Xà bông và chất hoạt động bè mặt
Các chất hoạt động bề mặt có chia thành 2 nhóm :
* Nhóm các loại xà phòng cổ điển được sản xuất từ các loại dầu mỡ động vật thực vật giàu thành phần acid béo như mỡ bò ,cừu ,dầu cọ ,dầu dừa ...
Xà phòng là hỗn hợp muối natri (hoặc kali) với acid béo thiên nhiên .
* Nhóm 2: phong phú và đa dạng có tính chất như nhóm trên (khả năng thấm ướt, giảm sức căng bề mặt ,tính tẩy rửa) có tên chung là các chất tẩy rửa tổng hợp .
-Phần tử chất hoạt động bề...
BÀI 12:
XÀ BÔNG VÀ CHẤT HOẠT ÐỘNG BỀ MẶT
*****
I. PHÂN LOẠI
II. THÀNH PHẦN XÀ BÔNG BỘT GIẶT
III. CƠ CHẾ TẨY RỬA
IV. NGUYÊN LIỆU
1. Nguyên liệu cho bột giặc
2. Nguyên liệu để sản xuất xà bông
V. CÁC PHƯƠNG PHÁP NẤU XÀ BÔNG
1. Phản ứng xà phòng hóa:(phản ứng thủy phân )
2. Các phương pháp nấu xà bông
3. Một số đại lượng vật lý đặc trưng cho chất béo:
VI. XÀ BÔNG TẮM GỘI: (XÀ BÔNG THƠM)
VII. XÀ BÔNG BỘT
I. Phân loại:
Các chất hoạt động bề mặt có chia thành 2 nhóm :
* Nhóm các loại xà phòng cổ điển được sản xuất từ các loại dầu mỡ động vật
thực vật giàu thành phần acid béo như mỡ bò ,cừu ,dầu cọ ,dầu dừa ...
Xà phòng là hỗn hợp muối natri (hoặc kali) với acid béo thiên nhiên .
* Nhóm 2: phong phú và đa dạng có tính chất như nhóm trên (khả năng thấm
ướt, giảm sức căng bề mặt ,tính tẩy rửa) có tên chung là các chất tẩy rửa tổng hợp .
-Phần tử chất hoạt động bề mặt gồm 2 phần :
+ Phần phân cực ưa nước gồm các nhóm - OH .ONa, - COOH...
+ Phần không phân cực :kị nước là các gốc hydro cacbon ,có thể là gốc
alkyl,aryl
Khả năng hoạt động bề mặt của chúng phụ thuộc vào :
- Bản chất của nhóm phân cực .
- Phụ thuộc vào vị trí của nhóm phân cực trong mạch cacbon:nhóm phân cực ở
đầu mạch thường có khả năng tẩy rửa tốt hơn ở giữa mạch ;nhóm phân cực thông dụng
là -COONa , SO3Na...
Nhóm kỵ nước có cấu tạo mạch thẳng khả năng hoạt động bề mặt tốt hơn mạch
nhánh , nhóm có thành phần hỗn hợp alkyl và arese tốt hơn alkyl hoặc aryl đơn thuần .
* Tùy theo đặc tính của nhóm ưa nước người ta chia các chất hoạt động bề mặt
tổng hợp thành 3 loại :
- Loại anion: chủ yếu là loại có nhóm SO3- ,OSO3 (-SO3Na, - OSO3Na) có thể
sử dụng trong môi trường acid yếu và nước cứng .
R - SO3Na : alkyl sunfonat Natri.
R có C12 → C18 .
Thí dụ :
R - C6H4 - SO3Na .
C18H37OSO3Na Sun fat natri của alcol octa dexilyc.
-Loại cation là loại có chứa nhóm amin bậc 4:
-Loại không ion (trung tính )
Có nhóm phân cực là nhóm - OH ,ete , este...
Ar (RO - CH2 - CH2O) x -CH2 - CH2 - OH
R= C18H37 x=10
Thay R = Ar = phenyl ,x = 20
RCOO(CH2 CH2O) x CH2 CH2 OH
RCOO- gốc acid béo , x = 30 là dis mougal
Chất nhũ hóa dầu .
II. Thành phần xà bông bột giặt : TOP
Xà bông , bột giặt :xà bông thường là hỗn hợp gồm nhiều thành phần :
- Chất hoạt động bề mặt chiếm từ 30 → 80%.
- Chất phụ gia .
- Chất độn .
- Chất màu .
- Chất tạo hương.
Các chất phụ gia và chất độn :
* Natricacbonat Na2CO3
Na2CO3 trong thành phần bột giặt , xà bông làm chất phụ gia tạo thành môi
trường kiềm thủy phân các chất bẩn dầu mỏ , cũng là chất độn .
* Tripoly phốtphát Na5P3O10 cho vào bột giặt , xà bông làm tăng khả năng tẩy
rửa làm giảm độ cứng H2O ( Ca2+ , Mg2+... )
* SilicatNatri Na2SiO3
Na2SiO3 trong mức gọi là thủy tinh lỏng , ổn định bọt có tác dụng ngăn chặn
các chất bẩn bám lại bề mặt cũng tạo ra môi trường kiềm thủy phân các chất dầu mỡ
* Natri Sunfat Na2SO4 : chất độn đóng vai trò làm giảm sức căng bề mặt dung
dịch .
* Bentonit ( đất sét thiên nhiên ) : Không tan trong nước , trương trong nước tạo
ra dung dịch keo hấp thụ các chất đó .
* Colophon (nhựa thông ) : Trong nhựa thông có acid béo abietic (90%) tan
trong kiềm , tạo muối Natri tạo bọt tẩy rửa tốt phối hợp với các acid khác có tác dụng
làm tăng độ tan và có khả năng tẩy rửa
* Cacboxyceluloz (CMC) : là muối Natri của este cenluloz và acid glycolic , có
khả năng giữ chất bẩn trong dung dịch không bám trở lại bề mặt , bảo vệ đậm đặc và
ổn định bọt
* Các chất ổn định bọt hữu cơ khác :
ToluenSunfonatNatri : Làm giảm độ nhớt của dung dịch , giảm độ hút ẩm ,
tính vón cục kéo dài thời gian bảo quản .
- Ngoài ra trong thành phần các chất tẩy rửa còn có chất màu chất tạo hương
, chất chống oxi hóa ...
III. Cơ chế tẩy rửa : TOP
Các chất hoạt động bề mặt là những muối của acid Cacbocylic Alkyl Sunfat ,
Sunfônat , alkylaryt Sunfônat , rượu...
* Cấu tạo các chất hoạt động bề mặt : gồm 2 phần
- Phần ưa nước & phần kị nước . Hai nhóm này có tính chất đối lập nhau trong
1 phân tử .
Nhóm ưa nước : lôi kéo phân tử vào nước , chiếm ưu thế dễ hòa tan trong nước
.
Khi 2 nhóm này trong phân tử đạt đến 1 cân bằng nào đó về tính tan và tính kị
nước , chất xuất hiện tính chất làm giảm sức căng bề mặt trên thoáng với không khí
hoặc bề mặt ngăn cách với các chất khác . Các chất này được gọi là các chất bề mặt
nhưng không phải là chất hoạt động bề mặt nào cũng có tính tẩy rửa . Khả năng tẩy
rửa chỉ có đối với nhữmg phân tử phần của mạch .
Tính thấm ướt & tính tan bọt của các chất hoạt động bề mặt là 2 tính chất quan
trọng , nó làm dễ thấm ướt với nước đối với các vật . Tính tạo bọt tạo điều kiện các
chất bẩn phân tán dễ trong môi trường & làm tăng bề mặt tiếp xúc với bề mặt cần tẩy
rửa .
Cơ chế tẩy rưả :
Chất tẩy rửa hòa tan các chất bẩn không tan trong nước (như dầu mỏ ... ) vào
dung dịch nước .
Phần kỵ nước ( gốc hyđrôcacbon ) " hấp thụ " hay " hòa tan " lên các hạt dầu
mỏ , còn phần ưa nước của các phân tử chất tẩy rửa hướng ra ngoài với nước , tương
tác này tạo thành hạt keo tích điện âm , các hạt keo này cùng dấu không kết hợp với
nhau được & cũng không trở lại bề mặt ban đầu được chúng tạo thành dung dịch nhủ
tương bền vững .
IV. Nguyên liệu :
1 - Nguyên liệu cho bột giặt : TOP
Sản xuất bột giặt thường sử dung nhiều các chất hoạt động loại ANION . Nhóm
bột giặt thuộc 1 loại này thường là các alkyl Sunfat , alkyl Sunfonat , akyl aryl
Sunfonat , chúng được tổng hợp bằng cách Sunfat hóa & Sunfô hóa các ankan , anken
, alcol ... mạch thẳng có C12 → C18 và các aren , alkyl , aren ...
- Hiện nay ở Việt Nam thường sản xuất bột giặt chủ yếu sử dụng nguyên liệu
ÐôÐexyl Benzen Sunfonat làm chất lỏng sửa chung trong thành phần bột giặt .
ÐôÐexyl Benzen Sunfơnat được tổng hợp như sau :
C6H5 ( CH2)11- CH3 + H2SO4 ( ĐẶC ) → HO3S - C6H5( CH2)11 - CH3
ÐoDêxul benzen Sufonic
Ðể tăng khả năng hòa tantrong H2O , tăng khả năng hoạt động bề mặt cho tác
dụng với NaOH tạo ra muối Sunfonat Natri .
HO3S - C6H5(CH2)11 CH3 + NaOH → NaO3S . C6H5 - ( CH2 )11 - CH3
Ðôđêxyl benzen SifonatNatri
(DBSNa)
Trong công nghiệp sản xuất bột giặt người ta trộn DBSNa với các chất phụ gia,
chất độn :Na2CO3 , Na2SiO3, Na5P3O11, Na2SO4 tạo ra kem nhão có nhiệt độ 50 - 60°C
có PH = 9 → 10 độ ẩm w=35 → 38% được đưa vào tháp sấy phun để tạo hạt được
làm khô bằng không khí nóng (khoảng 300°C) đi từ dưới lên ngược chiều với hạt bột
giặt .1 mẻ kem nhão có thể thu được 600 - 700kg bột giặt .
2.Nguyên liệu để sản xuất xà bông : TOP
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 ,dầu cau...
- Dầu mỡ giàu thành phần acid béo no (mỡ heo ,bò ,dầu dừa...)cho xà bông
cứng hơn các dầu mỡ giàu thành phần acid béo không no .
-Dầu mỡ động thực vật là este của alcol 3 chức là glyxerin và các acid béo khác
nhau, nên các chất béo có tên chung là glyxerin có công thức tổng quát :
CH2 - OCOR
⏐
CH - OCOR'
⏐
CH2 -OCOR''
Trong các chất béo tự nhiên glyxerin không đổi còn các acid béo thay đổi trong
đó có thể R = R' = R" hoặc R = R' ≠ R" hoặc R ≠ R' ≠ R" .
Thí dụ :
CH2 - OCOC17H33 CH2 - OCOC17H33
⏐ ⏐
CH - OCOC17H33 CH - OCOC15H31
⏐ ⏐
CH2 - OCOC17H33 CH2 - OCOC17H35
Triolein oleo - panmito - stearin
3.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.
- Chỉ số Iốt: số gam I có thể kết hợp với 100g chất béo ,qua nó ta biết được độ không
no của acid béo trong dầu mỡ ,có ý nghĩa đánh giá tính khô của dầu.
Dầu không khô có chỉ số I nhỏ hơn 95:dầu dừa , dầu oliu.
Dầu bán khô có chỉ số I 95 < I < 130 dầu nành ,mè.
Dầu khô có chỉ số Iốt I > 130 ì.
V. Các phương pháp nấu xà bông :
1.phản ứng xà phòng hóa:(phản ứng
TOP
thủy phân )
CH2 - OCOR
⏐
CH2 - OCOR + 3H2O → 3RCOOH + CH2OH - CHOH - CH2OH
⏐ (3 RCOONa)
CH2 - OCOR
2.Các phương pháp nấu xà bông : TOP
Phản ứng thủy phân chất béo có thể thực hiện ở nhiệt độ thường hoặc ở nhiệt độ
cao.
a) Nấu xà phòng ở nhiệt độ thường :
Trộn dầu mỡ và dung dịch đặc NaOH ( hàm lượng NaOH thường lấy ít hơn lý
thuyết 10% ) thật đều rồi rót vào khuôn bằng sắt quá trình xà phòng sẽ kết thúc 2 -3
ngày.
Phương pháp này tiện lợi ,chất lượng không cao ,không thu hồi glyxerin .
b) Nấu xà phòng ở nhiệt độ cao: (70 →85°C)
Cho dầu mỡ xút,Na2SiO3, Na2CO3...vào thiết bị nấu đun nhẹ đến nhiệt độ 80
→85°C khuấy đếu ,khi hỗn hợp đồng nhất không khuấy nữa ,để yên 3 giờ ở 85°C
.Phản ứng kết thúc kiểm tra kiềm dư bằng giấy PH. Nếu dư kiềm thì phải trung hòa với
acid yếu rồi rót vào khuôn. Phương pháp này thích hợp để sản xuất xà bông bánh, kem
...
c).Phương pháp nấu xà bông có thu hồi glyxerin :
Cho dầu mỡ và xút 35 - 40% vào thiết bị nấu .Phản ứng thực hiện ở 85°C bằng
hơi nước ,kết thúc phản ứng khoảng 2 -4 giờ .Sau khi phản ứng kết thúc cho thêm
NaCl để tách lớp xà phòng (có NaCl tỷ trọng tăng lên ) .Xà phòng dễ phân lớp nổi lên.
Lớp dưới là nước có glyxerin , NaCl , xút dư . Xà phòng thu được trộn với các phụ gia
,các chất độn...để tạo thành khuôn bánh .
Thí dụ 1:
Cho 500g dầu dừa + 200g NaOH trong 200mg nước vào Bercher .Phản ứng
thủy phân ở 80 - 85°C trong vòng 2 giờ sẽ kết thúc .Sau đó , thêm 450ml NaCl bão
hòa .Ðun đến 85°C khuấy đều .Xà phòng tạo thành nổi lên trên , lọc lấy sản phẩm .
Thí dụ 2:
Cho 900g mỡ heo + 100g dầu dưa vào Bercher đun đến 80°C khuấy đều rồi cho
vào 430ml dung dịch NaOH 35% đun đến 80 - 90°C trong vòng 4h phản ứng sẽ kết
thúc. Cho thêm vào phản ứng 400ml dung dịch bão hòa NaCl . Khuấy đều xà phòng
tách ra lớp lọc thu sản phẩm .
VI. Xà bông tắm gội :(xà bông thơm)
Xà bông thơm hầu hết có trích từ nhiều loại thực vật như :,lá sã,bông lài ,bông
sứ , bông hường ...hay dầu tổng hợp .
Có 2 cách điềöûu chế xà bông thơm :
1. Cách 1: rất đơn giản
Người ta chỉ trộn dầu thơm (nước cốt , không pha cồn ) từ 1kg → 1,5kg trong
100kg xà bông ,trộn thật đều trước khi đổ vào khuôn ,đợi nguội ,đóng dấu ,gói giấy
bóng có nhãn hiệu ...
2.Cách 2: Hiện đại và qui mô (xem ở nhà máy )
VII. Xà bông bột: TOP
có 2 cách làm xà bông bột:
1.Cách 1:
Lấy xà bông nấu đem cà bằng ray nun rồi đem phơi khô cách nấu như đã trình
bày:
Dầu dừa 2kg
Dung dịch NaOH 40% 1,1kg
Na2CO3 0,5kg
NaCl 0,5kg
H2O 3l
Sau khi nấu xà bông xong người ta rót 1,2l H2O oxi nguyên chất vào thùng nấu,
vừa nhiễu vừa quậy thật mạnh và lẹ tay cho nước oxi ăn đều với xà bông như vậy xà
bông mới xốp và nhẹ như bọt đợi nguội đem xà bông ra đệm dùng ray nun mà ray
thành bột trước khi đem phơi và vô bao nylon .
Bột giặt :pha trộn các loại hóa chất
1.Ðo Ðêcyl Benzen Sunfuani acid từ 10 → 12%
2.Tripolyphốtphát natri 30 → 45%
3.Na2SO4 20 → 30%
4.Silycat natri Na2SiO3 5 → 10%
5.Peborat natri 5 → 10%
6.Sunfat natri 10 → 15%
Chất Ðo Ðêcyl Benzen Sunfuani acid có màu xẫm cần phải tẩy trắng với vài
chục gam Clorua vôi (Hybocloric calxi)
Xà bông nước :nấu tan xà bông lỏng hay cục với nước sôi xong rồi trộn thêm
ngay vào thùng nấu từ một 100g - 200g Ðo Ðêcyl Benzen Sunfonat natri , 1kg
Na2CO3 (hoặc Na2SiO3 và vài kg hồ bột (khoai mì) đã khuấy sẵn .
Muốn có màu vàng lợt ngưới ta trộn 300g ......... đường ,cặn dầu dừa.
Xà bông kem cũng nấu như xà bông nước rồi trộn đất sét ( Bentonite ) khiến
cho xà bông trở nên sền sệt.
