ẩm, màu và mùi dễ chịu, thích hợp với thành phần khác trong chất tẩy rửa, nguyên liệu dễ kiếm. - Không độc hại cho ngƣời sử dụng. - Về mặt môi trƣờng: phân hủy sinh học tốt, không làm ô nhiễm nƣớc, không gây hại đến các vi sinh vật. - Có tính kinh tế cao. 1.1.2.2.2. Một số chất xây dựng được sử dụng trong chất tẩy rửa - Các chất kiềm: Các chất kiềm nhƣ kali cacbonat và natri cacbonat đã đƣợc sử dụng từ lâu để tăng cƣờng khả năng tẩy rửa. Tác dụng của chúng dựa trên cơ sở là các chất bẩn và vải dễ nhiễm điện âm hơn khi pH tăng lên, kết quả là làm tăng sự đẩy tƣơng hỗ. Các chất kiềm cũng kết tủa các ion nƣớc cứng. Vào đầu thế kỷ 20, trong thành phần của tất cả các chất tẩy rửa (trừ xà bông) đều chứa sođa và silicat, chúng chiếm gần 50% tác dụng tẩy rửa. Những chất này vào những năm 1930 đã đƣợc thay thế bởi Natri monophosphat. Hiện nay các chất tẩy rửa hiện đại sử dụng các hợp chất càng cua (chelat) hay các hợp chất trao đổi ion. - Các tác nhân phức hóa: 13 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Phạm Thị Luyến_HD1001 Một tác nhân phức hoá là một thuốc thử hoá học tạo với ion kim loại thành những hợp chất tan trong nƣớc. Thuật ngữ phức hoá, chelat hoá đƣợc dùng để mô tả phản ứng ấy. Trong dung dịch chất tẩy rửa có nhiều anion có thể kết hợp với canxi hay magie trong nƣớc để tạo thành những muối không hoà tan (kết tủa) không mong muốn. Việc sử dụng các phức hợp có đặc tính riêng do chúng có khả năng hoà tan các chất kết tủa ấy và sau đó tạo thành các phức hợp tan. Trong một dung dịch chất tẩy rửa, các anion kết tủa từ cacbonat, ankylbenzen sulfonat và xà phòng, trong lúc đó các anion phức hợp thì kết tủa từ TTP, pyrophosphate, EDTA… + Các phosphate: Các polyphosphate là những tác nhân phức hóa. Các polyphosphat nhƣ tripolyphosphate (P3O10), pyrophosphate (diphosphate, P2O7) không chỉ là các tác nhân phức hóa rất tốt mà còn có khả năng giữ chất bẩn lơ lửng trong dung dịch tốt. Khi vết bẩn đã bị tách khỏi vải sẽ bị lơ lửng trong dung dịch bởi lực đẩy tĩnh điện, và do đó ngăn vết bẩn bám trở lại bề mặt vải. Dƣới đây là công thức của một số phosphate chính có mặt trong thành phần chất tẩy rửa. O - O O O P O - - O O O P - O - O Orthophosphat O O O P O - Diphosphate O - O P - O O P O - Triphosphate + Phức hợp của các phosphat: 14 O P O - - - Đồ án tốt nghiệp SVTH: Phạm Thị Luyến_HD1001 Phức hợp là các phản ứng hóa học trong đó tác nhân phức hợp tạo cùng với ion kim loại trong dung dịch những hợp chất tan trong nƣớc. Tiêu biểu cho loại này gồm có: pyrophosphat, tripolyphosphat. Cấu trúc hóa học của các phức với Ca nhƣ sau: Với pyrophosphat có công thức nhƣ sau: O - O O O P O P O - O Ca Với tripolyphosphat có hai khả năng về cấu tạo: O - O P O O O O O P O O P O - - Ca O - O P O O O O O P O - P O Ca 15 O - Đồ án tốt nghiệp SVTH: Phạm Thị Luyến_HD1001 Các phosphat là các chất xây dựng rất tốt tuy nhiên chúng có nhƣợc điểm là độc hại, khả năng phân hủy sinh học kém. Ngày nay, các phosphat dần đƣợc thay thế bằng các hợp chất hữu cơ có tác dụng tƣơng đƣơng và thân thiện với môi trƣờng (khả năng phân hủy sinh học tốt). Các aminocacboxylat nhƣ NTA (Nitrilo Tri-Axetic), EDTA (Etylen Diamin TetraAxetic) là những chất tạo phức tốt với hầu nhƣ tất cả các ion kim loại. Hơn nữa chúng rất ổn định về mặt hóa học đối với oxy hóa và khử, và chúng không nhạy cảm với các axit và bazơ. EDTA có khả năng tạo phức tốt nhƣng rất khó phân hủy sinh học trong khi đó NTA thì rất nhanh phân hủy sinh học. + Các tác nhân chính khác về phức hợp: NTA có công thức: CH2COOH N CH2COOH CH2COOH EDTA có công thức: HOOC- CH2 CH2COOH N - CH2- CH2- N CH2COOH HOOC- CH2 Các hydrocacboxylat (axit citric, axit tartric, axit gluconic…) rất thân thiện với môi trƣờng nhƣng khả năng tạo phức của chúng kém hơn các aminocacboxylat. Axit Citric và axit Tartric: CH2COOH HO C OH OH CH CH COOH HCOO CH2COOH EDTMP (Axit Etylen Diamin Tetra Metylen Phosphonic): H2O3P CH2 CH2 PO3H2 CH2 PO3H2 N-CH2-CH2-N H2O3P CH2 16 COOH Đồ án tốt nghiệp SVTH: Phạm Thị Luyến_HD1001 Ngày nay, các chất xây dựng phải đáp ứng đƣợc các yêu cầu ngày càng cao về khả năng phân hủy sinh học cũng nhƣ các chỉ tiêu khác về an toàn đối với ngƣời và sinh vật, phải có hiệu lực tƣơng đƣơng với EDTA và giá thành hợp lý. Hiện nay một trong những sản phẩm chứa phần lớn các điều kiện ấy là MGDA (Methyl Glycine Diaxetic Acid). Phân tử MGDA có thể phân huỷ sinh học. HOOC CH3 H2C N HOOC MGDA CH H2 C CH3 - Các chất trao đổi ion Từ nhiều năm nay, việc sử dụng những chất trao đổi ion trong nhiều sản phẩm tẩy rửa đã gia tăng đáng kể vì những lý do môi trƣờng. Những nguyên liệu mới không tan (các zeolit) là những silico- aluminat natri, nguyên liệu xƣa nhất là zeolit 4A. Zeolit định hình tạo đƣợc do phản ứng của silicat natri với aluminat natri, sau đó đƣợc xử lý nhiệt để đạt đƣợc công dụng mong muốn. Khả năng trao đổi các ion Na+ có trong công thức tùy thuộc vào kích cỡ của các ion và tình trạng hydrat hóa cũng nhƣ nồng độ, nhiệt độ, độ pH theo thời gian. Các ion Ca đƣợc trao đổi nhanh hơn các ion Mg, tƣơng tự với các ion khác nhƣ: Pb, Cu, Ag, Zn, Hg. Công thức zeolit A là: Na12 (AlO2)12 (SiO2)12.27H2O OAl O Si SiO O OAl Al - SiO OAl O Si O OAl 1.1.2.3. Các phụ gia Các chất phụ gia đƣợc đƣa vào thành phần chất tẩy rửa với mục đích cải thiện, tạo ra một số tính chất chất tẩy rửa. Trong thành phần chất tẩy rửa thƣờng đƣợc đƣa vào một số loại phụ gia nhƣ sau: 1.2.3.1. Tác nhân chống tái bám Đối với chất tẩy rửa thì ngoài yêu cầu có khả năng tẩy rửa tốt thì khả năng chống tái bám trở lại là một vấn đề đáng quan tâm. 17 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Phạm Thị Luyến_HD1001 Chống lại sự tái bám trở lại có thể thực hiện bằng các lựa chọn cẩn thận rất nhiều các cấu tử trong chất tẩy rửa (chất hoạt động bề mặt và chất xây dựng). Tuy nhiên cũng có thể sử dụng tác nhân chống kết tủa đặc biệt. Hoạt động của những tác nhân này là nó tạo ra sự chống lại hiện tƣợng hấp phụ thuận nghịch, trên các chất kết tủa của chúng kiểm soát sự kết tinh và ngăn không cho chúng lớn tới một cỡ tối ƣu để tránh sự tái bám trở lại của chúng vào vải vóc. Trên các vết dạng hạt chúng gia tăng điện tích âm trong nƣớc giặt tạo một lực đẩy lớn hơn giữa các hạt, qua đó tránh đƣợc sự ngƣng kết dẫn đến sự tái bám trở lại trên vải vóc. Các tác nhân chống tái bám thƣờng sử dụng nhƣ : các ete xenluloza, các copo terephtalat polyetylen (dùng cho vải polyeste)… CH2OCH2CH3 O O OH O Etylhydroxyetylxenluloza O CH2 CH2OH CH2OCH2CH3 O O OH O CH3 O Metylhydroxylpropylxenluloza CH CH2OH O O O C C O CH2CH2 O O O O C C O(CH2CH2) n x Copolyme Polyetylenterephtalat Polyoxyetylenterephtalat 18 y Đồ án tốt nghiệp SVTH: Phạm Thị Luyến_HD1001 1.2.3.2. Phụ gia tẩy trắng: Một số chất bẩn khi dính quá chặt và khi không thể hòa tan hết đƣợc nên phải làm mất màu. Màu của chúng thƣờng có quan hệ đến các cấu trúc electron liên kết yếu của phân tử chất màu. Chất tẩy trắng tấn công vào các cấu trúc đó. Ngƣời ta sử dụng các chất oxy hóa mạnh nhƣ oxy và clo để làm việc đó. Khi các chất màu bị phân hủy, ngƣời ta sẽ không thể phát hiện ra chúng - Các peroxit vô cơ :tiêu biểu là hydroperoxit, natri perborat, natri percabonat. + Hydroperoxit là một chất lỏng trong suốt, nhớt hơn một chút so với nƣớc, có các thuộc tính oxy hóa mạnh và vì thế là chất tẩy trắng mạnh đƣợc sử dụng nhƣ là chất tẩy uế, cũng nhƣ làm chất oxy hóa. Hydroperoxit có thể phân hủy tự nhiên thành nƣớc và oxy. Thông thƣờng nó phản ứng nhƣ là một chất oxi hoá, nhƣng có nhiều phản ứng trong đó nó phản ứng nhƣ là chất khử, giải phóng ra oxy nhƣ là phụ phẩm. Nó cũng rất nhanh chóng tạo ra các peroxit vô cơ và hữu cơ. Trong quá trình tẩy, H2O2 phân ly thành H+ vaf HOO-, chính HOO- phân hủy cho ra một nguyên tử oxy. Nguyên tử oxy này ghép vào liên kết đôi của chất màu, phá hủy cấu trúc màu và do đó tẩy trắng vải. Phản ứng này diễn ra trong môi trƣờng kiềm. Vải cotton bị phá hủy khá mạnh trong điều kiện này. Các chất kích hoạt và chất ổn định đƣợc đƣa vào để kiểm soát quá trình tẩy trắng. + Natri perborat : là các tinh thể trắng dạng bột, tan trong nƣớc ở nhiệt độ thƣờng. Khi hòa tan trong nƣớc sẽ tạo ra hydroperoxit. Trong thực tế thƣờng sử dụng dung dịch 1% ở pH 10. 4NaBO2.H2O2 + 3H2O → NaB4O7 + H2O2 + 2NaOH + Natri percabonat Na2CO3.3H2O2 : Nhờ những cải tiến mới đây về độ bền cũng nhƣ về giá cả và tính năng môi trƣờng, percacbonat đã thay thế cho perborat trong nhiều sản phẩm giặt rửa. Dung dịch 1% của natri percabonat có pH 10,5. Nó bị phân hủy ở nhiệt độ trên 20°C tạo ra natri cacbonat và hydroperoxit. - Các peroxit hữu cơ : Các peraxit chứa các nhóm –OOH có khả năng tẩy trắng cao hơn hydro peroxit thƣờng đƣợc đƣa vào sản phẩm tẩy rửa. 19