Tài liệu Chất hoạt động bề mặt

cách cách ly với ánh sáng, để nơi mát và có thêm chất ức chế. Bảng 2.6: Tính chất vật lý của oxy già Tên Nước oxy già Công thức hóa học H2O2 Ngoại quan Chất lỏng, sánh như siro Độ tan Tan vô hạn trong nước 2.6.2. Các tác nhân tẩy trắng quang học Các chất tẩy quang học có nhiều cấu trúc hóa học khác nhau. Các hệ thống thích hợp nhất được xây dựng từ những cấu trúc thơm hay thơm không đều kết liền với nhau, hoặc trực tiếp, hoặc do trung gian của những cầu ethylene. Ví dụ: Các chất tẩy quang học dùng trong bột giặt là các dẫn xuất của acid 4 –4’- diaminostilben 2,2’ disulfonic với cấu trúc sau: Người ta cũng sử dụng những “chất siêu tẩy quang học” như Tinopal, Blankophore có những đặc tính sau: · Hòa tan ở nhiệt độ lạnh tốt hơn. · Ổn định tốt đối với các tác nhân oxy hóa. · Ổn định tốt đối với ánh sang. · Làm cho bột trắng hơn. 2.7. Các chất xúc tác sinh học Các enzyme đã trở thành một trong những thành phần chính thêm vào công thức tẩy rửa khoảng nửa thập kỷ gần đây, với những lý do sau: · 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. Các enzyme là những hợp chất rất phức tạp chứa nitơ của các loại protein làm xúc tác cho các phản ứng khác nhau trong hóa học vi sinh. Một số phản ứng xảy ra trong các cơ thể sống hữu cơ, nhưng một số khác xảy ra trong các hệ “không sống” ( non- living) như tinh bột chuyển hóa thành đường trong công nghiệp sản xuất thức uống có cồn. Từ những năm 60, người ta đã rất quan tâm đến các loại enzyme dùng trong bột giặt như: · Protease: thủy phân các vết bẩn có nguồn gốc protein. · Lipase: tác động lên các vết dầu mỡ, thủy phân các glycerit không hòa tan. · Amylase: thủy phân các vết bẩn tinh bột. · Cellulase: thủy phân các vết bẩn có nguồn gốc cellulose. Các enzyme cần có một khoảng thời gian để hoạt động và chỉ có thể hoạt động ở nhiệt độ dưới 55oC, ở nhiệt độ cao hơn, chúng sẽ bị phân hủy. Trong các loại enzyme trên thì protease được chú ý nhiều nhất. Bảng 2.7: Những chỉ dẫn về các loại enzyme theo pH và nhiệt độ Enzyme pH Nhiệt độ (oC) Protease: · Alcalaza · Savinaza · Everlaza · Esperaza 7-9.5 9-10.5 9-10.5 10-11.5 10-65 10-65 10-65 40-75 Amylaza: Termamyl · Ban 8-11.5 7-9.5 10-90 10-40 Lipaza: · Lipolase 7-11 5-45 Cellulaza: · Celluzym · Carezym 7-9.5 7-10.5 20-70 20-55 2.8. Các tác nhân chống tái bám Chất chống tái bám thường được sử dụng nhiều nhất là cacboxymetyl xenluloza natri có công thức phân tử : [C6H7O2(OH)2OC2COONa]. CMC Na làm gia tăng các tính chất chống tái bám bằng hai cách: - Làm biến đổi điện tích của những hạt bẩn lơ lửng bằng sự hấp phụ ở giao diện rắn lỏng. - Biến đổi những đặc tính điện lập thể của bề mặt các sợi bằng sự hấp phụ trên vải. Tuy nhiên CMC Na chỉ có hiệu quả với quần áo bằng bông, còn với các loại vải vóc bằng các chất liệu khác người ta thường sử dụng thêm những loại polime chống tái bám khác như polyme của axit acrylic hoặc axit acrylic/maleic. - Lượng CMC Na thường dùng với hàm lượng từ 0,5 - 1% trong công thức. - Đối với các polyme của axit acrylic hoặc axit acrylic/maleic có ba trường hợp: + Nếu bột giặt chứa đủ STPP và sự phân giải của nó kém (10 - 12%) thì không cần thiết sử dụng những polime. Ngược lại, nếu sự phân giải của STPP quan trọng thì cần có từ 0,3 đến 0,5% polime để tránh sự tái bám và bám dính. + Khi người ta muốn giảm tỉ suất STPP vì những lý do môi trường và khi sự phân giải của nó cao, người ta có thể dùng từ 1 - 2% polime. + Với những công thức không có photphat, có nhựa trao đổi ion hoặc tác nhân kết tủa, hàm lượng polime có thể từ 3 - 4% và có thể hơn đối với bột giặt đậm đặc. 2.9. Các tác nhân làm mềm vải Trong quá trình giặt giũ, các sợi vải bị hư hại dần, hình thành thành nên các sợi nhỏ trong vải. Những sợi nhỏ này tạo nên 4 yéu điểm quan trọng là: - Vẻ thô cứng - Các sợi nhỏ này trở thành nơi ưu tiên tàng trữ các loại muối chứa đựng trong nước cứng, hạt bẩn làm xám quần áo. - Chúng có khuynh hướng ngăn cản dung dịch tẩy rửa thấm vào các tác động enzim và do vậy giảm hiệu quả giặt giũ. - Đối với vải màu, các sợi nhỏ làm thay đổi độ phân tán ánh sáng trên bề mặt, màu vải vóc mờ đi. Các chất làm mềm vải được sử dụng trong chất tẩy rửa có tác dụng là: - Chống thô cứng, có thể cảm nhận thấy ngay. - Có khả năng làm trơn bóng, giúp là ủi dễ dàng. Các chất làm mềm vải được sử dụng là: - Distearyl dimetyl amoni clorua - Các este thế bốn lần thuộc axit béo trietanolamin - Este axit béo mono hay di - pentaerylthritol - Aminoamin 2.10. Các chất tạo hương Chức năng của các chất tạo hương (dầu thơm) là át mùi hương căn bản nghĩa là các mùi khó chịu do các nguyên liệu tạo nên sản phẩm cần ướp hương. Các mùi khó chịu này từ các chất cấu tạo hữu cơ của công thức: - Alkyl benzen sulfonat thường ít có mùi, tuy nhiên vài sản phẩm có chất lượng kém có thể sản sinh các mùi dầu lửa. - Chất không ion được cấu tạo bởi rượu béo etoxy hoá có thể sản sinh các mùi mỡ do sự hiện diện một tỉ lệ rượu béo chưa etoxy hoá. Trong vài điều kiện, các rượu béo có thể bị oxy hoá thành aldehyt đặc biệt có mùi và dai dẳng. Sản phẩm tẩy rửa dạng lỏng không nước rất phong phú về chất NI rất khó cho mùi vì tỉ lệ cao chất NI bám lại trên quần áo. - Chất hoạt động bề mặt cationic là những chất phát sinh từ amin có khả năng tạo mùi amin (mùi tanh cá). - Axit béo tham gia trong thành phần cấu tạo xà phòng và vài sản phẩm tẩy rửa dạng lỏng có thể chứa những chất bẩn có mùi đặc biệt. - Một vài enzim và đặc biệt lipaza là cơn ác mộng cho các nhà bào chế dầu thơm vì enzim này phân huỷ mỡ, tiến hành phần lớn công việc của nó trong khi sấy khô. Nếu lúc ấy còn có những cặn bã chất béo (bơ hay sản phẩm từ sữa), các axit béo có dây ngắn được giải phóng và sinh các mùi khó chịu. - TAED chất làm trắng trong bột giặt có thể tạo ra mùi chua dấm. - Các polime đặc biệt là polyvinyl Pytolidon được dùng trong bột giặt để tránh sự chuyển màu cũng có thể là nguồn tạo nên các mùi đặc biệt khó chịu. Các mùi hôi này có thể xuất hiện trong chính sản phẩm hay trên các thực thể màu sản phẩm tẩy rửa đã dùng. Các thực thể này có thể là quần áo mà người ta giặt hay làm. 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. CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1: Để lựa chọn chất hđbm cho chất tẩy rửa cần dựa vào những yếu tố nào? Câu 2: trình bày đặc điểm của loại chất hđbm thường sử dụng trong CTR? Câu 3: Trình bày đặc điểm, phân tích vai trò và cơ chế tác dụng của các loại chất xây dựng gia trong CTR ? Câu 4: Trình bày đặc điểm, phân tích vai trò của chất tăng trắng, tẩy trắng? Câu 5: Trình bày đặc điểm, phân tích vai trò của môi trường kiềm, điện ly? Câu 6: Trình bày đặc điểm, phân tích vai trò của enzim? Câu 7: Trình bày đặc điểm, phân tích vai trò của hương liệu? CHƯƠNG 3: SẢN XUẤT BỘT GIẶT VÀ CÁC SẢN PHẨM TẨY RỬA KHÁC 3.1. Sản xuất xà phòng 3.1.1. Nguyên liệu Tất cả các loại dầu mỡ động vật có thể dùng làm nguyên liệu sản xuất xà bông như: mỡ bò, cừu, heo, dầu dừa, dầu cọ, cao su, dầu đậu phọng, thầu dầu,... Các chất béo và dầu là các triglyxerit là este của axit béo và glyxerol, có công thức là: a) Chất béo được dùng trong sản xuất xà phòng Những chất béo chính được dùng là: - Mỡ (bò và dê cừu) - Dầu dừa - Dầu cọ vỏ (lấy từ vỏ trái cây cọ có chất dầu) - Dầu cọ hạt (được lấy từ hạt của trái cây cọ có dầu) Ở châu Âu và Mỹ, người ta thường dùng chất pha trộn mỡ bò/ dầu dừa. Các dầu cọ vỏ và hạt được dùng nhiều hơn trong các nước sản xuất chất này: châu Phi và Đông Nam Á. Mỗi chất béo được cấu tạo bởi một hỗn hợp các axit béo được tóm lược trong bảng 3.1. Từ đó có thể thấy: - Dầu cùi dừa và dầu cọ (hạt) rất phong phú về C12. - Mỡ và dầu cọ (vỏ) không có C12 nhưng các dây pha trộn với nhau dài hơn (no hay không no). Các xà phòng thường được nấu từ các hỗn hợp cổ điển sau đây: - Mỡ/ Dầu cùi dừa - Mỡ/ dầu cọ hạt - Dầu cọ (vỏ)/ dầu cùi dừa - Dầu cọ vỏ/ dầu cọ hạt Với tỉ lệ 10 đến 40% đối với dầu cùi dừa và dầu cọ hạt (thường xuyên nhất là khoảng 20%) và 60 đến 90% đối với mỡ và dầu cọ vỏ. Ví dụ: nếu lấy một hỗn hợp 80/20 (dầu cọ vỏ/dầu cùi dừa), xà phòng được chế biến từ đó tương ứng với một hỗn hợp các axit béo với sự phân bố như trong bảng 3.2. Bảng 3.2: Phân bổ các axit béo trong hỗn hợp 80/20 (dầu cọ vỏ/dầu cùi dừa) Độ dài dây < C10 C10 C12 C14 C16 C18 C18, 1= C18, 2= % 2 1,3 9,5 4,4 36,6 4,6 32,5 9 Axit béo no có dây ngắn Axit béo no có dây dài Axit béo không no có dây dài Thành phần cấu tạo sẽ đóng một vài trò liên quan đến chất lượng xà phòng đã hoàn chỉnh: ví dụ các axit béo có dây ngắn dễ hoà tan hơn, chịu trách nhiệm về khả năng tạo bọt và làm rát da hơn, nhưng người ta cần phải gìn giữ một mức quân bình nào đó để xà phòng không bị tiêu hao quá nhanh khi sử dụng. Một số đại lượng vật lý đặc trưng cho chất béo: - Chỉ số acid: là số mg KOH dùng để trung hòa 1g chất béo cho biết lượng acid tự do trong dầu mỡ . - Chỉ số xà bông: là số mg KOH dùng để xà phòng hóa 1g chất béo ,nó nói lên thành phần tổng cộng các acid béo .Chỉ số xà bông lớn nói lên thành phần tổng cộng các acid béo. Chỉ số xà bông lớn chứng tỏ có mặt các acid béo ít ngược lại chỉ số xà bông nhỏ chứng tỏ acid béo lớn hoặc có chứa những chất không xà phòng hóa. VD: Chỉ số xà phòng hóa mỡ bò là 226, dầu dừa 245 - 246. b) Xử lý các nguyên liệu hữu cơ Trước khi được sử dụng để sản xuất xà phòng, các nguyên liệu thô phải qua một quy trình kép: - Giai đoạn tẩy trắng - Giai đoạn khử mùi. Sự tẩy trắng dầu Sự tẩy trắng các loại dầu được tiến hành trong giai đoạn đầu. Trước tiên, người ta đun nóng các loại dầu này ở nhiệt độ cao (900C) dưới chân không để sấy chúng. Chân không giúp dầu không hư hại do oxi hoá. Khi nước đã bị loại ra, người ta thêm chất tẩy trắng dầu vào. Thường người ta sử dụng các vật liệu hấp phụ có diện tích bề mặt lớn để hấp phụ các tạp chất có trong dầu. Khử mùi: Loại bỏ mùi bằng chưng cất chân không, khi đó sẽ thu được dầu có chất lượng đáp ứng quá trình sản xuất xà phòng c) Nguyeân lieäu voâ cô Để xà phòng hoá dầu mỡ thường sử dụng kiềm là NaOH. Sô đa không thể xà phòng hoá glyxerit, tuy nhiên nó vẫn được sử dụng làm phụ gia trong xà phòng, sô đa chỉ có khả năng trung hoà axit béo. KOH được sử dụng để sản xuất xà phòng mềm (và trong). Với cùng một nguyên liệu dầu mỡ, xà phòng kali mềm hơn xà phòng natri. Thường người ta phối hợp xà phòng natri với xà phòng kali. Bảng 3.1 Cấu tạo trung bình của những chất béo chính sử dụng trong công nghiệp xà bông. Độ dài các mạch (trung bình) < C10 C10 C12 C14 C16 với 1= C16 C18 C18 với 1= C18 với 2= C20 C20 với 1= ³C20 no ³C20 không no % % % % % % % %* %* % % % % Tên gọi chung Capric Lauric Myristic Palmitotic Palmitoléic Stéaric Oléic Linoléic Arachidic Gadoléic Dầu cùi dừa 9,5 6 47 18 9,4 0,1 2 5,5 2,5 0 0 0 0 Dầu cọ (hạt) 3,5 3 47 16,2 8,6 0,2 2,3 16,1 3,1 0 0 0 0 Mỡ 0 0 0 3,4 25,6 4,7 22,3 38,4 3,2 0,5 0,5 0,5 0,1 Dầu cọ (vỏ) 0 0 0 1,4 56,9 0,4 5,1 28,5 7,2 0,1 0,1 0,1 0,1 1= (gồm một mối liên kết đôi 2 = ( goàm hai moái lieân keát đôi) 3.1.2. Quy trình công nghệ 3.1.2.1. Nguyên tắc để sản xuất xà phòng Phản ứng cơ bản xảy ra trong quá trình nấu xà phòng là phản ứng xà phòng hoá. Có thể xà phòng hoá trực tiếp nguyên liệu béo hoặc có thể xà phòng hoá axit béo để thu được xà phòng. Vì vậy trên thực tế có hai phương pháp để nấu xà phòng là: Phương pháp 1: Thuỷ phân chất béo bằng hơi nước ở áp suất cao và nhiệt độ cao (2500C, 50 atm). Phản ứng xảy ra là: Phản ứng xảy ra khi lượng nước dư, sau đó có thể tách dễ dàng glyxerin khỏi các axit béo (không hoà tan trong nước). Rồi các axit béo được làm sạch bằng cách chưng để dùng sản xuất xà phòng. Phương pháp này đòi hỏi hệ thống thiết bị phức tạp để thuỷ phân dầu mỡ và làm sạch axit béo, và thường chỉ được sử dụng tại các nhà máy sản xuất chất béo là chủ yếu. Phương pháp 2: Đun sôi chất béo trực tiếp với dung dịch xút ở 1000C dưới áp suất không khí. Khi đó, các axit béo được hình thành phản ứng ngay tức thì với xút để tạo nên xà bông: Sau đó phải tách glyxerin ra khỏi xà phòng. Đây là một công việc khá phức tạp vì dung dịch tương đối bị pha lẫn. Tuy nhiên phương pháp này vẫn được các nhà sản xuất lớn về xà phòng sử dụng nhiều nhất. 3.1.2.2. Sản xuất xà phòng trực tiếp từ các chất béo Sơ đồ các giai đoạn để sản xuất xà phòng trực tiếp từ chất béo được mô tả trên hình 3.1. Sơ đồ bao gồm các giai đoạn: Pha trộn các loại dầu: Tính toán tỉ lệ, phối hợp các loại nguyên liệu theo đúng yêu cầu của quá trình công nghệ. Tẩy trắng, khử mùi: Loại khỏi dầu mỡ các tạp chất như nước, bụi, caroten, clorophyl,... Hình 3.1: Các giai đoạn sản xuất xà phòng bằng phương pháp xà phòng hoá trực tiếp Xà phòng hoá: Thực hiện phản ứng xà phòng hoá dầu mỡ bằng kiềm tạo xà phòng và glyxerin. Tách xà phòng: tách glyxerin ra khỏi xà phòng. Sự tách này dựa trên nguyên tắc là glyxerol hoà tan được trong nước muối trong khi xà phòng thì không. Quá trình tách rửa cũng giúp loại được một phần lớn các chất bẩn có màu sắc. Quá trình rửa được thực hiện bằng cách pha trộn xà phòng với một dung lượng nước muối, có khuấy trộn. Sau vài giờ trộn, xà phòng tách ra ở lớp trên, còn lớp dưới là nước muối + glyxerin. Quá trình rửa được tiến hành 3 lần để loại glyxerin ra khỏi xà phòng. Tách glyxerin: Người ta đưa dung dịch nước muối + glyxerin được thu hồi tới một thiết bị bốc hơi để thu hồi glyxerol và muối được quay vòng dùng lại. Xà phòng hoá triệt để (loại muối): xà phòng sau khi tách khỏi glyxerin vẫn còn chứa nhiều muối, làm ảnh hưởng đến chất lượng. giai đoạn này giúp giảm số lượng muối, loại các tạp chất có màu sắc, tăng nồng độ cho dung dịch xà phòng. Trong giai đoạn này, người ta pha trộn dung dịch xà phòng với dung dịch xút loãng. Khi đó, dung dịch sẽ phân làm hai lớp: lớp trên là xà phòng mịn, lớp dưới là hỗn hợp nước - muối - xút - tạp chất (không có xà phòng) hoặc một dung dịch negro chứa vài phần trăm đến 25 - 30% xà phòng, muối, xút và các tạp chất khác. Quy trình này có thể áp dụng các phương thức sản xuất xà phòng Phương thức cổ truyền: Phương pháp này là phương pháp gián đoạn, cho phép nấu nhiều tấn xà phòng một lượt. Trong các bồn hở, người ta nấu dầu với dung dịch xút (47%). Khuyết điểm chính của phương pháp này là ở chỗ khó đạt được một hỗn hợp đồng nhất: khi một phần dầu phản ứng với xút thì xà phòng đã được tạo thành làm sệt hột hợp. Phương pháp này không tách glyxerin ra khỏi xà phòng. Hệ thống “vòi” liên tục Đây là phương thức thông dụng nhất: gồm việc đun nóng dầu, dung dịch xút và bơm chúng thành một vòi: điểm giao của 4 ống, ống đầu tiên dẫn dầu, ống thứ hai xút, ống thứ 3 hơi nước (để giúp phản ứng đồng thời cọ rửa) và ống thứ tư để di chuyển hỗn hợp (sơ đồ hình 3.2). Hình 3.2: Hệ thống vòi Hỗn hợp phản ứng được duy trình lỏng bằng cách thêm chất lỏng, pha loãng vào. Chất lỏng pha loãng này có thể là nước, nhưng sự pha loãng glyxerin có thể quá mức và giá thành bốc hơi thành quá cao để thu hồi. Phương thức Alfa Laval: Thiết bị sử dụng gồm một cột phản ứng (3m x 0,75m) với một vòng tuần hoàn bên hông. Dầu và dung dịch xút được đưa vào cột phản ứng nhờ các bơm. Tốc độ phản ứng được gia tăng nhờ áp lực cao (4 atm, 1400C). Xà phòng đi ra từ thiết bị phản ứng được bơm vào cột thứ hai. Trước khi đi vào cột phản ứng thứ hai, người ta đưa vào một chất lỏng pha loãng lạnh để giảm nhiệt độ và làm lỏng hỗn hợp. Thời gian phản ứng vào khoảng 15 phút trong cả hai cột. Hình 3.3: Phương pháp “Alfa Laval” - Rửa sạch: Giai đoạn tiếp theo cho phép tách glyxerin ra khỏi xà phòng dựa trên nguyên tắc glyxerol hoà tan trong nước muối, nhưng xà phòng không tan. Quá trình rửa cũng cho phép loại trừ một phần lớn những tạp chất có màu. + Phương pháp bồn: Quá trình rửa được thực hiện bằng cách trộn xà phòng với một khối lượng muối đã xác định, dùng những vòi hơi nước để khuấy trộn. sau vài giờ nghỉ, xà phòng nổi lên trên trong cùng lúc lớp dưới gồm một hỗn hợp glyxerin/nước muối. quá trình rửa được lặp lại khoảng 3 lần với nước muối lạnh để loại trừ tất cả glyxerin trong xà phòng + Phương thức dòng chảy ngược: hệ thống này bao gồm một dãy thùng sắp xếp theo thác đổ trong đó xà phòng được bơm vào hoặc cho chảy vào từ thùng này sang thùng khác, trong khi nước muối được bơm vào ngược chiều. Rửa theo phương pháp này, nồng độ glyxerin cuối cùng trong nước muối cao hơn nhiều so với phương pháp bằng thùng ( 12-20% so với 5-10%). - Pha loãng: Dung dịch nước muối + glyxerin thu hồi phần lớn được đưa vào một đơn vị làm bốc hơi để thu hồi glyxerol và muối. phần còn lại được dùng làm chất pha loãng - Loại bỏ muối: tiến hành loại muối một cách liên tục bằng cách xịt so đa loãng vào hệ thống ống đưa xà phòng đã rửa đến một máy ly tâm mà tốc độ cho phép tách xà phòng ra khỏi nước. b) Sản xuất xà phòng bằng cách trung hoà các axit béo Phương pháp này được sử dụng ít hơn phương pháp trên vì nó có những điểm không thuận lợi là: - Giá thành thiết bị cao - Chỉ dùng với những nhà máy sản xuất lớn. Tuy nhiên nó cũng có những thuận lợi là: công nghệ đơn giản, linh hoạt trong quá trình sản xuất vì có thể thay đổi dễ dàng thành phần chất béo. Hình 3.4: Sản xuất xà phòng bằng cách trung hoà axit béo Hình 3.5: Sơ đồ công nghệ sản xuất xà phòng theo phương pháp trung hoà axit béo c) Ví dụ về công thức xà phòng Xà phòng tắm cổ điển thường gặp trên thị trường có công thức như bảng 3.3. Bảng 3.3. Công thức xà phòng thường gặp TT Thành phần quy định của chất béo Xà phòng không thừa béo 80-20(cọ vỏ/cọ hạt) Xà phòng thừa béo 65-35% (mỡ bò/dầu cùi dừa) 1 Xà phòng natri 83-88 80 - 85 2 Axit béo tự do - 4 - 6 3 Chất bảo quản - Na EDTA - HEDP 0,015 - 0,030 0,010 - 0,025 0,015 - 0,030 0,010 - 0,025 4 Axit orthophosphoric 0,1 - 0,2 0,1 - 0,2 5 Màu + + 6 Chất chắn sáng (titan oxit) 0,1 - 0,7 0,1 - 0,7 7 Chất tẩy quang học + + 8 Nước hoa + + 9 Nước, muối Vđ 100 Vđ 100 3.2. Sản xuất bột giặt theo phương pháp sấy phun 3.2.1 Phân loại bột giặt a) Bột giặt truyền thống Bột giặt “truyền thống” hay còn gọi là bột giặt “quy ước” hay “cổ điển” là loại bột giặt có đặc tính chính là các thành phần phụ chiếm tỷ lệ rất cao (chất trợ giúp cho quá trình, chất độn ) vì vậy có tính năng tẩy rửa thấp. Tỷ trọng của chúng thay đổi trong khoảng 200 g/l ~700 g/l. Bột giặt truyền thống gồm có hai loại sản phẩm dành cho hai đối tượng sử dụng khác nhau: - Tạo bọt ( thường dùng cho giặt tay). - Không tạo bọt ( thường dùng cho máy giặt). Bột giặt có tạo bọt Các chất hoạt động bề mặt dùng trong loại bột giặt này phần lớn là loại anionic như: LAS, PAS. Các CHĐBM NI đôi khi được thêm vào với lượng thấp hơn 4 -5 lần so với CHĐBM anionic. Lượng chất xây dựng được dùng với mức độ tùy thuộc vào độ cứng của nước, loại vết bẩn cũng như giá thành, thông thường người ta thường dùng STPP, Natri Silicate, Natri Carbonate. Các thành phần phụ khác như Natri Sulphate, Calcit giúp bổ túc công thức, tăng tỷ trọng và giảm giá thành. Các thành phần khác như chất tẩy quang học, enzyme chiếm hàm lượng rất nhỏ. Ví dụ về công thức bột giặt tạo bọt: Bảng 3.4. Công thức bột giặt tạo bọt CHĐBM anionic 15-30 CHĐBM NI 0-3 STPP 3-20 Silicate Natri 5-10 Carbonate Natri 0-15 Bentonit/ Calcit 0-15 Enzyme, chất tẩy quang học, hương, CMCNa + Nước v/đ1 Bột giặt không tạo bọt Ở loại bột giặt này, các thành phần cũng tương tự như loại tạo bọt, điểm khác biệt giữa chúng là có sự hiện diện của các tác nhân chống bọt. Ví dụ về công thức bột giặt không tạo bọt: Bảng 3.5: công thức bột giặt không tạo bọt Có phosphate Không có phosphate CHĐBM anionic 10-20 10-20 CHĐBM NI 0-5 0-5 Xà phòng 0-2 0-2 STPP 15-30 - Zeolite - 15-30 Carbonate Natri 5-15 5-20 Silicate Natri 5-15 5-15 Perborate Natri 0-15 0-15 Enzyme, chất tẩy quang học, hương + + Nước v/đ100 v/đ100 b) Bột giặt đậm đặc Trong nhiều năm qua, trên thị trường chỉ có các sản phẩm bột giặt truyền thống, nhưng ngày nay, theo xu thế phát triển kinh tế của thế giới, những yêu cầu về những loại bột giặt có khả năng tẩy rửa tốt hơn, tỷ trọng cao hơn với nhiều tính năng đa dạng hơn đã dần dần hình thành. Vì vậy, các nhà sản xuất cũng cho ra đời những sản phẩm có tỷ trọng cao hơn bằng nhiều phương pháp khác nhau. Qua nhiều năm sau, công ty KAO của Nhật Bản đã tung ra thị trường một loại bột giặt đậm đặc với tỷ trọng cao tạo ra một xu hướng phát triển mới cho thị trường bột giặt. Bột giặt đậm đặc có đặc điểm phối trộn như sau: - Gia tăng tối đa các thành phần hoạt động ( giảm thiểu luợng chất độn) - Tăng tỷ trọng lên đến 600-900 g/l thậm chí 1000 g/l Chính vì vậy, bột giặt đậm đặc hội tụ các ưu điểm sau: · Đối với người tiêu dùng o Một sản phẩm thực tiễn ( dễ dàng vận chuyển, lưu trữ và định lượng). o Một kỹ thuật công nghệ mới mẻ có tính cách mạng về giặt tẩy có được mọi ưu điểm của các bột giặt sản xuất theo công nghệ sấy phun mà không vấp phải những điều bất thuận tiện của các bột pha trộn khô và được sử dụng đến ngày nay nhờ phương thức sản xuất mới. · Đối với việc buôn bán: o Ít choán chỗ để trưng bày và lưu trữ các sản phẩm o Thu được lợi nhuận cao · Đối với nhà sản xuất: o Đi tiên phong trên một thị trường thật sự đổi mới. o Lợi nhuận cao hơn ( ít bao bì hơn, giá phân phối sản phẩm thấp hơn). o Một bước tiến quan trọng hơn trong việc giảm gây ô nhiễm môi trường. Nguyên tắc thành lập công thức bột giặt đậm đặc: Để thành lập công thức cho các sản phẩm đậm đặc, người thành lập công thức phải: · Loại bỏ bất cứ thành phần nào thật sự không ích lợi cho khả năng hoạt động của sản phẩm (các chất hay tác nhân phục vụ cho hoạt động tẩy rửa như sulphat natri chẳng hạn). · Giảm lượng nước trong sản phẩm. Người ta thường dùng perborate mono hydrate hơn là perborate tetra hydrate cổ điển. · Dùng các nguyên liệu đậm đặc nhất mà các phương pháp đo đạc cỡ hạt lần lượt giúp lấp đầy tất cả các “khoảng trống” , và phủ đầy phần bên trong của các hạt rỗng. Tuy nhiên, để có được bột giặt đậm đặc cần lưu ý hai yếu tố: · Sự gia tăng các thành phần có hoạt tính trong công thức và loại tối đa các chất độn và nước. · Sự gia tăng tỷ trọng của bột giặt. Trong đó, vấn đề chính vẫn là gia tăng hàm lượng chất hoạt động bề mặt. Ví dụ về công thức bột giặt đậm đặc: Bảng 3.6: Công thức bột giặt đậm đặc Có phosphate Không có phosphate LAS Natri 12-15 7-15 NI 4-8 5-12 Xà phòng 0-2 1-3 STPP 20-25 - Zeolite 0-5 25-30 Carbonate Natri 12-20 10-15 Silicate Natri 3-7 0.5-1 Sulphate Natri 0-2 - Perborate 0-15 12-18 TAED 4-8 5-8 CMC Natri 0.5-1.5 0.4-1 Chất tẩy quang học 0.15-0.30 0.1-0.25 Enzyme ( protease, lipaza) ++ ++ Tác nhân chống bọt -/+ -/+ Hương ++ ++ Nước v/đ100 v/đ100 3.2.2. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bột giặt theo phương pháp sấy phun a) LABSA ( Linear Alkyl Benzene Sulphonic Acid): LABSA là một sulpho acid. Các sulpho acid là những acid mạnh, nên không chỉ các muối của chúng với các cation hóa trị một mà cả các muối với cation hóa trị cao hoặc ngay cả acid ở trạng thái tự do đều tan khá nhiều trong nước để tạo thành dung dịch có tất cả các tính chất đặc trưng của dung dịch tẩy rửa. Do đó, có thể dùng chúng làm chất tẩy rửa trong môi trường nước cứng ( có ion Mg2+, Ca2+) và cả trong môitrường acid. Vì là acid mạnh nên phản ứng hoàn toàn với bazơ, phản ứng tỏa nhiều nhiệt, gây ăn mòn nhôm đồng, hơi bốc ra khí SO2 rất độc, có mùi hắc. Một đặc tính khác của LABSA là làm khô, gây rát khi tiếp xúc với da. LABSA nguyên liệu ở dạng rắn trước hết được cho vào bồn khuấy trộn cùng với nước để đưa LABSA thành dạng dung dịch có nồng độ 50%. b) Khuấy tẩy Nguyên liệu LABSA trước khi đi vào quy trình sản xuất sẽ được khuấy tẩy bằng dung dịch nước oxy già (H2O2) 35% để tăng độ tinh khiết của nguyên liệu. Hàm lượng H2O2 dùng để tẩy trắng LABSA khoảng 0.1-0.15%. Hình 3.5: Sơ đồ khối quá trình sản xuất bột giặt theo phương pháp sấy phun Hình 3.6: Sơ đồ công nghệ quá trình sản xuất bột giặt theo phương pháp sây phun c) Trung hoà Sau khi khuấy tẩy xong, LABSA được bơm vào bồn khuấy trộn, sau đó ta tiến hành cho dung dịch NaOH đã được chuẩn bị trước vào bồn khuấy để trung hoà LABSA để tạo muối Natri linear alkyl sunfonate (LAS), là một chất hoạt động bề mặt rất tốt, khả năng tạo bọt tốt, tính tẩy rửa mạnh. Lượng NaOH cần để trung hoà khoảng 28%, tức 100kg nguyên liệu LABSA cần 28-28.5kg dung dịch NaOH đậm đặc (40- 45%). + Na d) Khuấy trộn Sau khi quá trình trung hoà, người ta tiếp tục cho các thành phần khác như chất xây dựng (STP, Zeolit), chất chống ăn mòn (Natri silicate), chất chống tái bám (CMCNa, polyme), chất độn (Na2SO4), chất tẩy trắng (TEAD, perborat), bột giặt sau sấy phun không đạt kích cỡ hạt ở dạng bột vào bồn khuấy trộn với tỷ lệ tuỳ theo yêu cầu thành phần của bột giặt để tạo dung dịch ở dạng kem nhão chuẩn bị cho quá trình sấy phun. Nước cũng được thêm vào ở giai đoạn này để tạo dung dịch kem nhão có độ ẩm khoảng 60%. Hệ được giữ ở khoảng 80oC. Hỗn hợp kem nhão phải đảm bảo: Sự đồng đều các thành phần chứa trong đó không thay đổi giữa các mẻ. Do vậy, yêu cầu liều lượng phải chính xác. Bảo đảm sự đồng pha, tránh tách lớp. Các chất xây dựng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo kem nhão. Ngoài ra, giúp cho các chất hoạt động bề mặt, chất lỏng khác hấp thu vào. Khi chất xây dựng có chất hoạt động bề mặt hấp thu vào và đem sấy phun, cấu trúc tinh thể giữ nguyên, chất hoạt động bề mặt không bị thất thoát, phân bố sản phẩm không đều. Quá trình tạo kem nhão có thể theo mẻ hay liên tục, tuỳ theo năng suất yêu cầu. e) Nghiền và lọc Dung dịch kem nhão sau khi ra khỏi bồn khuấy trộn sẽ được đưa vào một máy nghiền trục vít để nghiền nhỏ các hạt chất rắn có kích thước lớn chưa hoà tan hết, và các tinh thể hình thành trong hỗn hợp kem nhão. Trước khi đi vào sấy phun, kem nhão được đưa vào một hệ thống lưới lọc từ nhằm loại bỏ các chất rắn kim loại hoặc các chất rắn khác có kích thước lớn. Quá trình này được thực hiện nhằm tránh hiện tượng tắc nghẽn, giảm sự mài mòn các vòi phun của tháp sấy phun. Sau khi lọc từ, hỗn hợp kem nhão được đưa vào một bồn chứa trung gian. f) Sấy phun Sấy phun là quá trình làm mất nước của hỗn hợp kem nhão. Chuyển hỗn hợp từ dạng kem nhão có độ ẩm 60% thành dạng bột. Độ ẩm yêu cầu của bột sau khi sấy là 3- 10%. Hỗn hợp kem nhão từ bồn chứa trung gian được một hệ thống bơm hai cấp hút vào và đẩy lên đi vào phía trên đỉnh tháp sấy phun. Kem nhão dưới tác dụng của hệ thống bơm hai cấp và hệ thống máy nén khí sẽ đi vào vòi phun với áp suất khoảng 100 atm. Kem nhão khi qua vòi phun sẽ được tán ra thành các hạt rất nhỏ (dạng sương) vào tháp sấy Trong khi đó, không khí từ môi trường ngoài sẽ được quạt hút hút vào buồng đốt để gia nhiệt không khí lên 300oC thành tác nhân sấy. Buồng đốt sử dụng dầu FO và truyền nhiệt gián tiếp vào không khí sấy. Không khí sấy được quạt thổi khí đưa vào phía dưới tháp sấy phun. Dòng không khí nóng đi lên từ đáy tháp sẽ gặp các hạt lỏng sẽ nhanh chóng bốc hơi nước của các giọt lỏng, hình thành các hạt rắn bột giặt. Các hạt bột giặt được hình thành có độ ẩm giao động từ 2 – 10% và sẽ rơi xuống đáy tháp. Ở giai đoạn này, độ ẩm không khí trong buồng sấy ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc và kích thước hạt bột giặt thành phẩm. Nếu độ ẩm không khí trong buồng sấy quá thấp, các hạt bột giặt sẽ có kích thước rất nhỏ và trở nên rời rạc do chúng không thể kết dính lại với nhau. Ngược lại, nếu độ ẩm không khí trong buồng sấy quá cao, hiện tượng kết dính giữa các hạt bột giặt sẽ xảy ra mạnh mẽ làm tăng kích thước của chúng. Kết quả là bột giặt không đạt độ mịn, độ đồng nhất về kích thước và cấu trúc hạt. Các hạt bột giặt tạo thành sẽ được tháo vào băng tải. Dòng không khí sấy sau khi qua tháp sẽ lôi cuốn theo các hạt bột giặt có kích thước nhỏ, nhẹ sẽ được dẫn vào hệ thống thu hồi bụi ở đỉnh tháp trước khi đưa ra ngoài. Bột giặt sau quá trình sấy phun có nhiệt độ cao sẽ được làm nguội bằng không khí khi vận chuyển trên băng tải. g) Phân loại hạt Bột giặt từ băng tải sẽ được đưa đến đường ống đặt thẳng đứng của hệ thống hút chân không phân loại hạt. Khi bột giặt đi vào ống, dưới tác dụng của lực hút chân không, các hạt có kích thước đạt yêu cầu sẽ được lôi cuốn theo dòng khí đi lên phía trên, và được thu hồi lại nhờ các cyclone, các hạt có kích thước quá nhỏ thoát ra khỏi cyclone sẽ được đưa vào thiết bị lọc túi và đưa về hoà tan lại vào dung dịch tạo kem nhão. Còn các hạt có kích thước quá lớn, trọng lượng của chúng thắng được lực hút chân không sẽ bị rơi xuống dưới vào băng tải đưa về lại thiết bị khuấy trộn tạo dung dịch kem nhão để sấy phun lại. h) Trộn bổ sung và phun hương Bột giặt sau khi phân loại hạt được đưa vào các bồn chứa. Sau đó người ta sẽ trộn bổ sung các thành phần khác, các chất nhạy nhiệt, dễ biến đổi bởi nhiệt độ cao không thể cho vào trước quá trình sấy phun, như: chất hoạt động bề mặt không ion (NI), chất tẩy trắng quang học, enzyme, chất chống tạo bọt, chất màu. Các chất này được thêm vào bằng hệ thống cân định lượng. Tất cả hỗn hợp này được cho vào một hệ thống trộn thùng quay nhằm trộn đều các thành phần và kết hợp phun hương tạo mùi thơm cho bột giặt. Sau khi phối trộn bột giặt có tỷ trọng: 650-750 g/l. i) Đóng gói Thông thường, người ta sử dụng bao bì bằng nhựa, nylon để đựng sản phẩm. Yêu cầu chung về bao bì: hạn chế được sự tiếp xúc của ánh sáng, không khí và độ ẩm từ môi trường xung quanh đến bột giặt. Ưu điểm của phương pháp là sấy phun so với các phương pháp sấy khác là ở chỗ: Quá trình sấy xảy ra nhanh( thường sau 15-30 giây vì các hạt ra khỏi vòi phun rất mịn tiếp xúc giữ độ ẩm và không khí nóng rất tốt). Dễ điều chỉnh các chỉ tiêu của sản phẩm cuối cùng qua chế độ sấy(ví dụ: nhờ điểu chỉnh tốc độ phun và tốc độ dòng khí nóng, có thể điều chỉnh được kích thước hạt, độ ẩm trong sản phẩm cuối cùng). Sản phẩm có độ hòa tan tốt. Ít bị hao hụt. Dễ cơ khí hóa và tự động hóa quá trình sấy. Nhược điểm của phương pháp sấy phun là thiết bị phức tạp kích thước lớn: Thành phần phối liệu cũng ảnh hưởng đển quá trình sấy và công suất thiết bị. Thí dụ nếu thành phần nước cao nhiệt năng đòi hỏi nhiều hơn, natri silicat nhiều làm giảm tốc độ bay hơi nước của phối liệu. Soda cho phép thu được sản phẩm có độ ẩm tối ưu. 3.3. Sản xuất bột giặt theo phương pháp khác 3.3.1. Phương pháp kết tụ không tháp Nguyên liệu thô được nghiền và trộn để đạt được độ đồng nhất sau đó được thấm chất kết dính để các hạt kết khối lại với nhau. Sản phẩm thu được có tỉ trọng cao từ 550 – 750g/l. Phương pháp này thường được sử dụng ở Châu Âu và Bắc Mỹ. Yêu cầu đối với nguyên liệu: Nguyên liệu sử dụng cả dạng rắn và dạng lỏng. Dạng rắn: natricarbonate, natribicarbonate, STPP, zeolit (loại 4A và X), TAED, silicat, các muối sulfate, chất độn. Dạng lỏng: HLAS, các polymer hòa tan( PVOH, polyvinyl pyloridone, polycarboxylates), poly ethoxyl glycols(PEGs), các NI, thủy tinh lỏng, các phụ gia kết dính khác. Theo nguyên tắc kết khối, các nguyên liệu dạng lỏng sẽ đóng vai trò là chất kết dính, kết dính các hạt rắn tạo ra các hạt có kích thước xác định. Sau khi được sấy khô các hạt sẽ có độ ẩm thấp và có đầy đủ tính chất của bột giặt tổng hợp. Thành phần bột giặt sử dụng theo phương pháp kết tụ không tháp Bảng 3.7. Thành phần bột giặt sử dụng theo phương pháp kết tụ không tháp Thành phần Tỉ lệ (%) Chất hoạt động loại anion Chất hoạt động loại nonion(NI) Các muối silicat + thủy tinh lỏng Percarbonate Tetraacetylethylenediamine (TAED) Chất ức chế bọt Hương (perfume) Chất chống tái bám Chất độn( natricarbanate, natrisulfate) Enzymes 13,4 32,5 10,1 22,7 7,8 6,5 0,1 0,4 3,5 2,0 Hình 3.7: Sơ đồ khối quá trình sản xuất bột giặt theo phương pháp kết tụ không tháp Hình 3.8: Sơ đồ công nghệ sản xuất bột giặt theo phương pháp kết tụ không tháp a) Quá trình tạo hạt ướt: Nguyên liệu thô (dạng hạt)trước tiên phải được nghiền mịn đến kích thước tiêu chuẩn(0,2 – 0,8mm). Sau đó được đưa vào các silo chứa, quá trình cung cấp nguyên liệu được thực hiện tự động bằng các máy tính. Tiếp đến tất cả nguyên liệu thô( zeolit, muối natricarbonate, chất độn, dòng sản phẩm tái sinh...) được đưa vào thiết bị trộn số 1. Tại đây các chất kết dính(dạng lỏng) được cung cấp định lượng theo tỉ lệ nhất định. Thời gian trộn khoảng 20-30phút, sau đó toàn bộ hỗn hợp được chuyển qua thiết bị trộn số 2, ở đây hỗn hợp sẽ tạo được độ đồng nhất trước khi chuyển qua giai đoạn sấy. b) Quá trình sấy: Sau khi tạo được hỗn hợp đồng nhất (dạng hạt) sẽ được chuyển qua thiết bị sấy đối lưu. Quá trình sấy sử dụng không khí nóng để làm bay hơi nước, làm khô bột, nhiệt độ được duy trì khoảng 50 – 110oC (nhiệt độ tốt nhất khỏang 60 – 80oC). Thời gian sấy phụ thuộc vào nhà sản xuất và loại sản phẩm. Thông thường độ ẩm của bột giặt là 5 -10%. Trong quá trình sấy các hạt bột mịn sẽ theo dòng không khí nóng đi lên thiết bị tách bụi. Bụi tiếp tục được đưa qua thiết bị lọc bụi thứ 2, bụi thu được hồi lưu để sản xuất. Dòng không khí nóng được hồi lưu tiếp tục làm tác nhân sấy. Khi đạt độ ẩm yêu cầu, bột sẽ được chuyển sang giai đoạn sàng để hạt có kích thước đồng đều (thường là khoảng 0.5mm). Hạt dưới sàng được chuyển vào silo để chuẩn bị cho giai đoạn pha trộn phối liệu, hạt trên sàng được chuyển sang thiết bị nghiền và sau đó được sàng lại. c) Quá trình thêm phụ gia và đóng gói: Để tăng khả năng giặt tẩy của sản phẩm người ta phối trộn thêm các percarbonate, các chất tẩy trắng quang học, TAED. Người ta còn thêm các enzym để tăng khả năng phân hủy sinh học các chất hữu cơ và làm mềm vải (xenlulaza). Các chất định hương được đưa vào giai đoạn cuối của quá trình phối trộn. Trước khi đóng gói sản phẩm được trộn lại một lần nữa để đảm bảo độ đồng nhất của sản phẩm. Ưu điếm của phương pháp kết tụ không tháp Thiết bị đơn giản, nhiệt độ sấy hạt thấp, có tính tự động hóa cao. Sản phẩm có tỉ trọng cao hơn phương pháp sấy phun truyền thống, tỉ trọng khoảng 550 – 750g/l. Độ an toàn cao hơn phương pháp sấy phun. Không dùng bơm cao áp, nhiệt độ sấy thấp. Nhược điểm của phương pháp kết tụ không tháp Quá trình trung hòa cần gia nhiệt để quá trình tạo muối trung hòa xảy ra tốt ( >35oC), nhiệt độ trong thiết bị trộn chỉ duy trì ở nhiệt độ phỏng dẫn đến khả năng tạo muối trung hòa(muối Natri) giảm. Hàm lượng ẩm của bột giặt cao khoảng10-14%. Hàm lượng của chất hoạt động nonion (NI) cũng ảnh hưởng đến quá trình tạo hạt. Nếu hàm lượng NI quá nhiều hạt tạo thành sẽ quá mềm và không khô được. Thời gian sản xuất dài hơn phương pháp sấy phun. 3.3.2. Phương pháp kết hợp sấy phun và kết tụ Hình 3.9: Quy trình công nghệ kết hợp sấy phun kết tụ Phương pháp này kết hợp cả thiết bị sấy và thiết trộn tạo hạt để tạo được hạt có tỉ trọng cao. 3.4. Sản xuất các sản phẩm tẩy rửa dạng lỏng Trong lĩnh vực các chất tẩy rửa gia dụng, người tiêu dùng không chỉ trông đợi những sản phẩm có hiệu quả cao mà còn mong muốn chúng phù hợp với thế giới hiện đại. Vì thế các chất tẩy rửa dạng lỏng đã được phát tiênr và đưa vào thị trường từ những năm 70, 80 của thế kỷ 20. Nhân tố dẫn đến thành công của chất tẩy rửa dạng lỏng trước hết là khả năng dễ sử dụng. Người sử dụng có thể định lượng “phỏng chừng” mà vẫn có hiệu quả. Thêm vào đó, khi sử dụng nước giặt có thể bớt được một thao tác đó là chuyển từ dạng bột sang dạng kem nhão với nước. Nước giặt có thể hoà tan tức thì giúp cho các thành phần hoá chất khác nhau đi vào hoạt động ngay từ đầu quy trình. 3.4.1. Nguyên tắc lập công thức Khi lập công thức cho chất tẩy rửa dạng lỏng, người lập công thức phải đối mặt với hai vấn đề chủ yếu: - Nhu cầu làm dịu nước để việc giặt giũ đạt được hiệu quả tốt. - Không thể đưa vào một chất tẩy trắng trong một công thức có nước. Những tác dụng có hại của canxi đến hiệu quả giặt giũ cho thấy cần sử dụng những chất xây dựng. Ba khả năng có thể xảy ra là: - Những chất xây dựng có thể hoà tan ít hấp dẫn vì rất hạn chế (hiệu tượng hiệu ứng muối, tách pha hữu cơ do chất điện giải). - Xà phòng, khi hiện diện đòi hỏi những lượng chất hoạt động bề mặt lớn để phân tán/hoà tan muối của xà phòng với canxi. - Những chất xây dựng cổ điển (STPP, zeolit) tồn tại ở dạng rắn nên cần phải đưa chúng vào chất lỏng mà vẫn đảm bảo hình thức của sản phẩm. Đó là nguyên tắc cơ bản của các sản phẩm dạng lỏng có cấu trúc. Hình dạng bên ngoài và hiệu năng của hai loại nước giặt dạng lỏng này khác nhau rõ dàng. Điều này giúp cho người tiêu dùng chọn lựa dễ dàng. Nước giặt đẳng hướng dạng lỏng thường có màu sắc, ít nhớt và giàu chất hoạt động bề mặt, vì thế rất hiệu nghiệm khi tẩy các vết bẩn có chất béo, trong khi nước giặt có cấu trúc dạng lỏng nhớt hơn và thường có kết quả giặt tẩy tương đương với bột giặt. 3.4.2. Nước giặt đẳng hướng dạng lỏng a) Nước giặt dạng lỏng truyền thống Trọng tâm của việc lập công thức dựa trên các chất hoạt động bề mặt được sử dụng: xà phòng/axit béo, nhưng cũng dựa trên các chất hoạt động bề mặt khác (NI, anionic) như thế các thành phần sẽ giúp làm cho công thức được ổn định. Chọn lựa các chất hoạt động bề mặt Sự chọn lựa này được thực hiện tuỳ theo câu trả lời của nhiều câu hỏi (độ cứng của nước? Người ta muốn hiệu quả tối đa trên loại vết bẩn nào? Sản phẩm phải chống lại những điều kiện cực điểm nào khi tồn trữ? Sản phẩm hiệu nghiệm nhất dưới nhiệt độ nào? Giá thành sẽ ra sao?) Ví dụ: Một chất hỗn hợp từ 18-20% chất hoạt động bề mặt NI và 6-8% LAS vừa có hiệu quả tuyệt vời trên các vết bẩn có chứa chất béo vừa được ổn định khi gặp lạnh. Nói chung, người lập công thức dùng một công thức cơ bản trong đó người ta sẽ kiểm tra những tỉ lệ phối hợp khác nhau bằng cách sử dụng một giản đồ bậc ba cổ điển Hình 3.10: Biểu đồ bậc ba dành cho sản phẩm đẳng hướng dạng lỏng Đối với từng điểm kiểm tra phải định: - Tính hiệu quả trong phòng thí nghiệm (kiểm tra vải, vết bẩn). - Giá thành - Tính ổn định của sản phẩm Điều nay giúp chọn được một tỉ lệ tốt hơn. Người ta có thể thực hiện cùng một thao tác với tỉ lệ chất hoạt động bề mặt khác, chẳng hạn 30 hay 35%. Chọn chất hướng nước Khi đã biết tỉ lệ của các chất hoạt động bề mặt, phải tìm ra chất hướng nước giúp cho công thức được ổn định trong tất cả các điều kiện tồn trữ. Lượng sử dụng được điều chỉnh theo dòng thời gian quan sát các sản phẩm lưu giữ. Những thành phần dùng đơn độc hay phối hợp đều thuộc loại propylen, glycol, rượu, trietanolamin. Enzim Cùng một sắc thái đối với các loại bột giặt, chẳng hạn người ta có thể dùng các enzim phân giải protein tác động trên các vết bẩn gốc protein và các enzim phân giải amin hiệu nghiệm trên các vết bẩn gốc tinh bột (chuối, cacao....). tuy nhiên phải kèm vào cho chúng một hệ thống giúp ổn định chúng. Etylen diamino tetra metylen photphonat/muối natri (EDTMP). Một chất thành phần loại này có thể được dùng để gia tăng hiệu năng của sản phẩm trên các vết bẩn loại chè, cà phê, rượu nho hay trái cây và do đó bù đắp sự thiếu vắng các chất tẩy trắng cổ điển (hệ thống này không thể đưa vào trong một công thức chứa nước vì có hiện tượng phân huỷ. Chất tẩy quang học Kinh nghiệm giúp cho người lập công thức chọn lựa một hay những chất hồ quang thích nghi với nhiệt độ khi giặt giũ, ví dụ hỗn hợp CBS và DMS-X sẽ giúp quan sát được hiệu quả tốt đẹp khi người ta tẩy trắng trên một khoảng nhiệt độ rộng. Chất chống bọt Trong trường hợp các công thức đẳng hướng gốc xà phòng, lượng chất chống bọt được sử dụng rất nhỏ. Những chất chống bọt gốc silicon với tỉ lệ < 0,05% được dùng để ngăn cản sản phẩm bị bọt quá nhiều trong quá trình sản xuất. Những thành phần khác - Chất làm đục: thành phần này chỉ được sử dụng để tạo cho sản phẩm vẻ mờ đục phục vụ cho việc đảm bảo tính thẩm mỹ của sản phẩm. - Dầu thơm, màu sắc: đảm bảo phù hợp với thị hiếu người tiêu dùng. Các công thức mẫu Loại công thức này giúp ta có được những nước giặt dạng lỏng một pha, có độ nhớt yếu (100 dến 250 mPa) và tỉ trọng gần bằng 1. Bảng 3.8: Công thức nước giặt dạng lỏng TT Nguyên liệu Thành phần % trong Công thức I Thành phần % trong Công thức II 1 LAS trietanolamin 15 30 2 Rượu béo etoxy hoá (7OE) 30 15 3 Axit stearic 15 15 4 Axit xitric 0,2 0,2 5 Axit Dietylenetriamin pentrametylen photphonic 0,3 0,3 6 Proteaza 0,05 0,05 7 Chất tẩy quang học 0,25 0,25 8 Nhũ tương silicon (DB 110) 0,2 0,2 9 Rượu 10 10 10 1,2 - Propandiol 5 5 11 Trietanolamin dùng để chỉnh pH - - 12 Nước Vừa đủ 100 Vừa đủ 100 3.4.2. Nước giặt cấu trúc dạng lỏng Kỹ thuật công nghệ được dùng để sản xuất nước giặt cấu trúc dạng lỏng phức tạp hơn nhiều so với kỹ thuật công nghệ sản xuất thuốc giặt đẳng hướng dạng lỏng (tong đó cách tương đối, chỉ cần hoà tan lẫn các thành phần với nhau). Hai yếu tố cần quan tâm nhất để đảm bảo tính ổn định và độ nhớt của sản phẩm là cấu tạo của nước giặt cấu trúc dạng lỏng và phương thức sản xuất. Ý tưởng sản xuất nước giặt cấu trúc dạng lỏng xuất phát từ cấu tạo của màng tế bào, theo đó người ta sản xuất một chất nền rồi đưa các hạt rắn vào và giữ chúng ỏ thể vẩn trong nước. Ở nồng độ thấp, các chất hoạt động bề mặt tồn tại dưới dạng các phân tử hay mixe. Khi nồng độ gia tăng, cùng với sự có mặt của các chất điện giải làm cho hệ thống cấu trúc được hình thành: đó là những pha lớp hay pha kết tinh hay liposom đóng lớp. Hình 3.11: Tinh thể lỏng Ta có thể có các pha lớp với các anionic đơn độc hoặc anionic và NI. Các liposom là một hình thể cấu tạo bởi những tầng kép đồng tâm của các phân tử hoạt động bề mặt, cách nhau bởi các lớp nước hay dung dịch chất điện giải. liposom này được phân tán cách xa nhau nhiều ít trong pha lỏng để cấu tạo nên nền có cấu trúc ổn định tỏng đó các hạt rắn có thể ở thể vẩn trong nước. Chất điện giải tripolyphotphat chẳng hạt, có thể được hoà tan trong pha nước hay tồn tại dưới dạng hạt rắn vượt quá điểm bão hoà. Các hạt này, cũng như các hạt rắn khác (zeolit, calcit) có thể ở thể vẩn trong nền có cấu trúc. Nhưng hai vấn đề chính trong việc lập công thức cho các nước giặt cấu trúc dạng lỏng là tính ổn định và độ nhớt của san rphaamr. Nói chung, phần dung lượng pha phân tán càng cao thì sự ổn định càng cao. Tuy nhiên, nếu pha ơhaan tán cao có thể làm tăng độ nhớt của sản phẩm gây khó khăn khi phải đổ sản phẩm ra khỏi chai. Việc duy trì dung lượng pha phân tán gần 0,6 các liposom gần như liền nhau. Việc này giúp sản phẩm có được tính ổn định thoả đáng và độ nhớt hợp lý. Một khó khăn khác trong việc lập công thức cho nước giặt cấu trục dạng lỏng là hiện tượng ngưng kết của các liposom. Hiện tượng này có thể gây ra độ nhớt không mong muốn hoặc làm cho sản phẩm không ổn định. Để khắc phục hiện tượng này người ta sử dụng các “polime giảm ngưng kết” với hàm lượng nhỏ (0,01 đến 1%) giúp tránh được các vấn đề không ổn định và độ nhớt trong khi gia tăng chất hoạt động bề mặt trong sản phẩm. Cơ chế tác động của các polime này được giải thích là: phần kỵ nước của các polime liên kiên vào bên trong lớp ngoài cùng của liposom trong khi phần ưa nước ở bên ngoài của lớp này. Khi đó có một lực đẩy giữa các phân tử chất hoạt động bề mặt và phần khác giữa các liposom kế cạnh. Trong trường hợp đó hoặc tính ổn định của nền sẽ gia tăng, hoặc độ nhớt sẽ giảm, do các polime giảm sự ngưng kết. Điều quan trọng là người lập công thức phải nghiên cứu mỗi loại chất hoạt động bề mặt được dùng để có được nền ổn định nhất và sản phẩm hoàn thành hiệu quả nhất. Chất anionic Người ta phải tìm ra một giải pháp dung hoà giữa LAS dây dài và LAS dây ngắn hơn. Chẳng hạn, người ta chọn đúng một LAS có phân bố các dây cacbon giữa 10 và 14: tẩy rửa tốt/cấu trúc mixen chắc chắn hơn. Xà phòng Xà phòng từ quá trình trung hoà các axit béo được cất từ đậu phộng bằng KOH, có tính ổn định hơn xà phòng do mỡ động vật ha các stearat (các chất này cho ra nước nước giặt dạng lỏng rất sệt). Chất hoạt động bề mặt không ion (NI) Có thể dùng một rượu béo mạch thẳng etoxy hoá C13 - C15 với 7.OE. Cân bằng quan hệ ABS/Xà phòng/NI Chính tỉ lệ ba hoạt chất thành phần này quyết định tính nhớt và tính ổn định của sản phẩm cũng như công hiệu của nó (giặt rửa và khả năng tạo bọt). Những tỉ lệ khác nhau có thể được thửu nghiệm trong phòng thí nghiệm bằng cách sử dụng một biểu đồ tam phân, các thử nghiệm liên tiếp giúp thiết lập một bản đồ các vùng cấu trúc khác nhau. Chất điện ly Người ta có thể phân laoiaj chúng thành hai nhóm chính: - Chất điện ly “mạnh”: natri clorua, natri sunfat. - Chất điện giải trung bình: natri tripolyphotphat, natri xitrat. Lưu ý: sự hiện diện của dầu thơm rất cần vì nó cải thiện tính ổn định của nước giặt cấu trúc dạng lỏng. Hình 3.12: Biểu đồ tam phân Ổn định các enzim Các enzim đặt ra khá nhiều vấn đề cho người lập công thức nước giặt cấu trúc dạng lỏng. Các enzim này chỉ ổn định trong môi trường trung tính, trong khi để được hiệu quả giặt tẩy cao sản phẩm phải có độ pH cao. Giải pháp là sản xuất một phức chất từ pentaborat hay natri boảt và glyxerol, giải phóng ion H+ (cho phép pH giảm xuống khoảng 7, và như thế đảm bảo enzym được ổn định). Khi có nước, phản ứng ngược lại và độ pH tăng (» 9) giúp giặt tẩy hiệu quả cao. Công thức mẫu - Giặt rửa bằng tay Hai công thức tương đương với loại bột giặt để giặt bằng tay được cho dưới đây: Bảng 3.9: Công thức bột giặt bằng tay TT Thành phần Công thức I (thành phần %) Công thức II (thành phần %) 1 Alkyl benzen sulfonat 6,5 8,5 2 Xà phòng kali 1,5 2,2 3 Chất hoạt động bề mặt NI 2,5 3,5 4 CMC Na 0,05 0,05 5 Triphotphat 30 27 6 Natri silicat 2 2 7 Chất tẩy quang học 0,1 0,1 8 Dầu thơm 0,4 0,4 - Giặt rửa bằng máy Công thức gần với loại bột giặt để giặt bằng máy được cho dưới đây: Bảng 3.10. Công thức bột giặt máy TT Thành phần nguyên liệu Thành phần % 1 Alkyl benzen sulfonat 6 2 Xà phòng 2,4 3 Chất hoạt động bề mặt NI 3,5 4 Toluen sulfonat 1 5 CMC Na 0,1 6 Triphotphat 25 7 Chất tẩy quang học 0,1 8 Enzim (proteaza) 9 Gu/mg 9 Pentaborat 2 10 Glyxerol 5 11 Dầu thơm 0,5 12 Nước Vđ 100 Tỉ trọng: 1,3 - 1,4 Độ nhớt: 250 - 400mPas - Công thức không có phot phat Bảng 3.11. Công thức giặt máy không có photphat TT Thành phần nguyên liệu Thành phần % 1 LAS 7,7 2 LES 2,4 3 Chất hoạt động bề mặt NI 2,4 4 Zeolit 20 5 Polime 3,5 6 Axit xitric 1,5 7 Glyxerol 8 8 Borax 5,7 9 CaCl2 0,3 10 Enzim 0,5 11 Chất tẩy quang học 0,05 12 Silicon 0,35 13 Dầu thơm 0,2 14 NaOH chỉnh pH 8,5 3.4.3. Sản phẩm tẩy rửa đậm đặc dạng lỏng Trong vòng ảnh hưởng chung của các sản phẩm càng hướng về dạng đậm đặc hơn (thực dụng, hoạt động bảo vê môi trường: ít thải sản phẩm hoá chất bao bì hơn ra môi trường, ít tiêu thụ năng lượng), nước giặt đẳng hướng dạng lỏng cũng như nước giặt cấu trúc dạng lỏng đã có những sản phẩm đậm đặc giúp giảm ½ liều lượng sử dụng. Sản xuất các sản phẩm đẳng hướng dạng lỏng đậm đặc không thể thực hiện được băng cách gia tăng tỉ lệ các chất xây dựng và hoạt tính (điều này dẫn đến sản phẩm sệt/nhão hoặc phải cần đến lượng lớn tác nhân làm ướt). Người ta có thể lập được một công thức tốt bằng cách: - Dùng các polime giảm sự ngưng kết - Chọn các hoạt chất thích hợp (SAS, các chất hoạt động bề mặt NI, lưỡng tính). - Giảm nhiều lượng xà phòng (do đó cần ít các tác nhân làm ướt hơn và có thể làm đậm đặc hơn). - Thay đổi các chất xây dựng: xà phòng/hệ thống các chất xây dựng hoà tan. Sự lựa chọn các phụ gia được thực hiện sao cho thoả mãn ba đòi hỏi sau: - Hiệu quả tốt (đặc biệt trong môi trường chưa xây dựng đủ) - Giảm tối đa số lượng tác nhân làm ướt cần thêm vào - Không hoặc ít gây hại tới môi trường Các công thức mẫu của nước giặt đậm đặc với polime giảm ngưng kết Mẫu 1. TT Tên thành phần Thành phần % 1 LAS 12,3 2 Synperonic (NI) 15,4 3 Natri oleat 7,5 4 Natri laurat 5,1 5 K2SO4 6,0 6 Glyxerol 5,0 7 Borax 3,5 8 Dequest 0,4 9 Silicon 0,1 10 Savinaza 0,3 11 Amilaza 0,1 12 Tinopal 0,1 13 Dầu thơm 0,3 14 Polime giảm ngưng kết 2 15 Nước Vđ 100 Mẫu 2 TT Tên thành phần Thành phần % 1 LAS 20,6 2 Synperonic (NI) 4,4 3 Glyxerol 5,0 4 Borax 3,5 5 STPP 22,0 6 Silicon 0,25 7 Silic (Gasil) 2,0 8 CMC Na 0,3 9 Blancophor 0,1 10 Dequest 0/0,2 11 Dequest 0,4 12 Dầu thơm 0,3 13 Alcalaz 0,5 14 Polime giảm ngưng kết 1 15 Nước Vđ 100 Mẫu 3. TT Tên thành phần Thành phần % 1 LAS 9,2 2 Synperonic (NI) 17,3 3 Natri oleat 5,6 4 Natri laurat 3,8 5 Natri xitrat.2H2O 10,0 6 Glyxerol 5,0 7 Borax 3,5 8 Dequest 0,4 9 Silicon 0,1 10 Savinaza 0,3 11 Amilaza 0,1 12 Tinopal 0,1 13 Dầu thơm 0,3 14 Polime giảm ngưng kết a 2 15 Polime giảm ngưng kết b 1 16 Nước Vđ 100 3.4.4. Nước rửa chén Trong sản xuất nước rửa chén bát gồm 2 loại: nước rửa chén bát bằng tay và nước rửa chén bát bằng máy. Trong phạm vi giáo trình này, sẽ giới thiệu về nước rửa chén bát bằng tay. 3.4.4.1. Những bề mặt cứng trong rửa chén bát bằng tay. Những bề mặt cứng phải rửa bằng tay rất đơn giản ba gồm các vật gia dụng trong nhà bếp như: bát đĩa, dao, xoong nồi, ly tách.... Cấu tạo của các vật dụng này rất khác nhau và đòi hỏi phải có cách sử dụng khác nhau tuỳ theo chất lượng của nó. Bảng 3.12 : Các loại bề mặt chính trong rửa chén bát bằng tay Thuỷ tinh Tất cả các loại thỷ tinh: thuỷ tinh thường, thuỷ tinh kali, pha lê,... - các sản phẩm bằng thuỷ tinh có trang trí hoặc không. Sứ Trang trí ở dưới nước men, trên nước men, trong nước men hay vẽ bằng tay Sành / gốm Phần nhiều có vẽ dưới nước men Bạc Bạc khối (có 7 -8% đồng) hoặc mạ bạc Thép không rỉ Các bộ dao, muỗng, nĩa, nồi, xoong, chảo Nhôm xoong, chảo Đồng Nồi (ít dùng ngày nay) Nhựa Polycacbonat, polypropylen Gỗ Thớt, muỗng, nĩa