Tài liệu Tiểu luận lịch sử phát triển và ứng dụng của xà phòng và chất tẩy rửa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Viện kỹ thuật hóa học ⁘⁘⁘ TIỂU LUẬN HÓA SINH ĐỀ TÀI: Lịch sử phát triển và ứng dụng của xà phòng và chất tẩy rửa Hà Nội Xà phòng và chất tẩy rửa MỤC LỤC MỞ ĐẦU...............................................................................................1 I. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN.................................................................3 II. PHÂN LOẠI, CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG..............................................5 1. 2. Phân loại...........................................................................................................5 1.1. Theo mục đích sử dụng:.............................................................................5 1.2. Theo nguồn gốc:........................................................................................5 Cơ chế tác động................................................................................................5 III. XÀ PHÒNG VÀ CHẤT TẨY RỬA TỔNG HỢP..........................7 1. 2. Xà phòng..........................................................................................................7 1.1. Công thức:.................................................................................................8 1.2. Thành phần:...............................................................................................8 1.3. Sản xuất.....................................................................................................9 1.4. Tính độc hại với môi trường, hạn chế của xà phòng................................11 Chất tẩy rửa tổng hợp:....................................................................................11 2.1. Phân loại:.................................................................................................12 2.2. Nguyên liệu..............................................................................................13 2.3. Quy trình sản xuất....................................................................................14 2.4. Ưu điểm so với xà phòng, hạn chế với môi trường..................................15 3. sự khác nhau giữa xà phòng và chất tẩy rửa...................................................17 4. Một số nét về enzym sử dụng trong các chất tẩy rửa......................................17 IV.ỨNG DỤNG XÀ PHÒNG, CHẤT TẨY RỬA............................19 V. KẾT LUẬN:..................................................................................21 VI.TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................23 Xà phòng và chất tẩy rửa MỞ ĐẦU Từ xa xưa, con người đã biết sử dụng các chất có khả năng tẩy rửa từ thiên nhiên như tro, trấu, bồ kết, quả bồ hòn, chanh, muối,… để vệ sinh đồ vật. Các bằng chứng khảo cổ học còn cho thấy xà phòng còn được sử dụng từ những năm 2800 trước công nguyên. Theo thời gian, cùng với sự phát triển của con người, các sản phẩm tẩy rửa đã dần được phát hiện và phát triển. Xã hội ngày nay đang ngày càng phát triển,song song với đó là nhu cầu tăng cao về vật chất và tinh thần. Xà phòng và chất tẩy rửa là thứ không thể thiếu trong cuộc sống hằng ngày. Nó xuất hiện hầu như trong mọi công việc, trong đời sống sinh hoạt hay trong quy mô công nghiệp. Xà phòng và chất tẩy rửa là các chất khi hòa tan trong nước có khả năng loại bỏ bụi bẩn khỏi các bề mặt như da người, hàng dệt may và các chất rắn khác.Từ thời xa xưa con người đã biết cách sử dụng và sản xuất xà phòng... Xã hội ngày nay đang càng phát triển, do nhu cầu đáp ứng ngày càng tăng. Trước đây, xà phòng được dùng để tẩy rửa, giặt giũ, nhưng với một số nhược điểm như không thể giặt trong nước có chứa hàm lượng Ca và Mg cao, có thể gây hư hại cho sản phẩm mà chất tẩy rửa tổng hợp ngày càng được phát triển. Yêu cầu về chất lượng, nguyên liệu chế tác xà phòng và những yêu cầu không thể đáp ứng được cho đến năm 1916, khi các chất tẩy rửa tổng hợp đầu tiên được phát trển ở Đức để đáp ứng cho cuộc chiến tranh thế giới thứ nhất – liên quan đến sự thiếu hụt chất béo để làm xà phòng, dùng để tẩy rửa và làm sạch các vật dụng, chúng được “tổng hợp” hoặc kết hợp từ các nguyên liệu hóa chất khác. Xà phòng, chất tẩy rửa có mặt hầu như trong tất cả các công việc trong cuộc sống như tắm gội, rửa tay, nước tẩy rửa chén bát, bột giặt,.... có thể loại bỏ vi khuẩn, vết bẩn một cách nhanh chóng. Cho đến ngày nay, xà phòng và chất tẩy rửa, các sản phẩm xà phòng và chất tẩy rửa ngày càng được cải biến và đưa vào các mục đích sử dụng khác nhau. Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ, các nhà khoa học đã điều chế ra nhiều loại hóa chất tẩy rửa phục vụ đời sống con người có tác dụng nhanh chóng và mạnh mẽ hơn, ngoài ra hiện nay các sản phẩm chất tẩy rửa còn được bổ sung enzym có hoạt tính tẩy cao mà không gây hại cho da tay và môi trường. Trong xã hội hiện đại ngày nay, xà phòng còn được cải biến có tác dụng chăm sóc da, loại bỏ vi khuẩn, các chất tẩy rửa có thể tẩy trắng, màn lại nhiều sự hữu ích. Xu thế hiện tại là, để bảo vệ môi sinh, người ta thiên về sản xuất và sử dụng các CHẤT TẨY 1 Xà phòng và chất tẩy rửa RỬA với các phụ gia dễ bị phân huỷ sinh học, ít độc. Xà phòng và chất tẩy rửa có thể được đánh giá là không thể thiếu trong cuộc sống hằng ngày. Với các lý do đó em xin trình bày đề tài “nguồn gốc và ứng dụng của xà phòng và chất tẩy rửa” 2 Xà phòng và chất tẩy rửa I. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Có nhiều truyền thuyết khác nhau xung quanh nguồn gốc của xà phòng. Theo truyền thuyết La Mã, xà phòng (Soap) được đặt theo tên của núi Sapo, một địa danh cổ xưa nơi người ta thực hiện nghi lễ hiến tế động vật. Sau nghi lễ hiến tế động vật, mưa làm rửa trôi mỡ và tro củi dưới bàn thờ xuống bờ sông. Những phụ nữ giặt giũ quần áo trên sông nhận thấy nếu họ giặt quần áo tại một số nơi nhất định trên sông sau mỗi cơn mưa to, thì quần áo sạch hơn rất nhiều. Điều này có thể lý giải là tro củi chứa kiềm sau khi kết hợp với chất béo của mỡ động vật gặp nước mưa gây ra phản ứng xà phòng hóa, tạo ra xà phòng. Đó chính là nguồn gốc xuất hiện của xà phòng. Một chất liệu giống như xà phòng có trong các trụ đất sét được tìm thấy trong quá trình khai quật thành cổ đại Babylon là bằng chứng cho thấy việc sản xuất xà phòng được biết đến từ 2800 năm trước công nguyên. Chữ khắc trên các trụ đất sét mô tả rằng chất béo được nấu cùng tro củi là một phương pháp làm xà phòng. Vào thế kỷ thứ hai, sau công nguyên, các thầy thuốc Hy Lạp đề nghị dùng xà phòng cho hai mục đích là chữa bệnh và làm vệ sinh.Mãi cho đến thế kỷ thứ 7, thợ làm xà phòng bắt đầu xuất hiện tại Tây Ban Nha và Ý, tại đó người ta làm xà phòng từ mỡ dê và tro than gỗ sồi. Cùng thời kỳ đó, người Pháp sử dụng dầu Olive để làm xà phòng. Cuối cùng nước hoa được biết đến, và bắt đầu xuất hiện các loại xà phòng chuyên dùng cho tắm, gội, cạo râu, giặt giũ. Đến đầu thế kỷ 19, sản xuất xà phòng là một trong những ngành công nghiệp phát triển nhanh nhất ở Mỹ. Nông dân Mỹ làm xà phòng tự chế, sử dụng một quy trình có từ thời thuộc địa. Họ tích trữ tro củi tận dụng sau khi đun nấu trong nhiều tháng. Khi nào đủ chất béo còn dư thừa sau mỗi lần mổ lợn, họ sẽ làm xà phòng. Khoa học sản xuất xà phòng hiện đại ra đời khoảng 20 năm sau với phát hiện của Michel Eugene Chevreul (một nhà hóa học người Pháp khác) về bản chất hóa học và mối quan hệ của chất béo, glycerine và axit béo. Các nghiên cứu của ông đã thiết lập nền tảng cho cả hóa học chất béo và xà phòng. Hóa học của sản xuất xà phòng về cơ bản vẫn giữ nguyên cho đến năm 1916, để đáp ứng cho sự thiếu hụt chất béo liên quan đến Thế chiến I trong sản xuất xà phòng, chất tẩy rửa đầu tiên đã được tổng hợp tại Đức. Chất tẩy rửa tổng hợp là sản phẩm giặt 3 Xà phòng và chất tẩy rửa và làm sạch mà không cần xà phòng, chúng được tạo ra từ các loại hóa chất hoặc kết hợp hóa học từ nhiều loại nguyên liệu thô.Sản xuất chất tẩy rửa gia dụng ở Bắc Mỹ cũng bắt đầu vào những năm 1930, nhưng không phổ biến cho đến sau Thế chiến II. Do chiến tranh các nguồn cung cấp chất béo và dầu bị gián đoạn cũng như nhu cầu của quân đội về một chất tẩy rửa có thể sử dụng trong nước biển giàu khoáng chất và trong nước lạnh đã tiếp tục kích thích nghiên cứu về chất tẩy rửa. Các chất tẩy rửa đầu tiên được sử dụng chủ yếu để rửa tay và giặt các loại vải tốt. Bước đột phá trong việc phát triển các chất tẩy rửa cho mục đích giặt đa năng xuất hiện vào năm 1946, khi chất tẩy rửa được chế tạo có chứa chất kết hợp chất hoạt động bề mặt và các chất phụ gia khác được giới thiệu ở Hoa Kỳ. Chất hoạt động bề mặt là thành phần làm sạch cơ bản của sản phẩm tẩy rửa, trong khi đó chất phụ gia giúp chất hoạt động bề mặt hoạt động hiệu quả hơn. Các hợp chất photphat được sử dụng làm chất phụ gia trong các chất tẩy rửa đã cải thiện đáng kể hiệu suất, làm chúng thích hợp hơn để làm sạch các đồ giặt bẩn. Đến năm 1953, doanh số bán chất tẩy rửa ở Hoa Kỳ đã vượt qua cả xà phòng. Bây giờ các chất tẩy rửa có tất cả trừ các sản phẩm dựa trên xà phòng để giặt, rửa chén và làm sạch hộ gia đình. Chất tẩy rửa (một mình hoặc kết hợp với xà phòng) cũng được tìm thấy trong nhiều thanh và chất lỏng được sử dụng để làm sạch cá nhân. Kể từ những thành tựu ban đầu về hóa chất tẩy rửa và hóa chất phụ trợ, hoạt động sản xuất tiếp tục tập trung vào phát triển các sản phẩm làm sạch hiệu quả và dễ sử dụng, cũng như an toàn cho người tiêu dùng và môi trường. Hình 1: Những người phụ nữ đang nấu xà phòng 4 Xà phòng và chất tẩy rửa I. PHÂN LOẠI, CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG 1. Phân loại 1.1. Theo mục đích sử dụng:  Hóa chất tẩy rửa sinh hoạt  Hóa chất tẩy rửa công nghiệp 1.2. Theo nguồn gốc:  Chất giặt rửa thiên nhiên: bồ kết, bồ hòn,...  Chất giặt rửa nhân tạo (xà phòng) : là este của natri hoặc kaki với các axit béo  Chất giặt rửa tổng hợp: được tổng hợp từ các giai đoạn của quá trình dầu khí 2. Cơ chế tác động Nước là chất lỏng thường được sử dụng để làm sạch, nó có một tính chất gọi là sức căng bề mặt. Mỗi phân tử nước đều được bao quanh và thu hút bởi các phân tử nước khác. Tuy nhiên, ở bề mặt, những phân tử đó được bao quanh bởi các phân tử nước khác chỉ ở phía mặt trên. Một lực căng được tạo ra khi các phân tử nước ở bề mặt được kéo vào phía trong nước. Sự căng này làm cho nước nổi lên trên các bề mặt (thủy tinh, vải), làm chậm ướt bề mặt và ức chế quá trình làm sạch.Chất nhờn, dầu mỡ là những chất bẩn không phân cực. Chúng không tan trong nước, vì vậy chỉ riêng nước sẽ không thể loại bỏ hết các chất bẩn này. Nếu cho thêm xà phòng hoặc chất tẩy rửa vào đó.Chất tẩy rửa sẽ là những chất khi cho vào trong nước có khả năng loại bỏ chất bẩn. Chúng làm sạch các chất bẩn theo ba cách sau: làm giảm sức căng bề mặt của nước, làm cho nước tràn đều thay vì tạo thành những giọt trên bề mặt, khiến các phần tử mỡ tan được trong nước và giữ cho hạt bụi bẩn đã được tách ra lơ lửng trong nước. Chúng làm sạch các vết bẩn dầu mỡ thông qua các phân tử được gọi là phân tử chất tẩy rửa. Phân tử chất tẩy rửa (hình 2) là một phân tử lớn chứa một mạch hydrocacbon dài không phân cực gắn với một nhóm chức phân cực tại một đầu của phân tử. Chúng hoạt động bằng cách làm cho đuôi ưa dầu thâm nhập vào vết dầu bẩn, đầu ưa nước hướng ra ngoài các phân tử nước. Kết quả là vết dầu bị chia thành những hạt rất nhỏ được giữ 5 Xà phòng và chất tẩy rửa chặt bởi các phân tử của chất tẩy rửa. Trong nước các phân tử này co cụm vào với nhau để tạo thành các micelle. Các micelle sẽ giữ cho các giọt dầu mỡ hoặc chất bẩn lơ lửng trong nước. Đầu phân cực (Đầu ưa nước) Đuôi không phân cực (Đuôi kị nước) Hình 2: phân tử chất tẩy rửa Micelle Là một nhóm hình cầu của các phân tử chất tẩy rửa ở trong nước. Các phân tử dầu mỡ, chất bẩn được bao bọc trong các phân tử chất tẩy rửa. Do lực hút giữa các đầu ưa nước của phân tử chất tẩy rửa với các phân tử nước kéo chất tẩy rửa ra cùng các vết bẩn dầu mỡ. Một micelle được hình thành khi vết dầu mỡ hoặc chất bẩn được kéo ra khỏi bề mặt. Các micelle sẽ giữ cho các giọt chất bẩn lơ lửng trong nước và không bám vào bề mặt vật và bị nước rửa trôi đi. Phân tử chất tẩy Phân tử chất Hình 3: Micelle 6 Xà phòng và chất tẩy rửa Hình 4: Cơ chế tác động II.XÀ PHÒNG VÀ CHẤT TẨY RỬA TỔNG HỢP Chất tẩy rửa là những chất khi cho vào trong nước có khả năng loại bỏ các chất bẩn. Tùy thuộc vào các phân tử tẩy rửa khác nhau mà chúng ta phân biệt hai loại là xà phòng và chất tẩy rửa tồng hợp. Xà phòng là một loại chất tẩy rửa tuy nhiên có rất nhiều loại chất tẩy rửa không phải là xà phòng. 1. Xà phòng Hình 5: Các bánh xà phòng Là một loại chất tẩy rửa. Nó là muối của Natri hoặc Kali với một axit cacboxilic mạch dài, như axit octadecanoic, acid pamitic, acid oleic. Là sản phẩm của phản ứng xà phòng hóa. Xà phòng là muối natri hoặc kali tan trong nước của axit béo. Xà phòng được làm từ chất béo và dầu, hoặc axit béo của chúng, bằng cách xử lý chúng bằng hóa chất với một chất kiềm mạnh. 7 Xà phòng và chất tẩy rửa 1.1. Công thức: C17H35COONa – Natri stearat Hình 6: Một số phân tử xà phòng 1.2. Thành phần:  Nguyên liệu và phụ gia Nguyên liệu chính để sản xuất xà phòng là chất béo và kiềm. Các chất béo và dầu được sử dụng trong sản xuất xà phòng đến từ các nguồn động vật hoặc thực vật. Mỗi chất béo hoặc dầu được tạo thành từ một hỗn hợp đặc biệt của một số chất béo khác nhau.Trong một phân tử chất béo, ba phân tử axit béo được gắn vào một phân tử glycerine. Có nhiều loại chất béo, mỗi loại bao gồm sự kết hợp đặc biệt của các axit béo.  Kiềm Natri hydroxit (NaOH) được sử dụng làm kiềm xà phòng hóa cho hầu hết các loại xà phòng hiện được sản xuất. Xà phòng cũng có thể được sản xuất vớikiềm kali hydroxit(KOH). Xà phòng kali hòa tan trong nước nhiều hơn xà phòng natri, ở dạng cô đặc, được gọi là xà phòng mềm. Xà phòng kali được sản xuất ở các nồng độ khác nhau để sử dụng kết hợp với xà phòng natri trong các sản phẩm cạo râu và trong ngành dệt may. Một số vật liệu kiềm hầu như có mặt trong xà phòng giặt, có chức năng làm tăng chất tẩy rửa. Quan trọng nhất là natri silicat , natri cacbonat, natri perborate, và các loại photphat khác nhau.  Chất béo và dầu Nguyên liệu béo để sản xuất xà phòng bao gồm dầu động vật và thực vật, chất béo hoặc axit béo, cũng có thể sử dụng sản phẩm phụ của ngành công nghiệp giấy và cellulose, như nhựa thông và dầu cao. Bốn nhóm nguyên liệu thô này có thể được phân biệt theo tính chất của các sản phẩm xà phòng mà chúng mang lại: 8 Xà phòng và chất tẩy rửa Mỡ động vật, mỡ rác, dầu thực vật và dầu biển có độ nóng chảy cao, và dầu cọ. Những chất béo này tạo ra xà phòng tạo ít bọt trong nước lạnh, nhiều hơn trong nước ấm; nhẹ trên da; và làm sạch tốt. Đây là nhóm chất béo hàng đầu được sử dụng trong ngành công nghiệp xà phòng quốc tế, chiếm vị trí quan trọng nhất. Chất béo rắn tạo ra xà phòng rửa nhanh bao gồm dầu dừa, dầu hạt cọ. Những chất béo này không bị ảnh hưởng nhiều bởi chất điện giải, như muối; do đó, chúng thích hợp để sản xuất xà phòng biển, ngâm trong nước biển. Đây là nhóm chất béo xà phòng quan trọng thứ hai, với dầu dừa được sử dụng nhiều nhất. Dầucho ra xà phòng có độ mềm, chẳng hạn như dầu ô liu, dầu đậu nành và dầu lạc, dầu hạt lanh. Những loại dầu này dễ dàng trải qua những thay đổi trong không khí hoặc ánh sáng hoặc trong quá trình bảo quản, xà phòng làm từ chúng có thể bị ôi và đổi màu. Nhựa thông và dầu cao (sản phẩm phụ của sản xuất bột gỗ hóa học) là một nhóm. Nhựa thông được sử dụng trong xà phòng giặt, xà phòng ít tốn kém và xà phòng đặc biệt trong các ngành công nghiệp khác nhau. Dầu cao chủ yếu được sử dụng trong xà phòng lỏng. Axit béo là thành phần của chất béo và dầu được sử dụng trong sản xuất xà phòng. Chúng là các axit yếu bao gồm hai phần: một chuỗi hydrocarbon mạch thẳng dài có thể no hoặc không no gắn vào nhóm axit cacboxylic (COO-). . (a) (b) Hình 7: (a): một phân tử chất béo (b): một số axit béo Các chất khác cũng được thêm vào chẳng hạn như chất tạo mùi thơm, chất dưỡng da,.... thường được thêm vào để có được các đặc tính cụ thể cho các loại xà phòng 9 Xà phòng và chất tẩy rửa 1.3. Sản xuất Vẫn được sử dụng rộng rãi bởi các nhà sản xuất vừa và nhỏ là quá trình đun sôi cổ điển. Mục tiêu của nó là sản xuất bánh xà phòng trong điều kiện tinh khiết, không chứa glycerin. Các bánh xà phòng là nguyên liệu ban đầu để tạo ra các thanh, vảy, hạt và bột. Quá trình đun sôi được tiến hành theo một loạt các bước, quá trình nấu được thực hiện trong nhữngnồi nấu to. Đầu tiên, chất béo được nấu chảy trong các nồi nấu và dung dịch kiềm được thêm vào dần dần. Toàn bộ hỗn hợp sau đó được đun sôi với hơi nước mở từ các ống được đặt trong nồi. Phản ứng xà phòng hóa diễn ra, hỗn hợp dần dần dày lên hoặc nhũ hóa khi kiềm phản ứng với chất béo để tạo ra xà phòng và glycerin. Để tách glycerin khỏi xà phòng, hỗn hợp được xử lý bằng nước muối. Chúng sẽ tách thành 2 lớp; lớp trên là một khối xà phòng không tinh khiết và lớp dưới bao gồm dung dịch muối với glycerin hòa tan trong đó. Cơ sở của việc loại bỏ glycerin dựa trên độ hòa tan của glycerin và tính không tan của xà phòng trong dung dịch muối. Dung dịch muối chứa kiềm, , được chiết xuất từ đáy nồi sau đó được xử lý để thu hồi glycerin. Khối xà phòng lớp trên sau khi xử lý bằng nước muối có chứa bất kỳ chất béo còn dư chưa phản ứngcùng với bụi bẩn và chất màu có trong dầu gốc sẽ được tiếp tục xử lý bằng dung dịch kiềm mạnh. Dung dịch kiềm mạnh được thêm vào hỗn hợp, sau đó được đun sôi để loại bỏ chất béo tự do cuối cùng. Sau đó sản phẩm được sử lý với nước muối lần nữa để thu lấy xà phòng. Sau khi hoàn thành quá trình sản xuất, các sản phẩm xà phòng được xử lý tùy theo mục đích sử dụng. Như xà phòng giặt, khối xà phòng được làm mát sau đó cắt theo kích thước và đóng dấu. Nếu là xà phòng vệ sinh, sản phẩm sẽ được xử lý bằng nước hoa, thêm màu sắc, hoặc các chất siêu mịn. Hay như xà phòng thuốc thường là xà phòng vệ sinh có chất phụ gia đặc biệt là clo hóa phenol, dẫn xuất xylenol và các hợp chất tương tự được thêm vào để tạo ra tác dụng khử mùi và khử trùng. Hoặc kem cạo râu dựa trên sự kết hợp xà phòng kali và natri. 10 Xà phòng và chất tẩy rửa Hình 8 : phương trình phản ứng xà phòng hóa 1.4. Tính độc hại với môi trường, hạn chế của xà phòng Xà phòng tạo thành cặn và kết tủa trong nước cứng. Trong cuộc sống sinh hoạt có thể để lại một vòng cặn xung quanh bồn tắm, cặn trắng trên dụng cụ thủy tinh và các kết tủa dính trong nước rửa của bồn giặt. Nếu sử dụng để gội đầu tóc có thể xỉn màu, không bóng sau khi gội đầu, các đốm vàng xuất hiện sau khi giặt ủi nếu sử dụng nhiều xà phòng trong gia đình. Tất cả những hiện tượng này chỉ ra một khiếm khuyết nghiêm trọng của xà phòng.Mặc dù xà phòng là một chất làm sạch tốt, nhưng hiệu quả của nó bị giảm khi sử dụng trong nước cứng. Độ cứng trong nước là do sự hiện diện của các muối khoáng như canxi (Ca) và magiê (Mg) và đôi khi là sắt (Fe) và mangan (Mn). Các muối khoáng phản ứng với xà phòng tạo thành kết tủa không hòa tan. Xà phòng cũng phản ứng với gốc axit của các hợp chất axit để tạo thành cặn, thành màng khó rửa sạch.Hay ngay cả khi quần áo được giặt trong nước mềm, một số khoáng chất có trong đất bám trên quần áo cũng có thể tạo kết tủa khi giặt. Hơn nữa, các phân tử xà phòng cũng không thể thích nghi với nhiều loại sợi, nhiệt độ giặt và điều kiện nước ngày nay. Tuy nhiên, xà phòng được tạo từ các acid béo có mạch C thẳng, chúng dễ bị phân hủy bởi các vi sinh vật, vì vậy chúng an toàn với môi trường. 2. Chất tẩy rửa tổng hợp: 11 Xà phòng và chất tẩy rửa Hình 9: một số chất tẩy rửa tổng hợp Các chất tẩy rửa tổng hợp là các chất được sản xuất từ các sản phẩm phụ của quá trình tinh chế dầu mỏ. Chúng có tính chất giặt rửa tương tự như xà phòng nhưng chúng không phải là xà phòng do chúng có phân tử chất tẩy rửa khác với xà phòng. 2.1. Phân loại:  Chất tẩy rửa anion Trong số các chất tẩy rửa tổng các loại hoạt tính anion là quan trọng nhất. Phân tử của chất tẩy tổng hợp có hoạt tính anion là một chuỗi carbon dài mà một nhóm sulfo (―SO 3 ) được gắn vào, tạo thành phần tích điện âm (anion). Chuỗi carbon này phải có cấu trúc sao cho một nhóm sulfo có thể được gắn dễ dàng. Chất tẩy rửa anion điển hình là các alkyl benzensulfonate. Hình 10: một số phân tử chất tẩy rửa tổng hợp  Chất tẩy rửa không ion Các chất tẩy rửa không ion quan trọng nhất thu được bằng các hợp chất ngưng tụ có nhóm phân tử kỵ nước, thường là nhóm hydroxyl (OH), hoặc oxit ethylen, oxit propylen. Các hợp chất thông thường nhất là alkylphenol hoặc rượu chuỗi dài có nhóm hydroxyl ở cuối phân tử. Các chất tẩy rửa không ion khác được ngưng tụ từ axit béo và amin hữu cơ. Chúng rất quan trọng như chất ổn định bọt trong các chế phẩm tẩy rửa và dầu gội lỏng. 12 Xà phòng và chất tẩy rửa Hình 11: nonyl phenol – một loại chất tẩy rửa không ion.  Chất tẩy cation Các chất tẩy cation tương tự như các chất anion, với thành phần ưa nước, nhưng, thay vì nhóm sulfonate anion, các chất hoạt động bề mặt cation có amoni bậc 4 trung tâm amoni tích điện dương. Hình 12: diethyl ester dimethyl amonium clorua 2.2. Nguyên liệu Các chất hoạt động bề mặt là thành phần làm sạch cơ bản của một sản phẩm tẩy rửa.Ngoài ra để tăng hiệu quả tẩy rửa, làm sạch chất tẩy rửa còn thêm các phụ gia khác như chất là trắng, chất trợ màu, chất thơm,... Chất tẩy rửa là một sản phẩm làm sạch hiệu quả vì nó chứa một hoặc nhiều chất hoạt động bề mặt. Do tính chất hóa học, các chất hoạt động bề mặt được sử dụng trong chất tẩy rửa có thể được thiết kế để hoạt động tốt trong nhiều điều kiện khác nhau. Các chất hoạt động bề mặt như vậy ít bị ảnh hưởng hơn xà phòng khi gặp các khoáng chất trong nước cứng và hầu hết sẽ không tạo thành màng, cặn. Các chất hoạt động bề mặt chất tẩy rửa được phát triển để đáp ứng sự thiếu hụt chất béo và dầu động vật và thực vật trong Thế chiến I và Thế chiến II. Vào thời điểm đó, dầu mỏ được tìm thấy là một nguồn dồi dào để sản xuất các chất hoạt động 13 Xà phòng và chất tẩy rửa bề. Ngày nay, chất hoạt động bề mặt trong chất tẩy rửa được làm từ các sản phẩm phụ của quá trình hóa dầu hoặc các hóa chất có nguồn gốc từ chất béo và dầu. Một số chất hoạt động bề mặt được sử dụng: tri phosphat (tripolyphosphat TPP), EDTA (etylen Diamin Tetra-acetat), NTA (Nitrilo Tri-acetic) … EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid) hoặc muối natri của nó có đặc tính kết hợp với các ion kim loại nhất định để tạo thành một phức hợp phân tử ion kim loại như magie, canxi.. để nó không còn thể hiện tính chất ion. Do đó, trong nước cứng, các ion canxi và magiê bị bất hoạt, và nước được làm mềm hiệu quả. EDTA có thể tạo thành các phức tương tự với các ion kim loại khác. Ngoài ra trong các sản phẩm tẩy rửa còn có các thành phần phụ khác như: Chất mài mòn Các khoáng chất không hòa tan trong nước như bột talc (magie silicate), silica, đá cẩm thạch, đá bọt, phấn, , thạch anh và cát thường được nghiền thành bột và thêm vào công thức chất tẩy rửa tổng hợp . Chất mài mòn có tính chất hữu cơ, như mùn cưa, cũng được sử dụng. Chất tẩy trắng quang học Là một phần không thể thiếu của tất cả các loại bột giặt, chất làm sáng quang học là thuốc nhuộm được hấp thụ bởi sợi dệt từ dung dịch nhưng sau đó không được loại bỏ trong quá trình giũ. khiến sợi quang phản xạ một tỷ lệ lớn hơn của ánh sáng khả kiến và làm cho nó trông sáng hơn. 2.3. Quy trình sản xuất Các hợp chất hữu cơ (rượu béo hoặc alkylbenzene) được chuyển thành chất tẩy rửa hoạt động bề mặt anion bằng quá trình sunfo hóa. Sự khác biệt giữa chúng là chất tẩy được sản xuất từ rượu béo có nhóm phân tử sulfate (―OSO 3Na) và chất tẩy được sản xuất từ một loại alkylbenzene có nhóm sulfonate (―SO3Na) gắn trực tiếp vào vòng benzen. Lưu huỳnh trioxide dạng khí hiện được sử dụng rộng rãi để gắn nhóm sulfonate hoặc sulfate. 14 Xà phòng và chất tẩy rửa Hình 13:phản ứng sunfo hóa Số lượng lớn nhất của chất tẩy rửa tổng hợp được tiêu thụ trong gia đình dưới dạng bột sấy phun. Chúng được sản xuất từ dung dịch nước bùn , được chuẩn bị liên tục hoặc theo lô và có chứa tất cả các thành phần phụ gia. Một số vật liệu kiềm được cho vào có tác dụng làm tăng hoạt động tẩy rửa. Quan trọng nhất là natri silicat, natri cacbonat và các loại photphat khác nhau. Bùn được nguyên tử hóa trong nhiệt để loại bỏ nước. Do đó, bột thu được bao gồm các hạt rỗng, được gọi là hạt, hòa tan nhanh trong nước. Natri perborate đôi khi được thêm vào các hạt phun khô để tăng khả năng làm sạch bằng quá trình oxy hóa. Enzym cũng có thể được thêm vào để tăng hoạt tính tẩy rửa, giảm bớt ô nhiễm môi trường. Nhiều loại bột giặt hiện đại kết hợp chất tẩy rửa tổng hợp, anion và không ion, với xà phòng để mang lại hiệu tối đa. Chất tẩy bột được sản xuất bằng cách sấy phun, kết tụ, trộn khô hoặc kết hợp các phương pháp này lại với nhau. Trong quy trình sấy phun, các thành phần khô và lỏng trước tiên được kết hợp thành bùn, hoặc huyền phù dày, trong một bể lớn. Bùn được làm nóng và sau đó được bơm lên đỉnh tháp nơi nó được phun qua vòi phun dưới áp suất cao để tạo ra những giọt nhỏ. Các giọt rơi qua một luồng không khí nóng, tạo thành các hạt rỗng khi chúng khô. Các hạt khô được thu thập từ dưới cùng của tháp phun, nơi chúng được sàng lọc để đạt được kích thước tương đối đồng đều. Sau khi các hạt đã được làm lạnh, các thành phần nhạy cảm với nhiệt không tương thích với nhiệt độ sấy phun (như thuốc tẩy, enzyme và hương thơm) được thêm vào và tạo thành sản phẩm. 2.4. Ưu điểm so với xà phòng, hạn chế với môi trường Các chất tẩy rửa tổng hợp thường không bị ảnh hưởng hoặc rất ít bị ảnh hưởng bởi muối hoặc axit kim loại; mặc dù chúng có thể phản ứng hóa học với chúng, các hợp chất thu được có thể hòa tan hoặc vẫn phân tán ở dạng keo trong dung dịch. Các đặc tính hữu ích khác của chất tổng hợp , như độ hòa tan trong nước lạnh và tính linh hoạt 15 Xà phòng và chất tẩy rửa trong công thức, cũng góp phần vào việc thay thế nhanh chóng các sản phẩm xà phòng. Tuy nhiên một tác dụng không mong muốn của các sulfonate alkylbenzene, trái ngược với các chất tẩy rửa tổng hợp có chứa chất béo và cồn, là một lượng lớn bọt mà chúng tạo ra rất khó để loại bỏ. Bọt này vẫn còn tồn tại trên bề mặt nước thải khi nó đi từ các khu dân cư qua cống thoát nước và hệ thống nước thải , sau đó đến sông, và cuối cùng ra biển, bọt sẽ làm chậm quá trình phân hủy sinh học của vật liệu hữu cơ trong nước thải, nó gây ra vấn đề trong hệ thống tái tạo lại nước thải. Chất hoạt động bề mặt Như chúng ta đã thấy, những thứ này đóng một phần quan trọng trong việc giúp nước tấn công và loại bỏ bụi bẩn. Nhưng một khi chúng chảy xuống cống, các chất hoạt động bề mặt vẫn tiếp tục hoạt động: chúng có thể tấn công các loại dầu tự nhiên trong màng nhầy của cá, ngăn chặn mang của chúng hoạt động bình thường và tăng nguy cơ bị tấn công bởi các hóa chất khác trong nước. Một số thành phần chất hoạt động bề mặt (như một chất gọi là nonylphenol ethoxylate hoặc NPE) tạo ra thứ gọi là chất gây rối loạn nội tiết, có thể ảnh hưởng đến sự cân bằng nội tiết tố của động vật (bao gồm cả con người), gây ra nhiều vấn đề sức khỏe và đôi khi thay đổi đặc điểm giới tính của chúng. Mặc dù chất hoạt động bề mặt có thể gây độc cho cá và các sinh vật thủy sinh khác một số còn có thể tồn tại trong môi trường trong nhiều năm mà không bị phân hủy tuy nhiên hầu hết các chất hoạt động bề mặt phân hủy tương đối nhanh trong các nhà máy xử lý nước thải trước khi chúng có thể gây hại cho thế giới tự nhiên. Photphat Ngoài các chất hoạt động bề mặt, trong các thành phần chất tẩy rửa có thể chứa một lượng các photphat làm phụ gia tăng cường hoạt tính tẩy rửa, tẩy trắng,... Khi phốt phát trong chất tẩy rửa xâm nhập vào nước ngọt, chúng có thể hoạt động như phân bón, thúc đẩy sự phát triển của thực vật và động vật nhỏ bé. Vấn đề lớn nhất mà chúng có thể gây ra là sự phát triển rất lớn của tảo, được gọi là sự nở hoa của tảo giết chết sự sống của cá, các sinh vật khác bằng cách giảm oxy trong nước. Với các ưu điểm như không tạo kết tủa khi giặt trong nước cứng, tạo bọt tốt hơn, tính chất tẩy rửa ưu việt hơn xà phòng. Môi trường nước cứng chứa nhiều ion Ca2+ và 16 Xà phòng và chất tẩy rửa Mg2+ làm kết tủa xà bông, giảm bọt. Do đó trong hóa chất tẩy rửa chẳng hạn như bột giặt có chứa các thành phần có tác dụng làm mềm nước như tripolyphosphat (TPP), EDTA (etylen Diamin Tetra-acetat), NTA (Nitrilo Tri-acetic) … Nhưng do các chất tạo phức có chứa photpho sẽ cung cấp dinh dưỡng cho các thực vật sống trong nước nhất là tảo, làm cho chúng phát triển nhanh nên tiêu thụ nhiều O2 hòa tan trong nước vào ban đêm có thể làm cá chết hàng loạt. Ở những nơi sử dụng nước thải để tưới tiêu, bọt cũng là một vấn đề. Nghiên cứu chuyên sâu vào những năm 1960 đã dẫn đến những thay đổi trong các phân tử alkylbenzene sulfonate. Tetrapropylen, có cấu trúc phân nhánh, được thay thế bằng nhóm alkyl bao gồm chuỗi carbon thẳng dễ bị vi khuẩn phân hủy hơn. Các sản phẩm tẩy rửa gia dụng như bột giặt, nước chà sàn, chất tẩy rửa toilet,… đều có chứa hóa chất độc hại như kiềm, axit sunfuric, chlorine, amoniac,… Các chất này bay hơi ở nồng độ đậm đặc, nếu tiếp xúc trong thời gian dài sẽ làm tăng nguy cơ ung thư và ảnh hưởng xấu tới khả năng sinh sản. 3. sự khác nhau giữa xà phòng và chất tẩy rửa Xà phòng Chất tẩy rửa Gồm một nhóm –COONa (hoặc – Có một nhóm –SO3Na (hoặc –SO3K) COOK) gắn với một axit béo có chuỗi gắn với một chuỗi ankyl dài ankyl dài Mất hiệu quả trong nước cứng và nước mặn Có khả năng phân hủy bởi vi sinh vật Có thể sử dụng được trong nước cứng và nước mặn Chứa mạch cacbon phân nhánh không bị phân hủy Tạo kết tủa trong môi trường nước Không tạo kết tủa trong nước cứng cứng Có nguồn gốc từ thiên nhiên như dầu, Là dẫn xuất tổng hợp mỡ động vật Thân thiện với môi trường Các hợp chất này có thể tạo thành bọt dày gây chết vi sinh vật Ví dụ: natri pamitat, natri stearat Ví dụ: axit deoxychoric, natri laury sunfat. 17