Tr−êng §H B¸ch khoa Hµ Néi

B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi:

Nghiªn cøu tæng hîp c¸c chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt ®Ó s¶n xuÊt chÊt tÈy röa th©n thiÖn

víi m«i tr−êng dïng trong xö lý v¶i sîi phôc vô cho c«ng nghiÖp dÖt may

Cn®t: §inh ThÞ Ngä

7915

Hà néi – 2009

MỤC LỤC

Trang Mục lục Các chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ và đồ thị Báo cáo khoa học Phần 1. MỞ ĐẦU 1 Phần 2. NỘI DUNG KHOA HỌC ĐÃ THỰC HIỆN Chương 1. Tổng quan lý thuyết 4 1.1 Tổng quan về các loại vải sợi 4 1.1.1 Giới thiệu chung về các loại vải sợi 4 1.1.2 Cấu trúc và tính chất hóa lý các loại vải sợi 6 1.1.3 Quy trình xử lý vải sau khi dệt 8 1.2 Chất tẩy rửa, chất hoạt động bề mặt 9 1.2.1 Thành phần chất tẩy rửa 10 1.2.2 Một số tính chất quan trọng của dung dịch chất tẩy rửa 21 1.2.3 Cơ chế tẩy rửa 22 1.2.4 Các loại chất tẩy rửa vải sợi thông dụng 26 1.3 Tổng quan về dầu thực vật 26 1.3.1 Dầu thực vật và tính hoạt động bề mặt 26 1.3.2 Giới thiệu về tinh dầu thông 27 1.3.3 Các phương pháp biến tính dầu thông 28 Chương 2. Thực nghiệm 31 2.1 Nghiên cứu tính chất hóa lý của bề mặt vải sợi 31 2.2 Lựa chọn và phân tích thành phần nguyên liệu 31 2.3 Tổng hợp chất hoạt động bề mặt từ dầu thông bằng

phương pháp sunfat hóa 32

2.4 Tổng hợp chất hoạt động bề mặt từ dầu thông bằng phương pháp hydrát hóa

33

2.5 Tổng hợp chất hoạt động bề mặt từ dầu thông bằng phương pháp oxi hóa

33

2.6 Phối trộn chế tạo chất tẩy rửa 34 2.7 Xác định các thông số hóa lý của sản phẩm 35 2.8 Các phương pháp nghiên cứu 46 2.9 Thử nghiệm xử lý tẩy dầu tại nhà máy 50 Chương 3. Thảo luận kết quả 3.1 Nguyên nhân nhiễm bẩn dầu mỡ trong công nghiệp dệt 53 3.2 Xác định nhu cầu về xử lý vải sợi và nghiên cứu lựa 53

chọn dầu thực vật có hoạt tính bề mặt 3.3 Nghiên cứu tính chất hóa lý của bề mặt vải sợi và cơ

chế nhiễm bẩn dầu mỡ 58

3.4 Nghiên cứu tổng hợp chất hoạt động bề mặt trên cơ sở dầu thông

69

3.4.1 Khái quát chung 69 3.4.2 Tổng hợp chất HĐBM từ DT bằng phương pháp sunfat

hóa 72

3.4.3 Tổng hợp chất HĐBM từ DT bằng phương pháp hydrat hóa

83

3.4.4 Tổng hợp chất HĐBM từ DT bằng phương pháp oxi hóa 89 3.4.5 Nghiên cứu tổng hợp chất HĐBM trên thiết bị lớn 97 3.5 Chế tạo hỗn hợp chất tẩy rửa có hoạt tính cao 101 3.5.1 Chế tạo chất tẩy rửa từ dầu thông sunfat hóa 101 3.5.2 Chế tạo chất tẩy rửa từ dầu thông hydrat hóa 104 3.5.3 Quy trình tẩy trắng 112 3.6 Nghiên cứu cơ chế tẩy sạch vải sợi 115 3.7 Nghiên cứu thử nghiệm trong nhà máy 127 Phần 3. CÁC KẾT QUẢ ĐÃ ĐẠT ĐƯỢC A Các sản phẩm “dạng I” 135 B Các sản phẩm “dạng II” 136 C Các sản phẩm “dạng III” 145 Kết luận khoa học 149 Kết luận theo nhiệm vụ đã ký kết 151 Hướng phát triển tiếp theo của Đề tài và Kiến nghị 152 Trang tài liệu tham khảo 153 Phụ lục Từ trang 161

CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG BÁO CÁO

- DT: Dầu thông.

- CTR: Chất tẩy rửa.

- DTBT: Dầu thông biến tính.

- SCBM: Sức căng bề mặt.

- St: Stốc.

- cSt: Centistôc.

- SEM: Kính hiển vi điện tử quét.

- GC-MS: Sắc ký khí kết hợp khối phổ.

- IR: Phổ hồng ngoại.

- HĐBM: Chất hoạt động bề mặt.

- NI: Chất hoạt động bề mặt không ion.

- HLB: Chỉ số cân bằng tính ưa dầu – nước.

- CMC: Nồng độ Mixen tới hạn.

- ABS: Alkyl Benzen Sunfonat.

- LAS: Linear Alkyl Benzen Sulfonat.

- LES: Alkyl Ete Sulfat

- TEA: Trietylamin.

- COT : Vải coton

- PES: Polyeste.

- PET: Poly Ethylene Terephtalate, gọi là sợi PET

- COT/PET : Vải pha giữa coton và polieste

- APG: Alkylpoliglucosit

- TWEEN Chất hoạt động bề mặt dạng sorbitan

- EDTA Etylen Diamin Tetra-Axetic

- MGDA Metyl Glycin Diaxetic Axit

- KL Khối lượng - PTL Phân tử lượng

DANH MỤC CÁC BẢNG

TT Tên bảng Trang Bảng 1.1 Đặc tính của các loại sợi dệt khác nhau 6 Bảng 1.2 Thành phần xơ bông chín tính theo % chất khô tuyệt

đối 7

Bảng 1.3 Mối quan hệ giữa khả năng phân tán trong nước và giá trị HLB

22

Bảng 1.4 Tính chất vật lý của các cấu tử chính trong dầu thông 27 Bảng 1.5 Tính chất vật lý của α -pinen và β -pinen 28 Bảng 2.1 Tính chuẩn số 48 Bảng 2.2 Tính giá trị tương ứng và chuẩn số Fisher 49 Bảng 2.3 Các thí nghiệm tại tâm 50 Bảng 3.1 Định tính về khả năng tẩy rửa của các loại dầu thực

vật 54

Bảng 3.2 Kết quả nghiên cứu hoạt tính tẩy rửa của hỗn hợp dầu thông và dầu dừa

55

Bảng 3.3 Kết quả nghiên cứu hoạt tính tẩy rửa của hỗn hợp dầu thông và dầu cam quýt

55

Bảng 3.4 Kết quả nghiên cứu hoạt tính tẩy rửa của hỗn hợp dầu thông và dầu cám

56

Bảng 3.5 Kết quả nghiên cứu hoạt tính tẩy rửa của hỗn hợp dầu thông và dầu sở

56

Bảng 3. 6 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt LAS

56

Bảng 3.7 Kết quả nghiên cứu hoạt tính tẩy rửa của hỗn hợp dầu thông và dầu cam quýt

57

Bảng 3.8 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của axit sucinic 57 Bảng 3.9 Đường kính mao quản của xơ polyeste và xơ bông 68 Bảng 3.10 Đường kính động học phân tử của một số hợp chất

hydrocacbon có trong dầu 69

Bảng 3. 11 Các thông số hóa lý của dầu thông 71 Bảng 3.12 Hoạt tính tẩy sạch đối với các loại vải khác nhau 71 Bảng 3.13 Ảnh hưởng của nồng độ axit H2SO4 đến phản ứng

sunfat hóa dầu thông 72

Bảng 3.14 Ảnh hưởng của lượng H2SO4 đến phản ứng sunfat hóa dầu thông

73

Bảng 3.15 Ảnh hưởng của nhiệt độ trong phản ứng sunfat hóa dầu thông

74

Bảng 3.16 Ảnh hưởng của thời gian trong phản ứng sunfat hóa dầu thông

76

Bảng 3.17 So sánh hoạt tính tẩy sạch của các sản phẩm trong quá trình biến tính DT bằng axit sunfuric

82

Bảng 3.18 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ axit H2SO4 trong 83

phản ứng hydrat hóa dầu thông Bảng 3.19 Ảnh hưởng của nhiệt độ trong phản ứng hydrat hóa

dầu thông 84

Bảng 3.20 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng trong phản ứng hydrat hóa dầu thông

85

Bảng 3.21 Ảnh hưởng của lượng oxy đến phản ứng oxy hoá 90 Bảng 3.22 Ảnh hưởng của lượng H2O2 trong phản ứng oxy hoá

dầu thông 90

Bảng 3.23 Ảnh hưởng của nhiệt độ trong phản ứng oxy hoá dầu thông

91

Bảng 3.24 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến quá trình oxy hoá

92

Bảng 3.25 Ảnh hưởng của hàm lượng H2O trong phản ứng oxyt hoá dầu thông

93

Bảng 3.26 Các tính chất hoá lý của DT nguyên liệu và các sản phẩm biến tính

97

Bảng 3.27 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của loại cánh khuấy đến độ ổn định nhũ tương khi tốc độ khuấy trộn nhỏ

98

Bảng 3.28 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của loại cánh khuấy đến độ ổn định nhũ tương khi tốc độ khuấy trộn lớn

98

Bảng 3.29 Kết quả nghiên cứu tìm tốc độ khuấy trên thiết bị lớn 99 Bảng 3.30 Kết quả nghiên cứu tìm nhiệt độ thích hợp trên thiết

bị lớn 100

Bảng 3.31 Kết quả nghiên cứu tìm thời gian thích hợp cho 1 mẻ trên thiết bị lớn

100

Bảng 3.32 Ảnh hưởng của hàm lượng axit oleic 101 Bảng 3.33 Ảnh hưởng của hàm lượng LAS 102 Bảng 3.34 So sánh các thông số của mẫu thực nghiệm và mẫu

tính toán 104

Bảng 3.35 Ảnh hưởng của hàm lượng LAS đến hoạt tính của chất tẩy rửa từ DT hydrat hóa

105

Bảng 3.36 Ảnh hưởng của hàm lượng axit oleic đến hoạt tính của chất tẩy rửa từ DT hydrat hóa

106

Bảng 3.37 Ảnh hưởng của hàm lượng glyxerin đến hoạt tính của chất tẩy rửa từ DT hydrat hóa

107

Bảng 3.38 Ảnh hưởng của hàm lượng TEA đến hoạt tính của chất tẩy rửa từ DT hydrat hóa

108

Bảng 3.39 Ảnh hưởng của nhiệt độ ngâm mẫu đến hoạt tính của chất tẩy rửa từ DT hydrat hóa

109

Bảng 3.40 Ảnh hưởng của thời gian ngâm mẫu đến hoạt tính của chất tẩy rửa từ DT hydrat hóa

110

Bảng 3.41 Các điều kiện tối ưu để chế tạo CTR từ DT hydrta hoá

111

Bảng 3.42 Các đặc trưng hoá lý của các loại CTR 111

Bảng 3.43 Ảnh hưởng của nhiệt độ tẩy trắng đến độ trắng của vải

113

Bảng 3.44 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn trong thiết bị lớn để chế tạo CTR

114

Bảng 3.45 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian trong thiết bị lớn để chế tạo CTR

115

Bảng 3.46 Mối quan hệ giữa sức căng bề mặt và hoạt tính tẩy rửa

115

Bảng 3.47 Quan hệ giữa điện thế zeta và hoạt tính tẩy rửa 117 Bảng 3.48 Giá trị sức căng bề mặt ở các nồng độ CTR khác

nhau 119

Bảng 3.49 Sự phụ thuộc của hoạt tính tẩy rửa vào hàm lượng chất hoạt động bề mặt LAS

120

Bảng 3.50 Chỉ số HLB và hoạt tính tẩy sạch của các sản phẩm 121 Bảng 3.51 Ảnh hưởng của nồng độ chất tẩy rửa đến độ mao dẫn

của vải 122

Bảng 3.52 Chỉ số COD và BOD của hỗn hợp sau tẩy rửa trong môi trường đất

134

Bảng 3.53 Chi phí nguyên liệu để sản xuất 100 Kg chất tẩy rửa 135a Bảng a.1 Tính chất của các sản phẩm đã tổng hợp 135 Bảng b.1 Các sản phẩm “dạng II” đã đạt được 136 Bảng c.1 Các bài báo đã công bố 145 Bảng c.2 Danh sách Thạc sỹ đã hướng dẫn với nội dung của

Đề tài 146

Bảng c.3 Danh sách Kỹ sư đã hướng dẫn với nội dung của Đề tài

146

Bảng c.4 Danh sách Tiến sỹ đang hướng dẫn với nội dung của Đề tài

148

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

TT Tên hình Trang Hình 1.1 Sự hình thành mixen 21 Hình 1.2 Xác định nồng độ tới hạn 21 Hình 1.3 Sự nhiễm bẩn dầu trên bề mặt sợi 22 Hình 1.4 Sự gột tẩy vết bẩn béo khỏi bề mặt sợi 23 Hình 1.5 Phương thức Rolling Up 24 Hình 1.6 Các hướng tạo sản phẩm trong quá trình oxy hóa

pinen 30

Hình 2.1 Sơ đồ thiết bị phản ứng và chiết sản phẩm 32 Hình 2.2 Sơ đồ thiết bị xác định tỷ trọng 37 Hình 2.3 Thiết bị đo sức căng bề mặt 39 Hình 2.4 Sơ đồ thiết bị xác định độ nhớt 40 Hình 2.5 Dụng cụ đo độ điện di 41 Hình 3.1 Ảnh chụp SEM vải cotton sạch 59 Hình 3.2 Phổ hồng ngoại (IR) của vải cotton 60 Hình 3.3 Ảnh chụp SEM vải cotton nhiễm bẩn 61 Hình 3.4 Phổ IR của vải polieste 63 Hình 3.5 Bề mặt vải polyeste sạch 64 Hình 3.6 Lát cắt vải polyeste sạch 64 Hình 3.7 Bề mặt vải polyeste bị nhiểm bẩn dầu mỡ 65 Hình 3.8 Lát cắt vải polyeste bị nhiễm bẩn dầu mỡ 65 Hình 3.9 Ảnh chụp SEM mẫu vải pha sạch 66 Hình 3.10 Ảnh SEM về sợi và bề mặt vải pha bị nhiễm bẩn

dầu mỡ 68

Hình 3.11 Lát cắt vải pha đã nhiễm bẩn dầu mỡ 68 Hình 3.12a

Sắc ký đồ GC xác định thành phần của dầu thông nguyên liệu

70

Hình 3.12b

Phổ MS xác định thành phần của dầu thông nguyên liệu

70

Hình 3.13 Mối quan hệ giữa khả năng tẩy rửa và nồng độ axit 73 Hình 3.14 Mối quan hệ giữa lượng axit và hoạt tính tẩy sạch 74 Hình 3.15 Mối quan hệ giữa hoạt tính tẩy sạch và nhiệt độ

phản ứng 75

Hình 3.16 Mối quan hệ giữa thời gian phản ứng và hoạt tính tẩy sạch

76

Hình 3.17 Phổ IR của dầu thông nguyên liệu 77 Hình 3.18 Phổ IR của mẫu dầu thông sulfat hóa với axit H2SO4

50% 78

Hình 3.19 Phổ IR của mẫu dầu thông sulfat hóa với axit H2SO4 60%

78

Hình 3.20 Phổ IR của mẫu dầu thông sulfat hóa với axit H2SO4 70%

79

Hình 3.21 Phổ IR của mẫu dầu thông sulfat hóa với axit H2SO4 80

79

Hình 3.22 Ảnh hưởng của nồng độ axit sulfuric đến hoạt tính tẩy sạch

84

Hình 3.23 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng hydrat hóa đến hoạt tính tẩy sạch

85

Hình 3.24 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng hydrat hóa đến hoạt tính tẩy sạch

86

Hình 3.25 Phổ GC-MS của dầu thông Hydrat hóa 87 Hình 3.26 Phổ hồng ngoại IR của dầu thông hydrat hóa 88 Hình 3.27 Mối quan hệ giữa hoạt tính tẩy sạch và tốc độ sục

không khí 90

Hình 3.28 Mối quan hệ giữa hoạt tính tẩy sạch và lượng H2O2 91 Hình 3.29 Mối quan hệ giữa hoạt tính tẩy sạch và nhiệt độ oxy

hoá 92

Hình 3.30 Mối quan hệ giữa khả năng tẩy sạch và thời gian phản ứng

93

Hình 3.31 Mối quan hệ giữa khả năng tẩy trắng và hàm lượng H2O

94

Hình 3.32 Phổ GC –MS của dầu thông oxy hóa 95 Hình 3.33 Phổ IR của dầu thông oxy hóa 95 Hình 3.34 Mối quan hệ giữa lượng axit oleic và hoạt tính tẩy

rửa 102

Hình 3.35 Mối quan hệ giữa lượng LAS và hoạt tính tẩy sạch 103 Hình 3.36 Ảnh hưởng của hàm lượng LAS đến hoạt tính tẩy

sạch từ DT hydrat hóa 106

Hình 3.37 Ảnh hưởng của hàm lượng axit oleic đến hoạt tính tẩy sạch từ DT hydrat hóa

107

Hình 3.38 Ảnh hưởng của hàm lượng glyxerin đến hoạt tính tẩy sạch từ DT hydrat hóa

108

Hình 3.39 Ảnh hưởng của hàm lượng TEA đến hoạt tính tẩy sạch từ DT hydrat hóa

109

Hình 3.40 Ảnh hưởng của nhiệt độ ngâm mẫu đến hoạt tính tẩy sạch từ DT hydrat hóa

110

Hình 3.41 Ảnh hưởng của thời gian ngâm mẫu đến hoạt tính tẩy sạch từ DT hydrat hóa

111

Hình 3.42 Ảnh hưởng của nhiệt độ tẩy trắng đến độ trắng của vải

113

Hình 3.43 Mối quan hệ giữa SCBM và hoạt tính tẩy rửa 116 Hình 3.44 Sự phụ thuộc của hoạt tính tẩy sạch vào điện thế 118

Zeta Hình 3.45 Quan hệ giữa SCBM và nồng độ dung dịch CTR 119 Hình 3.46 Mối quan hệ giữa nồng độ chất tẩy rửa và độ mao

dẫn của vải 122

Hình 3.47 Mô hình cơ chế tẩy dầu mỡ theo cơ chế cuốn trôi với góc tiếp giáp θ > 900

125

Hình 3.48 Mô hình cơ chế tẩy dầu mỡ theo cơ chế cuốn trôi với góc tiếp giáp θ < 900

125

Hình b.1 Quy trình công nghệ tổng hợp chất hoạt động bề mặt anion bằng phương pháp sunfat hóa dầu thông

137

Hình b.2 Quy trình công nghệ tổng hợp chất hoạt động bề mặt không ion bằng phương pháp hydrat hóa dầu thông

138

Hình b.3 Quy trình công chế tạo chất tẩy rửa) 139 Hình b.4 Qui trình công nghệ xử lý vải mộc có hồ 142 Hình b.5 Qui trình công nghệ xử lý vải mộc không có hồ 144

1

PHẦN 1. MỞ ĐẦU

Hiện nay, công nghiệp dệt may đang mang lại cho nền kinh tế nước ta một nguồn lợi to lớn, nhất là trong thời kỳ hội nhập. Kim ngạch thu được cho ngân sách nhà nước từ xuất khẩu dệt may hàng năm lên tới hàng tỷ USD. Tuy nhiên hàng năm, nước ta phải nhập một lượng lớn hoá chất để xử lý làm sạch vải sợi trước khi nhuộm mầu, in hoa và các công đoạn sản xuất vải tiếp theo. Trong số hoá chất đó, các chất hoạt động bề mặt để tẩy dầu mỡ, chất béo, tạp chất trên vải, chất giũ hồ, chất ngấm chiếm một lượng lớn. Có nhiều nguyên nhân để vải sợi bị nhiễm bẩn dầu mỡ, tạp chất, nhưng thông thường là các lý do sau: -Khi chuốt sợi, người ta phải cho parafin hoặc dầu vào để tránh cho sợi bị xù lông và để các sợi không dính vào nhau trong quá trình dệt. -Đối với các loại sợi poliamit, poliester do có khả năng sinh tĩnh điện cao nên gây khó khăn cho quá trình dệt, để hạn chế hiện tượng này, khi dệt người ta thường phải cho thêm chất bôi trơn là dầu khoáng. -Khi dệt thông thường cho thêm hồ tinh bột. -Trong sợi bông luôn có các tạp chất như chất béo, sáp, lignin, hợp chất chứa nitơ, tro, pectin, các tạp chất cơ học do mảnh hạt lẫn vào. -Dầu mỡ từ máy dệt có thể thâm nhập vào trong quá trình dệt, gây nhiễm bẩn cục bộ cho sợi hoặc các tấm vải thành phẩm. -Các chất bẩn từ môi trường bám dính vào vải và sợi trong quá trình dệt và vận chuyển. Đến công đoạn nhuộm mầu và in hoa, tất cả các chất bẩn nêu trên phải được tẩy sạch; nếu không thì quá trình nhuộm sẽ không có hiệu quả do các loại chất này ngăn cản sự thấm nước và mầu nhuộm, không cho thuốc nhuộm khuyếch tán vào vải, gây loang mầu. Hiện nay trong cả nước ta có khoảng 1000 nhà máy dệt lớn nhỏ với hơn 10.500 máy dệt. Lớn nhất là nhà máy dệt của Vinatex có công suất 3000 tấn vải/ ngày; nhỏ như xí nghiệp dệt nhuộm Trung thư cũng có đến 6-7 tấn vải /ngày. Theo thống kê, trong một năm, trung bình nước ta sản xuất ra hơn 23 triệu tấn vải. Lượng vải này cần đến khoảng 5000 tấn chất HĐBM để xử lý làm sạch.Tất cả các chất HĐBM này đều phải nhập ngoại với giá không nhỏ: 2-3 USD/1Kg. Như vậy ta sẽ không chủ động được về sản phẩm. Không những thế, các loại hoá chất xử lý nhập ngoại cộng với lượng dư thừa thuốc nhuộm đã và đang gây ô nhiễm môi trường trầm trọng. Nước thải của công nghiệp dệt nhuộm là một trong những loại nước thải độc hại nhất ngày nay. Trước đây trong công nghiệp dệt chủ yếu sử dụng các phương pháp tiền xử lý vải sợi cơ học hoặc các loại hoá chất nhập ngoại không thân thiện môi trường. Thông thường phải sử dụng 3 loại hóa chất trong quá trình sản xuất vải, đó là: Chất tẩy dầu, chất giũ hồ, chất ngấm. Thông thường các hóa phẩm đó phải nhập từ nước ngoài, chủ yếu của Hàn Quốc, Đài Loan. Một điểm đáng lưu ý là để sản xuất vải thành phẩm, không thể thiếu bất kể thành phần nào trong số đó, tức là

2

nếu nhập thiếu một trong 3 chất đó thì sẽ không thể hoàn thiện được qui trình. Các xí nghiệp dệt nhuộm lại thiếu chủ động và phụ thuộc nơi cung cấp sản phẩm.Giai đoạn nấu tẩy để giũ hồ phải thực hiện ở nhiệt độ tương đối cao, gây tốn kém năng lượng và phức tạp trong công nghệ. Mỗi giai đoạn khác như tẩy dầu, nhuộm đều phải thay đổi đơn phối chế vì các quá trình đó sử dụng các hóa phẩm khác nhau. Bên cạnh đó, nước thải nhuộm khi sử dụng các chất truyền thống cũ gây ô nhiễm trầm trọng.

Đứng trước tình hình đó, để chủ động tạo ra sản phẩm từ nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước và giảm giá thành sản phẩm cho ngành công nghiệp dệt may, nhóm nghiên cứu về chất hoạt động bề mặt (HĐBM) của trường Đại học Bách khoa Hà Nội tham gia đề xuất, tuyển chọn và đã được Bộ Khoa học và Công nghệ cho phép thực hiện đề tài ( từ 1/1/2008 đến 31/12/2009) để tổng hợp ra các chất hoạt động bề mặt nhằm sản xuất chất tẩy rửa (CTR) đặc chủng cho công nghiệp dệt nhuộm. Qua 2 năm nghiên cứu tìm tòi, chủ nhiệm Đề tài và các cộng sự đã tổng hợp được chất HĐBM và CTR có hoạt tính rất cao, cùng lúc thay thế được cả 3 loại chất: Chất tẩy dầu, chất giũ hồ, chất ngấm. Chất tẩy rửa chế tạo được có nguồn gốc từ dầu thực vật (dầu thông) nên thân thiện môi trường, giúp phần giảm thiểu ô nhiễm do nước thải của công nghiệp nhuộm gây nên. Cũng xây dựng được qui trình công nghệ để xử lý tẩy sạch vải sợi trong thực tế dựa trên các số liệu thử nghiệm tại nhà máy. Công nghệ sử dụng CTR của Đề tài đơn giản, vẫn sử dụng được công nghệ vốn có của nhà máy. Tuy nhiên có thể thay đổi công nghệ để quá trình đơn giản hơn, đỡ tốn năng lượng hơn. Điểm mới của Đề tài là xác đinh được loại dầu có hoạt tính bề mặt cao, đó là dầu thông (DT) và tìm được phương pháp biến tính DT với tác nhân và xúc tác phù hợp để tạo ra chất HĐBM không ion và anion sử dụng để xử lý vải sợi. Bằng phương pháp xác định tính chất hóa lý của bề mặt vải sợi, đã đưa ra cơ sở khoa học để lựa chọn loại CTR phù hợp cho mỗi loại vải nhiễm bẩn.Đưa ra phương pháp chế tạo nhũ tương, một dạng hoạt tính cao của CTR để sử dụng trực tiếp. Nghiên cứu tính chất hóa lý của bề mặt vải sợi khác nhau như cotton, polieste, poliamit, vải pha… để tìm ra cách thức nhiễm bẩn dầu mỡ trên vải, cơ chế tẩy rửa thích hợp đối với từng loại vải trên nhằm điều chỉnh quá trình xử lý tẩy sạch vải sợi, mang lại hiệu quả cao. Mặt khác tham gia đề xuất đơn pha chế cho các quá trình và giải pháp đơn giản hóa công nghệ cho quá trình xử lý vải từ khâu đầu đến khâu cuối cùng là nhuộm mầu. Sản phẩm đã được thử nghiệm tại nhà máy Dệt nhuộm Trung Thư và được cơ sở đối tác đánh giá cao về chất lượng, về tính thuận tiện và sẽ đưa vào ứng dụng sau khi hoàn thiện công nghệ. Trong báo cáo tổng kết này, trình bầy các nội dung sau:

-Tìm các loại dầu thực vật có hoạt tính bề mặt -Nghiên cứu tính chất hóa lý của bề mặt vải sợi nhằm tìm ra cơ chế bám dính

của dầu mỡ trên vải, làm cơ sở định hướng cho việc tổng hợp CTR đặc chủng.

3

-Tổng hợp chất HĐBM và CTR bằng phương pháp sunfat hóa DT -Tổng hợp chất HĐBM và CTR bằng phương pháp hydrat hóa DT -Nghiên cứu các điều kiện về chế độ khuấy, chế độ truyền nhiệt để thực hiện

phản ứng tổng hợp chất HĐBM và CTR trên thiết bị lớn -Nghiên cứu cơ chế xử lý tẩy sạch vải sợi -Thử nghiệm sản phẩm tại nhà máy để thiết lập qui trình công nghệ xử lý vải

sợi -Đánh giá hiệu quả khi sử dụng sản phẩm -Đưa ra các loại qui trình công nghệ. -Hướng phát triển tiếp theo của Đề tài và kiến nghị Cho đến nay, Đề tài đã hoàn thành tất cả các nội dung đề ra từ ban đầu. Đã

tổng hợp được chất HĐBM và CTR có tính năng đạt và vượt yêu cầu. Sản phẩm đã được chấp nhận để ứng dụng trong thực tế. Tuy nhiên cũng cần nghiên cứu thêm một số vấn đề và hoàn thiện công nghệ đối với các loại vải sợi khác nhau, các nhà máy dệt có tính chất khác nhau, có công suất và các loại máy móc khác nhau (sẽ được trình bầy ở phần cuối của báo cáo) để đưa sản phẩm áp dụng vào công nghiệp dệt nhuộm ở nước ta.

4

PHẦN 2. NỘI DUNG KHOA HỌC ĐÃ THỰC HIỆN Chương 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI VẢI SỢI. 1.1.1. Giới thiệu chung về các loại vải sợi Ngày nay vải sợi được sử dụng trong lĩnh vực may mặc gồm một nhiều

loại sợi dệt khác nhau mà mỗi loại đòi hỏi sự giặt ủi thích hợp, tác động một cách khác nhau dưới các tác dụng của nước, nhiệt độ, tác động cơ giới của máy và chất tẩy rửa.

Các sợi dệt được xếp thành ba nhóm theo nguồn gốc của chúng /1,8,11/ 1.1.1.1. Sợi thiên nhiên. Sợi thiên nhiên có thể thuộc các loại thảo mộc như bông, sợi gai hoặc

thuộc động vật như len, tơ... Trong đó sợi bông được sử dụng trong công nghiệp dệt với tỉ lệ lớn nhất 52 đến 60%, sợi len chiếm từ 6 đến 9%, còn sợi tơ tằm chiếm khoảng 0,2% số sợi dệt trên toàn thế giới.

Sợi thiên nhiên được chia làm 2 loại: * Sợi thiên nhiên thực vật: Sợi thiên nhiên thực vật gồm chủ yếu hai loại

sợi chính là: sợi bông và sợi libe. -Sợi bông thu hoạch từ quả bông, là tập hợp các tế bào thực vật có hình

dải, đầu trên nhọn khép kín và bị xoắn nhiều hơn ở đầu dưới. Thành phần chính của sợi bông là xenlulo, ngoài ra còn một số tạp chất khác như: hợp chất chứa nitơ, sáp bông, chất pectin, tro và một vài chất nữa. Khối lượng riêng của sợi bông là 1,53 g/cm3. Hàm ẩm của sợi bông lần lượt là 5,5 đến 6,5 % và 11 đến 12 % tương ứng trong điều kiện không khí khô và trong không khí ẩm .

- Sợi libe được lấy từ vỏ một số cây như: lanh, đay, gai và một số cây khác tương tự. Cấu tạo sợi libe là những xơ libe liên kết với nhau bởi màng pectin. Quá trình tách sợi libe ra khỏi vỏ cây gọi là quá trình sơ chế hay gọi là quá trình thoát keo.

Sợi thiên nhiên thực vật có đặc tính dai, bền, có khả năng chịu nhiệt cao, chà sát mạnh.

*. Sợi thiên nhiên động vật: Sợi thiên nhiên động vật, ngày nay vẫn chiếm vị trí quan trọng trong công nghiệp dệt, chủ yếu là len và tơ. Theo cấu tạo và đặc tính chung len được chia làm 4 loại: Len tơ. Len nửa tơ. Len nửa thô. Len thô.

Sợi len rất dễ hút ẩm. Tuỳ theo độ ẩm và nhiệt độ của môi trường mà hàm ẩm của len sẽ thay đổi theo. Ví dụ: sấy khô len ở 100 đến 105 oC len sẽ bị giảm độ bền và dòn vì mất ẩm, nếu cho hồi ẩm thì len lại trở nên mềm mại như ban đầu. Trong các nguồn nguyên liệu dùng làm len thì lông cừu chiếm một trữ lượng lớn hơn cả.

Khác với các loại sợi thiên nhiên trên, tơ tằm không có cấu tạo tế bào. Mỗi sợi tơ gồm hai sợi nhỏ nằm song song, thành phần chủ yếu là fibroin và được phủ ngoài bằng một lớp keo dính xerixin. Khi nấu tơ tằm trong dung dịch

5

xà phòng, do các tạp chất tan ra trong rượu và ete nên, khối lượng tơ giảm đi từ 20 đến 30%.

Nói chung, sợi thiên nhiên động vật rất mỏng manh, nếu bị ướt sẽ mất 40% sức bền dai của chúng. Sợi thiên nhiên động vật phải xử lý hết sức thận trọng, ở 20 đến 30 oC là tối đa. Trong các loại sợi thiên nhiên thì sợi bông được sử dụng trong công nghiệp dệt nhiều nhất (52 đến 60 %).

1.1.1.2. Sợi hoá học. Là những loại xơ không có sẵn trong thiên nhiên, do con người chế tạo

bằng các quy trình gia công hóa học. Sợi hoá học tuy mới xuất hiện trong vòng hơn nửa thế kỷ nay nhưng nó đã phát triển mạnh mẽ và ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nguyên liệu cho ngành công nghiệp dệt. Sợi hoá học bao gồm sợi nhân tạo và sợi tổng hợp.

* Sợi tổng hợp: Sợi tổng hợp là những loại được chế tạo hoàn toàn bằng những hợp chất cao phân tử tổng hợp. Sợi tổng hợp được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp dệt hiện nay gồm các loại như: polyeste (bao gồm terilen, dacron, lapxan,...), polyacrylonitril, polyvinylic, polyvinylclorua, polyamit (bao gồm nylon 6, nylon 7, nylon 8, nylon 9, nylon 4 và các kiểu nylon 4 - 6, nylon 5 - 6, nylon 6 - 10, v.v... Quan trọng và được sản xuất nhiều hơn cả là nylon 6, nylon 6 - 6, nylon 7 và nylon 6 - 10.

Sợi polyamit và polyeste thuộc về nhóm sợi mạch dị thể, còn polyacrylonitril, polyvinilic, và polyvinylclorua thuộc nhóm mạch cacbon.

- Sợi thuộc nhóm mạch dị thể có độ bền cao. Độ bền đứt của nó có thể đạt đến 60 đến 70 m. Độ bền nhiệt của nó vượt xa các loại sợi khác (khi chịu gia nhiệt liên tục trong 1000 h ở nhiệt độ 150 oC thì độ bền của nó chỉ giảm 50 %). Trong khi đó cũng nhiệt độ này thì chỉ trong 200 đến 300 h nhiều sợi khác đã bị phá huỷ hoàn toàn. Tuy nhiên khi đến 235 oC chúng bắt đầu bị mất độ định hướng đại phân tử, 265 oC bị nóng chảy và đến 275 oC thì bị phá huỷ.

- Sợi thuộc nhóm mạch cacbon thì không những có độ bền cơ học cao mà độ bền này còn không bị giảm trong trạng thái ướt. Tuy nhiên nhược điểm của nó là kém bền với ma sát. Chúng dễ giặt, mau khô và giữ nhiệt. Độ bền nhiệt của loại sợi này khá cao. Tác dụng nhiệt ở 130 oC trong một thời gian dài hầu như độ bền cơ lý của nó vẫn không thay đổi. Song ở 220 oC đến 230 oC chúng mềm ra và bắt đầu bị phân huỷ.

Tóm lại, sợi tổng hợp có tính bền, chắc. Chúng không cho nước hoặc chất bẩn thấm sâu vào, ngoại trừ một số chất mỡ. Tuy nhiên sợi tổng hợp ít chịu được nhiệt độ cao nên việc tẩy rửa cũng phải hết sức thận trọng.

* Sợi nhân tạo: Sợi nhân tạo được sản xuất từ các hợp chất cao phân tử thiên nhiên như: nguồn gốc từ xenlulô (viscose, axetat, triaxetat, đồng - amoniac), nguồn gốc từ protit (cazêin, zêin...)

Sợi nhân tạo có cấu trúc xốp, hầu như không có các phần kết tinh. Sợi nhân tạo chính là dẫn xuất của sợi thiên nhiên thực vật. Chúng mỏng manh hơn sợi thiên nhiên cùng loại. Dưới tác dụng của các axit khoáng đậm đặc ở nhiệt độ

6

thường và axit khoáng loãng ở nhiệt độ cao hay trong thời gian dài sợi nhân tạo sẽ bị phá huỷ nhanh hơn sợi tự nhiên.

Sợi nhân tạo không có tính nhiệt dẻo, vì vậy ở 100 oC đến 120 oC độ bền của nó không những bị giảm mà còn tăng lên do một phần ẩm bị khử ra khỏi sợi, làm liên kết giữa các đại phân tử thêm chặt chẽ hơn. Khi chịu tác dụng của nhiệt độ đến 150 oC trong thời gian dài chúng sẽ bị giảm độ bền nghiêm trọng.

1.1.1.3. Sợi hỗn hợp (sợi pha). Sợi hỗn hợp (sợi pha) gồm những sợi thiên nhiên và sợi tổng hợp phối

trộn với nhau theo những tỷ lệ nhất định như: polyeste pha bông, len pha polyamit...

Sợi hỗn hợp phối hợp ưu điểm của từng loại sợi thành phần. Ngày nay chúng được sử dụng nhiều vì chúng dung hoà sự thoải mái của sợi thiên nhiên với lợi ích của sợi tổng hợp. Nhiệt độ xử lý sợi hỗn hợp chịu chi phối bởi loại sợi mỏng manh nhất.

Tùy vào mục đích và đặc tính của từng loại sợi mà người ta sử dụng phù hợp cho các mục đích khác nhau. Đặc tính của các loại sợi dệt khác nhau được tóm tắt như bảng dưới đây [1]

Bảng 1.1. Đặc tính của các loại sợi dệt khác nhau

Loại sợi Đặc tính Khuyến cáo xử lý Sợi thiên nhiên thực vật: Bông, Sợi gai

Dai, bền cơ. Chịu nhiệt cao, chà xát mạnh và xử lý bằng Clo.

Sợi thiên nhiên động vật: Len, Tơ

Mỏng manh, mất 40 % sức bền dai của chúng nếu bị ướt.

Xử lý thận trọng, giặt vàxả ở nhiệt độ tối đa 20đến 30 oC.

Sợi nhân tạo (viscose, axetate)

Dẫn xuất của sợi thiên nhiên thực vật.

Không dùng clo để xử lý.

Sợi hỗn hợp (sợi pha - hỗn hợp của sợi tổng hợp và thiên nhiên)

Ngày nay được sử dụng nhiều, loại sợi tân tiến này dung hoàsự thoải mái của sợi thiên nhiên với lợi ích của sợi tổng hợp.

Nhiệt độ giặt giũ cần chọn tuỳ theo loại sợi mỏng manh nhất.

Sợi tổng hợp: Nylon, Rilsan

Có tính bền chắc. Chúng không để cho nước hoặc chất bẩn thấm sâu vào, ngoại trừ một sốchất mỡ.

Không chịu được nhiệt độ cao. Do đó việc tẩy rửa cần thận trọng.

1.1.2. Cấu trúc và tính chất hóa lý các loại vải sợi 1.1.2.1. Phân loại vải sợi Cũng như xơ sợi, chế phẩm dệt (vải sợi) cũng được chia nhiều loại khác

nhau: Từ các loại sợi dệt, theo các phương pháp dệt khác nhau mà dệt thành các

loại vải khác nhau như: vải dệt thoi, vải dệt kim... và vải không dệt.

7

* Theo công dụng: Có thể chia ra thành vải dân dụng và vải kỹ thuật. * Theo phương pháp sản xuất: Có thể chia thành nhiều loại vải như vải

mặt nhẵn, vải xù lông, vải chải mặt, vải nhiều lớp… * Theo thành phần xơ: Có các loại như chế phẩm đồng nhất, không đồng

nhất hay thuộc loại hỗn hợp. - Loại chế phẩm đồng nhất được tạo nên từ xơ của một loại. - Chế phẩm không đồng nhất có một phần sợi có thành phần xơ cùng loại

còn phần sợi khác có thành phần xơ không giống thành phần ban đầu. - Chế phẩm dệt loại hỗn hợp phổ biến là loại vải dệt từ loại sợi pha trộn

giữa các loại xơ khác nhau (vải pha) như: bông - polyeste, bông - polyamit.../19,20,22,23/

1.1.2.2. Cấu trúc vải sợi Vải được cấu tạo từ các bó sợi, bó sợi gồm nhiều sợi. Mỗi sợi vải lại được

cấu tạo từ nhiều xơ, các xơ này sắp xếp một cách ngẫu nhiên và tạo ra hệ thống các lỗ trống giữa các sợi với nhau. Giữa các bó sợi có khoảng cách và các bó sợi này lại được xếp chồng lên nhau tạo ra độ dày của vải.

1.1.2.3. Bản chất hóa học và tính chất của các loại vải sợi Mặc dù có nguồn gốc thiên nhiên hay do tổng hợp nên thì tất cả các loại xơ

sợi dùng trong công nghiệp dệt đều có bản chất là các hợp chất cao phân tử. So với đồng đẳng có phân tử thấp, các hợp chất cao phân tử đều khó hòa tan trong các dung môi hơn, khi hòa tan tạo dung dịch có độ nhớt cao. Ngoài một số có nhiệt độ nóng chảy nhất định còn đa số sẽ bị phân hủy trước khi chuyển sang trạng thái chảy lỏng khi gia nhiệt.

Bản chất hóa học của một số loại sợi chính được tóm tắt như sau đây: * Sợi bông: Sợi bông được cấu tạo từ nhiều xơ bông. Xơ bông thu hoạch từ

quả bông, có thành phần chính là xenlulô có công thức phân tử là (C6H10O5)n và chứa nhiều tạp chất thiên nhiên khác tùy theo điều kiện khí hậu và thổ nhưỡng của miền trồng bông...

Thành phần của xơ bông chín tính theo % chất khô tuyệt đối như sau:

Bảng 1.2. Thành phần xơ bông chín tính theo % chất khô tuyệt đối

Chất Xenlulô Sáp bông Axit hữu cơ

Chất pectin

Hợp chất chứa Nitơ Tro Đường Tạp chất

khác Thành phần (%) 94 0,6 0,8 0,9 1,3 1,2 0,3 0,9

Bề mặt sợi bông không tĩnh điện, sức căng bề mặt lớn, cấu tạo có chứa nhiều nhóm ưa nước do đó sợi bông hút ẩm rất tốt, khó bị nhiễm bẩn dầu mỡ hơn so với các loại sợi khác.

* Sợi len: Sợi len được cấu tạo từ nhiều xơ len, phần lớn được sản xuất từ lông cừu. Thành phần chính của len cũng như sợi động vật nói chung là protit (protein) với các liên kết chính là liên kết amit peptit (-CO-NH-). Sơi len rất dễ

8

hút ẩm, bị phân hủy nhiệt trong điều kiện gia công kéo dài ở 100 oC đến 105 oC, không bền đối với các hợp chất axit và kiềm.

* Sợi polyamit: Gần giống như mạch đại phân tử của các protein thiên nhiên, xơ polyamit là xơ tổng hợp mà trong đại phân tử chứa nhóm (- CH2-) liên kết với nhau bởi các liên kết amit (- CO - NH -).

Xơ polyamit có độ bền cơ học cao, hàm ẩm thấp, bị biến dạng ở nhiệt độ cao, bền với kiềm, kém bền với axit nhất là với axit khoáng và ở nhiệt độ cao.

* Sợi polyeste: Polyeste là tên gọi chung cho những đại phân tử mà trong các mắt xích tồn tại mối liên kết este, xơ dệt từ polyester có tên là xơ polyeste (viết tắt là PET). Xơ PET dùng trong công nghiệp dệt có 2 loại là: Poly Ethylene Terephtalate (PET) và Poly Trimethylene Terephtalate (PTT)

- Mắt xích cơ bản của xơ: + Xơ PET: - [CO - C6H4 - CO - O - (CH2)2 - O]n - + Xơ PTT: - [CO - C6H4 - CO - O - (CH2)3 - O]n - - Xơ polyeste là loại xơ tổng hợp có độ bền cao, khả năng đàn hồi lớn và

môđun đàn hồi cao (nếu bị kéo dãn 5 đến 6 % thì có thể hồi phục hoàn toàn). Do chứa các nhân thơm nên độ bền nhiệt của xơ polyeste cao, có thể gia nhiệt lâu mà độ bền không giảm, mềm ở 235 oC, nóng chảy ở 263 đến 270 oC, có bền với ánh sáng (chỉ thua xơ polyacrylic).

- Xơ polyeste là xơ hút ẩm kém, ở điều kiện tiêu chuẩn (25 oC và độ ẩm 64 %) thì độ hút ẩm của xơ PET khoảng 0,4 %.

- Xơ polyeste có độ bền với axít và các chất oxy hóa có nồng độ thấp, tuy nhiên kém bền trong HNO3 và H2SO4 đậm đặc, kém bền với kiềm do xảy ra phản ứng xà phòng hóa làm đứt mối liên kết este.

Hiện nay, trong công nghiệp dệt thì vải hỗn hợp (vải pha) được sử dụng nhiều do chúng có nhiều ưu điểm như:

- Phối hợp được ưu điểm của các loại xơ, tạo ra sản phẩm có tính năng sử dụng tốt hơn. Ví dụ như pha xơ tự nhiên (bông) với xơ tổng hợp (polyamit, polyeste...), trong đó xơ tự nhiên hút ẩm tốt, mềm nhưng độ bền thấp, thời gian sử dụng ngắn, còn các xơ tổng hợp bền hơn, có khả năng chống biến dạng cao...

- Hạ giá thành sản phẩm như khi pha bông với xơ tổng hợp thì giá thành sản phẩm giảm do bông có giá thành cao.

Hiện nay, mặt hàng vải pha rất phong phú đa dạng, chủ yếu là pha xơ tự nhiên và xơ tổng hợp như: Vải polyeste pha bông (Pe/Co); vải bông pha xơ polyamit, vải bông pha xơ polyaxetat; vải len pha xơ polyamit; vải len pha xơ polyeste…/27,28,31/

1.1.3. Quy trình xử lý vải sau khi dệt 1.1.3.1. Nguồn gốc nhiễm bẩn vải sợi Các chất bẩn có thể bám lên vải sợi theo nhiều cách khác nhau [9, 12] - Trước khi đưa vào dệt thì các loại xơ sợi đã chứa một lượng tạp chất

thiên nhiên nhất định. Trong quá trình dệt, sợi phủ thêm chất bôi trơn và chất chống tĩnh điện để tránh cho sợi không bị xù lông hoặc dính vào nhau (chuốt

9

sợi). Sợi dọc còn được hồ, thành phần hồ sợi dọc thường là các chất dễ tan trong nước như rượu polyvinylic, gelatin, tinh bột... Do vậy, vải sau khi dệt luôn chứa một lượng tạp chất, dầu mỡ bám bẩn .

- Trong quá trình làm việc của một số ngành nghề như công nhân, sửa chữa xe máy, ô tô… do điều kiện làm việc tiếp xúc với dầu mỡ làm cho quần cáo bị bám bẩn.

- Trong sinh hoạt hàng ngày, vui chơi như nấu ăn, lau dọn… cũng có thể làm cho quần áo bị bám bẩn.

1.1.3.2. Quy trình xử lý vải sợi sau khi dệt Vải sau khi dệt chưa được đưa qua xử lý được gọi là vải mộc. Vải mộc

sau khi dệt chứa một lượng tạp chất nhất định do quá trình gia công trước đó. Vì vậy vải mộc có nhược điểm là cứng, khó thấm nước, màu vàng nhạt, chưa mịn đẹp, trên mặt vải còn nhiều đầu gút…không thể mang đi sử dụng hay nhuộm, in hoa được vì thuốc nhuộm và hóa chất sẽ khó khuếch tán vào vải làm cho mẫu kém đều và kém bền màu. Do đó, trước khi nhuộm và in hoa tất cả các loại vải đều phải qua làm sạch hóa học hay thường gọi là quá trình chuẩn bị (tiền xử lý vải) /1,23,25/.

Chuẩn bị vải thường bao gồm các quá trình chính như sau:

Mục đích của quá trình giặt vải và tẩy vải là làm sạch các tạp chất bám

trên vải mộc trong quá trình dệt như đã nói ở trên, đảm bảo độ trắng của vải cho quá trình nhuộm in hoa. Các tạp chất này có thể được loại bỏ khỏi vải nhờ các dung dịch chất tẩy rửa tổng hợp. Tùy vào từng loại vải khác nhau mà thành phần chất tẩy rửa khác nhau.

1.2. CHẤT TẨY RỬA Chất tẩy rửa được tạo ra với mục đích chính là loại bỏ vết bẩn khỏi bề mặt

vật thể chẳng hạn như vết bẩn trên vải. Với nhiều loại vết bẩn và nhiều loại bề mặt khác nhau thì sẽ có nhiều công thức tẩy rửa khác nhau.

Chất tẩy rửa có bốn chức năng cơ bản: - Chất tẩy rửa phải có khả năng trung hòa các vết bẩn có thành phần axit

(hầu hết các vết bẩn là axit trong tự nhiên). - Chất tẩy rửa phải có khả năng nhũ hóa chuyển dẫu mỡ thành các hạt nhỏ

phân tán trong nước. - Chất tẩy rửa phải có khả năng chia tách các hạt bẩn cacbon, bụi, đất

sét... thành các hạt rất nhỏ. - Chất tẩy rửa phải giữ chất bẩn lơ lửng trong dung dịch để không xảy ra

sự tái bám trở lại bề mặt đã được làm sạch trong quá trình tẩy rửa.

V¶i méc TÈy s¹ch (giÆt)- chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt

TÈy tr¾ng (nÕu cÇn thiÕt)

SÊy (æn ®Þnh nhiÖt)

Nhuém, in hoa

10

Khả năng của chất tẩy rửa trong việc thực hiện các chức năng đã nêu ở trên phụ thuộc vào thành phần của chất tẩy rửa, điều kiện sử dụng, trạng thái tự nhiên của bề mặt được tẩy rửa, của chất bẩn và của pha chính [7, 9].

1.2.1. Thành phần chất tẩy rửa Thành phần chính của các chất tẩy rửa trong sinh hoạt hay công nghiệp đều bao gồm: Chất hoạt động bề mặt, chất xây dựng, các chất phụ gia.

Các thành phần này đều có những chức năng và vai trò quan trọng trong chất tẩy rửa đồng thời tác động qua lại với nhau / 7,35,44/

1.2.1.1. Chất hoạt động bề mặt Chất hoạt động bề mặt là hợp chất hóa học, khi hòa tan trong chất lỏng sẽ

làm giảm sức căng bề mặt của chất lỏng hoặc lực căng ở mặt tiếp xúc của nó với một chất lỏng khác do quá trình hấp phụ vào chất này hay chất kia ở bề mặt tiếp xúc.

Phân tử chất hoạt động bề mặt gồm hai phần có hai ái lực trái ngược nhau: - Phần thứ nhất có một ái lực được tạo ra bởi nhóm có cực, làm cho phân

tử có những tính chất háo nước (nhóm ưa nước). Phần ưa nước có thể là một ion hoặc một nhóm phân cực mạnh.

- Phần thứ hai có một ái lực được tạo ra bởi một nhóm không có cực, làm cho phân tử có những tính chất háo dầu (nhóm kỵ nước). Thường là gốc hydrocacbon dạng thẳng, nhánh hoặc vòng (vòng no hoặc thơm) /7,37,38,41/.

a. Phân loại chất hoạt động bề mặt.

Chất hoạt động bề mặt được chia làm bốn loại chính dựa theo tính chất điện tích: - Chất hoạt động bề mặt mang điện tích âm ( anionic). - Chất hoạt động bề mặt mang điện tích dương (cationic). - Chất hoạt động bề mặt mang cả hai dấu điện (ampholyte). - Chất hoạt động bề mặt không mang điện (NI). a.1. Anionic: Đây là những chất hoạt động bề mặt khi được hòa tan trong nước sẽ cung

cấp những ion mang điện âm, và những ion này là nguyên nhân của hoạt tính bề mặt. Có thể được ký hiệu như sau:

Các chất hoạt động bề mặt anion bao gồm:

* Các muối của những axit béo, gọi chung là xà phòng như muối kiềm của axit béo, muối kim loại của axit béo, muối gốc hữu cơ của các axit béo. Công thức chung của các loại xà phòng anion là: RCOONa. Trong đó: -R: mạch hydrocacbon đặc trưng của axit béo và có tính háo dầu. -COONa: phần có cực và háo nước.

11

CH

O

H C 3 CH 72( ) CH

SO NH3 4

72( ) 4 9COOC H

Khi hòa tan vào nước (dung môi phân cực) thì các phân tử xà phòng trở nên mang điện, các ion Na+ là những ion mang dấu điện dương, bị hấp phụ vào nước, còn các ion RCOO – mang dấu điện âm thì bị hấp thụ vào các hạt nhựa nhỏ li ti.

R - COONa R – COO – + Na+ * Các muối sunfat của các axit béo: Đây là những chất hoạt động bề mặt

rất phổ biến. Chúng được dùng làm nguyên liệu gốc để chế tạo các loại nước gội đầu, các chất tạo nhũ hóa và các chất tẩy rửa.

Tiêu biểu cho loại này gồm có: - Avirol: là muối amoni estesulfo của butyloleat có công thức sau:

Avirol được sản xuất ở dạng lỏng sánh, dễ tan trong nước lạnh nhưng khi

để lâu dung dịch đục. Do có khả năng tẩy rửa và nhũ hóa tốt nên được dùng làm chất nhũ hoá dầu mỡ.

- Sulfat rượu bậc một (PAS - primary alcohol sulfate): R - CH2- O - SO3 - Na với R= C11 đến C12

Sulfat rượu bậc một được chế tạo bằng cách sulfat hóa các rượu béo (thiên nhiên hay nhân tạo) với hỗn hợp không khí/SO3 theo phản ứng sau:

R - OH + SO3 R - O - SO3–

- Alkyl Ete Sulfat (LES): loại chất hoạt động này thường được sử dụng trong các công thức lỏng(nước rửa chén, dầu gội đầu).

R - O - (CH2 - CH2 - O)n - SO3–

* Các dẫn xuất sunfonat: Các chất sunfonat của dầu hỏa, các chất lignosunfat, các chất alkylarysunfonat [7].

Trong tẩy rửa người ta thường dùng alkylbenzensunfonat (ABS). Có những ABS nhánh và ABS thẳng. ABS nhánh chỉ còn dùng ở một vài quốc gia vì tốc độ phân giải chậm bởi các vi sinh vật.

- ABS nhánh:

- ABS thẳng (LAS :Linear Alkylbezen Sulfonat):

12

H C3 (CH )2 n

H C3 (CH )2 n

CH SO Na3

Ngoài ra người ta còn sử dụng các sunfonol, là hỗn hợp các muối natri

kiểu alkylsulfonat. Sulfonol dễ hòa tan trong nước nóng, có khả năng tẩy rửa và thấm ướt nên được dùng để nấu các loại vải xenlulo và giặt len. Sulfonol có công thức tổng quát như sau:

* Các chất hữu cơ photpho: Công thức của các chất này hiện nay có nhiều

ứng dụng trong công nghiệp. Các loại alkylphotphat là những chất được ứng dụng nhiều nhất để làm chất nhũ hóa, đặc biệt để chế tạo vi nhũ tương.

a2. Cationic: Đây là những chất hoạt động bề mặt tự ion hóa khi tan trong nước, cung

cấp ion hữu cơ mang điện tích dương và chúng là nguyên nhân chính tạo nên hoạt tính bề mặt. Có thể được ký hiệu như sau:

Với đặc tính dễ sử dụng trên bề mặt cốt liệu, khả năng tạo nhũ cao, bám

dính tốt. Do đó hiện nay các chất nhũ hóa cation đang được tập trung nghiên cứu và có nhiều ứng dụng rộng rãi.

Công thức hóa học của chúng:

Các chất hoạt động bề mặt cation thường gặp là: - Các muối alkylamin: Các chất này thường được dùng nhiều nhất để làm

mềm sợi vải - Các muối amoni bậc 4 alkyl: Các phân tử này có khả năng diệt khuẩn rất

cao, vì vậy mà một số được sử dụng làm chất sát trùng. - Các muối amoni bậc 4 có cấu hình phức tạp: Trong nhóm này có thể kể

đến các chất như setylpyridin bromua và setylpyridin clorua. - Các amin oxit: Các chất này được dùng chủ yếu làm mỹ phẩm. - Các dẫn xuất không có N. * Lưỡng tính: Các hợp chất này cũng tương tự như các oxyt, vừa có hiệu ứng kiềm, vừa

có hiệu ứng axit. Là những chất cationic ở pH thấp và là những chất anionic ở pH cao. ở pH trung gian chúng vừa tích điện âm vừa tích điện dương. Ký hiệu như sau:

R1

R2

R3

R4

N X+ -

Cationic

13

Ngoài những chất được tổng hợp bằng phương pháp hóa học, trong nhóm

này còn có các axit của các axit amin hay các protein thực vật (như chất lestin của đậu tương) hoặc động vật ( như casein trong sữa).

Loại chất hoạt động này bao gồm: - Các dẫn xuất của alkylamin như alkylbetan, alkylaminobetan, có khả

năng làm ướt, gây bọt và tẩy rửa, ít độc hại và có khả năng tự hủy, không gây ô nhiễm môi trường. Các chất này chủ yếu làm đồ mỹ phẩm.

-Các dẫn xuất từ imidazolin: Những chất này có khả năng nhũ hóa rất mạnh. -Các dẫn xuất của các axit amin: Các chất hoạt động bề mặt này được dùng để gây bọt và diệt khuẩn.

* Không ion NI: Chất hoạt động bề mặt không ion có nhóm ưa nước không ion hóa trong dung dịch nước. -Các nhóm ưa nước thường là nhóm hydroxy (- OH), và nhóm etylen oxit (-OCH2CH2-). -Phần kị nước thường tạo bởi các nhóm alkyl hoặc alkylauryl.

Các chất này có thể hòa tan được trong nước là do thành phần của chúng có những nhóm hoạt động rất háo nước, ở bất kỳ pH nào chúng đều có thể tác dụng với các chất hoạt động bề mặt ion. Có thể được ký hiệu như sau:

Có thể phân loại theo kiểu liên kết giữa các nhóm háo nước và các nhóm

háo dầu: - Liên kết kiểu este: este glycol, este polyglycol, este polyetylenglycol,

este đường sorbitol, este của các axit béo ... dùng chủ yếu làm dược phẩm, mỹ phẩm và thực phẩm.

- Liên kết kiểu ete: Thường dùng để chế tạo nhũ tương dùng trong công nghiệp sơn và công nghiệp mỹ phẩm.

- Liên kết kiểu amit: Dùng trong công nghiệp mỹ phẩm và bột giặt. - Các chất khác: Còn có một số chất hoạt động bề mặt không ion nữa như

nhựa đa phân tử alkylen oxyt, mercaptan và polyoxyetyl.

NHCH COO Na2

N-Dodecylaminoaxetat natriN H C H C H C H N C H C O O 2

C ocoam idopropylbetain

2 2 2

C H3

C H3

O

N C H C H C H S O 2

3 - (h e x a d e c y ld im e ty la m m o n i) - 1 - p r o p a n s u lf o n a t

2 2 3

C H 3

C H 3

14

Ngoài các hợp chất chứa oxy, các nonionic còn có loại có nhóm phân cực chứa nguyên tử nitơ, lưu huỳnh.

Chất hoạt động bề mặt không ion có các dạng chính sau: - Rượu béo etoxy hóa: C12H25(OCH2CH2O)6OH - Akyl phenol etoxy hóa:

- Glycol este:

- Rượu - amit:

- Các amin etoxy hóa:

- Các alkylpolyglucosit:

Lauryl diglucosit

- Các copolyme oxit etylen và oxit propylen:

- Các oxit amin:

1.2.1.2. Những chất xây dựng Chất xây dựng đóng vai trò như là chất làm mềm nước cứng: kết tủa hoặc

tạo phức với các ion Ca2+, Mg2+... có trong nước, loại bỏ ảnh hưởng của các ion này đối với chất hoạt động bề mặt, đặc biệt là chất hoạt động bề mặt anion.

Chức năng của chất xây dựng: - Kết tủa tạo thành muối không tan và tách ra khỏi dung dịch chất tẩy rửa. - Tạo thành các phức bền tan trong dung dịch, ngăn không cho chúng

tương tác với chất hoạt động bề mặt. Quá trình tạo phức có ý nghĩa hơn vì muối kết tủa có xu hướng bám lại trên bề mặt cần làm sạch.

O(CH CH O) CH CH OH2 2 8 2 2

O

O (C H C H O ) C H C H O H2 2 8 2 2

O

C H C H O H2 2

C H C H O H2 2

N

D o d ecy l d ie tan o lam it

(CH CH O) CH CH OH2N

2 2 2x

(CH CH O) CH CH OH2 2 2 2y

OH(CH CH O) (CHCH O) (CH CH O) H2 2 2 2 2y zx

CH3

N O C H3

C H3L aury l d im ety lam in ox it

15

- Giữ ổn định pH của dung dịch. Các vết bẩn axit làm giảm pH của dung dịch tẩy rửa xuống thấp hơn mức tối ưu để chất hoạt động bề mặt có hoạt tính tốt nhất. Chất xây dựng tác động như chất đệm, trung hòa axit giữ pH ở mức đã định.

- Phân chia các khối vết bẩn lớn thành các phần nhỏ để quá trình tẩy rửa được dễ dàng hơn.

- Chống tái bám bẩn lên bề mặt đã làm sạch. Các chất xây dựng gia tăng điện tích âm cho các hạt bẩn, làm các hạt bẩn đẩy nhau, tránh kết hợp lại với nhau hoặc tái bám trên bề mặt sạch.

- Phân tán các hạt bẩn hoặc giữ các hạt ở trạng thái lơ lửng trong dung dịch.

Các chất xây dựng bao gồm một vài loại sau: a. Các hợp chất vô cơ: Các polyphosphat như tripolyphosphat (P3O10), pyrophosphat, diphosphat

(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 giữ lơ lửng trong dung dịch bởi lực đẩy tĩnh điện, và do đó ngăn vết bẩn bám trở lại bề mặt vải. Dưới đây là một số phosphat chính có mặt trong thành phần chất tẩy rửa.

Các cacbonat như kali cacbonat, natri cacbonat được sử dụng để tăng 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 làm tăng lực đẩy tĩnh điện. Các muối cacbonat làm kết tủa các ion nước cứng, tuy nhiên nó lại dẫn đến phá hủy vải sợi do tạo thành lớp cặn cứng bám trên vải, hiện tượng này càng rõ ràng hơn sau nhiều chu kỳ giặt trong nước cứng. Các cacbonat có khả năng đệm pH tốt.

Các Aluminosilicat là các chất trao đổi ion làm mềm nước cứng nhưng lại không có tác dụng tạo độ kiềm cần thiết nên thường được dùng kết hợp với các cabonat. Chúng không tan trong nước, thường tồn tại ở dạng hạt rắn lơ lửng. Điển hình cho loại hợp chất này là Zeolit A, tỷ lệ Al/Si là 1:1, và có công thức là Na12(SiO2)12(AlO2)12.27H2O.

b. Các hợp chất hữu cơ: Các phosphat là các chất xây dựng rất tốt tuy nhiên chúng có nhược điểm

là độc hại, khả năng phân hủy sinh học kém. Ngày nay, các phosphat dần được thay thế bằng các hợp chất hữu cơ có tác dụng tương đương và thân thiện với môi trường (khả năng phân hủy sinh học tốt).

Các aminocacboxylat như NTA (Nitrilo Tri-Axetic), EDTA (Etylen Diamin Tetra-Axetic) là những chất tạo phức tốt với hầu như tất cả các ion kim loại. Hơn nữa, chúng rất ổn định về mặt hóa học đối với quá trình oxy hóa khử,

NAO ONAONA ONAP O PO O

NAOONA ONAP O PO O

ONAO P

OONA

Natri diphosphat Natri triphosphat

16

COH COOH

Axit Citric

OH

OH

C

O

CH OH

Axit Tartric

CH COOH2

CH COOH2

OH

CH C

O

COOH

HOOC

HOOC

H C2

H C2

N CH

CH3

MGDA

và chúng không nhạy cảm đối với các axit và bazơ. EDTA có khả năng tạo phức tốt nhưng rất khó phân hủy sinh học trong khi đó NTA thì rất nhanh phân giải sinh học.

Các hydrocacboxylat (axit citric, axit tartric, axit gluconic...) rất thân thiện

với môi trường nhưng khả năng tạo phức của chúng kém hơn các aminocacboxylat. Axit citric là chất tạo phức với ion kim loại khác ngoài canxi, và thường được dùng trong trường hợp cần loại bỏ các kim loại chuyển tiếp như đồng, kẽm, sắt.

Ngày nay, các chất xây dựng phải đáp ứng được các yêu cầu ngày càng

cao về khả năng phân hủy sinh học cũng như các chỉ tiêu khác về an toàn đối với người và sinh vật, phải có hiệu lực tương đương với EDTA và giá thành rẻ. MGDA (Metyl Glycin Diaxetic Axit) là một trong các sản phẩm chứa phần lớn các điều kiện đó, có khả năng phân hủy sinh học, khả năng tạo phức chỉ kém EDTA.

Việc tìm kiếm những tác nhân phức hợp mới này phải phù hợp với các điều kiện sau đây: Phân giải sinh học tốt. Có tính hiệu lực cao (cần phải ngang với hiệu lực của EDTA). 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.

c. Các chất trao đổi ion.

N

OHCO

CH2

OHCO

CH2

OHCO

CH2

N (CH )2 2 N

OHCO

CH2

OHCO

CH2

H C2

H C2OH CO

OH CO

NTA EDTA

17

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 trường. Những nguyên liệu mới không tan này (các zeolit) là những silico-aluminat natri /7, 44,45,48/.

1.2.1.3. Các chất phụ gia a. Phụ gia chống tái bám. Các tác nhân chống tái bám được đưa vào nhằm ngăn cản các loại chất

bẩn đã được tẩy khỏi bề mặt tẩy rửa bị tái bám trên bề mặt tẩy rửa. Phụ gia chống tái bám có chức năng: - Có khả năng chống lại hiện tượng hấp phụ thuận nghịch. - Kiểm soát sự kết tinh và ngăn không cho chúng lớn tới một cỡ tối ưu để

tránh sự tái bám của chúng vào vải vóc. - Gia tăng điện tích âm trong nước giặt tạo một lực đẩy lớn hơn giữa các

hạt qua đó tránh được sự ngưng kết dẫn đến sự tái bám trên vải vóc. Tác nhân chống tái bám được sử dụng phổ biến gồm có: cacboxy methyl

cellulose (CMC, các dẫn xuất của tinh bột cacboxy), các ete celluloza, các copolyme polyetylenterephtalat polyoxyetylenterephtalat (dùng cho vải polyeste).

b. Phụ gia chống tạo bọt. Bọt là một nhũ tương của hai pha không hoà trộn (chẳng hạn pha nước và

không khí) tồn tại như một nhũ tương dầu - nước. Các tác nhân chống tạo bọt làm giảm hoặc loại trừ bọt của sản phẩm.

Chúng tác động bằng cách ngăn cản sự tạo bọt, hoặc bằng cách làm tăng tốc độ huỷ chúng. Trong trường hợp thứ nhất đó là những ion vô cơ như canxi có ảnh hưởng đến sự ổn định tĩnh điện hoặc giảm nồng độ các anion (bằng kết tủa). Trong trường hợp thứ hai đó là những chất vô cơ hoặc hữu cơ sẽ đến thay thế các phần tử của chất hoạt động bề mặt của màng bọt, như vậy làm cho bọt khí ít ổn định.

CH2O CH2CH3

O O

OO

OH

CH2 CH OH2

CH2OCH3

O CH

CH OH2

CH3

Etylhydroxyletylxenluloza Metylhydroxylpropylxenluloza

O O

OOH

O CO

CO

O CH2CH2 O O CO

CO

O(CH CH O)2 2 n

Copolyme Polyetylenterephtalat Polyoxyetylenterephtalat

x y

18

c. Phụ gia tẩy trắng. c.1. Chất tẩy trắng chứa clo - Natri hypoclorit NaClO: đây là tác nhân oxy hóa mạnh, ổn định ở pH >

10. Tốc độ tẩy trắng tăng khi thêm một lượng vừa phải axit (để pH trong khoảng 5,0 ữ 8,5) để tạo ra axit hypocloro (HClO). Sự giải phóng clo xảy ra ở pH < 5. Sự oxy hóa xenlulo lớn nhất trong khoảng pH = 5 đến 9.

- Natri clorit NaClO2: là nguồn dạng rắn khá ổn định của ClO2. ClO2 không ổn định và là chất tẩy trắng oxy hóa. Quá trình tẩy trắng được thực hiện ở pH 3,5 đến 4 với chất đệm là natri dihydrophosphat.

c.2. Các peroxit vô cơ - Hydroperoxit: Trong quá trình tẩy, H2O2 phân ly thành H+ và 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 trường kiềm. Vải cotton bị phá hủy khá mạnh trong điều kiện này. Các chất kích hoạt và chất ổn định được đưa vào để kiểm soát quá trình tẩy trắng.

- Natri perborat: Là các tinh thể trắng dạng bột, tan trong nước ở nhiệt độ thường. Khi hòa tan trong nước sẽ tạo ra hydroperoxit. Trong thực tế thường sử dụng dung dịch 1% ở pH = 10.

4NaBO2.H2O2+3H2O → NaB4O7 + H2O2 + 2NaOH - Natri percabonat Na2CO3.3H2O2: Dung dịch 1% của natri percacbonat

có pH = 10,5. Nó bị phân hủy ở nhiệt độ trên 20 oC tạo ra natri cacbonat và hydroperoxit.

c.3. Các peroxit hữu cơ - Perborat là một tác nhân tẩy trắng tốt, nhưng chỉ có hiệu lực ở 60 oC.

Nhiệt độ tẩy rửa thường thấp dưới 60 oC, có thể 40 oC, do đó các peraxit chứa các nhóm - OOH có khả năng tẩy trắng cao hơn hydroxy peroxit thường được đưa vào sản phẩm tẩy rửa.

- Peraxetic axit: Là dẫn xuất axetyl của hydro peroxit, thường ở dạng dung dịch 36 đến 40% trong axit axetic. Sự ổn định của peraxetic axit kém hydro peroxit, khi phân hủy sẽ tạo ra gốc OH*, khi có mặt các ion như sắt quá trình phân hủy sẽ tăng nhanh.

- Diperoxy dodecandioic axit: Đây là peraxit không tan trong nước, hiệu

quả tẩy trắng cao ở nhiệt độ thấp, khả năng tẩy trắng tức thì khi mới cho vào. Tuy nhiên nó không ổn định trong môi trường kiềm, và có thể tự bốc cháy gây nguy hiểm cho người sử dụng.

OOHCO

Diperoxy Dodecandioic axit(CH )2 8CO

HOO

CH3 OOHCO

Peraxetic axit

19

- Tetra-axetyletylendiamin (TAED): TAED được sử dụng như là chất kích hoạt cho H2O2 để đạt hiệu quả tẩy trắng ở nhiệt độ thấp. Nó kích hoạt peroxit bằng cách tạo ra peraxetic axit ở nhiệt độ thấp, tại đó các peroxit thường là tác nhân tẩy trắng không hoạt động.

(CH3CO)2NCH2CH2N(COCH3)2 + 2H2O2 → 2CH3CO-OOH + CH3CONHCH2CH2NHCOCH3

c.4. Các tác nhân khử - Sunfua dioxit, sunfit, bisunfit: Sunfua dioxit tan trong nước tạo axit

sunfurơ. Khi tăng độ kiềm tồn tại dạng sunfit hoặc bisunfit. Đây là các tác nhân khử có khả năng tẩy trắng tốt nhưng cũng gây phá hủy vải.

SO32- + 2OH- → SO4

2- + H2O + e- - Natri hydrosunfit Na2S2O4: Được sử dụng trong công nghiệp, tẩy trắng

giấy và bột giấy, cũng được sử dụng cho vải len mà không bị phá hủy như trường hợp dùng hydro peroxit. Ở pH thấp hoặc nhiệt độ cao, dung dịch nước không ổn định và tạo ra dạng bisunfit.

2S2O42- + H2O → 2HSO3

- + S2O32-

- Natri borohydrit NaBH4: Là tác nhân khử chọn lọc các nhóm aldehyt, xeton. Vải cotton khi sử dụng sẽ xảy ra quá trình hình thành các dạng oxyxenlulo và dehydro hóa kèm theo làm cho vải chuyển sang màu vàng. Quá trình khử các nhóm aldehyt và xeton thành rượu trả lại màu trắng cho vải.

c5. Phụ gia tẩy trắng quang học Trong phân tử của chất tẩy trắng quang học có mặt một hệ thống mối liên

kết nối đôi cách dài, có cấu tạo phân tử thẳng và phẳng (trong đó hợp chất có nhân benzen càng nhiều thì hiệu quả tẩy trắng quang học càng tốt). Các phân tử này có đặc tính mang một trạng thái kích thích tương ứng với sự hấp thu một bức xạ nằm trong vùng tử ngoại (UV) và phát ra một bức xạ ánh sáng nằm trong phần xanh khi phân tử đổi từ trạng thái kích thích về trạng thái cơ bản [7, 53].

Nếu trên vải trắng có các vết bẩn, những vết này sẽ hấp thụ ánh sáng trong vùng xanh dương và kết quả là trong ánh sáng phản chiếu sẽ dư ánh sáng vàng. Điều này làm cho vải có vẻ vàng. Màu vàng của phải có thể loại trừ phần nào bởi chất hấp thụ phần dư ánh sáng vàng do đó vải sẽ trắng hơn, tuy nhiên sự điều chỉnh này sẽ làm giảm bớt lượng ánh sáng phản chiếu và làm cho vải trở lên kém sáng bóng. Chất tẩy trắng quang học hấp thụ các bức xạ UV của ánh sáng ban ngày và phát ra ánh sáng trông thấy trong dãy xanh dương, khi đó vật

NN

O

O

O

O

Tetra-axetyletylen diamin

20

phản chiếu nhiều ánh sáng trông thấy hơn ban đầu và nó không những trắng hơn mà còn sáng hơn, bóng hơn.

Các hợp chất thích hợp nhất trong tẩy trắng quang học là các chất có cấu trúc thơm hoặc thơm không đều, liên kết trực tiếp với nhau hoặc qua trung gian là các cầu etylen.

Dưới đây là một số chất tẩy trắng quang học thường gặp:

4,4’-bis(4-anilino-6-morpholino-5triazin-2-ylamino)-2,2-stilben disunfonat natri Ngoài các dimorphilin, người ta cũng sử dụng những chất siêu tẩy quang

học có đặc tính: hòa tan tốt ở nhiệt độ thấp, ổn định tốt với các tác nhân oxy hóa (kể cả nước javel), ổn định tốt với ánh sáng.

d. Phụ gia làm mềm vải Các chất làm mềm vải có hai chức năng chính làm mềm vải sau khi phơi

khô và giảm sự hút tĩnh điện. Các phụ gia này cũng đồng thời làm rút ngắn thời gian phơi và tăng thời gian sử dụng của vải nhờ làm giảm sự phá hủy cơ học. Sự mềm mại có được là do các chất này hấp phụ lên vải (mang điện tích âm) nhờ nhóm ưa nước mang điện tích dương, còn phần không ưa nước hướng ra ngoài bề mặt vải [7, 10]. Điều này làm giảm độ co của vải và cảm giác cứng khi loại bỏ nước khỏi vải. Nhờ sự hấp phụ này mà điện tích âm trên toàn bộ bề mặt vải giảm dẫn đến giảm lực hút tĩnh điện. Các chất làm mềm vải hiện nay đều là chất hoạt động bề mặt dạng cation:Các muối Dialkyl Dimetyl Amoni:

Các Imidazolin bậc bốn:

NCH3

C H17 35 C H17 35

CH3

SO CH4 3

NH

NN

NNH

O

N

HC = CH

SO H3 HO S3

NHN

NN

N

O

NH

H C = C H

S O H3 H O S3

H C = C H

21

1.2.2. Một số tính chất quan trọng của dung dịch chất tẩy rửa 1.2.2.1. Nồng độ mixen tới hạn. Các chất hoạt động bề mặt khác biệt với các phân tử hòa tan khác bởi

những đặc tính riêng của chúng trong dung dịch nước. Quả thật, quá một nồng độ nào đó của chất hoạt động bề mặt, các phân tử hợp lại tạo nên các mixen. Sự hình thành các mixen làm phát sinh các “dạng dị thường” trong đặc tính vật lý và điện học của các dung dịch chất hoạt động bề mặt.

Hình 1.1. Sự hình thành mixen.

Vì thế khi người ta tăng nồng độ các chất hoạt động bề mặt, một vài đặc tính sẽ thay đổi đột ngột. Điều đó có thể biểu diễn sơ lược qua giản đồ dưới đây:

Hình 1.2. Xác định nồng độ tới hạn.

Những sự thay đổi này là do các mixen được hình thành bất ngờ. Nồng độ phù hợp với việc hình thành các mixen này được gọi là nồng độ mixen tới hạn (CMC).

Đặc biệt người ta xác định được những nồng độ này bằng cách vạch ra sự biến đổi của một đặc tính vật lý theo nồng độ của chất hoạt động bề mặt. Giao điểm của hai phần thẳng của đường biểu diễn cho ta CMC. [7, 63, 67 ]

1.2.2.2. Sức căng bề mặt, sức căng giao diện. Giữa các phân tử chất lỏng hay chất rắn luôn có lực liên kết. Các phân tử

nằm bên trong chất lỏng có lực liên kết về mọi phía của phân tử. Các phân tử chất lỏng nằm trên bề mặt có một phía không liên kết với các phân tử chất lỏng khác, do đó có năng lượng cao hơn. Chất lỏng có xu hướng tạo thành hình cầu sao cho diện tích tiếp xúc nhỏ nhất, có năng lượng thấp nhất.

Sức căng bề mặt là khái niệm dùng để mô phỏng lực liên kết giữa các phân tử tại bề mặt. Sức căng bề mặt của một pha là do các phân tử ở bề mặt pha có năng lượng cao hơn pha kia. Lực liên kết giữa các phân tử của pha nào lớn hơn sẽ có sức căng bề mặt lớn hơn.

Năng lượng tự do tính trên một đơn vị diện tích bề mặt được gọi là sức căng bề mặt. Thật vậy, theo quan điểm toán học và thứ nguyên, năng lượng tự

22

do được biểu diễn bằng Joule trên mét vuông tương đương với một sức căng được biểu diễn bằng Newton trên mét (công: F x d ; diện tích = d2), do đó sức căng bề mặt là [9]:

F x d/d2 = F/d nghĩa là N/m. 1.2.2.3. Điểm Kraft. Một trong những đặc tính của các chất hoạt động bề mặt anionic là khả

năng hoà tan của chúng tăng lên theo nhiệt độ. Khả năng hòa tan này tăng trưởng đột ngột khi tác nhân bề mặt hoà tan đủ để tạo mixen.

Người ta gọi điểm Kraft là nhiệt độ ở đó độ hòa tan bằng CMC (nồng độ mixen tới hạn) hay là nhiệt độ ở đó các mixen hòa tan được.

1.2.2.4. Chỉ số cân bằng - tính ưa dầu - nước (HLB). Một vài đặc tính lý - hoá của các phân tử hoạt động bề mặt, đặc biệt khả

năng nhũ hoá của chúng, liên hệ mật thiết với tính đối cực của chúng. Vào năm 1950, Griffin đã nghĩ rằng có thể xác định tính đối cực này bởi vì một giá trị thực nghiệm mà ông gọi là HLB (Tính ưa nước - Tính ưa dầu - Cân bằng). Một hợp chất ít ưa nước (nghĩa là ít hòa tan trong nước) có một HLB thấp. Giá trị HLB gia tăng tương đương với sự tăng triển đặc tính ưa nước nơi phân tử. Vậy HLB chỉ là một đơn vị đo lường tính đối cực của phân tử. Có nhiều phương trình cho phép tính giá trị của HLB: HLB = 4 đến 6 : nước/dầu. HLB = 10 đến 16 : dầu/nước.

Dưới đây cho thấy mối liên hệ giữa độ hoà tan hoạt tính phân tán của các chất hoạt động bề mặt (HĐBM) và các giá trị HLB. [71-74] Bảng 1.3 Mối quan hệ giữa khả năng phân tán trong nước và giá trị HLB

Khả năng phân tán Giá trị HLB Không phân tán trong nước 1 đến 4 ít phân tán 3 đến 6 Phân tán đục nhưng ổn định 8 đến 10 Dung dịch trong 13

1.2.3. Cơ chế tẩy rửa 1.2.3.1. Thuyết nhiệt động - phương thức lanza. Chúng ta hãy xét đến một chất béo H (dầu) và một bề mặt rắn F (sợi).

Việc vấy bẩn F do H có thể được biểu diễn qua sơ đồ sau [7, 107,108]:

Hình 1.3. Sự nhiễm bẩn dầu trên bề mặt sợi.

Khi giọt dầu H (thể I) tiếp xúc với sợi F (thể II), thì giọt dầu trải ra cho đến khi đạt một thế cân bằng với một góc tiếp giáp, được xác định bởi bề mặt

23

của sợi và đường tiếp tuyến của giao diện dầu/khí. Năng lượng tự do của thể II có thể được viết theo phương trình sau đây: EFA = EFH + EHA.cosθ (1)

Trong đó: EFA: năng lượng tự do sợi / khí. EFH: năng lượng tự do sợi / dầu. EFH: năng lượng tự do dầu / khí. Như chúng ta đã thấy trước đây, năng lượng tự do tính trên một đơn vị

diện tích thì bằng sức căng giao diện hay bề mặt. Phương trình (1) trở thành: γFA = γFH + γHA. Cosθ (2)

Mặt khác, công gắn chặt chất lỏng H vào chất nền F được biểu diễn bằng phương trình Dupré: WFH = γFA + γHA - γFH (3)

Theo phương trình này, người ta thấy rằng gây bẩn càng dễ dàng bao nhiêu thì công gắn chặt chất lỏng WFH càng yếu đi bấy nhiêu.

Để được như thế, chỉ cần sức căng bề mặt F(γFA) hay sức căng bề mặt của H (γHA) yếu đi. Các bề mặt không cực (dầu, polyester …) có một sức căng bề mặt yếu, cho nên các chất béo bám chặt vào sợi polyester rất dễ dàng. Trái lại, bông sợi có cực, có sức căng bề mặt lớn hơn và vì vậy nó bị dây bẩn dầu khó khăn hơn. Gột tẩy vết bẩn có chất béo H khỏi một bề mặt F, được biểu diễn bởi sơ đồ sau:

Hình 1.4. Sự gột tẩy vết bẩn béo khỏi bề mặt sợi.

Gột tẩy vết bẩn bao hàm đi từ thể II sang thể III. Chúng ta hãy tính công cần thiết để thay đổi thể này. Ở ban đầu thể II, năng lượng tự do được biểu diễn bằng: EII = γHF + γHE Khi vết bẩn tách khỏi bề mặt F, trong thể III, năng lượng tự do được biểu diễn bằng:

EIII = γFE +2γHE (ta có 2γHE bởi vì trong thể III, người ta đã tạo nên một phân giới H/E phụ thêm).

Công cần thiết để đi từ thể II sang III bằng: WA = EIII – EII = γFE +2γHE – (γHF + γHE) hay

WA = γFE + γHE – γHF (4) Theo phương trình này, người ta thấy rằng công càng yếu hơn (do đó gột

tẩy dễ hơn), thì hai biến số đầu γFE và γHE cũng yếu hơn và biến số thứ ba γHF lại lớn hơn. Sự thêm tác nhân bề mặt là làm giảm sức căng bề mặt (vậy là giảm γFE và γHE) và gia tăng sức căng giao diện γHF nhờ sự hấp phụ của tác nhân bề mặt đó ở giao diện F, E và H/E.

Mặt khác, cũng có thể ghi nhận rằng trong trường hợp sợi polyester (không cực) bị vấy bẩn bởi một chất béo (không cực), thì sức căng giao diện γHF yếu. Việc vấy bẩn này do đó khó khăn hơn trong trường hợp bông sợi trong đó γHF lớn hơn bởi vì bông sợi gồm phân tử có cực.

24

Dựa vào những nhiệt động học, người ta có thể xác định những điều kiện cần thiết để “gột tẩy tự phát” vết bẩn có chất béo. Để vết bẩn tự tẩy, năng lượng tự do ở giai đoạn cuối (đã tẩy sạch ) cần phải kém hơn giai đoạn đầu (bị vấy bẩn), nghĩa là: EIII < EII hay

γFE +2γHE < γHF + γHE hay γFE + γHE < γHF Vậy nếu tác nhân bề mặt, do sự hấp phụ của nó trên sợi và vết bẩn, làm

giảm được sức căng giao diện của chúng (so với nước) đến độ mà tổng của chúng trở thành kém hơn sức căng giao diện sợi/vết bẩn, lúc đó vết bẩn sẽ tự tẩy đi./7,81.82,85/

1.2.3.2. Cơ chế Rolling Up Việc tẩy đi các vết bẩn béo cũng có thể được giải thích bởi thuyết

“Rolling up”, được Stevenson nhắc đến vào năm 1953. Chúng ta sẽ xem xét sơ đồ sau [7, 89, 90]:

Hình 1.5. Phương thức Rolling Up. Việc tẩy đi các vết bẩn từ thể II sang thể IV, qua thể trung gian III. Khi

cân bằng, hợp lực của ba vectơ γFE , γHE , γHF được biểu diễn bằng phương trình sau đây:

γFE = γFH + γHE. Cosθ (5) suy ra (6)

Để tẩy đi các vết bẩn, θ phải bằng 180o hay Cosθ = -1. Trong điều kiện này, phương trình (6) thành:

hay γHF = γFE + γHE (7)

Chất hoạt động bề mặt, do chúng được hút trên sợi và vết bẩn, làm giảm các sức căng giao diện γFE và γHE theo phương trình (6) trên đây. Và lúc đó, màng dầu (vết bẩn béo) sẽ cuốn lại và tách khỏi sợi trong quá trình giặt (giặt bằng tay hay bằng máy). Đó là cơ chế “Rolling Up”.

1.2.3.3. Hòa tan hóa Cơ chế “Rolling up” chỉ liên quan đến các vết bẩn ở thể lỏng có chất béo

và chủ yếu nhờ các chất HĐBM làm giảm sức căng bề mặt giao diện. Sau khi có

25

được CMC (nồng độ mixen tới hạn) thì không còn giảm sức căng giao diện nữa, cho nên hiệu ứng “Rolling up” không tăng khi có nồng độ này. Tuy nhiên, người ta thấy khả năng tẩy rửa vẫn gia tăng khi đạt đến nồng độ này, do đó phải nhờ đến một cơ chế khác đó là hiện tượng hoà tan hoá [7, 95,96].

Lý thuyết này đã được đưa ra bởi Mc Bam vào năm 1942, rồi lại được Ginn, Brown và Harris khẳng định lại năm 1961. Các phân tử của chất HĐBM kết hợp với nhau trong các dung dịch loãng để hình thành các mixen ở nồng độ nào đó và được gọi là nồng độ mixen tới hạn (CMC). Trong các mixen, phần kị nước của phân tử chất HĐBM quay vào phía trong, trong khi phần ưa nước lại hướng về phía nước. Rất nhiều hợp chất không hoà tan trong nước như các axit béo, rượu béo, triglyxerin, hydrocacbon lại được hoà tan bên trong các mixen. Nếu các phân tử hoà tan có cực (chẳng hạn hydroxyl hay cacboxyl) thì các phân tử đó, nói chung tìm thấy ở phần ưa nước của mixen. Lưu ý rằng sự hoà tan chỉ được diễn ra khi nồng độ chất HĐBM cao hơn so với CMC.

Một đặc tính hấp dẫn của những dung dịch chất HĐBM là khả năng làm tăng độ hoà tan một vài chất hữu cơ thực tế không hoà tan trong nước (như hydrocacbon). Hiện tượng này được gọi là sự hoà tan hoá, diễn ra do việc thâm nhập các chất hữu cơ này vào trong các mixen của chất HĐBM. Các phân tử đã được hoà tan được thâm nhập vào trong các mixen theo 3 cách khác nhau như sau:

Phân tử không cực Phân tử bán cực Phân tử có cực

Các phân tử không cực như heptan ở bên trong các mixen không hề tiếp xúc với nước. Các phân tử có cực như heptanol được thâm nhập vào cùng một cách thức như các phân tử của những tác nhân bề mặt. Các phân tử có cực ở trên lớp bên ngoài của mixen.

Sự hoà tan tuỳ thuộc vào số lượng và cỡ hạt các mixen. Càng có nhiều mixen trong dung dịch thì sự hoà tan hoá càng quan trọng. Mặt khác người ta giả thiết rằng các mixen cỡ lớn có khả năng lớn hơn để hoà tan các chất hữu cơ. Điểm đục của những NI (chất HĐBM không ion) có thể xem như là sự báo hiệu hình thành các mixen siêu lớn. Điều này có thể giải thích tại sao hoà tan hoá là rất quan trọng xung quanh điểm đục đối với các chất NI [7].

Vậy để có sự tẩy rửa tốt ta không những cần giảm sức căng bề mặt (cơ chế “Rolling up”) mà còn phải tăng nồng độ các chất HĐBM để hình thành các mixen, tuỳ theo lượng vết bẩn béo có mặt trong dung dịch giặt rửa.

Tóm lại để tẩy rửa tốt không những cần giảm sức căng bề mặt (phương thức Lanza, cơ chế “Rolling Up”) mà còn phải tăng nồng độ các hoạt chất để

26

hình thành các mixen (hòa tan hóa) và có được một số mixen đủ, tùy theo lượng vết bẩn béo hiện diện trong dung dịch giặt rửa /102,103,105,106/

1.2.4. Các loại chất tẩy rửa vải sợi thông dụng [50,51,52] 1.2.4.1. Fuman L Fuman L là hóa chât phổ biến dùng trong giai đoạn tiền làm sạch vải sợi,

tẩy các vật liệu bị ngấm dầu mỡ nặng, không có các hydrocacbon chlorinate. Fuman L có khả năng hòa tan và nhũ hóa đặc biệt với các chất bẩn dạng dầu, mỡ, các chất bẩn bôi trơn và các chất bẩn trên máy dệt.

1.2.4.2. Vetanol T Vetanol T là chất giặt tẩy dầu được làm bởi chất nhũ hóa, phân tán, thẩm

thấu... Vetanol T là dạng hỗn hợp nhũ tương trắng, dễ tan trong nước, là loại chất tẩy NI. Vetanol có khả năng loại bỏ dầu máy dính vào vải sợi trong công nghiệp, các tạp chất dính trong vải sợi, làm cho màu vải tươi sáng hơn.

1.2.4.3. Politex-Tai N (P-TN) P-TN là chất HĐBM không ion, có dạng kem màu trắng, có tính phân tán,

nhũ hóa và khả năng thấm khử mạnh đối với các chất dầu, thuận tiện cho quá trình nhuộm. P-TN chống tái bám vết bẩn trên mặt vải, ảnh hưởng tới quá trình nhuộm, đồng thời tránh được vết bẩn để màu nhuộm đạt hiệu quả cao.

1.2.4.4. Triremov Sor. Triremov Sor là tác nhân khử dầu cho sợi spandex, sợi mảnh và sợi

cotton. Triremov Sor là chất lỏng trong có màu vàng nhạt, mang tính không ion. Triremov Sor có thuộc tính nhũ hóa các chất dầu rất mạnh, do đó nó rất hiệu quả trong việc tẩy sạch các loại chất dầu khác nhau được sử dụng trong quá trình tạo vải như xe sợi và dệt.

1.3. TỔNG QUAN VỀ DẦU THỰC VẬT. 1.3.1. Dầu thực vật và tính hoạt động bề mặt Việc sử dụng dầu thực vật làm chất HĐBM đã xuất hiện từ lâu, từ khi con

người nhận thấy rằng một vài dịch ép từ thực vật như saponin glycosit từ bồ kết có thể hỗ trợ quá trình giặt rửa.

Thành phần chính của dầu thực vật là các este của các axit béo với glyxerin (triglyxerit), ngoài ra còn chứa số lượng nhỏ sterol (2%) cùng các hydrocacbon ít hoạt động [4,7,75-77].

Cùng với sự ý thức sâu sắc về môi trường và phát triển bền vững, ngày nay việc sử dụng dầu thực vật trong công nghiệp chất tẩy rửa đã trở nên phổ biến và được quan tâm do những ưu điểm mà nó mang lại: an toàn với môi trường, ít độc, dễ tái sinh và dễ dàng bị phân hủy sinh học.

Có thể thấy rõ những chất HĐBM đi từ dầu thực vật như là: các alkyl glycosit, sorbitan este, sucroza este (sucroza: đường mía, sacaroza), alkyl sulfonat mạch thẳng...

So với các loại dầu gốc khác, dầu thực vật có các đặc điểm khác biệt:

27

- Trong thành phần có nhiều loại axit như: axit mysistic, axit lauric, axit palmitic, axit stearic, axit không no một nối đôi (axit oleic), axit không no nhiều nối đôi (axit linoleic) .

- Phân tử lượng cao, thường từ 850 đến 890 đvC đối với các loại dầu oleic.

- Mức độ không no đáng kể của triglyxerit giúp cải thiện tính chất nhiệt độ thấp nhưng làm giảm độ bền oxy hóa.

1.3.2. Giới thiệu về tinh dầu thông Thông là một cây trồng lâu năm ở nước ta, được trồng nhiều ở các tỉnh

Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Lâm Đồng, Gia Lai, Kon Tum [5, 12, 13] … Có vai trò quan trọng trong việc cung cấp gỗ, nhựa cho công nghiệp, góp phần làm tăng nguồn hàng xuất khẩu, bảo vệ môi trường, tạo công ăn việc làm …

Dầu thông thu được từ chế biến nhựa thông. Nhựa thông được khai thác trước khi chặt hạ cây lấy gỗ. Khi chế biến nhựa thông sẽ thu được khoảng 70% cô lô phan và 20% tinh dầu nhựa thông và 10% nước cùng các tạp chất khác. Dầu thông đứng đầu thế giới về sản lượng khai thác, khoảng 260000 tấn/năm, chiếm 80% tổng sản lượng tinh dầu thế giới [22].

Dầu thông là chất lỏng có màu từ trong xanh đến vàng nhạt, có mùi đặc trưng không có cặn và nước, dễ bắt cháy.

Dầu thông là hỗn hợp của các hydrocacbon monotecpen có công thức chung C10H16, ngoài ra thường có một lượng nhỏ các sequitecpen và các dẫn xuất axit của tecpen. Cụ thể: từ 65 đến 70% pinen; từ 10 đến 18% ∆ 3-caren; 2÷3% camfen; 4÷6% limonen... Tính chất hóa lý của tinh dầu thông thương phẩm: khối lượng riêng (ở 25 oC) là 0.857 đến 0.865 g/cm3, chiết quang với tia D ở 20 oC là 1.462 đến 1.472. Tinh dầu thông được sử dụng chủ yếu làm dung môi trong công nghiệp sơn, làm nguyên liệu để tổng hợp các chế phẩm long não, tecpin hydrat, các terpineol, thuốc trừ sâu…Tính chất vật lý của các cấu tử chính trong dầu thông như bảng dưới đây

Bảng 1.4. Tính chất vật lý của các cấu tử chính trong dầu thông.

Nhiệt độ sôi ở áp suất (oC) TT Cấu tử

Công thức

phân tử

Phân tử

lượng 20 mmHg

40 mmHg

70 mmHg

Độ nhớt (cp)

Khối lượng riêng

(g/cm3)1 α -pinen C10H16 136.23 51.8 66.8 155 1.7 857.8

2 β -pinen C10H16 136.23 58.1 71.5 162 4.4 871.2 3 ∆ 3-caren C10H16 136.23 170 861.5 4 Ditenpen C10H16 136.23 68.2 84.3 175 842.0 5 Limonen C10H16 136.23 175 842.2 6 Silrestren C10H16 136.23 176 848.0 7 α -felandren C10H16 136.23 72.1 87.8 173 848.0 8 α -terpinen C10H16 136.23 173 835.0

28

9 Terpinolen C10H16 136.23 184 862.3 10 Sesquiterpe

n C15H24 204

Thành phần chính của dầu thông là pinen (C10H16, M = 136,23) Pinen là chất lỏng sánh, không màu, để lâu chuyển sang màu hơi vàng,

mùi dễ chịu, tan ít trong nước, tan nhiều trong các dung môi hữu cơ không cực. Trong tự nhiên tồn tại ở 2 dạng khác nhau về vị trí nối đôi : α -pinen (chiếm 65 đến 80%) và β -pinen (chiếm 2 đến 7%). Công thức hóa học của α -pinen và β -pinen như dưới đây:

Tính chất vật lý của α -pinen và β -pinen như bảng dưới đây:

Bảng 1.5. Tính chất vật lý của α -pinen và β -pinen

Cấu tử Nhiệt độ sôi ở 760 mmHg (oC)

Nhiệt độ kết tinh, oC

Độ nhớt, cP d4

20 Chỉ số khúc xạ ở 20 oC

α -pinen 155 -57 1,7 0,8578 1,4670 β -pinen 158,3 -50 4,4 0,8712 1,4790

Pinen được tách ra khỏi dầu thông bằng phương pháp chưng cất phân đoạn. Pinen được dùng làm dung môi cho sơn, trong hóa dược làm thuốc chữa bỏng, sát trùng trong không khí. Dùng làm nguyên liệu để tổng hợp các hợp chất như camphotropin, terpineol…dùng trong dược phẩm sản xuất thuốc chữa bệnh, sản xuất hydro peronic pinan làm chất xúc tác trong công nghiệp cao su …

1.3.3. Các phương pháp biến tính dầu thông Trong quá trình tổng hợp chất tẩy rửa, dầu thông được biến tính để tạo ra

các cấu tử mới có tính chất tẩy rửa tốt hơn, đồng thời cải thiện một ssó tính chất của dầu thông như: khả năng phân tán trong nước kém, độ bay hơi mạnh … Có các phương pháp chính biến tính dầu thông sau đây: Sulfat hóa , Hydrat hóa Oxy hóa [16, 19, 26]

1.3.3.1. Sulfat hóa Sulfat hóa là các phản ứng tạo este của axit sulfuric. Quá trình này trên thực tế có giá trị rất to lớn vì sản phẩm của nó đang được sử dụng một cách rộng rãi. Thuật ngữ dầu sulfat hoá để chỉ các sản phẩm của quá trình tương tác giữa một loại dầu, chất béo hay axit béo của chúng, có thể xà phòng hóa với axit sunfuric hoặc những tác nhân sunfat hoá tương tự. Phản ứng diễn ra dưới những điều kiện nhất định, một phần hoặc toàn bộ được chuyển hoá thành các hợp chất sulfat khi không có mặt nước và các chất kiềm. Phản ứng của một số loại dầu

29

với axit sunfuric có thể diễn ra theo một số cách khác nhau, phụ thuộc vào nhiệt độ, sự tương hợp của các chất được đưa vào quá trình phản ứng và phụ thuộc vào thời gian phản ứng. Các phản ứng chủ yếu tạo thành sản phẩm dạng sulfat nhiều hơn sulfonat đối với các loại dầu thông thường.

Tác nhân sulfat hóa sử dụng trong quá trình này là axit sunfuric. Dưới tác dụng của axit sunfuric sẽ tạo ra các hợp chất mono và dialkylsulfat có tính chất hoạt động bề mặt tốt. Ngoài ra còn tạo ra các sản phẩm phụ polyme và nhựa (do sự trùng ngưng), những chất này làm giảm đáng kể chất lượng chất hoạt động bề mặt. Sản phẩm mong muốn chính trong quá trình là monoalkylsulfat vì vậy để khống chế các phản ứng trùng hợp, nhựa hoá và tạo thành dialkylsulfat hoặc ete thì nồng độ H2SO4 phải khống chế nồng độ thích hợp và tiến hành ở điều kiện nhiệt độ thấp. Dầu thông không tan trong axit vì vậy sự khuếch tán dầu thông từ hữu cơ qua vô cơ đóng vai trò rất quan trọng. Cùng với sự giải nhiệt, tốc độ khuếch tán sẽ quyết định vận tốc quá trình. Quá trình có thể tiến hành với sự khuấy trộn mạnh và giải nhiệt nhanh. Khi thực hiện quy trình người ta sử dụng thiết bị có cánh khuấy và cho từ axit vào để tránh sự tăng vọt nhiệt của phản ứng và như vậy tránh được những phản ứng không mong muốn [36].

Các phản ứng chính xảy ra trong quá trình sulfat hoá như sau:

1.3.3.2. Hydrat hóa Hydrat là quá trình đính thêm nhóm hydroxyl (OH) và cation (H+) đồng

thời vào hai nguyên tử C ở liên kết đôi (C = C). Quá trình thường được diễn ra trong môi trường axit mạnh. Quá trình hydrat hóa dầu thông được tiến hành ở nhiệt độ 80 đến 90oC trong dung dịch axit sunfuric 15 %, với sự có mặt của axeton với vai trò là chất phân tán, phản ứng tiến hành trong vòng 4h. Đây là một quá trình tỏa nhiệt và để tránh sự bay bay hơi của axeton nên nhất thiết phải có sinh hàn làm mát bằng nước lạnh.

Sản phẩm chính của quá trình là terpineol, đây là rượu đơn vòng terpen bậc 3, là chất lỏng màu vàng, có mùi hoa tử đinh hương. Do nó bền với kiềm

C

HC

CH2

CH

CH3

H C2

CH C3

CH3

CH2CH

CH2

C

HC

CH

CH3

H C2

CH C3

CH3

a - pinen

H SO2 4

O SO H3

30 Co

C

HC

CH2

CH

CH3

H C2

CH C3

CH3

CH2CH

CH2

C

HC

CH

CH3

H C2

CH C3

CH2

ß - pinen

H SO2 4

O SO H3

30 Co

30

nên được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất xà phòng. Ngoài mục đích làm hương liệu, terpineol còn dùng trong công nghiệp in, trong công nghiệp luyện kim và còn là chất tuyển làm giàu quặng kim loại màu [36].

1.3.3.3. Oxy hóa Oxy hóa dầu thông sử dụng tác nhân oxy hóa là oxy không khí, có thể xảy ra theo các

phản ứng như trên hình 1.6. Từ sơ đồ hình 1.6 cho thấy, các sản phẩm tạo ra phần lớn là các alcol. Các chất này là những chất có hoạt tính bề mặt cao. Phần lớn các sản phẩm oxy hóa dầu thông là chất tạo bọt tốt, là dung môi tốt nên được sử dụng làm dầu tuyển quặng trong công nghiệp, dùng làm dung môi trong công nghiệp sơn… hoặc sử dụng để chế tạo chất tẩy rửa dầu mỡ cho vải sợi.

C

C

CH2OH

C

C

C

OH

OH

O

OH

O2

O2

O2

O2

O2

Verbenol

pinen-3-ol-2

mirtenol

pinocarveol

pinocarvon

CH3C

H3C

H3C

H3C

H3CCH3

CH3

CH3

H3CCH3

CH3

H3C

Hình 1.6.Các hướng tạo sản phẩm trong quá trình oxy hóa pinen Từ tổng quan lý thuyết trên đây thấy rằng, sự nhiễm bẩn dầu mỡ trên vải sợi rất phức tạp. Khác với sự nhiễm bẩn dầu trên bề mặt rắn,các chất dầu mỡ không những bám trên bề mặt mà còn chui sâu vào các por của vải sợi khiến cho quá trình gỡ chúng khỏi bề mặt nhiễm bẩn là rất khó khăn. Cần phải có một loại chất tẩy rửa đặc chủng, có hoạt tính với chất bẩn dầu mỡ, có độ phân cực tương đối cao để bám dính vào thành các sợi vải, tạo điều kiện cho phân tử chất hoạt động bề mặt tẩy chúng ra khỏi bề mặt. Mặt khác, trong bối cảnh bảo vệ môi trường ngày càng được đặt ra gắt gao thì việc tổng hợp các chất HĐBM đi từ dầu thực vật thân thiện môi trường là trung tâm chú ý của ngành công nghiệp hoá học. Trong số các dầu thực vật ở nước ta, dầu thông là một hỗn hợp có hoạt tính bề mặt cao đối với chất bẩn dầu mỡ, tuy nhiên chúng không phân cực nên cần thiết phải biến tính để tạo hỗn hợp phân cực mới có thể chế tạo ra chất tẩy dầu có hiệu quả cao. Từ các biện luận ở trên, trong đề tài đã tìm được phương pháp tổng hợp chất HĐBM bằng sunfat hoá và hydrat hoá. Trên cơ sở các dạng chất này, pha chế được chất tẩy dầu thân thiện môi trường, có hoạt tính cao, thay thế được hoàn toàn chất tẩy dầu mà công nghiệp dệt đang nhập khẩu từ Hàn Quốc, Đài Loan. Cũng trên cơ sở tổng quan lý thuyết, đã phân tích, biện luận để đưa ra cơ chế tẩy sạch dầu mỡ trên vải, góp phần xây dựng qui trình công nghệ tiền xử lý vải sợi mà đề tài đã đăng ký.

31

CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT HOÁ LÝ CỦA BỀ MẶT VẢI SỢI Để nghiên cứu tính chất hoá lý của bề mặt vải sợi, đã thực hiện các phương pháp sau: *Chụp ảnh SEM (kính hiển vi điện tử quét )của các mẫu vải sạch và vải bẩn nhiễm dầu trên máy Max Jeol (Nhật) detector sei, 15 KV, spot 6, bề mặt 7. *Phổ hồng ngoại IR được đo trên máy Nicolet 6700 FT-IR Spectrometer *Phổ rơngen được đo trên máy XRD Bruker, ống phát tia X bằng đồng với

bước sóng Kα =1,540, điện áp 30KV, cường độ dòng phát ống 0.01A. Góc

quét 2θ thay đổi từ 5-550, tốc độ quét 0,10 /phút.

*Bề mặt riêng BET được đo trên máy hấp phụ hóa học AutoChem 2920 II - Micromeritics (Mỹ). Lượng mẫu nghiên cứu từ 0,1 - 0,2g được làm sạch trong dòng He, thời gian 60 phút tại 1500C, tốc độ gia nhiệt 100C/phút. Làm nguội mẫu đến nhiệt độ thường. Đưa ống đựng mẫu vào bình dewar đựng N2 lỏng (-196°C). 2.2. LỰA CHỌN VÀ PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN NGUYÊN LIỆU Nguyên liệu được lựa chọn là dầu thông Uông Bí Quảng Ninh. Để xác định thành phần hoá học của loại dầu thông này, sử dụng phương pháp phổ GC-MS . Phương pháp GC-MS được xác định trên máy GC-MS PolarisQ, Thermo finigan - Mỹ. - Cột : 5MS - SUPELCO

- Chương trình nhiệt độ: bắt đầu 60°C, tăng 6°C/phút đến 200 °C, giữ

5 phút, tăng 5°C /phút đến 250°C, giữ 10 phút. - Nhiêt độ injector: 250°C - Tỉ lệ chia dòng: 1:60. - Chế độ dòng không đổi. - Khí mang: heli (He). - Tốc độ khí mang: 1ml/phút.

- Detector: MS, 200 °C. - Chế độ EI, full scan. - Quét đến giá trị 400 m/z.

32

- Tốc độ dòng khí đệm: 0,3ml/phút. Kết quả đo các mẫu được đưa ra trong phần thảo luận và kết quả.

2.3.TỔNG HỢP CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT TỪ DẦU THÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP SUNFAT HOÁ

2.3.1. Nguyên liệu Các nguyên liệu dùng cho phản ứng sunfat hóa gồm có: Dầu thông, Axit H2SO4 đặc, Dung dịch Na2CO3 10%

2.3.2. Dụng cụ Cốc thuỷ tinh 50 và 500ml. Bình cầu 3 cổ dung tích 500ml. Pipet 10ml. Ống đong 50 và 100ml. Phễu chiết 125, 500ml. Sinh hàn nước. Cân phân tích. Máy khuấy từ gia nhiệt. Bình tam giác có nút nhám. Nhiệt kế, đũa thủy tinh.

2.3.3. Thực nghiệm Cho 100ml dầu thông vào bình cầu 3 cổ, lắp nhiệt kế, sinh hàn, thiết bị

nhỏ giọt axit và đặt lên thiết bị khuấy từ gia nhiệt như hình 2-1. Sau đó cho axit sunfuric với các nồng độ và lượng axit đã được tính toán từ trước vào phễu nhỏ giọt và tiến hành nhỏ từ từ từng giọt vào bình phản ứng. Quá trình sunfat hóa được tiến hành trong khoảng thời gian 2-5h. Dung dịch thu được sau phản ứng được rửa bằng nước cất nóng, chiết phần dầu phía trên và tiếp tục trung hòa sản phẩm bằngdung dịch Na2CO3 cho đến khi hết axit, kiểm tra bằng giấy quỳ.

Hình 2.1. Sơ đồ thiết bị phản ứng và chiết sản phẩm

33

*Cách rửa axit: Đổ dung dịch sản phẩm vào phễu chiết. Sau đó cho nước cất nóng vào và lắc đều. Để khoảng từ 2 - 5 phút cho phân lớp, dầu nổi lên phía trên, còn nước lẫn axit lắng xuống dưới đáy phễu rồi tháo bỏ phần này. Rửa lại như trên khoảng 3 - 4 lần. Cho khoảng10 ml Na2CO3 10% vào rồi lắc đều để trung hòa hết axit. Cuối cùng rửa lại bằng nước cất một lần nữa.

Các kết quả khảo sát phản ứng sunfat hóa dầu thông ở các nồng độ, lượng axit, nhiệt độ và thời gian phản ứng khác nhau được đưa ra ở phần thảo luận kết quả.

2.4. TỔNG HỢP CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT TỪ DẦU THÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP HYDRAT HOÁ 2.4.1. Nguyên liệu:

- Sử dụng nguồn nguyên liệu chính là dầu thông Quảng Ninh với thành phần 68% α -pinen và 4,7% β - pinen.

- Axit H2SO4 15%. -Axeton. 2.4.2. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm: Cốc thủy tinh 50, 80, 250 ml. Bình cầu 2 cổ dung tích 250 ml. Sinh hàn nước. Bếp điện, nhiệt kế. Máy khuấy từ gia nhiệt. Ống đong, pipet. Bình tam giác. Tủ sấy. Phễu chiết. 2.4.3. Phương pháp tiến hành: Đong 50 ml dầu thông nguyên liệu vào bình cầu 2 cổ, sau đó bổ sung

thêm 50 ml axit H2SO4 15% và 10 ml axeton. Phản ứng được thực hiện trong thời gian từ 4 - 5h tại nhiệt độ 85 - 900C trên bếp khuấy từ có gia nhiệt ( thiết bị tương tự như quá trình sunfat hoá)

Dung dịch sau quá trình hydrat hóa được đem đi chiết nhằm tách loại lượng xúc tác axit và các và các sản phẩm phụ khác ra khỏi sản phẩm. Cách rửa axit như sau: - Sau khi chưng tách loại bỏ hết lượng axeton trong dung dịch ta đổ dung dịch sản phẩm vào trong phễu chiết. - Đợi 1 lát cho axit lắng xuống đáy phễu chiết, dung dịch phân thành 2 lớp rõ rệt. - Tháo bỏ lượng axit dưới đáy phễu. - Tiến hành lại thao tác cho đến khi sản phẩm hết axit ( thử bằng quì tím ). 2.5.TỔNG HỢP CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT TỪ DẦU THÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP OXY HOÁ 2.5.1. Nguyên liệu

Quá trình biến tính dầu thông bằng phương pháp oxy hóa sử dụng nguyên liệu là dầu thông Uông Bí Quảng Ninh.

34

2.5.2. Các thiết bị và dụng cụ thí nghiệm Các thiết bị và dụng cụ thí nghiệm chính được sử dụng trong quá trình

thực hiện thí nghiệm như sau: Máy gia nhiệt, nhiệt kế; Thiết bị sục khí; Bình cầu 3 cổ; Sinh hàn nước; Ống đong, pi pét 2.5.3 Thí nghiệm oxy hoá dầu thông

Dầu thông được biến tính bằng phương pháp oxy hóa với tác nhân oxy hóa là oxy không khí, chất khơi mào là hydroperoxit H2O2

Quá trình thí nghiệm được tiến hành theo các thao tác sau: - Dùng ống đong đong chính xác 100ml dầu thông nguyên liệu vào bình

3 cổ sạch. Sau đó lắp bình phản ứng lên gá kẹp phía trên bếp gia nhiệt. - Lắp hệ thống sục khí theo sơ đồ trên. - Dùng pipét hút chính xác 1 lượng H2O2 theo tính toán thêm vào bình

phản ứng. - Bật máy gia nhiệt, hệ thống sục không khí để bắt đầu. - Sau 1 khoảng thời gian cho thêm 1 lượng nước cất đã định trước. - Tiến hành các phản ứng ở các điều kiện phản ứng khác nhau để khảo sát

ảnh hưởng của các thông số tới chất lượng sản phẩm. 2.6. PHỐI TRỘN CHẾ TẠO CHẤT TẨY RỬA

2.6.1. Chế tạo CTR dạng nguyên chất

Sau khi đã tổng hợp được dầu thông biến tính sunfat hóa, chúng tôi đã dùng nguyên liệu đó để chế tạo chất tẩy rửa bằng cách pha với các thành phần khác và khảo sát sự ảnh hưởng của các hợp chất đó đến khả năng tẩy rửa của dung dịch.

Thành phần để pha chế chất tẩy rửa gồm có:

- Chất hoạt động bề mặt: Dầu thông sunfat hóa, LAS.

- Chất xây dựng: Axit oleic.

- Kiềm hữu cơ TEA.

- Phụ gia tẩy trắng: H2O2 (có thể pha trộn ngay hoặc để thực hiện riêng quá trình tẩy trắng)

- Phụ gia làm mềm vải: Glyxerin.

Cân chính xác thành phần các chất theo tỉ lệ đã định trước. Đầu tiên cho dầu thông biến tính vào cốc 100 ml, sau đó cho LAS và axit oleic vào khuấy trộn để hoà tan trong dầu thông biến tính. Tiếp theo cho phụ gia tẩy trắng và làm mềm vải. Cuối cùng cho kiềm hữu cơ TEA vào để trung hòa

35

tạo môi trường trung tính. Tiến hành khuấy trộn ở tốc độ vừa phải và gia nhiệt trong khoảng nhiệt độ từ 30 - 50oC cho đến khi dung dịch đồng nhất (thường khoảng 5-10 phút) thì ngừng khuấy trộn và gia nhiệt. Để nguội tự nhiên rồi cho mẫu vào các bình tam giác có nút nhám.

Công thức pha chế chất tẩy rửa được xây dựng dựa trên kết quả khảo sát ảnh hưởng của từng thành phần đến hoạt tính của chất tẩy rửa bằng cách thay đổi một thành phần trong công thức pha chế còn các thành phần khác giữ cố định. Tiến hành khảo sát như vậy với tất cả các thành phần để thu được công thức pha chế tối ưu /9,111,112/.

2.6.1. Chế tạo CTR dạng nhũ tương trong nước

Để nâng cao hiệu quả tẩy rửa và sự thuật tiện khi sử dụng CTR, đã pha chế CTR dạng nhũ tương. Dạng này có hoạt tính cao do đã được nhũ hóa với nồng độ thích hợp.

Cân CTR với thành phần như trên cho vào thiết bị khuấy trộn có tốc độ khuấy cao. Cho từ từ lượng nước đã định trước theo nồng độ yêu cầu, tiếp đó là phụ gia làm bền nhũ. Tiến hành khuấy trộn trong vòng 40 phút. Sản phẩm nhũ tương có mầu trắng đục, có thể bảo quản trong 3 tháng.

2.7.XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ HOÁ LÝ CỦA SẢN PHẨM

2.7.1 Đánh giá khả năng tẩy rửa Để đánh giá khả năng tẩy rửa có rất nhiều phương pháp: đo sức căng bề

mặt, phương pháp đo độ trắng của vải, đo độ nhả bẩn, phương pháp đo trọng lượng…

Tuy nhiên, do lượng cặn dầu bám trên vải sợi rất nhỏ nên không thể dùng phương pháp đo trọng lượng để xác định độ tẩy rửa. Sau khi nghiên cứu chúng tôi nhận thấy phương pháp xác định khả năng tẩy sạch hiệu quả nhất của chất tẩy rửa dùng cho vải sợi là phương pháp đo độ trắng của vải.

2.7.1.1. Tạo mẫu thử Mẫu vải cắt ra với kích thước nhất định: dài 5 cm, rộng 5 cm. Cho dầu

bám trên các mẫu vải hoàn toàn giống nhau bằng phương pháp ngâm mẫu vải trong dầu rồi phơi khô.

2.7.1.2. Ngâm mẫu để xác định khả năng tẩy rửa. Cho mẫu vải cần tẩy vào trong các cốc đựng dầu thông biến tính và dung

dịch chất tẩy rửa. Tiến hành ngâm mẫu trong điều kiện nhiệt độ khác nhau, thời gian ngâm mẫu cũng khác nhau.

36

Sau đó lấy mẫu vải ra, rửa lại một lần bằng nước sạch. Đem mẫu vải vừa tẩy đi phơi khô và cho vào túi đựng mẫu để đem đi đo độ trắng. 2.7.1.3. Đo độ trắng của vải Đo tại: Viện Kinh tế Kỹ thuật Dệt may

- Tiêu chuẩn đo độ trắng : ISO105J02 - Máy đo : Gretag Macbeth hoặc ColorEye 2180 UV - Nguyên lí của phép đo : Phép đo dựa trên cơ sở sử dụng quả cầu tích

phân. ánh sáng chiếu thẳng vào mẫu và tán xạ vào quả cầu tích phân. Phần ánh sáng từ quả cầu tích phân sẽ được chiếu thẳng tới tế bào quang điện. Tại đó, máy sẽ tự động đo cường độ ánh sáng đã được chuyển thành tín hiệu điện, tương ứng với các bước sóng từ 380-700 nm. Phụ thuộc vào mức độ phản xạ khác nhau của các bước sóng khác nhau mà xây dựng được đường cong phản xạ của ánh sáng theo bước sóng. Tương ứng với các vị trí trên đường cong, khi tổ hợp lại sẽ xác định được màu.

2.7. 2. Xác định một số thông số hoá lý Để đảm bảo độ an toàn trong quá trình thí nghiệm và quá trình bảo quản

chất hoạt động bề mặt và chất tẩy rửa, đồng thời nghiên cứu cơ chế hoạt động của CTR, cần phải kiểm tra một số thông số hoá lý của sản phẩm như: độ bay hơi, tỷ trọng, độ nhớt, sức căng bề mặt, nồng độ mixen tới hạn, điện thế zeta…

2.7.2.1. Xác định độ bay hơi. a. Dụng cụ

Cốc 80 ml. Cân phân tích. Đồng hồ đo giờ. b. Cách tiến hành

-Dùng cốc thuỷ tinh 80 ml có kích thước giống nhau và cân chính xác lượng dung dịch cần đo (trong cùng một điều kiện) có khối lượng g1. -Để dung dịch cần đo bay hơi tự nhiên trong 24h, 48h… tại bề mặt thoáng. Sau đó đem cân chính xác khối lượng dung dịch còn lại g2. -% Độ bay hơi V được xác định bằng công thức sau:

1 2

1

% .100%g gVg−

=

2.7. 2. 2 Xác định tỷ trọng a. Nguyên tắc xác định. Xác định theo phương pháp đo bằng tỷ trọng kế. Phương pháp này dựa

trên cơ sở so sánh khối lượng của một thể tích xác định mẫu dầu với khối

37

lượng của cùng một thể tích nước ở cùng nhiệt độ. b. Dụng cụ.

Dụng cụ đo được minh hoạ trên hình 2.1, bao gồm: - Bình tỷ trọng - Dụng cụ ổn định nhiệt : Cốc chứa nước được giữ ở nhiệt độ không đổi

bằng cách thêm đá hoặc nước nóng, khuấy đều liên tục để ổn định nhiệt ở 20oC.

- Nhiệt kế thuỷ ngân loại 0-30oC có vạch chia 0,1oC/vạch. - Pipet loại 1-5ml. -Cân phân tích. c. Cách tiến hành. - Rửa sạch bình tỷ trọng bằng hỗn hợp sunfocromic. - Tráng bình bằng rượu etylic, sau đó bằng nước cất. - Sấy khô để nguội, rồi cân trên cân phân tích. - Sấy, để nguội, cân lặp lại cho đến khi trọng lượng không đổi (m1). - Cho nước cất mới cất vào bình rồi giữ ở thùng điều nhiệt ở 15 ÷ 0,1oC

hay 20 ÷0,1oC tuỳ từng trường hợp trong 30 phút. - Loại nước dư bằng ống hút hoặc giấy lọc. Lau cẩn thận bên ngoài bình. - Cân lên lấy khối lượng nước và bình (m2). - Rửa sạch và sấy khô bình tỷ trọng. - Cho sản phẩm cần đo vào bình tỷ trọng rồi cân lấy trọng lượng của bình

và sản phẩm (m3). Đo và ghi lại nhiệt độ của sản phẩm khi cân. Tỷ trọng sản phẩm được xác định bằng công thức:

3 1

2 1

m mdm m

−=

−

Hình 2. 2 . Sơ đồ thiết bị xác định tỷ trọng

38

2.7. 2. 3 Đo sức căng bề mặt Cùng với việc xác định khả năng tẩy của dung dịch chất hoạt động bề mặt

và chất tẩy rửa bằng cách đo độ trắng của vải, chúng tôi cũng nghiên cứu khả năng tẩy rửa thông qua việc đo sức căng bề mặt của chúng.

Ta biết rằng khi cho một chất hoạt động bề mặt vào một vết bẩn dầu mỡ thì nó sẽ hấp phụ lên bề mặt phân cách dầu/nước hoặc với nước làm giảm lực bám dính của dầu với bề mặt. Sự hấp phụ càng mạnh mẽ thì sẽ càng làm giảm nhiều sức căng bề mặt của dầu trong dung dịch chất hoạt động bề mặt và sự tẩy rửa càng tốt. Việc giảm các sức căng giao diện được thể hiện cụ thể bởi tính làm ướt.

a. Nguyên tắc. Khi hoà tan chất hoạt động bề mặt vào bề mặt nhiễm bẩn dầu mỡ thì

phân tử chất hoạt động bề mặt hấp phụ trên bề mặt phân chia nước/dầu. Chính sự hấp phụ này làm giảm sức căng bề mặt của dung dịch.

Ở mỗi nhiệt độ, sức căng bề mặt của dung dịch phụ thuộc vào nồng độ chất hoạt động bề mặt theo phương trình thực nghiệm :

λ = λo - a. ln(1+b. C) Trong đó : λ, λo: sức căng bề mặt của dung dịch nồng độ C và dung môi nước

nguyên chất. a, b : các hằng số thực nghiệm. Ta có nhiều phương pháp để đo sức căng bề mặt của chất lỏng như: - Phương pháp dâng mao quản. - Phương pháp đếm giọt. - Phương pháp đo sức căng bề mặt áp suất lớn nhất của bọt khí. - Phương pháp tách vòng. Để đo SCBM của chất tẩy rửa trong nước ta dùng phương pháp tách

vòng. b. Đo SCBM theo phương pháp tách vòng. *Dụng cụ đo : - Cốc đựng mẫu dung dịch. - Vòng đo. - Thiết bị treo vòng.

–Kẹp, Thiết bị điều chỉnh cân bằng. Đo thời gian (tính bằng giây) của một thể tích chất lỏng chảy qua mao quản của

một nhớt kế chuẩn, dưới tác dụng của trọng lực ở nhiệt độ xác định. Độ nhớt động học là tích số của thời gian chảy đo được và hằng số hiệu chuẩn của nhớt kế. Hằng số của nhớt kế chuẩn được xác định bằng cách chuẩn trực tiếp với các chất chuẩn đã biết trước độ nhớt.

39

Hình 2. 3. Thiết bị đo sức căng bề mặt

*Cách tiến hành : Đầu tiên chỉnh cho máy đạt cân bằng. Chuẩn bị : - Nhấn nút khởi động máy, chờ máy khởi động xong nhấn nút Start. - Chọn đo SCBM. - Đặt các thông số : + Thông số vòng là : 6,1858 + R/r là : 54,2857 + D/d (tỷ trọng của 2 môi trường không khí và chất cần đo) + Đặt nhiệt độ tiến hành thí nghiệm. Tiến hành đo: Cho chất lỏng cần đo vào trong cốc (1) khoảng từ 130-150ml, đặt vào

máy, sau đó dùng cần chỉnh thô điều chỉnh sao cho vòng (2) ngập trong chất lỏng khoảng 3-5mm. Nhấn nút Enter thấy phát ra tiếng” pip”, nhấn nút zero trả về giá trị 0. Tiến hành chỉnh tinh cho đến khi nào vòng 2 tách khỏi bề mặt chất lỏng, nhấn nút Enter thì máy sẽ cho giá trị của SCBM cần đo.

*Chú ý : - Trước khi đo cốc cần phải được rửa sạch và sấy khô. - Phải chỉnh cho vòng đo ở vị trí cân bằng không bị lệch, để phép đo

được chính xác. - Sau khi tiến hành xong thí nghiệm phải dùng kẹp cặp vòng, nhúng vào

dung môi để rửa sạch, sau đó cho vào hộp. c. Quan hệ giữa SCBM và nồng độ dung dịch.

40

Khi hoà tan chất hoạt động bề mặt vào nước thì các phân tử chất tan sẽ đ-ược hấp phụ trên bề mặt phân chia lỏng khí. Chính sự hấp phụ đó làm giảm SCBM của dung dịch.

Nồng độ chất hoạt động bề mặt càng lớn thì độ hấp phụ càng lớn và SCBM càng nhỏ.

Do đó nếu nồng độ của dung dịch giảm thì độ hấp phụ lỏng-khí giảm và sức căng bề mặt của dung dịch sẽ tăng.

Ở mỗi nhiệt độ SCBM của dung dịch phụ thuộc vào nồng độ chất hoạt động bề mặt theo phương trình :

σ = σo - a. ln(1+ bc) Trong phương trình này: σ, σo là sức căng bề mặt của dung dịch ở nồng

độ C và của dung môi (nước) nguyên chất (C=0). a, b: là các hằng số thực nghiệm.

2.7. 2. 4 Xác định độ nhớt động học. a. Định nghĩa. Độ nhớt động học (kí hiệu là υ ) là tỷ số giữa độ nhớt động lực và mật độ

của chất lỏng, nó là số đo lực cản chảy của một chất lỏng dưới tác dụng của trọng lực.

Trong hệ CGS, độ nhớt động học biểu thị bằng Stoc (St); 1St = 1cm2/s. Trong thực tế thường dùng đơn vị centiStoc (cSt). 1cSt = 0,01St =

1mm2/s. b. Nguyên tắc.

Hình 2. 4. Sơ đồ thiết bị xác định độ nhớt

d. Tiến hành đo. Lắp đặt dụng cụ như hình mẫu:

41

- Lắp nhớt kế đã lựa chọn vào vị trí sao cho thẳng đứng. Nhớt kế được chọn đã xác định hằng số chuẩn C. Nhớt kế phải khô sạch, có miền làm việc bao trùm độ nhớt của chất cần xác định.

- Cắm công tắc điện. - Bật công tắc cho thiết bị ổn nhiệt hoạt động. - Sau khi đã nạp mẫu và để ổn nhiệt, dùng quả bóp đưa chất cần đo đến

vị trí cao hơn vạch đo thời gian đầu tiên khoảng 5mm trong nhánh mao quản của nhớt kế.

- Khi mẫu chảy tự do, đo thời gian chảy tính bằng giây từ vạch thứ nhất đến vạch thứ hai.

- Tiến hành khoảng 3 lần lấy giá trị trung bình. Kết quả sai lệch không được quá ± 1,2 - 2,5%. Tính độ nhớt động học theo công thức: υ = C. t Trong đó: υ : độ nhớt động học, tính bằng cSt hay mm2/s. C: hằng số của nhớt kế, mm2/s2. t: thời gian chảy, s.

2.7.2.7. Xác định điện thế zeta Điện thế zeta được xác định thông qua việc đo độ điên di.

Có nhiều phương pháp để xác định tốc độ điện di như: phương pháp Hittooc, phương pháp Tiđêliut, phương pháp giới hạn dịch chuyển… Nhưng ở đây dùng phương pháp giới hạn dịch chuyển, vì đây là phương pháp đơn giản, dễ dàng thực hiện trong phòng thí nghiệm và kết quả đo được tương đối chính xác. Nguyên tắc đo là dựa vào việc đo tốc độ dịch chuyển của mặt phân cách giữa dung dịch chất tẩy rửa và chất lỏng phụ dưới tác dụng của điện trường *Dụng cụ đo điện di

Hình 2.5. Dụng cụ đo độ điện di

1. Các điện cực.

2. Van

42

Dụng cụ phổ biến nhất dùng để đo độ điện di có dạng hình ống chữ U, hai nhánh có hai van, lỗ của van bằng đường kính trong của ống. Trước khi thực nghiệm, dụng cụ cần phải rửa cẩn thận, sấy khô. Ví dụ dùng nước lạnh, tốt hơn là dùng axít cromic nóng và sau đó tráng rửa nhiều lần ở vòi nước, tiếp theo là nước cất. Sau đó rút van ra khỏi dụng cụ, sấy dụng cụ và van trong tủ sấy. Sau đó để nguội trong không khí, lắp van vào. Nếu van chưa kín thì dùng mỡ chân không.

*Quy trình đo độ điện di Quá trình đo độ điện di của dung dịch chất tẩy rửa gồm những bước

sau: - Nạp chất lỏng đệm vào dụng cụ đo điện di (chất lỏng đệm lựa chọn ở

đây là TEA,trietanol amin) có khối lượng riêng lớn hơn khối lượng riêng của dung dịch nên ở phía dưới).

- Khóa hai van ở hai nhánh lại, rửa sạch bằng nước để phía trên không còn TEA nữa.

- Nạp dung dịch mẫu cần đo độ điện di vào dụng cụ (chú ý: khi đo van phía trên nối giữa hai ống phải mở, mức dung dịch mẫu đổ vào phải cao hơn ống nối hai nhánh).

- Cắm hai điện cực vào hai nhánh của dụng cụ đo. Khi mức chất lỏng ở hai nhánh đã cân bằng thì đóng khóa van ở phía trên lại.

- Nhẹ nhàng mở hai khóa ở hai nhánh, sau đó bật công tắc của bộ ổn áp điện, đặt điện áp ở trên hai cực điện là V.

- Quan sát độ dịch chuyển của bề mặt phân chia pha. Khi bề mặt này đi qua điểm 0 thì bật đồng hồ bấm giây, sau khi nó dịch chuyển được quãng đường S thì ta ghi lại khoảng thời gian dịch chuyển đó . *Quy trình xác định điện thế Zeta

Đo khoảng cách l giữa hai điện cực theo chiều cong của ống. Xác định giá trị trung bình của gradien thế H:

H = l

V300

(đơn vị tĩnh điện tương đối/cm)

Tính tốc độ dịch chuyển U theo phương trình U = Ht

S×

Trong đó S là khoảng cách dịch chuyển được của bề mặt phân chia pha sau khoảng thời gian t giây. S tính bằng cm.

Biết giá trị U có thể tính được giá trị thế zeta nhờ vào đơn vị tĩnh điện.

43

Hay hiển thị thế ξ theo Vol:

Trong đó: - D: Độ từ thẩm điện môi của chất lỏng. Đối với nước D= 81, η=

0,0894 ở 25oC. - η: Độ nhớt của dung dịch keo. k: Là hằng số phụ thuộc vào hình dạng

hạt (đối với hạt hình cầu k = 6, đối với hạt hình trụ k = 4).

Nếu chất lỏng đệm có tính dẫn điện riêng x0 khác nhiều so với độ dẫn điện của chất lỏng của dung dịch keo x, thì khi tính giá trị gradien của thế cần phải biết x0 và x cũng như khoảng cách lk giữa hai mặt ranh giới phân chia của hai chất lỏng đó. Tính toán giá trị gradien thế trong dung dịch keo dựa trên cơ sở sau:

Ký hiệu gradient điện thế trong chất lỏng đệm qua Hσ, có thể viết:

Do sụt áp hoàn toàn trong trường hợp này có thể viết: Mức sụt áp trong dung dịch keo Hlk và mức sụt áp trong chất lỏng đệm Hσ(l – lk).

Do vậy, theo định luật ôm, cường độ dòng điện trong tất cả các mạch điện nối tiếp nhau thì như nhau:

Trong đó: Rk và Rσ là điện trở của chất lỏng keo và chất lỏng đệm. Do điện trở tổng cộng của dây dẫn điện có thể biểu thị qua điện trở dẫn điện riêng ρ, chiều dài l, tiết diện cắt ngang S.

R = Slρ thì Rk =

Slk

kρ (8)

Sll

R k−= σσ ρ

ξ = UDxkx

×ηπ (Vol) (4)

ξ = UDxkx

×ηπ x 300 (Vol) (5)

V = Hlk + Hσ(l – lk) (6)

σ

σ

RllH

RHl k

k

k )( −= (7)

44

Trong đó: ρk và ρσ là điện trở dẫn điện riêng của dung dịch keo và chất lỏng.

Thay giá trị Rk và Rσ vào phương trình (7) ta được:

σ

σ

ρρHH

k

= (9)

Hay Hσ = Hkρ

ρσ (10)

Đặt giá trị Hσ vào phương trình (6) được:

Theo phương trình này, gradient điện thế H trong dung dịch keo sẽ là:

2.7.2.8. Xác định nồng độ mixen tới hạn *Định nghĩa

Khi hòa tan chất tẩy rửa vào nước sẽ tạo thành nhũ tương. Trong dung dịch nước sẽ hình thành các hạt mixen, và nếu tiếp tục tăng nồng độ chất tẩy rửa thì lượng các hạt mixen cũng tăng lên. Sự hình thành các mixen làm cho sức căng bề mặt và độ dẫn điện thay đổi đột ngột và tại nồng độ có sự thay đổi đó gọi là nồng độ mixen tới hạn.

*Các phương pháp xác định nồng độ mixen tới hạn Có nhiều cách để xác định nồng độ mixen tới hạn. Trong khuôn khổ

của luận án này, đã lựa chọn phương pháp xác định nồng độ mixen tới hạn dựa vào mối quan hệ với SCBM. Phương pháp này đơn giản, thao tác dễ dàng, thời gian xác định nhanh, kết quả thu được khá chính xác.

Khi tăng nồng độ của CTR thì SCBM của dung dịch CTR sẽ giảm, từ đó làm tăng khả năng tẩy sạch của dung dịch CTR. Nhưng khi tăng nồng độ của CTR lên quá nồng độ mixen tới hạn, do khi đó xảy ra quá trình keo tụ nên sức căng bề mặt của dung dịch sẽ tăng lên và khả năng tẩy rửa của dung dịch bị giảm. Chính vì vậy, để xác định nồng độ mixen tới hạn của dung

V = ))( kkk

HlllH +−ρρσ (11)

H = kk lll

xx

V

+− )(0

(12)

45

dịch CTR, cần phải đo SCBM của dung dịch CTR tại nhiều nồng độ khác nhau xung quanh nồng độ mixen tới hạn. Các bước tiến hành xác định nồng độ mixen tới hạn của dung dịch CTR như sau:

Bước 1: Pha chính xác các mẫu dung dịch CTR có nồng độ thay đổi xung quanh nồng độ mixen tới hạn.

Bước 2: Xác định SCBM tương ứng của các mẫu dung dịch CTR ở cùng một điều kiện nhiệt độ.

Bước 3: Xây dựng đồ thị biểu diễn sự liên hệ giữa SCBM và nồng độ của dung dịch.

Bước 4: Xác định vị trí trên đồ thị mà giá trị SCBM của dung dịch thay đổi đột ngột. Nồng độ của dung dịch tương ứng với giá trị SCBM đó chính là nồng độ mixen tới hạn. 2.7. 2.9. Xác định chỉ số cân bằng tính ưa dầu nước HLB * Đối với chất HĐBM không ion

Có thể xác định chỉ số HLB bằng thực nghiệm, chẳng hạn với loại chất HĐBM trên cơ sở oxyt etylen ta có thể thực hiện như sau: Hoà tan 5 phần khối lượng chất HĐBM tinh khiết vào 20 phần khối lượng toluen, sau đó bổ sung thêm 5 phần khối lượng H2O và duy trì ở nhiệt độ 20oC. Nhỏ từ từ etanol tuyệt đối cho đến khi nhận được dung dịch trong suốt. Lượng etanol tiêu tốn được qui ra chỉ số HLB: 0,88 ml etanol sẽ tương đương với 1 đơn vị HLB [18]

Cách làm như sau: Hoà tan 10 g chất CTR vào 40 g toluen, khuấy đều, sau đó bổ xung 10 ml nước. Khuấy và giữ ở nhiệt độ 20oC. Nhỏ từ từ cồn etanol tuyệt đối (99%) cho đến khi dung dịch trở nên trong suốt. Lượng etanol tiêu tốn được qui ra chỉ số HLB theo tài liệu [18] là 0,88 ml etanol tương ứng với 1 đơn vị HLB. Kết quả được đưa ra ở các bảng trong phần thảo luận kết quả. *Đối với chất HĐBM an ion

Cân chất HĐBM hoặc hỗn hợp chất HĐBM cho vào bình có sẵn hỗn hợp gồm 96% dioxan và 4% benzen. Lắc cho đến khi chất HĐBM tan hoàn toàn thành dung dịch đồng nhất. Chuẩn độ bằng nước cất từ buret cho tới khi xuất hiện vết đục bền trong 30 giây. Chuẩn độ 3 lần và lấy kết quả trung bình.

46

2.7.3. Pha chế dung dịch tẩy trắng

2.7.3.1. Nguyên liệu - H2O2 dung dịch 35%. - Na2CO3.

2.7.3.2. Thiết bị, dụng cụ - Cốc thủy tinh 100ml - Ống đong, pipet. - Cân phân tích. - Bếp khuấy từ gia nhiệt

2.7.3. 3 Pha chế - Cân và đo chính xác thành phần các chất đã định trước. - Cho 50ml nước vào cốc, hòa tan Na2CO3 , có thể gia nhiệt nếu cần

thiết. - Để nguội, cho H2O2 vào - Khuấy trộn

2.7.4. Đánh giá khả năng tẩy trắng

2.7 4. 1 Ngâm mẫu để xác định khả năng tẩy trắng Mẫu vải đã được tẩy dầu mỡ tiếp tục được cho qua dung dịch tẩy trắng

đã pha chế, ngâm mẫu vải trong những khoảng nhiệt độ khác nhau, rửa lại một lần nữa bằng nước sạch. Đem mẫu vải vừa tẩy đi phơi khô và cho vào túi đựng mẫu để đem đi đo độ trắng.

2.7.4.2. Đo độ trắng của vải (đo tại: Viện Kinh tế và Kỹ thuật Dệt may) - Tiêu chuẩn đo độ trắng : ISO105J02 - Máy đo : Gretag Macbeth ColorEye 2180 UV - Nguyên lý của phép đo : Phép đo dựa trên cơ sở sử dụng quả cầu tích

phân. ánh sáng chiếu thẳng vào mẫu và tán xạ vào quả cầu tích phân. Phần ánh sáng từ quả cầu tích phân sẽ được chiếu thẳng tới tế bào quang điện. Tại đó, máy sẽ tự động đo cường độ ánh sáng đã được chuyển thành tín hiệu điện, tương ứng với các bước sóng từ 380-700 nm. Phụ thuộc vào mức độ phản xạ khác nhau của các bước sóng khác nhau mà xây dựng được đường cong phản xạ của ánh sáng theo bước sóng. Tương ứng với các vị trí trên đường cong, khi tổ hợp lại sẽ xác định được màu. 2.8. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

47

2.8.1. Phương pháp GC - MS. Thành phần hóa học của dầu thông và sản phẩm được xác định theo

phương pháp sắc kí kết nối khối phổ GC-MS (Gas Chromatography Mass Spectometry). Phương pháp GC-MS dựa trên cơ sở nối ghép máy sắc kí khí và máy khối phổ với nhau.

Tiến hành chụp phổ GC-MS của mẫu cần đo. Từ phổ GC-MS, ta có thể xác định một cách chính xác tên và thành phần các cầu tử trong mẫu phân tích.

Phân tích sắc ký theo phương pháp GC-MS: - gc2010 , Fhimadzo - nhật bản. - Cột : EquityTM - 5 , SUPELCO. (30m x 0,25mmid x 0,25 µ m). - Chương trình nhiệt độ: 50 oC (5min) ~ 4 oC/min ~ 220 oC. Nhiệt độ: infector , detctor : 250 oC. - Tỉ lệ chia dòng : 1:10. - Khí mang : Nitơ. - Tốc độ khí mang : 1ml/phút. - Detector : FID.

2.8.2. Phương pháp phổ hồng ngoại IR. Phương pháp phân tích theo phổ hồng ngoại cung cấp thông tin về cấu

trúc phân tử dựa trên hiệu ứng các hợp chấp hoá học có khả năng hấp thụ chọn lọc bức xạ hồng ngoại. Các đám phổ khác nhau có mặt trong phổ hồng ngoại tương ứng với các nhóm chức đặc trưng và các liên kết có trong phân tử hợp chất hoá học của dầu thông.

Mẫu dầu thông được lắc đều rồi chuyển vào cuvet (d = 13mm, l = 4mm) với một lượng chiếm chiều dày 0,1 mm. Đưa cuvet vào buồng hồng ngoại, tiến hành đo.

Phổ hồng ngoại của các mẫu dầu thông được tiến hành đo trong máy IR: Nicolet 6700 FT-IR Spectrometer. Từ phổ IR có thể nghiên cứu tính chất hóa lý của bề mặt vải sợi hoặc xác định phản ứng biến tính dầu thông tạo ra các nhóm chức có lợi cho thành phần chất HĐBM.

Kết quả đo phổ hồng ngoại được đưa ra ở phần thảo luận kết quả. 2.8.3.Phương pháp qui hoạch thực nghiệm Đây là phương pháp toán học nhằm tìm ra thành phần tối ưu mà rút ngắn được các thí nghiệm. Trong báo cáo này chúng tôi sử dụng phương pháp này để xác định thành phần cần thiết của CTR. Để tìm ra nhanh chóng thành phần tối ưu mà giảm được số thực nghiệm, đã sử dụng phương pháp qui hoạch thực nghiệm với sự tính toán hiệu quả tẩy rửa phụ thuộc vào hai biến số, đó là thành phần DT sunfat hoá và LAS /15 /.

48

- Thành phần DTBT (%KL) : Z1=90 - 93 % - Thành phần LAS (%KL): Z2=1,5 - 5% Ở đây số yếu tố: k=2, số kế hoạch thực nghiệm: N=2k=22=4

Như vậy mô hình thống kê biểu diễn thành phần của hỗn hợp với biến mã hoá có dạng

ŷ=b0+b1x1+b2.x2+b12.x1.x2

Trong đó: ŷ: độ tẩy rửa x1,x2: biến mã hoá thành phần khối lượng của dầu thông biến tính

và LAS. Ma trận kế hoạch thực nghiệm hai mức độ tối ưu để xác định các thông

số b0,b1,b2,b12 của mô hình như sau: Bảng 2.1. Tính chuẩn số

Biến thực Biến mã hoá TT Z1 Z2 x0 x1 x2 x1x2 Y

1 93 5 1 1 1 1 95,1 2 90 5 1 -1 1 -1 96,5 3 93 1,5 1 1 -1 -1 97,8 4 90 1,5 1 -1 -1 1 94,2

Căn cứ vào ma trận kế hoạch ta có thể xác định được các hệ số hồi quy bj theo công thức:

Trong đó : N là số thức nghiệm(N=4). Từ đó tính ra: b0= ( 95,1 + 96,5 + 97,8 + 94,2 ) /4 = 95,9 b1= ( 95,1 - 96,5 + 97,8 - 94,2 ) /4 = 0,55 b2= ( 95,1 + 96,5 - 97,8 - 94,2 ) /4 = -0,1 b12= ( 95,1 - 96,5 - 97,8 + 94,2 ) /4 = -1,25

Kiểm tra tính có nghĩa các hệ số bj, ta tiến hành 2 thí nghiệm ở tâm (x1=0 và x2=0 và Z1=91,5 , Z2=3,25 ) thu được kết quả: y01=97,1 y02=96,8 Giá trị trung bình của y tại tâm: y0=96,95

Tính phương sai lặp theo công thức:

=Slap

2 ∑=

−−

m

aa yy

m 100 )(.

11

Trong đó: S2 lặp: Phương sai lặp .

49

M: Số thí nghiệm tại tam. y0a: Giá trị của y ở thí nghiệm thứ a. y0: Giá trị trung bình của y tại tâm.

Giá trị của độ lệch tiêu chuẩn Sbj cảu phân bố được xác định theo công thức

( ) ( )[ ] 045,095,968,9695,961,97 222

121 =−+−= −lapS

S2lap=0,045 từ đó rút ra S2

bj = S2 lặp / N = 0,0125 Từ đó rút ra Sbj = 0,106

Với bậc tự do lặp f2 = m-1=2-1=1 và mức đó có nghĩa p=0,05 Tra bảng 6.11 /13/ ta có chuẩn số Student t1;0,05=12,706 Hệ số b1 có nghĩa khi: jb > S2

bj .t1;0,05= 0,0125.12,706 = 0,159 Sau khi thay số chỉ có hệ số b2 là không có nghĩa và mô hình thống kê

mô tả khả năng tẩy rửa trong vùng thực nghiệm có dạng: y=95,9 + 0,55 x1 – 1,25 x1.x2

Sự tương hợp của mô hình phải được kiểm tra nhờ chuẩn số Fisher:

Trong đó: Sdư là phương sai dư tính theo công thức:

Trong đó: l : Là số hệ trong phương trình (2); Yj : Giá trị thức nghiệm; Yi : Giá trị tương ứng theo phương trình (2). Tính toán kết quả ta có bảng sau:

Bảng 2.2. Tính giá trị tương ứng và chuẩn số Fisher

y1 y2 y3 y4 S Fn

95,2 96,6 97,7 94,1 0,04 0,88 Số bậc tự do lặp f2 = 1 Bậc tự do dư f1 = N-l = 4-3 = 1 Mức có nghĩa p = 0,05 Tra bảng 6.12 ta được F0,05;1;1=16,1 Ta thấy Fn=0,88 < F0,05;1;1 = 16,1

Như vậy mô hình tuyến tính phù hợp với bức tranh thực nghiệm.

50

Phương trình hồi quy thu được: Y = 95,9 + 0,55.x1 – 1,25.x1.x2 Tiến hành tối ưu hoá theo phương pháp leo dốc với điểm mô tả cục

bộ theo bề mặt mức có dạng: ŷ = b0 + b1.x1+b2.x2

ŷ = 95,9 + 0,55x1 – 1,25.x1.x2 = 0,55 Chuyển động tiếp tục trên bề mặt mức theo hướng gradient của biểu

thức mô tả gần đúng như trên: Y = b0 + b1.x1+ b2.x2

Đại lượng bước dịch chuyển: Dz2=k.( 0,55 ).3 chọn k=0,05. Vậy đại lượng bước Dz2=0,0825 Tiến hành thí nghiệm với nhóm thí nghiệm mới tại tâm.

Bảng 2.3. Các thí nghiệm tại tâm TT Z1 Z2 Y 1 91,5 3,1675 98,2 2 91,5 3,0850 98,0 3 91,5 3,2500 99,0 Như vậy, để có giá trị Y đạt cao nhất (tức là độ tẩy rửa đạt 99,0%), thì

Z1, tương ứng với thành phần dầu thông biến tính [DTBT]=91,5% và Z2 = 3,0 %, ứng với hàm lượng và độ tẩy rửa đạt 99,0 %. 2.9. THỬ NGHIỆM XỬ LÝ TẨY DẦU TẠI NHÀ MÁY 2.9.1. Mô tả dây chuyền công nghệ * Mô tả dây chuyền : Quá trình thử nghiệm tẩy dầu trên vải mộc và nhuộm mầu được thực hiện trên máy giặt nhuộm Z. Chất mầu và chất tẩy dầu được pha chế bên ngoài trong thùng pha chế. Hỗn hợp này sau khi trộn đều được đưa vào máy nhuộm. Sau khi kết thúc quá trình nhuộm, tiến hành giặt vải bằng nước sạch ngay trong thiết bị Z *Pha chế hoá chất : Hoá chất được sử dụng trong quá trình tẩy mầu và nhuộm bao gồm : -Chất tẩy rửa dạng nhũ tương -Chất mầu, chất bền mầu Hỗn hợp chất mầu và chất tẩy dầu được pha chế trong thùng bên ngoài, sau đó cho vào máy dệt nhuộm Z rồi thao tác như trên. 2.9.2. Thực hiện qui trình nhuộm có chất tẩy rửa

51

Dựa trên kết quả tại phòng thí nghiệm, được sự cho phép của Giám đốc, chúng tôi đã thử nghiệm qui trình tẩy dầu kết hợp nhuộm trên dây chuyền sản xuất của Nhà máy. Qui trình như sau : *Bước 1 : Pha chế hỗn hợp chất nhuộm mầu, chất làm bền mầu và chất tẩy rửa BK-NH1 ở thùng pha chế theo tỷ lệ như đơn pha chế của nhà máy *Bước 2 : Cho hỗn hợp đã pha chế vào máy giặt nhuộm Z rồi cho chạy máy. Tại máy Z, vải được tuần hoàn trong bể nhuộm trong vòng 5 giờ/1 mẻ. Sau 5 giờ kết thúc quá trình nhuộm *Bước 3 : Giặt sạch vải cũng trên máy Z ban đầu : Tháo bỏ nước thuốc nhuộm, cho nước sạch vào đầy bể như nhuộm. Cứ sau một thời gian, máy tự động tháo nước bẩn và cho nước sạch vào; cuối cùng tráng bằng nước sạch và kết thúc quá trình giặt *Bước 4 : Đưa vải đã giặt sạch qua thiết bị sấy ống để sấy khô, sau đó cắt vải theo kích thước yêu cầu *Bước 5 : Đóng gói vải trong túi nilon rồi bảo quản thoáng mát trong kho Hiệu quả của quá trình tẩy dầu được đánh giá qua các thông số như độ tẩy sạch, độ mao dẫn, mầu thuốc nhuộm, độ mềm của vải… tại nhà máy. 2.9.3. Thử nghiệm toàn diện trên các công đoạn sản xuất vải của nhà máy 2.9.3.1. Thử nghiệm giai đoạn giũ hồ Giai đoạn giũ hồ được thực hiện theo đơn của Nhà máy và đơn của CTR Đề tài *Đơn của Nhà máy -Chất ngấm Triremov 50 C/C của Đài Loan -Chất giũ hồ Novazymde 60U của Công ty Xuất nhập khẩu Nam Giang Với thành phần này, sau khi giũ hồ xong độ mao dẫn đạt 30 mm/30 phút *Theo đơn của CTR Đề tài: Thay thế hoàn toàn thành phần giũ hồ trên bằng chất tẩy rửa BK-NH 1 của Đề tài, kết quả là chất lượng vải sau giũ hồ là rất tốt, độ mao dẫn đạt 60 mm/30 phút 2.9.3.2. Thử nghiệm giai đoạn nấu tẩy kết hợp tẩy dầu *Theo đơn của Nhà máy -Chất tẩy dầu Hsisou TS New của Hàn Quốc -Thực hiện nấu tẩy ở 98 oC Sau tẩy độ mao dẫn đạt 30 mm / 30 phút *Theo đơn của CTR Đề tài:

52

Chúng tôi đã thay thế chất tẩy dầu của nhà máy đang dùng (Novazym DE 60U) bằng chất BK-NH1 của Đề tài, kết quả cho thấy, chất lượng vải sau tẩy bằng chất của Đề tài tốt hơn (độ mao dẫn đạt 60 mm/30 phút so với của nhà máy là 30 mm/30 phút. 2.9.3.3. Thử nghiệm giai đoạn nhuộm mầu thay thế chất ngấm Sau khi giũ hồ và nấu tẩy dầu, đã thực hiện quá trình nhuộm vải sử dụng các đơn khác nhau : *Theo đơn của Nhà máy : -Thuốc nhuộm, chất làm bền mầu, các phụ gia - Chất ngấm Triremov 50 C/C của Đài Loan. *Theo đơn của CTR Đề tài: -Thành phần thuốc nhuộm như trên -CTR của Đề tài thay thế chất ngấm theo đúng tỷ lệ như sử dụng chất Triremov 50 Kết quả cho thấy, sử dụng chất ngấm Triremov 50 C/C của Đài Loan và CTR của Đề tài đều thu được độ mao dẫn là 60mm/30 p hút. Các tấm vải có mầu nhuộm như nhau, khách hàng sau nhiều tháng sử dụng đều chấp nhận chất lượng. 2.10.ĐO ĐỘ MAO DẪN VÀ XÁC ĐỊNH ĐỘ TẨY SẠCH Để xác định nhanh độ tẩy sạch, chúng tôi sử dụng độ mao dẫn của vải. Cách đo như sau : Vải sau khi đã được tẩy sạch bằng CTR được đưa vào một cốc đựng nước sạch có mầu để dễ nhận ra độ thấm. Kẹp mẫu vào thanh kẹp rồi nhúng vào cốc nước đó theo phương thẳng đứng. Sau 30 phút, đo chiều cao đạt được (mm) của lớp nước có mầu. Để xác định độ tẩy sạch, cách làm như sau : Do đối tượng cần tẩy sạch là vải mộc, nên vải mộc được coi như độ sạch bằng 0 (trong vải mộc có chứa chất béo, parafin, dầu khoáng, hồ, tạp cơ học…). Đo độ trắng được 1 giá trị nhất định, đo độ mao dẫn được giá trị bằng 1mm. Sau từng thời gian xử lý tẩy sạch, đo độ trắng và độ mao dẫn tương ứng. Làm như vậy đến khi trên vải sạch hết các tạp chất kể trên, độ sạch được coi là 100. Độ mao dẫn và độ tẩy trắng xác định được là tuyến tính. Vậy có thể từ độ tẩy trắng và độ mao dẫn suy ra độ sạch của vải. Trong quá trình làm thực nghiệm, chúng tôi không dùng tác nhân tẩy trắng nên yếu tố tẩy trắng do tác nhân này coi như không có, và độ trắng thu được có thể coi là do tác nhân tẩy sạch của

53

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. NGUYÊN NHÂN NHIỄM BẨN DẦU MỠ TRONG CÔNG NGHIỆP DỆT Hiện nay, công nghiệp dệt may đang mang lại cho nền kinh tế nước ta một nguồn lợi to lớn, nhất là trong thời kỳ hội nhập. Kim ngạch thu được cho ngân sách nhà nước từ xuất khẩu dệt may hàng năm lên tới hàng tỷ USD. Tuy nhiên hàng năm, nước ta phải nhập một lượng lớn hoá chất để xử lý làm sạch vải sợi trước khi nhuộm mầu, in hoa và các công đoạn sản xuất vải tiếp theo. Trong số hoá chất đó, các chất hoạt động bề mặt để tẩy dầu mỡ, chất béo, tạp chất trên vải chiếm một lượng lớn. Có nhiều nguyên nhân để vải sợi bị nhiễm bẩn dầu mỡ, tạp chất, nhưng thông thường là các lý do sau: -Cho parafin hoặc dầu khoáng vào trong quá trình dệt để tránh cho sợi bị xù lông và để các sợi không dính vào nhau trong quá trình dệt. -Đối với các loại sợi poliamit, poliester do có khả năng sinh tĩnh điện cao nên gây khó khăn cho quá trình dệt, để hạn chế hiện tượng này, khi dệt người ta thường phải cho thêm chất bôi trơn là dầu khoáng. -Khi dệt thông thường cho thêm hồ tinh bột. -Trong sợi bông luôn có các tạp chất như chất béo, sáp, lignin, hợp chất chứa nitơ, tro, pectin, các tạp chất cơ học do mảnh hạt lẫn vào. -Dầu mỡ từ máy dệt có thể thâm nhập vào trong quá trình dệt, gây nhiễm bẩn cục bộ cho sợi hoặc các tấm vải thành phẩm. -Các chất bẩn từ môi trường bám dính vào vải và sợi trong quá trình dệt và vận chuyển Đến công đoạn nhuộm mầu và in hoa, tất cả các chất bẩn nêu trên phải được tẩy sạch; nếu không thì quá trình nhuộm sẽ không có hiệu quả do các loại chất này ngăn cản sự thấm nước và mầu nhuộm, không cho thuốc nhuộm khuyếch tán vào vải, gây loang mầu /1,8/. Chính vì vậy, việc tìm ra nguyên nhân nhiễm bẩn dầu mỡ để có biện pháp xử lý là nhiệm vụ rất quan trọng. 3.2. XÁC ĐỊNH NHU CẦU VỀ XỬ LÝ VẢI SỢI VÀ NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN DẦU THỰC VẬT CÓ HOẠT TÍNH ĐỂ TỔNG HỢP CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT (HĐBM) 3.2.1. Nhu cầu về xử lý vải sợi của nước ta Trong cả nước ta có khoảng 1000 nhà máy dệt lớn nhỏ với hơn 10.500 máy dệt. Theo thống kê, trong một năm, trung bình nước ta sản xuất ra hơn 23 triệu tấn vải. Lượng vải này cần đến khoảng 5000 tấn chất HĐBM để xử lý làm sạch. Với giá trung bình nhập ngoại từ 2,5 đến 4 USD 1 kg chất HĐBM thì con số ngoại tệ phải tiêu tốn cho công nghiệp dệt thật đáng kể. Không những thế, các loại hoá chất xử lý nhập ngoại cộng với lượng dư thừa

54

thuốc nhuộm đã và đang gây ô nhiễm môi trường trầm trọng. Nước thải của công nghiệp dệt nhuộm là một trong những loại nước thải độc hại nhất ngày nay. Để giải quyết tình trạng trên với mong muốn có thể thay thế một phần sản phẩm nhập ngoại, đề tài đã nghiên cứu tổng hợp các chất HĐBM và CTR đi từ nguồn nguyên liệu thực vật thân thiện môi trường, sẵn có ở Việt nam. 3.2.2. Nghiên cứu lựa chọn dầu thực vật có hoạt tính để tổng hợp chất hoạt động bề mặt 3.2.2.1.Xác định các loại dầu thực vật có hoạt tính bề mặt Có rất nhiều loại dầu thực vật có hoạt tính tẩy sạch đối với chất bẩn dạng béo và dầu mỡ. Dựa theo công trình nghiên cứu của các tác giả trước đây /9,48,49/, chúng tôi chọn một số dầu điển hình để nghiên cứu, đó là: dầu thông, dầu cam quýt, dầu cám, dầu dừa. Kết hợp với một số chất hoạt động bề mặt có hoạt tính cao, thân thiện môi trường như APG, TWEEN, LAS sẽ cho một hỗn hợp chất tẩy rửa đặc chủng để tẩy vải sợi. Từ kết quả khảo sát sẽ chọn ra loại dầu thực vật tốt nhất sử dụng cho đề tài Mục đích ban đầu đặt ra khi tổng hợp chất HĐBM và CTR là “thân thiện với môi trường” nên chúng tôi xuất phát từ dầu thực vật, bởi vì nó có đặc tính phân huỷ sinh học nhanh trong đất, an toàn với con người. Theo ý tưởng của tác giả /5, 10, 13/ cho rằng, các hợp chất chứa vòng tecpen có hoạt tính tẩy rửa đối với cặn dầu có nhựa và asphanten, do vậy lấy dầu thông, một loại dầu có sẵn ở Việt Nam làm đối tượng nghiên cứu. Tuy nhiên để mở rộng nguồn nguyện liệu, chúng tôi đã thử nghiệm với các loại dầu thực vật khác như: dầu dừa, dầu lạc, dầu cam quýt, dầu sở và dầu cam quýt, trong khi cố định hàm lượng axit ôlêic và APG (là hai thành phần chủ đạo trong chất tẩy rửa. Kết quả sơ bộ cho thấy dầu thông, dầu dừa và dầu cam quýt có hoạt tính tẩy rửa cao hơn ( bảng 3.1).

Bảng 3.1: Định tính về khả năng tẩy rửa của các loại dầu thực vật

Mẫu n/c Dầu thông Dầu dừa Dầu lạc Dầu cam

quýt Dầu sở Dầu cám

Khả năng tẩy

rửa Rất mạnh Mạnh có Mạnh có có

3.2.2.2. Nghiên cứu kết hợp với các loại dầu thực vật khác

55

Theo công trình nghiên cứu của các tác giả trước /9 /, dầu thông có hoạt tính tẩy sạch dầu mỡ rất cao, nhưng có độ bay hơi lớn nên sẽ gây khó khăn cho quá trình tồn chứa bảo quản sản phẩm, hơn nữa, để tẩy dầu mỡ trên vải sợi cần có một chất hoạt động bề mặt có độ phân cực lớn và độ bay hơi thấp. Một ý tưởng mới là có thể kết hợp dầu thông với các loại dầu thực vật khác. Kết quả nghiên cứu về các nội dung này được đưa ra ở các bảng 2,3,4,5. Hoạt tính bề mặt của các loại dầu được đánh giá qua độ tẩy sạch chất bẩn trên vải sợi (có thể đánh giá qua độ trắng), được đo trên máy chuyên dụng của Viện Kinh tế Kỹ thuật dệt may.

a. Kết hợp với dầu dừa

Bảng 3.2. Kết quả nghiên cứu hoạt tính tẩy rửa của hỗn hợp dầu thông và dầu dừa

Thành phần mẫu (%KL) Tên mẫu

Axit Olêi

c Dầu thông Dầu dừa APG

Độ tẩy sạch (%)

Tỷ trọng

Độ bay hơi

(g/hm2)

D1 4 85 5 2,5 45,9 0,8509 71,95 D2 4 80 10 2,5 42,8 0,8595 62,34 D3 4 70 20 2,5 40,6 0,8682 57,26 D4 4 60 30 2,5 36,8 0,8732 47,11 D5 4 40 50 2,5 31,3 o.8839 40,57 D6 4 20 70 2,5 27,9 0,8965 34,49

b. Kết hợp với dầu cam quýt

Bảng 3.3. Kết quả nghiên cứu hoạt tính tẩy rửa của hỗn hợp dầu thông và dầu cam quýt

Thành phần mẫu(% KL) Tên mẫu

Axit

Olêic Dầu

thông

Dầu cam quýt

APG

Độ tẩy sạch (%)

Tỷ trọng

Độ bay hơi

(g/hm2)

CQ1 4 85 5 2,5 47,9 0,8586 95,37 CQ2 4 80 10 2,5 45,7 0,8648 87,17 CQ3 4 70 20 2,5 41,2 0,8724 79,47 CQ4 4 50 30 2,5 39,4 0,8779 64,57 CQ5 4 30 50 2,5 35,6 0,8836 60,71 CQ6 4 20 70 2,5 32,1 0,8845 52,25

56

c. Kết hợp với dầu cám

Bảng 3.4: Kết quả nghiên cứu hoạt tính tẩy rửa của hỗn hợp dầu thông và dầu cám

Thành phần mẫu(% KL) Tên

mẫu

Axit Olêic

Dầu thông

Dầu cám APG

Độ tẩy sạch (%)

Tỷ trọng

Độ bay hơi

(g/hm2)C1 4 85 5 2,5 41,5 0,8631 90,77 C2 4 80 10 2,5 38,4 0,8693 84,74 C3 4 70 20 2,5 34,5 0,8711 73,01 C4 4 60 30 2,5 30,9 0,8856 65,81 C5 4 40 50 2,5 26,2 0,8903 60,14

d. Kết hợp với dầu sở

Bảng 3.5. Kết quả nghiên cứu hoạt tính tẩy rửa của hỗn hợp dầu thông và dầu sở

Thành phần mẫu(% KL) Tên mẫu

Axit Olêic Dầu thông Dầu sở APG

Độ tẩy sạch (%)

Tỷ trọng

Độ bay hơi

(g/hm2)S1 4 85 5 2,5 42,1 0,8602 60,96 S2 4 80 10 2,5 39,1 0,8783 56,78 S3 4 70 20 2,5 35,2 0.8848 50,24 S4 4 60 30 2,5 29,6 0,8931 43,45 S5 4 40 50 2,5 26,9 0,8992 32,15

Từ các kết quả nghiên cứu trên cho thấy, sự kết hợp với các loại dầu thực vật khác đã cải thiện đáng kể độ bay hơi của sản phẩm do tỷ trọng và độ nhớt tăng, nhất là với dầu sở. Còn nếu kết hợp dầu thông với dầu cam quýt hay dầu dừa thì hoạt tính tẩy sạch tăng nhiều hơn so với các loại dầu khác. Tuy nhiên hoạt tính còn thấp, chưa thể sử dụng để làm chất hoạt động bề mặt.

3.2.2.3. Nghiên cứu thay đổi chất hoạt động bề mặt

Ngoài chất HĐBM là APG, cúng tôi cũng nghiên cứu thay thế bằng các chất hoạt động bề mặt khác như TWEEN, LAS. Kết quả được đưa ra ở bảng 3.6,3.7.

Bảng 3. 6: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt LAS

57

Thành phần mẫu(% KL) Tên mẫu

Axit

Olêic Dầu

thông

Dầu cam quýt

LAS

Độ tẩy sạch (%)

Tỷ trọng

Độ bay hơi

(g/hm2)

L1 4 85 5 2,5 49,3 0,8273 99,41 L2 4 80 10 2,5 47,7 0,8326 92,37 L3 4 70 20 2,5 44,5 0,8443 89,52 L4 4 50 30 2,5 41,3 0,8482 82,37 L5 4 30 50 2,5 39,8 0,8583 78,82 L6 4 20 70 2,5 35,5 0,8598 72,19

Khi tay thế APG bằng LAS thì hoạt tính tẩy sạch tăng lên, độ bay hơi không tốt bằng khi dùng APG ( tăng hơn). Tuy nhiên có thể chọn tác nhân LAS do hoạt tính cao và khả năng nhũ hoá trong nước tốt hơn. Để lựa chọn thêm tác nhân hoạt động bề mặt khác, đã khảo sát hoạt tính tẩy sạch khi thay thế LAS bằng TWEEN, kết quả được đưa ra ở bảng 3.7

Bảng 3.7: Kết quả nghiên cứu hoạt tính tẩy rửa của hỗn hợp dầu thông và dầu cam quýt

Thành phần mẫu(% KL) Tên mẫu

Axit

Olêic Dầu

thông

Dầu cam quýt

TWEEN

Độ tẩy sạch (%)

Tỷ trọng

Độ bay hơi

(g/hm2)

T1 4 85 5 2,5 47,1 0,8565 96,25 T2 4 80 10 2,5 44,5 0,8593 85,95 T3 4 70 20 2,5 41,6 0,8621 78,67 T4 4 50 30 2,5 38,1 0,8687 65,53 T5 4 30 50 2,5 35,3 0,8776 60,85 T6 4 20 70 2,5 31,8 0,8795 53,38

Khi sử dụng chất HĐBM là TWEEN, hoạt tính và các tính chất hoá lý của CTR và hầu như không thay đổi so với APG. 3.2.2.4. Nghiên cứu thay đổi axit hữu cơ

Để lựa chọn axit hữu cơ như là tác nhân chống tái bám, chúng tôi đã thay thế axit oleic bằng axit sucinic, kết quả thể hiện trên bảng 3.8

Bảng 3.8. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của axit sucinic Tên Thành phần mẫu(% KL) Độ tẩy Tỷ Độ bay

58

mẫu

Axit Sucinic

Dầu thông

Dầu cam quýt

LAS sạch (%)

trọng hơi (g/hm2)

AS1 4 85 5 2,5 50,1 0,8353 92,53 AS2 4 80 10 2,5 48,5 0,8412 89,14 AS3 4 70 20 2,5 46,2 0,8497 86,21 AS4 4 50 30 2,5 43,4 0,8553 80,36 AS5 4 30 50 2,5 40,6 0,8587 75,24

Khi thay axit oleic bằng axit sucinic, nhận thấy, hoạt tính tẩy sạch tăng lên, độ bay hơi giảm đi chút ít. Có thể cho rằng, do tính axit của axit succinic cao hơn rất nhiều so với tính axit của axit ôlêic nên chúng có khả năng trao đổi ion trong nước cứng và loại bỏ ảnh hưởng của các ion Ca2+ và Mg2+ tốt. Nhưng axit succinic là một axit béo ở điều kiện thường chúng dễ kết tinh thành các tinh thể trắng nên khi chế tạo chất tẩy rửa gặp nhiều khó khăn, mặt khác giá thành của axit này khá đắt và khó kiếm nên ta nên sử dụng axit ôlêic.

Mặc dù đã cố gắng pha trộn và lựa chọn các thành phần khác nhau, hoạt tính tẩy rửa của hỗn hợp trên vẫn còn rất thấp (cao nhất cũng chỉ đạt 50%), không đủ để tẩy dầu mỡ và chất béo trên bề mặt vải sợi. Yêu cầu về độ sạch của vải tiền xử lý phải đạt xấp xỉ 100 % mới đủ tiêu chuẩn cho công đoạn tiếp theo là nhuộm và in hoa.

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu thu được, chúng tôi lựa chọn dầu thông, các chất phụ trợ là axit oleic, LAS và một số thành phần phụ gia khác. Một giải pháp cũng được lựa chọn đó là phải biến tính dầu thông bằng các phương pháp khác nhau để tạo chất HĐBM có độ phân cực lớn, có hoạt tính cao và độ bay hơi bé. Sự nghiên cứu này được thể hiện ớ phần 3.4, 3.5. 3.3. NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT HOÁ LÝ CỦA BỀ MẶT CÁC LOẠI VẢI SỢI VÀ CƠ CHẾ NHIỄM BẨN DẦU MỠ Để tổng hợp ra được chất HĐBM và CTR đặc chủng để tẩy dầu mỡ trên vải sợi, phải biết được cơ chế bám dính của chúng trên các loại vải này. Sự nghiên cứu tính chất hoá lý của bề mặt vải sợi là cơ sở để đánh giá khả năng và mức độ nhiễm bẩn dầu mỡ, từ đó có phương pháp tẩy sạch hợp lý. Các loại vải sợi cần nghiên cứu là các loại phổ biến trên thị trường như vải coton (COT), polieste (PET), vải pha giữa cotton và polieste (CO/PET) 3.3.1. Vải coton

59

3.3.1.1. Cấu tạo bề mặt vải coton Chúng tôi tiến hành nghiên cứu cấu trúc vải cotton dựa vào ảnh chụp

SEM mẫu vải sạch ( hình 3.1)

a b

c d

Hình 3.1: Ảnh chụp SEM vải cotton sạch a. Bề mặt vải sạch b. Bó sợi sạch c. Mặt cắt ngang bó sợi sạch d. Mặt cắt ngang xơ bông

Từ ảnh SEM nhận thấy rằng: vải cotton được cấu tạo từ rất nhiều bó sợi, khoảng cách trung bình giữa các sợi trong bó sợi là 20,8.103nm. Giữa các bó sợi có khoảng trống (khoảng cách trung bình giữa các bó sợi là 128,89.103nm) và các bó sợi này lại được xếp chồng lên nhau để tạo ra độ dầy của vải /1,24,26/. Mỗi sợi được tạo nên bởi sự sắp xếp ngẫu nhiên giữa các xơ có hình dài dẹt, đường kính trung bình giữa các xơ là 50nm. Chính sự sắp xếp như vậy đã tạo ra một hệ thống các lỗ trống, giúp cho chất bẩn dễ dàng đi sâu vào cấu trúc vải. Kích thước sợi: Đường kính của sợi nằm trong khoảng 3,2-22µm, lớn nhất có thể lên đến 20-40 µm. Chiều dài sợi thường nằm trong khoảng 3,2-63,5mm, sợi dùng trong dệt thường có chiều dài 22,2-31,8 m/7,29, 31/.

60

Xenlulo là thành phần chủ yếu của sợi cotton. Xenlulo thuộc về lớp hydrat cacbon, khâu đơn giản trong mạch của nó là anhdrit d-gluco gọi tắt là gluco Mỗi gốc gluco chứa ba nhóm hydroxyl, các gluco liên kết với nhau bằng mối liên kết glucozit 1-4 /1,24,26,28/. Từ các luận điểm trên ta thấy rằng bề mặt của sợi cotton có cực, có sức căng bề mặt lớn nên khó bị nhiễm bẩn dầu mỡ hơn các loại vải khác. Mặc dù nhiều nhóm hydroxyl nhưng xenlulo không hoà tan vào trong nước, dưới tác dụng của nước nó chỉ bị trương nở mạnh nên tiết diện ngang của nó tăng mạnh trong khi chiều dài tăng lên không đáng kể/33,34/ 3.3.1.2. Phổ hồng ngoại (IR) của xơ bông

Vải cotton được làm từ sợi bông. Sợi bông đã làm sạch hoá học có thể xem như xenlulô nguyên chất, chúng thuộc về lớp hiđrat cacbon, cấu tạo từ ba nguyên tố: cacbon, hiđro và oxi, trong đó cacbon chiếm 44,4%, hiđro 6,2% và oxi chiếm 49,4% [1, 116]. Tương ứng với cấu tạo hoá học của xenlulô, khâu đơn giản trong mạch của nó là anhidrit d-glucô còn được gọi là gốc glucô [112]. Mỗi gốc glucô (trừ các gốc ở hai đầu mạch) chứa ba nhóm hiđroxyl (-OH) ở các nguyên tử các bon thứ hai, thứ ba, và thứ sáu. Trong số ba nhóm hyđroxyl có một nhóm bậc nhất và hai nhóm bậc hai.Điều này càng được thể hiện rõ qua phổ đồ: Nhóm–OH bậc nhất có tần số dao động hoá trị ở đỉnh pic 3343,3 cm -1 (vùng 3700-3200 cm -1) Hai nhóm–OH bậc hai có tần số dao động hoá trị ở đỉnh pic 1338,1 cm -1(vùng 1400-1200 cm -1 (Xem hình 3.2) .

Nicolet 6700 FT-IR Spectrometer

Number of background scans:128Number of sample scans: 128Resolution: 2 cm-1

Title mau Vai- a Vu

436.

9

559.

961

3.8

667.

2

1057

.611

15.0

1164

.912

37.8

1282

.013

38.1

1372

.614

30.4

1645

.5

2901

.2

3343

.3

mau Vai- a Vu

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

%Tr

ansm

ittan

ce

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Wavenumbers (cm-1)

61

Hình 3.2. Phổ hồng ngoại (IR) của vải cotton

Trong xơ cotton, các phân tử của xenlulô không nằm riêng rẽ mà liên kết

chặt chẽ với nhau bằng lực tương tác giữa các phân tử Van đéc van, lực này thể hiện tác dụng khi khoảng cách giữa hai phân tử trong giới hạn 0,25-0,60nm. Ngoài ra nếu các phân tử nằm cách nhau không quá 0,275nm thì chúng còn liên kết với nhau bằng lực liên kết hidro, lực này phát sinh chủ yếu do sự tương tác của các nhóm –OH giữa các phân tử. Năng lượng của mối liên kết hóa trị giữa các gốc glucô trong mạch xenlulô (mối liên kết glucôzit) có trị số bằng 50Kcal/mol. Năng lượng của mối liên kết Van đéc van 2-3Kcal/mol, năng lượng của mối liên kết hiđro chiếm từ 5-8 Kcal/mol. Tuy mối liên kết hiđro chỉ có năng lượng nhỏ như vậy, nhưng vì dọc theo các mạch xenlulô có rất nhiều liên kết hiđro, nên tổng năng lượng trong toàn mạch sẽ rất lớn. Do vậy khi các phân tử xenlulô càng nằm gần nhau, cấu trúc lý học của xơ càng chặt chẽ, độ bền cơ học của nó càng cao. Khả năng thấm nước, tốc độ hòa tan trong dung môi v.v.. của xơ xenlulô càng giảm đi do trong xơ còn lại rất ít nhóm OH ở dạng tự do. 3.3.1.3. Cơ chế nhiễm bẩn dầu mỡ

Để nghiên cứu cơ chế bám dính của dầu mỡ trên vải cotton, chúng tôi đã tiến hành chụp ảnh SEM mẫu vải sạch và mẫu vải nhiễm bẩn dầu, kết quả thể hiện ở hình dưới đây:

a b

62

c d

Hình 3.3: Ảnh SEM vải cotton nhiễm bẩn a. Bó sợi sạch. b. Bó sợi nhiễm bẩn dầu c. Mặt cắt ngang bó sợi sạch d. Mặt cắt ngang bó sợi nhiễm bẩn dầu

Ảnh SEM cho thấy vết bẩn dầu mỡ bám trên bề mặt vải tạo thành một màng dầu. Màng dầu này không chỉ có ở trên mỗi sợi vải mà còn bám trên bề mặt của mỗi bó sợi. Bề mặt vải cotton phân cực do có các nhóm hydroxyl ở các gốc xenlulo, nó có sức căng bề mặt yếu nên dầu mỡ khó bám vào vải hơn so với các vải bề mặt không phân cực khác. Ngoài ra còn do sự không tương đồng về tính chất của dầu với vải đã làm cho dầu liên kết với vải cotton yếu hơn các bề mặt không phân cực khác như vải polieste /24,28,34 /.

3.3.2.Vải polieste 3.3.2.1. Phổ hồng ngoại IR Cấu trúc hai monome ban đầu để tạo polyester kéo sợi đều là những hợp chất có tính đối xứng cao, chúng kết hợp với nhau trong mạch đại phân tử theo một trình tự luân phiên đều đặn để tạo ra mắt xích có dạng tổng quát sau:

-[CO - C6H4 - CO - O - (CH2)2 - O -]n- [1, 113, 114]. Điều này càng được thể hiện rõ qua phổ đồ IR: Hai nhóm CH2 có tần số dao động hoá trị bất đối xứng ở đỉnh pic 2965,6 cm -1 và 2909,9 cm -1 vùng 2930 cm -1( Xem hình 3.4). Liên kết CO trong nhóm cacboxyl thơm có tần số dao động hoá trị ở đỉnh pic 1714,5 (vùng 1715 - 1680 cm -1)(dime) [17].

Đại phân tử polyester thể hiện tính bất đối rất cao giữa chiều dọc và chiều ngang, mặt khác, các nhóm (-CO-C6H4-CO-) kém linh động, khó quay tự do, các nhân thơm hầu như được phân bố trong cùng một mặt phẳng trong mạch làm cho các đại phân tử polyester kém linh động, dễ kết bó chặt vào nhau. Ngoài ra do nhóm este liên hợp với nhân thơm nên có độ phân cực lớn. Những đặc điểm trên làm cho xơ polyester rất đều đặn, ít gấp khúc, không phân nhánh và có độ định hướng cao với trục xơ, do vậy, chúng nằm

63

rất sát nhau tạo nên các vùng vi kết tinh bền vững làm cho độ bền của xơ tăng lên. Xơ polyester là loại xơ tổng hợp có độ bền đứt cao (60 – 70 m). Nếu như xơ được kéo giãn ở những điều kiện thích hợp làm cho các mạch đại phân tử có thể nằm sát nhau và hình thành các miền vi kết tinh nhiều hơn.

Do cấu hình của mạch đại phân tử có hình zíc zắc nên xơ polyester có khả năng đàn hồi lớn và mô đun đàn hồi cao. Nếu như bị kéo dãn 5 -6% thì xơ có khả năng biến dạng thuận nghịch hoàn toàn.

Trong mạch của xơ có chứa các nhân thơm nên độ bền nhiệt và độ bền ánh sáng cao (chỉ thua xơ polyacrylonitrin), vượt xa các loại xơ thiên nhiên và hoá học khác, ở 2350C xơ mất độ định hướng của các đại phân tử và ở 2650C xơ bị nóng chảy, đến 2750C xơ bắt đầu bị phá huỷ. Vì vậy các loại vải từ polyester chỉ được xử lý ở nhiệt độ dưới ở 2350C [111]. Xơ polyester tương đối bền với tác dụng của axit, hầu hết các axít vô cơ và hữu cơ với nồng độ không cao ở nhiệt độ thường đều không ảnh hưởng đến độ bền của xơ, tuy nhiên kém bền trong axít nitric và axít sunfuric với nồng độ cao (H2SO4 trên 70%, HNO3 trên 60%) và chỉ ở trên 700C. Xơ polyester kém bền với kiềm vì trong mạch phân tử của chúng có chứa các nhóm este dễ bị thuỷ phân [1, 113].

Xơ polyester có khối lượng riêng 1,38g/cm3. Do chứa nhóm ít ưa nước, có cấu trúc chặt chẽ nên sợi này có hàm ẩm rất thấp, ở điều kiện tiêu chuẩn hàm ẩm của xơ chỉ bằng 0,4%). Vì hàm ẩm thấp nên xơ polyester có khả năng cách điện cao đồng thời dễ tích điện gây bám bẩn, nhất là dầu mỡ. Xơ polyester là loại xơ có bề mặt không cực, sức căng bề mặt yếu

Hình 10: Quang phổ hồng ngoại (IR) của vải polyester

Nicolet 6700 FT-IR Spectrometer

Number of background scans:128Number of sample scans: 128Resolution: 2 cm-1

Title PE

430

949

8.3

724.

3

872.

2

1008

.6

1092

.51246

.6

1343

.814

08.3

1458

.6

1714

.5

1955

.8

2099

.9

2909

.029

65.6

3431

.7

PE

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

%Tr

ansm

ittan

ce

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Wavenumbers (cm-1)

64

Hình 3.4. Phổ IR của vải polieste 3.3.2.2. Kính hiển vi điện tử SEM Để nghiên cứu cấu trúc của vải polyeste, đã tiến hành chụp các mẫu vải

sạch và vải bẩn. Kết quả được đưa ra ở hình 3.5,3.6,3.7,3.8

Hình 3.5. Bề mặt vải polyeste sạch

Hình 3. 6. Lát cắt vải polyeste sạch

Cũng giống như vải cotton, vải poliesteđược cấu tạo từ rất nhiều bó sợi, mỗi sợi gồm nhiều xơ sắp xếp với nhau tạo thành một hệ thống mao quản có đường kính trung bình là 10 µm. Các bó sợi xếp chồng lên nhau để tạo thành sợi vải, cũng đồng thời tạo ra một hệ thống các lỗ trống làm cho chất bẩn có thể đi sâu vào cấu trúc vải.

65

Do cấu hình của mạch đại phân tử có hình zic zăc giống như của cao su nên xơ polyeste có khả năng đàn hồi lớn và modun đàn hồi cao. Nếu như bị kéo dãn 5- 6% thì xơ polyeste có khả năng biến dạng thuận nghịch hoàn toàn, khả năng phục hồi về dạng ban đầu lớn do vậy vải polyeste ít bị nhàu sau khi giặt, giữ nếp lâu. Bề mặt của vải sợi polyeste là loại bề mặt không cực, có sức căng bề

mặt yếu, có tính chất của vòng thơm nên các phân tử dầu nặng, cặn nhựa, asphanten có thể chui vào por của vải một cách dễ dàng. Trái lại, bông sợi là có cực, có sức căng bề mặt lớn và vì vậy nó bị dây bẩn dầu khó khăn hơn.

Xơ PET có cấu trúc xốp, chứa một hệ thống các mao quản phân bố trên bề mặt xơ với các thông số như sau

Bề mặt riêng: 1,78 m2/g Tổng thể tích mao quản: 33% Thể tích riêng mao quản: 0,36 m2/g Thể tích mao quản có đường kính trên 10 µ m :0,26 cm3/g

Để tìm hiểu cơ chế bám dính của dầu mỡ trên vải sợi, tiến hành chụp SEM các mẫu vải bị nhiễm bẩn dầu mỡ ( hình 3.7, 3.8)

Hình 3. 7. Bề mặt vải polyeste bị nhiểm bẩn dầu mỡ

66

Hình 3. 8. Lát cắt vải polyeste bị nhiễm bẩn dầu mỡ Khi so sánh mẫu vải polyeste bị nhiễm bẩn dầu mỡ với mẫu vải polyeste

sạch từ ảnh SEM ta thấy dầu mỡ bám trên vải sợi tạo thành một màng dầu. Màng dầu này bám trên cả từng sợi lẫn bề mặt bó sợi. Dựa vào kích thước mao quản của vải polyeste và kích thước động học các cấu tử có trong dầu ( xem bảng 3.9, 3.10) cho thấy các phân tử dầu có thể chui vào bên trong mao quản vải sợi. Chính điều này làm cho dầu mỡ bám trên vải sợi rất khó tẩy sạch. Ngoài

ra vải polyeste không phân cực, lại có tính chất của vòng thơm nên dầu mỡ bám rất chắc vào sợi vải (dầu mỡ không phân cực và cũng có mạch vòng). Để tẩy đi các chất bẩn bám trên bề mặt vải và các chất bẩn nằm sâu trong cấu trúc sợi thì cần phải có một loại chất tẩy rửa có khả năng hoạt động bề mặt cao nhằm tách chất bẩn ra khỏi bề mặt vải sợi đồng thời có cấu trúc tương đồng với các chất bẩn dầu để có thế đi sâu vào trong cấu trúc mao quản của vải sợi và tách chúng ra. 3.3.3.Vải pha cotton và polieste

Vải pha trên thị trường chủ yếu có thành phần 60% PES và 40% COT. Ảnh SEM của mẫu vải này được thể hiện trên hình 3.9

a b Hình 3. 9. Ảnh chụp SEM mẫu vải pha sạch a: Bề mặt vải pha sạch b: Lát cắt vải pha sạch

Bề mặt của vải pha có cấu trúc tổng thể của xơ polieste ( gọi là sợi PET) và xơ bông nên sẽ mang tính chất tổng hợp của hai loại sợi này. Do thành phần xơ PET nhiều hơn nên nó sẽ chịu ảnh hưởng tính chất của xơ PET là chính. Cấu trúc của sợi PET như sau:

67

Do PET chứa ít nhóm ưa nước, lại có cấu trúc chặt chẽ do đó PET có

hàm ẩm rất thấp, mạch đại phân tử của PET thể hiện tính bất đối xứng rất cao giữa chiều dọc và ngang, các nhóm (-CO-C6H4-CO-) kém linh động, khó quay tự do, các nhóm este còn liên hợp với nhân thơm nên tạo nên độ phân cực. Những đặc điểm trên làm cho PET rất đều đặn, ít gấp khúc, không phân nhánh và có độ định hướng cao, vì vậy trong quá trình sắp xếp chúng tạo ra các mao quản với kích thước các lỗ xốp lớn hơn của xơ bông.

Đại phân tử polyeste thể hiện tính bất đối rất cao giữa chiều dọc và chiều ngang, mặt khác, các nhóm (-CO-C6H4-CO-) kém linh động, khó quay tự do, các nhân thơm hầu như được phân bố trong cùng một mặt phẳng trong mạch làm cho các đại phân tử polyeste kém linh động, dễ bó chặt vào nhau. Do chứa nhóm ít ưa nước, có cấu trúc chặt chẽ nên sợi này có hàm ẩm rất thấp (4 ÷4,5%).

Sơ bông có công thức (C6H10O5)n hay [(C6H7O2)]n với n là độ trùng hợp, có thể nằm trong khoảng 5000 đến 14000. Các mắt xích β-D-Glucose trong xenlulo như sau:[1,36]

Từ hình trên có thể đưa ra kết luận sợi bông gồm các phân tử có cực.

Hàm ẩm của sợi khá cao (8÷12%). /56,57,59/ Trong xơ bông các phân tử của xenlulozơ không nằm riêng lẻ mà liên

kết với nhau bằng các lực tương tác Vander-walls giữa các phân tử. Ngoài ra chúng cũng liên kết với nhau bằng liên kết H2, liên kết này phát sinh chủ yếu do các nhóm -OH.

Khối lượng riêng: 1,52-1,56 (g/cm3) Độ ẩm cân bằng: 77-79 %

Do sơ bông có nhóm -OH phân cực nên truyền dẫn điện tích, kết quả là không sinh điện, thoáng khí, hút ẩm. Xenlulozơ có cấu trúc vô định hình nằm xen lẫn cấu trúc tinh thể và chính những phần cấu trúc vô định hình làm

68

cho sợi xenlulozơ có khả năng hấp thụ cao hơn. Vật liệu xenlulozơ rất dễ bị nhăn.

Để xem xét sự nhiễm bẩn trên loại vải pha này, đã tiến hành chụp SEM các mẫu vải pha sạch và vải pha đã nhiễm bẩn dầu mỡ. Kết quả như trên hình 3.10, 3.11

Hình 3. 10. Ảnh SEM về sợi và bề mặt vảipha bị nhiễm bẩn dầu mỡ

Hình 3. 11. Lát cắt vải pha đã nhiễm bẩn dầu mỡ Từ ảnh chụp SEM lát cắt vải pha chưa nhiễm bẩn và đã nhiễm bẩn,

chúng tôi nhận thấy dầu mỡ không những bám trên bề mặt vải, mà còn bám trên bề mặt của mỗi bó sợi. Hơn nữa, căn cứ vào kích thước mao quản của vải polyeste, vải cotton và kích thước động học các cấu tử có trong dầu (bảng 3.10), có thể kết luận các phân tử dầu có thể chui vào bên trong mao quản vải sợi: Bảng 3.9 : Đường kính mao quản của xơ polyeste và xơ bông /24,25,43/

69

Loại xơ Đường kính mao quản (µm) Xơ polyeste 10 Xơ bông 20.10-4 đến 50.10-4

Kính thước động học phân tử của một số thành phần dầu mỡ:

Bảng 3.10. Kính thước động học của một số phân tử hydrocacbon có trong dầu

Hợp chất Kích thước động học phân tử ( µ m)

Neopentane 6,2.10-4 ÷ 7,08.10-4

n-octan 4,537. 10-4 Iso-octan 6,2. 10-4 Dimetylpentan 5,837.10-4 ÷ 6,168.10-4

Dimetylhexan 5,857.10-4 ÷ 6,511.10-4

Cyclohexan 6,0.10-4 1,3,5-triisopropyl benzene 8,5.10-4 Octanethyl porphyrin (OEP) 11,56.10-4 Solar dye –SD (N,N’ -ditridecyl-3,4,9,10 -perylenetetracarboxylic diimide)

18,26.10-4

Asphanten 12,02.10-4 đến 24,01.10-4

Trên bảng 3.10 đưa ra kích thước động học của một số phân tử dầu mỡ, trong đó chất gây bẩn là các hydrocacbon có phân tử lượng (PTL) lớn, các chất nhựa, asphanten đều có kích thước động học nhỏ hơn so với kích thước lỗ xốp của các loại sợi. Chính lý do này làm cho các phân tử dầu chui cả vào bên trong lỗ xốp làm cho quá trình tẩy sạch khó khăn hơn nhiều so với dầu mỡ bám trên bề mặt rắn. Để loại hoàn toàn các chất bẩn trong vải sợi, cần phải tổng hợp được chất HĐBM và CTR đặc chủng, có hoạt tính cao, độ phân cực lớn để bám chắc trên bề mặt vải thì mới “lôi” được các chất bẩn đó ra ngoài. 3.4. NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤT HĐBM TRÊN CƠ SỞ DẦU THÔNG (DT) 3.4.1. Khái quát chung Dựa theo các nghiên cứu của các tác giả trước đây /9,66,79 / cho rằng dầu

thông có đặc tính hòa tan tan dầu mỡ rất tốt; chúng có cấu trúc vòng terpen có hoạt tính cao để tẩy các phân tử dầu mỡ. Tuy nhiên hoạt tính vần còn

70

thấp, mặt khác dầu thông có đặc tính là không phân cực do đó khó hòa tan trong nước. Do vậy chúng tôi đã tiến hành biến tính dầu thông nhằm tạo ra các sản phẩm có độ phân cực cao, làm giảm độ bay hơi, tăng tỷ trọng, làm tăng khả năng tẩy rửa vải sợi. Các phương pháp biến tính được sử dụng là sunfat hoá, hydrat hoá, oxy hoá Dầu thông sử dụng loại dầu thông Uông bí Quảng Ninh. Phổ GC-MS của loại DT này được đưa ở hình 3.12

4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.000

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

1600000

1800000

2000000

2200000

Time-->

Abundance

TIC: DAU THONG NGUYEN LIEU.D

4.89

5.07

5.18 5.45

5.55

5.78

5.82 5.94

6.20

6.47

8.95

Hình 3.12a. Sắc ký đồ GC xác định thành phần của dầu thông nguyên liệu

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

m/z-->

Abundance

Scan 342 (5.034 min): DAU THONG NGUYEN LIEU.D93

77121

1361056753

1158261 12888

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

m/z-->

Abundance

#32180: .ALPHA.-PINENE, (-)- $$ Bicyclo[3.1.1]hept-2-ene, ...93

7739

121105 13653 6711532 5945

Hình 3.12b. Phổ MS xác định thành phần của dầu thông nguyên liệu

71

Từ phổ GC-MS của mẫu đầu thông nguyên liệu cho biết các thông số sau:

- Thời gian lưu là 5.068 phút ứng với α -pinen 73.185% - Thời gian lưu là 5.457 phút ứng với β - pinen 2.696 %

- Thời gian lưu 5,548 phút ứng với β-myrcene 0,739% - Thời gian lưu 5.777 phút ứng với ∆3-caren 14.509% - Thời gian lưu 5.94 phút ứng với Limonen 2.269%

- Thời gian lưu 6,200 phút ứng với γ-terpinene, 0,449% - Thời gian lưu 6,469 phút ứng với α-terpinolene, 2,552% Như vậy, cấu tử chính trong dầu thông nguyên liệu là α -pinen (73.185% ), β - pinen (2.696 %), và ∆ 3-caren (14.509% ) có tổng hàm lượng đến 91%, là thành phần chính tạo nên hoạt tính bề mặt. Tính chất hóa lý của dầu thông nguyên liệu được xác định trong bảng 3.11

Bảng 3. 11: Các thông số hóa lý của dầu thông Mẫu Tỷ trọng d SCBM

(nM/m) Độ nhớt

(cst) Hoạt tính tẩy

sạch (%) Dầu thông 0,8633 25,461 2,32 42,7

Như vậy, DT cũng có hoạt tính tẩy sạch, tuy nhiên hoạt tính còn rất thấp, cần phải biến tính để thu được chất hoạt động bề mặt có hoạt tính cao hơn

Để lựa chọn chất HĐBM cho từng loại vải sợi, chúng tôi sơ bộ thử nghiệm các loại chất HĐBM đối với các loại vải khác nhau, kết quả thể hiện trên bảng 3.12

Bảng 3.12. Hoạt tính tẩy sạch đối với các loại vải khác nhau Độ tẩy sạch đối

với vải cotton, % Độ tẩy sạch đối với vải pha, %

Độ tẩy sạch đối với vải polieste, %

DT sunfat hoá 91,9 86,30 84,03 DT hydrat hoá 80,67 88,12 84,30 DT oxy hoá 74,50 75,80 76,7

Số liệu trên bảng 3.12 cho thấy, sản phẩm sunfat hoá có hoạt tính cao nhất đối với vải cotton; còn sản phẩm hydrat hoá lại có hoạt tính tẩy sạch cao với vải polieste và vải pha. Sản phẩm oxydat có hoạt tính tẩy sạch thấp đối với tất cả các loại vải. Có thể giải thích điều này như sau: Trong phân tử dầu thông sunfat hoá có nhóm -SO4H là nhóm phân cực mạnh; Cấu trúc vải cotton cũng có các nhóm phân cực mạnh -OH, do đó khi cho vải cotton tiếp xúc với dung dịch tẩy rửa, các phân tử dầu thông biến tính nhanh chóng hấp

72

phụ lên trên bề mặt vải cotton do sự tương đồng về độ phân cực, chúng bám chặt vào bề mặt vải, tạo thuận lợi cho quá trình tách các vết bẩn.

Còn đối với vải polyester, bề mặt hầu như không phân cực, mà sản phẩm sunfat hoá phân cực mạnh nên việc chất HĐBM loại này chui sâu vào mao quản sợi polyeste để kéo chất bẩn ra sẽ khó khăn hơn, vì vậy cần phải có chất HĐBM ít phân cực hơn. Sản phẩm hydrat hoá đáp ứng yêu cầu này. Trong quá trình hydrat hoá tạo ra các nhóm OH, ít phân cực hơn so với nhóm SO3H trong sunfat hoá. Cũng do bề mặt vải polyester phân cực rất yếu, lại có tính chất của vòng

thơm dầu mỡ có tính chất không phân cực, sức căng bề mặt nhỏ, cặn nặng lại chứa vòng thơm và dị vòng , do vậy các chất bẩn này bám dính trên vải polyeste rất dễ dàng. Góc thấm ướt của dầu mỡ trên vải este là góc tù (lớn hơn 90o ). Theo tác giả /76, 77 /, với góc thấm ướt kiểu này thì dẫu mỡ rất khó tẩy. Từ kết quả và các phân tích ở trên, chúng tôi lựa chọn chất HĐBM dạng

sunfat hoá sử dụng cho vải cotton, còn chất HĐBM hydrat hoá sử dụng cho vải polieste. Còn đối với vải pha có thể sử dụng hỗn hợp với các tỷ lệ khác nhau. Nhìn vào số liệu trên bảng 3.12 ta còn thấy, không những chất HĐBM sunfat hoá tốt nhất với vải coton, nó còn có hoạt tính cao (xấp xỉ chất HĐBM hydrat hoá) với các loại vải khác; vì vậy trong thực tế, để thuận tiện sử dụng cho các loại vải, chúng tôi pha chế hỗn hợp hai loại chất HĐBM trên với các thành phần phụ gia sẽ thu được hỗn hợp CTR có hoạt tính gần 100%. 3.4.2. Tổng hợp chất HĐBM từ DT bằng phương pháp sunfat hoá

Nguyên liệu được chọn là DT có thành phần như trên và axit sunfuric. Hoạt tính của sản phẩm được đánh giá qua độ tẩy sạch trên vải cotton. Độ tẩy sạch, hay độ trắng là chỉ tiêu dùng để đánh giá hoạt tính tách chất bẩn trên vải.

3.4.2.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sunfat hóa DT

a. Nồng độ axit H2SO4 Để nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ axit sunfuric đến quá trình

sunfat hóa dầu thông, chúng tôi pha axit sunfuric thành các dung dịch có nồng độ khác nhau, tiến hành phản ứng như mô tả trong phần thực nghiệm với thời gian là 3h ở 30oC, kết quả thu được ở bảng 3.13:

Bảng 3.13:Ảnh hưởng của nồng độ axit H2SO4 đến phản ứng sunfat hóa DT

73

Mẫu Dầu thông (ml)

Nồng độ H2SO4 (%)

H2SO4 (ml)

Hoạt tính tẩy sạch (%)

M1 100 50 8 74,5

M2 100 60 8 82,2

M3 100 70 8 85,0

M4 100 80 8 78,3

M5 100 85 8 72,0

Từ bảng số liệu trên, xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa khả năng tẩy rửa và nồng độ axit H2SO4 như trên hình 3.13

Từ đồ thị trên cho thấy mẫu M3 ứng với nồng độ axit 70% cho hoạt tính tẩy sạch cao nhất 85 %. Nếu nồng độ axit cao quá có thể dẫn đến các phản ứng oxy hóa sâu phá vỡ vòng của terpen làm giảm hoạt tính tẩy rửa của sản phẩm thu được, hoặc có thể xảy ra các phản ứng phụ dẫn đến giảm hiệu suất của quá trình.

Hình 3.13. Mối quan hệ giữa khả năng tẩy rửa và nồng độ axit

b. Lượng axit H2SO4 Cố định nồng độ axit H2SO4 là 70%, thay đổi lượng axit, tiến hành

phản ứng trong 3h ở 30oC. Kết quả thu được trong bảng 3.14

74

Bảng 3.14. Ảnh hưởng của lượng H2SO4 đến phản ứng sunfat hóa dầu thông

Mẫu Dầu thông (ml)

Nồng độ H2SO4 (%)

H2SO4 (ml) Hoạt tính tẩy sạch (%)

M6 100 70 5 76,8

M7 100 70 7 79,8

M8 100 70 9 85,4

M9 100 70 11 80,2

M10 100 70 13 77,8

Từ bảng số liệu trên, ta xây dựng đồ thị biểu diễn quan hệ giữa nồng độ axit và độ tẩy sạch của sản phẩm như sau:

Hình 3.14. Mối quan hệ giữa lượng axit và hoạt tính tẩy sạch

Từ đồ thị ta thấy mẫu M8 với 9 ml H2SO4 70% (tương đương với hàm lượng là 8% axit) cho hoạt tính tẩy rửa cao nhất 85,4 %. Nếu lượng axit nhiều quá dẫn đến xảy ra các phản ứng phụ làm giảm hiệu suất của quá trình hoặc dẫn đến oxy hóa sâu phá vỡ vòng terpen làm giảm hoạt tính tẩy rửa. Ngược lại nếu lượng axit ít quá thì nồng độ tác nhân không đủ và phản ứng xảy ra chậm.

75

c. Nhiệt độ phản ứng Cố định lượng axit H2SO4 70% là 9ml. Tiến hành phản ứng ở các nhiệt

độ khác nhau trong thời gian 3h. Kết quả thu được như trong bảng 3.15

Bảng 3.15. Ảnh hưởng của nhiệt độ trong phản ứng sunfat hóa dầu thông

Mẫu Dầu thông (ml)

H2SO4 70% (ml)

Nhiệt độ (oC)

Hoạt tính tẩy sạch (%)

M11 100 9 20 83,0

M12 100 9 30 85,4

M13 100 9 40 84,6

M14 100 9 50 81,9

Từ bảng số liệu trong bảng 3.15 xây dựng đồ thị 3.15 biểu diễn quan hệ giữa nhiệt độ phản ứng và độ tẩy sạch

Hình 3.15. Mối quan hệ giữa hoạt tính tẩy sạch và nhiệt độ phản ứng

Từ đồ thị cho thấy, sulfat hoá ở nhiệt độ 30oC sẽ cho ta sản phẩm dầu thông biến tính có hoạt tính tẩy sạch tốt nhất là 85,4%. Điều này có thể được giải thích là nếu thực hiện ở nhiệt độ cao thì ngoài phản ứng sulfat hoá còn có thể xảy ra phản ứng phụ hay oxy hoá sâu tạo ra các sản phẩm không

76

mong muốn làm giảm hiệu suất và hoạt tính tẩy rửa của dầu thông. Nếu nhiệt độ thấp quá, quá trình sulfat hoá diễn ra kém do chưa đủ điều kiện cho các cấu tử va chạm với nhau để chuyển hóa, hoạt tính tẩy sạch của sản phẩm thu được sẽ thấp.

d. Thời gian phản ứng Cố định lượng axit H2SO4 70% là 9 ml, tiến hành phản ứng ở 30oC để

khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hoạt tính của sản phẩm. Kết quả được đưa ra ở bảng 3.16 Bảng 3.16. Ảnh hưởng của thời gian trong phản ứng sunfat hóa DT

Mẫu Dầu thông (ml)

H2SO4 70% (ml)

Thời gian (h)

Hoạt tính tẩy sạch (%)

M15 100 9 3 85,4

M16 100 9 4 87,6

M17 100 9 5 91,9

M18 100 9 6 91,2

M19 100 9 7 89,5

Từ bảng số liệu, xây dựng đồ thị biểu diễn quan hệ giữa độ tẩy trắng và thời gian phản ứng:

77

Hình 3.16. Mối quan hệ giữa thời gian phản ứng và hoạt tính tẩy sạch

Qua số liệu thực nghiệm ta thấy quá trình sunfat hóa tiến hành trong 5h sẽ cho sản phẩm đạt độ tẩy rửa cao nhất 91,9 %. Nếu thực hiện phản ứng với thời gian ngắn hơn thì phản ứng xảy ra chưa triệt để, sản phẩm thu được có hoạt tính không cao, đồng thời lượng axit dư nhiều gây lãng phí. Nếu kéo dài thời gian phản ứng có thể xảy ra các phản ứng phụ, gây oxi hoá sâu và làm giảm năng suất thiết bị, tăng chi phí sản xuất và vận hành. Các tính chất của sản phẩm sunfat hoá được đưa ra ở bảng 3.26 ở phần sau.

3.4.2.2. Nghiên cứu cấu trúc của sản phẩm sunfat hóa Để khảo sát khả năng phản ứng xảy ra trong quá trình sulfat hoá

dầu thông, chúng tôi tiến hành đo phổ IR của dầu thông ban đầu và dầu thông đã sulfat hoá với các axit có nồng độ khác nhau thu được các kết quả thể hiện trên các phổ đồ với khoảng tần số dao động của nhóm sulfat là 1200 - 1250 cm-1 và nhóm sulfo là 1180 - 1220 cm-1, ta có thể xác định được sự có mặt của các thành phần trong dầu thông sulfat hóa với các nồng độ axit khác nhau như sau:

- Dầu thông sulfat hóa với axit H2SO4 50% : xuất hiện pic có tần số 1219,6 cm-1 của nhóm sulfat.

- Dầu thông sulfat hóa với axit H2SO4 60%: xuất hiện pic có tần số 1200 cm-1 của nhóm sulfat.

78

- Dầu thông sulfat hóa với axit H2SO4 70% : xuất hiện pic có tần số 1209,1 cm-1 của nhóm sulfat và pic có tần số 1195,9 cm-1 của nhóm sulfo, tuy nhiên nhóm sulfo có tần số nhỏ, chứng tỏ lượng tạo ra ít.

- Dầu thông sulfat hóa với axit H2SO4 80% : xuất hiện pic có tần số 1230,3 cm-1 của nhóm sulfat có cường độ nhỏ và pic có tần số 1195,9 cm-1 của nhóm sulfo với cường độ lớn hơn .

Như vậy, với nồng độ axit H2SO4 thấp (50 - 60%), chỉ có phản ứng sulfat hoá xảy ra tạo sản phẩm có liên kết (C-O-SO3H). Khi nồng độ axit H2SO4 tăng lên đến 70% quá trình sulfat hóa xảy ra có kèm theo phản ứng sulfo hóa tạo sản phẩm có liên kết (-C-SO3H) trong đó nhóm sulfat có cường độ pic lớn hơn so với nhóm sulfo chứng tỏ sản phẩm sulfat được tạo ra nhiều hơn sản phẩm sulfo. Với H2SO4 nồng độ 80%, do ở nồng độ cao hơn nên sản phẩm sulfo được tạo ra nhiều hơn so với sản phẩm sulfat tương ứng với pic 1195,9 cm-1 có cường độ lớn hơn pic 1230,3 cm-1.

Như vậy, bằng phương pháp phổ hồng ngoại chúng tôi đã xác định được sự có mặt của liên kết sulfo (C-SO3H), và sulfat (C-O-SO3H), đồng thời có sản phẩm phụ là các nhóm OH (C-OH). Trên cơ sở các điều thu được này, giả thiết các phản ứng xảy ra như sau:

Phản ứng sulfat hoá tạo liên kết (C-O-SO3H)

Phản ứng sulfo hoá tạo liên kết (-C-SO3H)

79

Ngoài hai loại phản ứng trên, còn có thể tạo ra phản ứng phụ tạo dẫn xuất hydroxyl. Một số tác giả cho rằng dạng hydroxyl này cũng có hoạt tính bề mặt tốt.

Có thể giả thiết cơ chế phản ứng như sau: Phản ứng xảy ra theo hai giai đoạn, giai đoạn một tác nhân eletrophyl tấn công vào liên kết đôi của α-pinen. Thông thường, giai đoạn này diễn ra chậm và quyết định tốc độ phản ứng. Giai đoạn hai là sự kết hợp của ion âm và ion dương, giai đoạn này thường xảy ra rất nhanh.

80

HC

H2CCH

CH2

CHC

CH3

CH3

CH3HOSO3H

slow HC

H2CCH

CH2

CH2

C

CH3

CH3

CH3

OSO3H

HC

H2CCH

CH2

CH2

C

CH3

CH3

CH3

OSO3HHC

H2CCH

CH2

CH2

C

CH3

CH3

CH3

OSO3H

fast

Sản phẩm dạng sunfat hóa tạo thành có thể bị thuỷ phân tạo ra sản phẩm phụ hydroxyl

HC

H2CCH

CH2

CH2

C

CH3

CH3

CH3

OSO3H

HOHt, H2SO4 HC

H2CCH

CH2

CH2

C

CH3

CH3

CH3

OH

H2SO4

Để chứng minh và lựa chọn phương pháp sunfat hóa hay sunfo hóa

trong quá trình tổng hợp chất HĐBM, chúng tôi đã dựa theo nồng độ của

axit sunfuric, kết quả cho thấy ở bảng 3.17

Bảng 3.17: So sánh hoạt tính tẩy sạch của các sản phẩm trong quá trình biến tính DT bằng axit sunfuric

Sản phẩm Nồng độ axit H2SO4, % Hoạt tính tẩy sạch, %

50% 80,7 Sản phẩm sunfat

60% 86,6

70% 91.8

Sản phẩm sunfo 80% 81,5

81

85% 75,8

Qua bảng 3.17 ta thấy rằng hoạt tính tẩy sạch dầu mỡ trên vải coton ở nồng độ axit 70% đạt cao hơn nhiều so với các nồng độ 50%, 60%. Theo các biện luận ở trên, ứng với nồng độ từ 70% trở xuống sẽ tạo các sản phẩm sunfat. Còn nếu tiến hành phản ứng ở các nồng độ axit cao hơn 70% (80%, 85%), tạo ra sản phẩm sunfo, có hoạt tính tẩy sạch nhỏ hơn. Ở nồng độ axit cao hơn 85% thì sản phẩm tạo thành có mà sẫm đen do sản phẩm bị cháy, vì axit sunfuric tỏa nhiệt mạnh nên khi nồng độ axit tăng, nhiệt độ phản ứng tăng và khó khống chế, hiệu suất phản ứng giảm, hoạt tính tẩy sạch giảm.

Vậy chúng tôi đã chọn axit sunfuric nồng độ 70% để thực hiện phản ứng sunfat hóa dầu thông tổng hợp chất hoạt động bề mặt là hợp lý nhất vì độ chuyển hóa tạo sản phẩm lớn, hoạt tính tẩy sạch cao (86,8%), điều kiện tiến hành phản ứng nhẹ nhàng, đỡ tốn năng lượng. 3.4.3. Tổng hợp chất HĐBM từ DT bằng phương pháp hydrat hoá Phương pháp này dùng để tổng hợp chất HĐBM dùng cho vải polieste. Tác nhân hydrat hoá là axit sunfuric loãng (bản chất tác nhân là H2O với xúc tác H2SO4). DT nguyên liệu cũng có hoạt tính tẩy rửa đối với vết bẩn béo và dầu mỡ trên vải polieste, tuy nhiên còn thấp (45,3%). Việc biến tính để tạo ra sản phẩm hydrat hoá sẽ cải thiện nhiều về hoạt tính và các đặc trưng hoá lý của nguyên liệu này. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình được khảo sát đó là: Nhiệt độ, thời gian phản ứng, nồng độ, hàm lượng axit .... 3.4.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ axit H2SO4 trong phản ứng hydrat hoá

Qua khảo sát quá trình hydrat hóa dầu thông với các nồng độ axit H2SO4 khác nhau ta có bảng số liệu sau:

Bảng 3.18. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ axit H2SO4 trong phản ứng hydrat hóa dầu thông (phản ứng thực hiện ở 85oC và 4h ) Mẫu Dầu thông

(ml) Nồng độ H2SO4 (C%)

Thể tích H2SO4

ml

Axetonml

Hoạt tính tẩy sạch

(% ) K1 50 10 50 10 57,6 K2 50 15 50 10 71,2 K3 50 20 50 10 65,7 K4 50 25 50 10 63,1 K5 50 30 50 10 55,5

Từ bảng số liệu trên ta có thể xây dựng đồ thị biểu diễn mỗi quan hệ giữa

nồng độ axit H2SO4 và hoạt tính tẩy sạch

82

Ảnh hưởng của nồng độ axit sulfuric đến hoạt tính tẩy sạch

57.6

71.265.7 63.1

55.5

01020304050607080

10 15 20 25 30

Nồng độ axit sulfuric (%)

Hoạt

tính

tẩy

sạch

(%)

Hình 3.17. Ảnh hưởng của nồng độ axit sulfuric đến hoạt tính tẩy sạch

Từ đồ thị trên cho thấy, với tác nhân H2SO4 15% cho hoạt tính tẩy sạch của DTBT là tốt nhất (71,2 %). Khi nồng độ cao quá có thể xảy ra các phản ứng phụ như oxy hóa hay sulfo hóa làm giảm hiệu suất. Nếu nồng độ thấp thì phản ứng xảy ra chậm do lượng tác nhân hydrat hoá không đủ. Vậy nồng độ axit tối ưu là 15%. Để tăng mạnh sự phân tán của dầu thông vào dung dịch axit sunfuric, dựa theo kinh nghiệm của tác giả /105/, chúng tôi đã cho thêm 10 ml axeton (tương đương khoảng 6%) vào khối phản ứng. Vai trò của axeton như một dung môi cầu, trợ giúp cho quá trình hoà tan các cấu tử không phân cực và cấu tử phân cực vào nhau, làm tăng hiệu quả của phản ứng hydrat hoá. Cũng có thể coi axeton có vai trò như một chất nhũ hóa.

3.4.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ trong phản ứng hydrat hoá Cố định nồng độ axit H2SO4 15% và thời gian phản ứng là 4h để khảo sát

quá trình hydrat hóa dầu thông với các nhiệt độ khác nhau, ta có bảng số liệu 3.19 Bảng 3.19. Ảnh hưởng của nhiệt độ trong phản ứng hydrat hóa dầu thông

(Nồng độ H2SO4 15%, thời gian phản ứng 4h) Mẫu Thể tích

dầu thông (ml )

Nhiệt độ phản ứng (oC )

Thể tích dd H2SO4 (ml)

Axeton ( ml )

Hoạt tính tẩy sạch (%)

K6 50 60 50 10 64,7 K7 50 70 50 10 66,5

83

K8 50 80 50 10 71,3 K9 50 85 50 10 75,8 K10 50 90 50 10 67,5

Từ các bảng số liệu trên ta xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hoạt tính tẩy sạch và nhiệt độ của phản ứng hydrat hóa dầu thông

Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hoạt tính tẩy sạch

64.766.5

71.3

75.8

67.5

55

60

65

70

75

80

60 70 80 85 90

Nhiệt độ phản ứng (độ C)

Hoạt

tính

tẩy

sạch

(%)

Hình 3.18. Ảnh hưởng của nhiệt độ hydrat hóa đến hoạt tính tẩy sạch

Số liệu chỉ ra rằng, hoạt tính tẩy sạch đạt cao nhất là 75,8 % tại nhiệt độ 85oC. Nếu ở nhiệt độ cao hơn thì ngoài phản ứng hydrat hóa còn có thể có phản ứng oxi hóa sâu tạo các sản phẩm không mong muốn làm giảm hiệu suất của sản phẩm chính, mặt khác dầu thông lại không bền nhiệt, nên có thể bị phân hủy ở nhiệt độ cao, làm biến đổi tính chất của dầu thông ban đầu. Nếu nhiệt độ thấp quá thì chưa đủ điều kiện về nhiệt động học cho phản ứng xảy ra.

3.4.3.3. Ảnh hưởng của thời gian trong phản ứng hydrat hoá Thực hiện phản ứng ở nhiệt độ 85oC, nồng độ axit H2SO4 15%. Kết quả

thể hiện trên bảng 3.20 Bảng 3.20. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng trong phản ứng hydrat

hóa dầu thông (nồng độ axit H2SO4 15%, nhiệt độ phản ứng 85 oC ) Mẫu Thể tích

dầu thông (ml)

Thời gian phản ứng (h)

Thể tích dd H2SO4 (ml)

Axeton (ml)

Hoạt tính tẩy sạch (% )

K11 50 3 50 10 70,1

84

K12 50 4 50 10 84,3 K13 50 5 50 10 73,7

Từ bảng số liệu trên ta xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hoạt

tính tẩy sạch và thời gian phản ứng quá trình hydrat hóa dầu thông (hình 3.22)

Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hoạt tính tẩy sạch

70.184.3

73.7

0

20

40

60

80

100

3 4 5

Thời gian phản ứng (h)

Hoạt

tính

tẩy

sạch

(%)

Hình 3.19. Ảnh hưởng của thời gian hydrat hóa đến hoạt tính tẩy sạch Kết quả cho thấy, với thời gian là 4h, sản phẩm sẽ có hoạt tính tẩy sạch

cao nhất ( 84,3% ). Nếu thời gian phản ứng vượt quá 4h sẽ có phản ứng chuyển hóa của α-terpineol thành 4- (2-hydroxypropyl) -1-methylcyclohexanol (1,8-terpine), là một sản phẩm phụ không mong muốn /70/. Nếu thời gian phản ứng ít hơn 4h, thì chưa đủ thời gian để các cấu tử α- pinen trong dầu thông chuyển hóa hết thành α - terpineol.

3.4.3.4. Xác định thành phần sản phẩm hydrat hoá bằng phổ GC-MS Để xác định thành phần của sản phẩm hydrat hoá thu được, chúng tôi tiến

hành chụp phổ GC-MS /17/ mẫu dầu thông biến tính tối ưu, kết quả thu được như sau:

85

Hình 3.20. Phổ GC-MS của dầu thông Hydrat hóa

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

m/z-->

Abundance

Scan 340 (5.023 min): DAU THONG HIDRATHOA-130508.D93

77121 136105

67531158761 128

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

m/z-->

Abundance

#32180: .ALPHA.-PINENE, (-)- $$ Bicyclo[3.1.1]hept-2-ene, ...93

7739

121105 13653 6711532 5945

86

Kết quả cho biết : -Với thời gian lưu 5,034 phút, thu được 17,28% α -pinen. - Với thời gian lưu 7,372 phút, thu được 20,374% α- terpineol. Ngoài α- terpineol, tổng các sản phẩm rượu còn lại thu được là 11,333%.

Các rượu này do trong phân tử có nhóm -OH nên cũng có hoạt tính bề mặt. Như vậy, hiệu suất sản phẩm tính theo α- terpineol là:

20,374 100 36,44%73,185 17,28

× =−

Và hiệu suất sản phẩm tính theo tổng các sản phẩm rượu là: 20,374 11,333 100 56,71%73,185 17,28

+× =

−

Từ đó nhận thấy hiệu suất sản phẩm hydrat hóa (tổng hàm lượng rượu) thu được là khá cao. Các hợp chất này phân cực (tuy nhiên yếu hơn các nhóm sunfat); khiến khả năng bám trên bề mặt vải tăng lên dẫn đến khả năng tẩy rửa tăng. Các đặc trưng hoá lý của chất HĐBM hydrat hoá được đưa ra ở bảng 3.25

*Phương pháp phổ hồng ngoại IR. Để khảo sát khả năng phản ứng xảy ra dựa trên sự xuất hiện các nhóm

chức đặc trưng trong quá trình hydrat hoá dầu thông, chúng tôi tiến hành đo phổ IR của dầu thông nguyên liệu và dầu thông hydrat hoá kết quả thể hiện trên hình 3.15 (ở phần trên) và hình 3.26

87

Hình 3.26. Phổ hồng ngoại IR của dầu thông hydrat hóa So sánh hai phổ đồ trên ta thấy có sự xuất hiện của một pic mới tại tần

số 3404,6 cm-1 pic này đặc trưng cho nhóm –OH (pic đặc trưng của nhóm OH liên kết tự do nằm trong vùng 3600 ÷ 3200 cm-1 /30/). Điều này cho thấy có phản ứng hydrat hóa tạo ra rượu terpinol Dựa trên sự so sánh phổ GC-MS và phổ IR đối với dầu thông nguyên liệu và dầu thông hydrat hóa ta nhận thấy có sự xuất hiện của sản phẩm rượu terpinol trong phản ứng hydrat hóa dầu thông.

Từ kết quả so sánh ở trên ta có thể giả thiết sơ đồ phản ứng hydrat hóa tạo ra sản phẩm như sau:

Trong quá trình hydrat hóa ngoài sản phẩm chính là terpinol, còn có

một lượng nhỏ sản phẩm phụ là sunfat.

3.4.4. Tổng hợp chất HĐBM từ DT bằng phương pháp oxy hoá Phương pháp tổng hợp chất HĐBM từ DT oxy hoá được áp dụng để

tẩy dầu mỡ trên vải pha. Nguyên liệu là DT như trên, tác nhân oxy hoá sử dụng là oxy không khí có chất khơi mào là H2O2. Hoạt tính của sản phẩm DT oxy hoá được đánh giá qua việc đo độ tẩy sạch của vải pha.

C

HC CH

CH2

CH

CH3

H C2

CH C3

CH3

H

C

HC

CH2

CH

CH3

H C2

CH C3

CH3

+

CH2

C

HC

CH2

CH

CH3

H C2

CH C3

CH3

+

CH2

HSO4

+

C

HC

CH2

CH

CH3

H C2

CH C3

CH3

CH2

OSO H3

C

HC

CH2

CH

CH3

H C2

CH C3

CH3

CH2

OSO H3

HOH

C

HC

CH2

CH

CH3

H C2

CH C3

CH3

CH2

OH

H SO42

a - pinen

a - terpineol

88

3.4.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của lượng oxy không khí. Để khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng oxy không khí đến hoạt tính

tẩy sạch của sản phẩm DT oxy hoá, đã tiến hành khảo sát lượng oxy không khí (được đánh giá qua tốc độ sục không khí), có chất khơi mào H2O2 , cố định các thành phần khác như sau: DTBT: 100ml, 1 %H2O2 có nồng độ 30%, Nhiệt độ: 80o C, Thời gian: 4h. Kết quả đưa ra ở bảng 3.21 Bảng 3.21. Ảnh hưởng của lượng oxy không khí đến phản ứng oxy hoá

Tên mẫu Tốc độ sục không

khí (ml/s)

Hoạt tính tẩy sạch (%)

S1 10 51,0 S2 14 54,2 S3 20 49,8

Từ bảng số liệu trên bảng ta xây dựng đồ thị mối quan hệ phụ thuộc của hoạt tính tẩy rửa vào tốc độ sục không khí:

51

54.2

49.8

47

48

49

50

51

52

53

54

55

10 14 20

Tốc độ sụ khí (ml/s)

Hoạt

tính

tẩy

trắng

(%)

Hình 3.27. Mối quan hệ giữa hoạt tính tẩy sạch và tốc độ sục

không khí Từ đồ thị nhận thấy, khi tốc độ sục không khí là 14 ml/s thì hoạt tính

tẩy sạch đạt cao nhất. Nếu tốc độ sục không khí nhỏ quá thì oxy không khí chưa đủ để chuyển hoá các cấu tử terpen trong dầu thông thành các sản phẩm có hoạt tính tẩy rửa cao. Nếu tốc độ sục không khí cao quá có thể dẫn tới giảm độ tẩy rửa do lượng oxy dư thừa sẽ tạo ra các sản phẩm oxy hoá sâu như aldehit, axit, là những cấu tử có hoạt tính bề mặt kém.

89

3.4.4.2. Ảnh hưởng của lượng H2O2 Cố định các yếu tố: DTBT: 100ml, Nhiệt độ: 80o C, Thời gian: 4h, Tốc độ sục không khí: 14ml/s. Thay đổi hàm lượng H2O2 thu được kết quả trên bảng 3.22 Bảng 3.22. Ảnh hưởng của lượng H2O2 trong phản ứng oxy hoá DT

Mẫu Dầu thông (ml)

Hàm lượng H2O2

(%) H2O2

(ml) Hoạt tính tẩy sạch

(% tẩy rửa) S4 100 0,1 1,3 52,6 S5 100 0,5 1,3 58,5 S6 100 1,0 4,6 57,7 S7 100 1,5 5,8 56,4 S8 100 2,0 5,8 56,14 Từ bảng số liệu trên ta xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa

khả năng tẩy sạch và lượng H2O2 như hình 3.28

52.6

58.557.7

56.4 56.14

4950515253545556575859

0.1 0.5 1 1.5 2

Hàm lượng peroxit (%)

Hoạ

t tín

h tẩ

y trắn

g (%

)

Hình 3.28. Mối quan hệ giữa hoạt tính tẩy sạch và lượng H2O2

H2O2 đóng vai trò chất khơi mào trong phản ứng oxy hoá dầu thông, vì vậy lượng H2O2 vừa đủ là rất quan trọng trong quá trình phản ứng. Từ đồ thị cho thấy, mẫu S5 với 1,3ml H2O2 cho ta hoạt tính tẩy rửa tốt nhất (58,5%). Lượng peroxit lớn quá sẽ tạo ra hàm lượng nước lớn sẽ pha loãng dung dịch phản ứng, giảm khả năng hoà tan của oxy trong dầu thông và xảy ra quá trình oxy hoá sâu, tạo nhiều cặn, nhựa làm giảm hiệu suất của phản ứng. Nếu lượng peoxyt ít quá thì phản ứng không triệt để làm sản phẩm không đạt chất lượng do có một lượng dầu thông chưa phản ứng hết. Vậy thực nghiệm đã chứng minh lượng peroxit 1,3 ml là tốt nhất.

90

3.4.4.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ: Cố định lượng H2O2 là 1,3ml và thời gian phản ứng là 4h để khảo sát

ảnh hưởng của nhiệt độ. Kết quả thể hiện ở bảng số liệu 3.23 Bảng 3.23. Ảnh hưởng của nhiệt độ trong phản ứng oxy hoá dầu thông

Mẫu Dầu thông (ml)

Nhiệt độ phản ứng (oC)

H2O2 30% (ml)

Hoạt tính tẩy sạch (%)

S9 100 70 1,3 60,3 S10 100 80 1,3 63,5 S11 100 90 1,3 66,8 S12 100 100 1,3 60,8 S13 100 110 1,3 53,0 Từ bảng số liệu trên xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa khả

năng tẩy sạch và nhiệt độ phản ứng oxy hoá dầu thông như sau:

Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hoạt tính tẩy sạch

60.3 63.5 66.860.8

53

01020304050607080

70 80 90 100 110

Nhiệt độ phản ứng (độ C)

Hoạ

t tín

h tẩ

y sạ

ch (%

)

Hình 3.29. Mối quan hệ giữa hoạt tính tẩy sạch và nhiệt độ oxy hoá

Thực hiện phản ứng oxy hoá ở nhiệt độ 90oC sẽ cho ta sản phẩm oxy hoá có hoạt tính tẩy sạch tốt nhất (66,8%). Nếu thực hiện ở nhiệt độ cao thì ngoài phản ứng oxy hoá còn có thể có phản ứng phụ do sự trùng hợp dầu thông hay oxy hoá sâu tạo axit làm giảm hiệu suất và hoạt tính bề mặt của sản phẩm. Nếu nhiệt độ thấp quá, quá trình oxy hoá diễn ra kém, làm thấp đi hoạt tính bề mặt.

3.4.4.4. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng. Quá trình oxy hóa dầu thông với thời gian khác nhau và thành phần

khác cố định: DTBT: 100ml, Nhiệt độ:90o C, H2O2:0,5%, Tốc độ sục không khí 840ml/phút. Kết quả thu được thể hiện ở bảng 3.24

91

Bảng 3.24. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến quá trình oxy hoá

Mẫu Dầu thông (ml)

Thời gian phản ứng (h)

Hoạt tính tẩy sạch (%)

S14 100 3 60,3

S15 100 4 66,7

S16 100 5 73,5

S17 100 6 60,8

S18 100 7 58,5 Từ bảng số liệu trên xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa khả

năng tẩy sạch và thời gian phản ứng (hình 3.30)

Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hoạt tính tẩy rửa

60.366.7

73.560.8 58.5

01020304050607080

3 4 5 6 7

Thời gian phản ứng (h)

Hoạ

t tín

h tẩ

y sạ

ch(%

)

Hình 3.30. Mối quan hệ giữa khả năng tẩy sạch và thời gian phản ứng

Từ đồ thị cho thấy, thực hiện phản ứng oxy hoá ở thời gian là 5h sẽ cho sản phẩm dầu thông oxy hoá có hoạt tính tẩy rửa tốt nhất (73,5%). Nếu thời gian phản ứng ngắn hơn thì chưa đủ cho DT tiếp xúc với oxy để chuyển hóa tạo ra sản phẩm. Nếu thời gian dài hơn sẽ ảnh hưởng đến chi phí sản xuất và phát sinh phản ứng phụ oxy hoá sâu.

92

3.4.4.5. Ảnh hưởng của hàm lượng nước. Theo các tác giả /119,120 / nước thêm vào có vai trò làm phân huỷ các hợp

chất trung gian trong quá trình oxy hoá như hydroperoxit, oxit thành terpen alcol và các sản phẩm chứa oxy khác, do vậy đã khảo sát nhằm tìm được lượng nước thích hợp cho quá trình. Các điều kiện phản ứng: DT: 100ml, Nhiệt độ: 90o C, H2O2: 0,5%, Tốc độ sục không khí: 840 ml/phút , Thời gian: 5h

Hai giờ sau khi tiến hành phản ứng oxy hoá, thêm nước vào với hàm lượng khác nhau, kết quả thu được trong bảng 3.25 Bảng 3.25. Ảnh hưởng của hàm lượng H2O trong phản ứng oxyt hoá dầu thông

Từ bảng số liệu trên, có thể xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hoạt tính tẩy sạch và hàm lượng H2O ( hình 3.31) Đồ thị 3.29 cho thấy, mẫu S3 với 2% H2O cho hoạt tính tẩy sạch tốt nhất (75,8%). Nếu hàm lượng nước lớn quá, có thể làm loãng khả năng phân tán của oxy vào dầu thông, khiến cho hiệu quả oxy hoá giảm. Hàm lượng nước quá nhỏ giảm hiệu suất của quá trình oxy hoá do lượng rượu tạo thành quá thấp.

71.2

73.5

75.8

71

69.3

66

68

70

72

74

76

78

0.1 0.4 0.8 1.3 1.6

Hàm lượng nước (%)

Hoạt

tính

tẩy

trắng

(%)

Hình 3.31. Mối quan hệ giữa khả năng tẩy trắng và hàm lượng H2O

Mẫu

Dầu thông (ml)

H2O (%)

H2O (ml)

Hoạt tính tẩy sạch (% tẩy rửa)

S1 100 0 0 71,2 S2 100 1 0,4 73,5 S3 100 2 0,8 75,8 S4 100 3 1,3 71 S5 100 4 1,6 69.3

93

3.4.4.6. Xác định thành phần sản phẩm dầu thông oxy hoá

Phổ GC-MS của mẫu dầu thông oxy hóa thu được như sau:

Hình 3.32. Phổ GC-MS của dầu thông oxy hóa Qua phổ GC-MS hình 3.32 cho thấy đã có một lượng α - pinen là cấu

tử chính trong thành phần của dầu thông nguyên liệu đã chuyển hóa thành các cấu tử khác (giảm từ 73,185% xuống còn 53,006%), bên cạnh đó hàm lượng cấu tử khác như β-pinen; carene … cũng đã chuyễn hóa một phần. Sản phẩm chính thu được là các rượu như Trans–2-caren -4-ol (5,490%), Myternol (4,198%), verbenon (1,689%) …

*Phổ IR.

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

m/z-->

Abundance

Scan 342 (5.034 min): DAU THONG OXY HOA-130508.D93

77121 136105

67531158261 128

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

m/z-->

Abundance

#32180: .ALPHA.-PINENE, (-)- $$ Bicyclo[3.1.1]hept-2-ene, ...93

7739

121105 13653 6711532 5945

94

Hình 3.33. Phổ IR của dầu thông oxy hóa

Kết quả từ hai phổ đồ trên cho thấy ngoài sự xuất hiện của một pic tại tần số 3369,2 cm-1 pic này đặc trưng cho nhóm –OH (pic đặc trưng của nhóm OH liên kết tự do nằm trong vùng 3600 ÷ 3200 cm-1 /32/), còn thấy xuất hiện một số pic đặc trưng nằm trong vùng tần số 1600 ÷ 1700 cm-1 (pic đặc trưng của nhóm andehit và nhóm C=O /32/). Điều này cho thấy có phản ứng oxy hóa xảy ra tao ra các nhóm rượu –OH, -CHO và C=O Dựa trên sự so sánh sắc ký đồ GC và phổ IR đối với dầu thông nguyên liệu và dầu thông oxy hóa được thể hiện có sự xuất hiện của các sản phẩm rượu trong phản ứng oxy hóa dầu thông. Từ kết quả phân tích trên, có thể đưa ra mô hình các phản ứng chính của quá trình oxy hóa dầu thông như sau:

Việc hình thành các hợp chất này có thể giải thích:

95

- Phản ứng xảy ra theo cơ chế gốc tự do. Gốc tự do tạo thành ưu tiên ở vị trí α so với liên kết đôi.

- Dưới tác dụng của oxy không khí, các gốc tự do này dễ dàng kết hợp với oxy thành các hydroperoxit.

- Các hydroperoxit trong giai đoạn tiếp theo tạo thành các sản phẩm rượu hoặc phenol.

- Các sản phẩm rượu, phenol chính của quá trình như: Myrtenol, verbenon... Như vậy, trong sản phẩm dầu thông oxy hoá có chủ yếu là rượu terpen, là những cấu tử tốt cho quá trình tẩy sạch dầu mỡ trên vải sợi vì rượu terpen có chứa nhóm OH, dẫn đến tăng tính phân cực và tính hướng nước so với hợp chất ban đầu, làm cho tính nhũ hoá thích hợp của sản phẩm trong nước tăng lên, hoạt tính bề mặt tăng. 3.4.4.7. Các tính chất hoá lý của dầu thông oxy hoá:

Bằng các phương pháp thực nghiệm , đã xác định được các tính chất hoá lý của dầu thông oxy hoá. So sánh với các sản phẩm sunfat hoá và hydrat hoá ta có bảng sau Bảng 3.26. Các tính chất hoá lý của DT nguyên liệu và các sản phẩm biến tính

Mẫu Tỷ trọng

Sức căng bề mặt

(mN/m)

Độ nhớt (cSt)

Độ bay hơi (g/m2.h)

Hoạt tính tẩy sạch

(% tẩy rửa) DT nguyên liệu

0,863 25,461 1,32 25,36.10-3 35,6 CT 42,7 CT/PET 45,3 PET

DT sunfat hoá

0,896 17,253 1,98 15,37.10-3 91,9 Vải cotton

DT hydrat hoá

0,877 19,561 1,79 16,83.10-3 84,3 Vải polieste

Dầu thông oxy hoá 0,883 20,201 1,56 17,58. 10-3

75,8 Vải pha CT/PET

Ghi chú: CT: vải cotton; PET: Vải polieste; CT/PET: vải pha cotton với polieste Từ bảng trên ta thấy, DT nguyên liệu có hoạt tính tẩy sạch trên vải pha cao hơn so với trên vải cotton, nhưng thấp hơn so với vải polieste; tuy nhiên

96

vẫn rất thấp. Sau khi biến tính, tất cả các sản phẩm đều có hoạt tính cao hơn nhiều so với DT ban đầu. Đồng thời một loạt các tính chất hoá lý được cải thiện: Tỷ trọng tăng, độ nhớt tăng dẫn đến độ bay hơi giảm; điều này thuận tiện cho quá trình tồn chứa bảo quản sản phẩm, khả năng an toàn về cháy nổ…. Từ tính chất về sức căng bề mặt (SCBM) cũng thấy, giá trị này giảm đi, phù hợp với lý thuyết là nếu SCBM giảm thì hoạt tính bề mặt sẽ tăng lên /18/. Rõ ràng số liệu cho thấy, hoạt tính bề mặt của sản phẩm sunfat hoá đối với vải cotton là cao nhất, tương ứng với SCBM thấp nhất. 3.4.5. Nghiên cứu tổng hợp chất HĐBM trên thiết bị lớn Trên đây là kết quả nghiên cứu trên thiết bị nhỏ qui mô phòng thí nghiệm (PTN). Để thực hiện quá trình trên thiết bị lớn dung tích 50 lít, cần có sự khảo sát các thông số ảnh hưởng, nhất là chế độ khuấy và chế độ truyền nhiệt. Phản ứng sunfat hoá được lựa chọn để khảo sát trên thiết bị lớn vì quá trình này cho hiệu quả cao. 3.4.5.1.Khảo sát chế độ khuấy trộn trên thiết bị lớn a. Nghiên cứu lựa chọn cánh khuấy Để lựa chọn loại cánh khuấy phù hợp , phương pháp tốt nhất là đánh giá dựa trên sự ổn định của hệ nhũ tương khi sản phẩm sử dụng làm chất hoạt động bề mặt hay chất tẩy rửa /7,18/. Sự ổn định của hệ nhũ chính là thế điện động (mv) của nhũ tương thu được khi sử dụng loại cánh khuấy nào đó. Đã tiến hành thực nghiệm xác định mối quan hệ giữa loại cánh khuấy và độ ổn định của nhũ tương trên 3 loại cánh khuấy là: Cánh khuấy kiểu mái chèo, cánh khuấy tuốc bin và cánh khuấy khung bản. Quá trình trình khảo sát được tiến hành trên 3 bình phản ứng nối tiếp nhau thông qua đo độ dẫn của dung dịch chỉ thị KCl. Kết quả thu được trên bảng 3.27 và 3.28

Bảng 3.27. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của loại cánh khuấy đến độ ổn định nhũ tương khi tốc độ khuấy trộn nhỏ

Loại cánh khuấy

dk (m) D (m) H (m) n (vòng/s) Rek Tk (s) (mv)

Mái chèo 0,09 0,15 0,18 3,1 23457 600 18,1 Tuốc bin 0,05 0,15 0,18 10 23450 600 22,3 Khung bản

0,1 0,15 0,18 2,5 23450 600 13,5

Bảng 3.28. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của loại cánh khuấy đến độ

ổn định nhũ tương khi tốc độ khuấy trộn lớn

97

Loại cánh khuấy

dk (m) D (m) H (m) n (vòng/s) Rek Tk (s) (mv)

Mái chèo 0,09 0,15 0,18 3,1 25135 600 25,7 Tuốc bin 0,05 0,15 0,18 10 25025 600 28,2 Khung bản

0,1 0,15 0,18 2,5 25025 600 13,5

Kết quả 2 bảng trên cho thấy, với chất lỏng là DT có độ nhớt nhỏ thì ở tốc độ khuấy trộn thấp hơn (Rek trong khoảng 23450) và ở tốc độ khuấy trộn mạnh hơn (Rek trong khoảng 25025), cánh khuấy kiểu tuốc bin đều cho thế điện động nhũ tương là lớn nhất. Như vậy trong các loại cánh khuấy trên thì cánh khuấy loại tuốc bin cho nhũ tương có độ ổn định cao nhất, thích hợp với dung dịch có độ nhớt nhỏ. Hơn nữa, xét về phương diện chế tạo và hiệu quả làm việc thì cánh khuấy kiểu tuốc bin dễ chế tạo, hiệu quả làm việc cao, ít rung, chi phí chế tạo nhỏ, thích hợp với các dung dịch có độ nhớt thấp. Từ kết quả đó, lựa chọn cánh khuấy kiểu tuốc bin là thích hợp nhất để tổng hợp chất HĐBM. b. Nghiên cứu tìm tốc độ khuấy thích hợp Chúng tôi chọn thiết bị phản ứng có dung tích 50 lít. Thùng khuấy hình trụ, đáy có dạng phẳng nhưng có phạt mép. Có sinh hàn hồi lưu, vỏ bọc để đun nóng ngoài. Cánh khuấy kiểu tuốc bin. Thực hiện phản ứng ở các điều kiện tối ưu đã tìm ra trong PTN như: nhiệt độ: 30oC, thời gian 5 giờ, nồng độ axit H2SO4: 70%, hàm lượng axit H2SO4: 8,5%. Kết quả nghiên cứu tốc độ khuấy được thể hiện trong bảng 3.29 Bảng 3.29. Kết quả nghiên cứu tìm tốc độ khuấy trên thiết bị lớn

TT Tốc độ khuấy, vòng/phút ( v/ph) Hoạt tính tẩy sạch, % 1 200 58,2 2 300 71,1 3 400 80,5 4 500 86,3 5 600 91,1 6 700 91,0

Kết quả trên bảng 3.29 cho thấy, ở tốc độ khuấy trộn nhỏ, hoạt tính tẩy sạch của sản phẩm chưa đạt yêu cầu do chưa đủ sự tiếp xúc pha giữa tác nhân phản ứng là axit H2SO4 phân cực mạnh và dầu thông là cấu tử không phân cực. Với tốc độ khuấy 600 v/ph, hiệu quả phản ứng đạt tối đa. Khuấy trộn mạnh hơn sẽ dẫn đến dầu thông bay hơi và tốn năng lượng.

98

3.4.5.2. Khảo sát chế độ truyền nhiệt trên thiết bị lớn Chúng tôi lựa chọn phản ứng sunfat hoá, thiết bị 50 lít, tốc độ khuấy trộn 600 v/ph với cánh khuấy kiểu tuốc bin để nghiên cứu chế độ truyền nhiệt. a. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng Nhiệt độ ảnh hưởng nhiều nhất đến tốc độ phản ứng. Xét về mặt nhiệt động học thì khi tăng nhiệt độ, tốc độ phản ứng tăng. Nhưng khi nhiệt độ phản ứng tăng đến một lúc nào đó thì tốc độ phản ứng sẽ giảm do sản phẩm bị phân hủy và tạo nhiều sản phẩm phụ. Để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ta tiến hành phản ứng ở những nhiệt độ khác nhau, các điều kiện khác không đổi: thời gian phản ứng 5 giờ, nồng độ axit H2SO4: 70%, hàm lượng axit H2SO4: 8,5%, tốc độ khuấy trộn 600 v/ph. Kết quả khảo sát được đưa ra ở bảng 3.30 Bảng 3.30. Kết quả nghiên cứu tìm nhiệt độ thích hợp trên thiết bị lớn

TT Nhiệt độ phản ứng, oC Hoạt tính tẩy sạch, % 1 20 68,5 2 25 80,5 3 30 91,2 4 35 90,9 5 40 88,5 6 50 61,6

Nhìn vào bảng trên ta thấy, ở nhiệt độ phản ứng 30oC thì hiệu quả tẩy sạch của sản phẩm là cao nhất. Khi tăng nhiệt độ, hoạt tính tẩy sạch của sản phẩm giảm, đến 50oC thì hoạt tính giảm rất mạnh. Điều này có thể giải thích như sau: trong phản ứng sunfat hoá có sử dụng axit H2SO4 nồng độ 70%; nồng độ này là tương đối đậm đặc; ở nhiệt độ cao, axit sunfuric luôn thể hiện tính oxy hoá mạnh; lúc này, ngoài phản ứng sunfat hoá, còn có thể xảy ra phản ứng oxy hoá sâu tạo các chất như aldehit, axit là các chất có hoạt tính bề mặt thấp. Khi tăng cao nhiệt độ lên nữa, có thể xảy ra phản ứng phá vỡ vòng terpen, lúc đó hoạt tính bề mặt còn giảm nữa. Vì vậy, chỉ nên thực hiện quá trình sunfat hoá ở 30oC. Cũng đã nghiên cứu thực hiện thêm quá trình hydrat hoá trên thiết bị lớn này và tìm được nhiệt độ thích hợp là 84 oC, giá trị này gần như tương đương kết quả khảo sát trong PTN (85 oC). b. Nghiên cứu phương thức truyền nhiệt Phản ứng sunfat hóa dầu thông là phản ứng toả nhiệt.Vì quá trình xảy ra ở nhiệt độ thấp nên chúng tôi lựa chọn giải pháp gia nhiệt bằng vỏ bọc đun

99

nóng (cho mùa đông). Khi làm lạnh, sử dụng ống xoắn làm lạnh bên trong thiết bị. Kết quả cho thấy, nhiệt độ ổn định trong suốt thời gian diễn ra phản ứng 4.5.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng Để tìm thời gian tối ưu cho 1 mẻ phản ứng, chúng tôi đã khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hoạt tính tẩy sạch; kết quả cho ở bảng 3.31 Bảng 3.31. Kết quả nghiên cứu thời gian thích hợp cho 1 mẻ trên thiết bị lớn

TT Nhiệt độ phản ứng, oC Hoạt tính tẩy sạch, % 1 3 62 2 4 75 3 5 84 4 6 91,2 5 7 91 6 8 87

Số liệu cho thấy, sau 6 giờ phản ứng hoạt tính tẩy sạch mới đạt tối đa, như vậy hơn thời gian phản ứng trong thiết bị nhỏ PTN là 1 giờ. Có thể giải thích rằng, mặc dù trong thiết bị lớn cũng cho tỷ lệ tác nhân tương đương, nhưng vì lượng chất nhiều hơn rất nhiều lần, nên có sự chuyển khối chậm , dẫn đến đòi hỏi về thời gian phản ứng dài hơn. 3. 5. CHẾ TẠO HỖN HỢP CHẤT TẨY RỬA (CTR) CÓ HOẠT TÍNH CAO Để chế tạo CTR, chúng tôi sử dụng sản phẩm DT sunfat hoá và hydrat hoá thu được ở phần trên; do chúng có hoạt tính cao và thích hợp với hai loại vải cotton, vải polieste và vải pha 3.5.1. Chế tạo CTR từ DT sunfat hoá

Sau khi đã tổng hợp được chất HĐBM dạng sunfat, chúng tôi đã dùng nguyên liệu đó để chế tạo chất tẩy rửa bằng cách pha với những thành phần khác và khảo sát sự ảnh hưởng của các loại chất đó.

3.5.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của chất xây dựng (axit oleic) Tiến hành pha chế các chất tẩy rửa với các thành phần và hàm lượng

chất xây dựng là axit oleic khác nhau, ta được kết quả như sau: Bảng 3.32. Ảnh hưởng của hàm lượng axit oleic

Mẫu Dầu thông (%kl)

LAS (%kl) Axit oleic (%kl)

Độ tẩy sạch (%)

TR1 97 1,5 1,5 92,8

TR2 95,5 1,5 3,0 93,9

TR3 94 1,5 4,5 97,8

100

TR4 92,5 1,5 6 96,1

TR5 91 1,5 7,5 95,2

Hình 3.34. Mối quan hệ giữa lượng axit oleic và hoạt tính tẩy rửa

Axit oleic vừa đóng vai trò là chất xây dựng, vừa đóng vai trò của phụ gia chống tái bám. Từ bảng 3.32 ta thấy rằng, khi tăng hàm lượng axit oleic, hoạt tính tẩy sạch tăng và đạt cực đại ở 97,8%, khi lượng axit oleic là 5,69%. Hàm lượng axit oleic khá cao trong thành phần chất tẩy rửa lại cho hoạt tính tẩy rửa cao; có thể giải thích là do chất hoạt động bề mặt thu được từ quá trình sunfat hóa dầu thông là dạng anion, hoạt tính tẩy rửa giảm rất nhiều khi có mặt các ion nước cứng do đó chất tẩy rửa cần có hàm lượng chất xây dựng đủ để chống lại tác động xấu này. Việc chống tái bám đối với vải cotton là rất quan trọng nên trong chất tẩy rửa cần có hàm lượng axit oleic đủ lớn để chống lại sự tái bám của dầu trên vải. Tuy nhiên, nếu hàm lượng axit oleic vượt quá mức độ nhất định thì độ trắng của vải lại giảm, có thể cho rằng do axit oleic dư thừa sẽ bám trên bề mặt vải đã làm cho vải bị vàng.

3.5.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của LAS Bảng 3.33. Ảnh hưởng của hàm lượng LAS

Mẫu Dầu thông (%kl)

Axit Oleic (%kl)

LAS (%kl) Độ trắng (%)

101

TR6 94 4,5 1,5 98,0

TR7 92,5 4,5 3,0 99

TR8 91,5 4,5 4,0 98,6

TR9 90,5 4,5 5,0 98,2

Hình 3.35. Mối quan hệ giữa lượng LAS và hoạt tính tẩy sạch

LAS là chất hoạt động bề mặt có hoạt tính rất cao, thường được sử dụng cho các sản phẩm tẩy rửa thông thường. Nếu phối trộn thêm thành phần này vào CTR thì sẽ làm tăng độ tẩy sạch cho hỗn hợp DT sunfat hoá. Từ kết quả khảo sát trong bảng 3.32 nhận thấy rằng, khi tăng hàm lượng LAS, hoạt tính tẩy rửa tăng đáng kể, độ trắng đạt cực đại 99% khi lượng LAS là 3%. Điều đó chứng tỏ vai trò hoạt động bề mặt trong thành phần chất tẩy rửa: có khả năng tẩy dầu mỡ ra khỏi bề mặt vải sợi, ngoài ra còn phân tán khá tốt trong nước. LAS có khả năng phân hủy sinh học cao góp phần làm thân thiện môi trường của hỗn hợp CTR của DT. Tăng hàm lượng LAS lớn hơn thì độ tẩy rửa lại giảm đi, chúng tôi giả thiết rằng LAS tăng có nghĩa là phải giảm lượng dầu thông sunfat, là thành phần dung môi hoà tan tốt và cũng là cấu tử có hoạt tính tẩy rửa cao.

102

3.5.1.3. Một số thành phần khác

Ngoài các thành phần như đã khảo sát ở trên, chúng tôi còn pha thêm phụ gia nhằm làm tăng hiệu quả của chất tẩy rửa như giảm sự ăn mòn bề mặt vải sợi (vải không bị xơ cứng sau khi tẩy), điều chỉnh pH của dung dịch chất tẩy rửa đó là kiềm hữu cơ TEA (trietylamin) và glyxerin.

Những phụ gia này được thêm vào quá trình pha chế chất tẩy rửa với hàm lượng rất nhỏ (0,5-1,5%). TEA được cho từ từ vào dung dịch chất tẩy rửa và được kiểm tra pH bằng máy đo pH cho đến khi đạt môi trường trung tính (pH=7). Khi thêm các lượng TEA và glyxerin vào thành phần chất tẩy rửa thì khả năng tẩy rửa hầu như không thay đổi nhưng cải thiện được một số tính chất khác của chất tẩy rửa như vải sẽ mềm mại hơn, chất tẩy rửa có pH trung tính không ảnh hưởng đến người sử dụng. Qua khảo sát cũng thấy rằng hàm lượng glyxerin 0,5% là thích hợp.Như vậy chúng tôi đã tổng hợp được chất tẩy rửa trên vải cotton; sản phẩm là dạng lỏng thân thiện môi trường, có khả năng phân hủy sinh học cao dựa trên cơ sở dầu thông sunfat hóa, axit oleic, chất hoạt động bề mặt LAS. Thành phần chất tẩy rửa như sau: Dầu thông sunfat hóa 91%, axit oleic 4,5%, chất hoạt động bề mặt LAS 3%, TEA 1%, glyxerin 0,5%. Tuy nhiên để tăng tính hòa tan trong nhau và chống sơ cứng bề mặt vải, chúng tôi đưa thêm rượu isopropylic và phụ gia PG4 (Imidazolin bậc bốn). Thành phần CTR tối ưu như sau: DT sunfat hóa 90%, axit oleic 4,5%, LAS 3%, TEA 1%, glyxerin 0,5%, rượu isopropylic 0,5%, phụ gia PG4 0,5%.Khi đó hoạt tính tẩy sạch đạt 99%. Rượu isopropylic như một dung môi cầu, trợ giúp hòa tan các thành phần vào nhau. PG4 có tác dụng làm bền vải, chống bào mòn. Các tính chất hóa lý của chất tẩy rửa đi từ DT sunfat hoá được đưa ra ở bảng 3.40 phía sau

3.5.1.4. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm để xác định thành phần tối ưu của CTR Bằng phương pháp toán học như đã đưa ra ở phần thực nghiệm, chúng tôi đã tìm được phương trình hồi quy như sau: Y = 95,9 + 0,55.x1 – 1,25.x1.x2 Từ phương trình này, tính toán thu được các giá trị biểu hiện trên bảng số 3.34. Bảng 3.34. So sánh các thông số của mẫu thực nghiệm và mẫu tính toán

Thành phần(%KL) Mẫu thực nghiệm Mẫu tối ưu cục bộ DT sunfat hoá 91,50 91,50

LAS 3 3,25 Độ tẩy sạch (%) 99 99,0

103

Nhận thấy, thành phần hoá học và độ tẩy rửa tính theo phương trình hồi qui hoàn toàn phù hợp với kết quả khảo sát bằng thực nghiệm với sai số không đáng kể. Từ đó cho thấy, có thể dùng cách tính toán để đưa ra thành phần pha chế CTR một cách nhanh chóng mà vẫn đảm bảo kết quả tương đối chính xác 3.5.2. Chế tạo CTR từ DT hydrat hoá

3.5.2.1.Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng LAS đến hoạt tính của chất tẩy rửa

Để khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng LAS đến hoạt tính của chất tẩy rửa chúng tôi đã tiến hành cố định lượng axit oleic, thay đổi hàm lượng dầu thông biến tính và LAS. Kết quả thu được như sau: Bảng 3.35.Ảnh hưởng của hàm lượng LAS đến hoạt tính của chất tẩy rửa từ DT hydrat hóa

Thành phần mẫu (% kl)

Tên mẫu DTBT

(% kl)

Axit oleic

(% kl)

LAS

(% kl)

Hoạt tính

tẩy sạch

( % )

K14 95 4 1 86,3

K15 94 4 2 87,3

K16 93 4 3 96,6

K17 92 4 4 92

K18 91 4 5 90

Từ bảng số liệu trên, ta xây dựng đồ thị hình 3.36 biểu diễn mối quan hệ giữa hàm lượng LAS và hoạt tính tẩy sạch. Số liệu trên đồ thị cho thấy độ tẩy rửa đạt cực đại là 96,6% ở hàm lượng LAS đạt 3% kl. Khi tăng LAS thêm từ 1 ÷ 2 % hoạt tính tẩy sạch không tăng lên mà còn giảm đi. Điều này có thể giải thích rằng, hàm lượng LAS cao dẫn đến tạo bọt nhiều, dung dịch đục hơn làm giảm khả năng tẩy rửa. Mặt khác, bản thân LAS khi hòa tan trong nước cũng rất dễ tạo bọt.

104

86.3 87.3

96.6

9290

75

80

85

90

95

100

1 2 3 4 5

Hàm lượng LAS, %

Hình 3.36. Ảnh hưởng của hàm lượng LAS đến hoạt tính tẩy sạch từ

DT hydrat hóa

3.5.2. 2. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng axit oleic đến hoạt tính của CTR

Để khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng axit oleic đến hoạt tính củaCTR, chúng tôi tiến hành cố định hàm lượng LAS, thay đổi hàm lượng dầu thông và axit oleic, kết quả thu được trong bảng 3.36 Bảng 3.36. Ảnh hưởng của hàm lượng axit oleic đến hoạt tính của CTR từ DT hydrat hóa

Thành phần mẫu (% kl)

Tên mẫu DTBT(% kl)

LAS (% kl)

Axit oleic (% kl)

Hoạt tính tẩy sạch

( % )

K19 96 3 1 87,4

K20 95 3 2 91,3

K21 94 3 3 93,5

K22 93 3 4 96,6

K23 92 3 5 94

105

Từ bảng số liệu trên, ta xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hàm lượng axit oleic và hoạt tính tẩy sạch

87.4

91.393.5

96.694

75

80

85

90

95

100

1 2 3 4 5

Hàm lượng axit oleic, %

Hình 3.37. Ảnh hưởng của hàm lượng axit oleic đến hoạt tính tẩy sạch từ DT hydrat hóa

Số liệu trên đồ thị cho thấy độ tẩy sạch đạt cực đại là 96,6 % khi hàm lượng axit oleic đạt 4 % kl. Khi tăng lượng axit oleic, độ tẩy rửa không tăng mà còn giảm đi. Điều đó chứng tỏ vai trò của axit oleic có khả năng chống chất bẩn tái bám trở lại khá cao. Vì axit oleic còn có khả năng phân hủy sinh học cao nên chúng tôi đã sử dụng axit oleic đóng vai trò là một tác nhân chống tái bám trong thành phần của chất tẩy rửa.

3.5.2. 3 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng của glyxerin đến hoạt tính của chất tẩy rửa

Để khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng glyxerin đến hoạt tính của chất tẩy rửa, chúng tôi đã tiến hành cố định tỷ lệ khối lượng DTBT, LAS và axit oleic, thay đổi thành phần glyxerin, kết quả thu được như trong bảng 3.37 và đồ thị hình 3.38 Bảng 3.37. Ảnh hưởng của hàm lượng glyxerin đến hoạt tính của chất tẩy rửa từ DT hydrat hóa

Mẫu Glyxerin (% kl ) Hoạt tính tẩy sạch (%) K24 0,5 97,7 K25 1 96 K26 1,5 94

106

97.796

94

75

80

85

90

95

100

1 2 3

Hàm lượng Glyxerin, %

Hình 3.38. Ảnh hưởng của hàm lượng glyxerin đến hoạt tính tẩy sạch từ DT hydrat hóa

3.5.2. 4 Khảo sát hàm lượng kiềm hữu cơ TEA đến hoạt tính của CTR Để khảo sát ảnh hưởng của kiềm hữu cơ TEA, các nghiên cứu được cố

định tỷ lệ khối lượng của DTBT, LAS, axit oleic và glyxerin, thay đổi thành phần TEA, thu được kết quả như sau: Bảng 3.38. Ảnh hưởng của hàm lượng TEA đến hoạt tính của chất tẩy sạch từ DT hydrat hóa Mẫu TEA (% kl ) Hoạt tính tẩy sạch (%) K27 0,5 95,3 K28 1 98 K29 1,5 96

Từ bảng số liệu trên ta xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hàm lượng TEA và hoạt tính tẩy sạch ( hình 3.39).Nhận thấy lượng TEA tối ưu là 1 % kl cho hoạt tính tẩy sạch tốt nhất là 98%.

TEA có vai trò đưa pH về môi trường trung tính, không làm mòn bề mặt vải sợi. Tuy nhiên, nếu lượng TEA quá nhiều thì hoạt tính tẩy sạch của chất tẩy rửa lại giảm, điều này có thể được giải thích do khi tăng hàm lượng TEA, độ nhớt của dung dịch chất tẩy rửa cũng tăng, dẫn đến sức căng bề mặt tăng, nên khả năng tẩy rửa giảm.

107

95.3

98

96

88

90

92

94

96

98

100

1 2 3

Hàm lượng TEA, %

Hình 3.39. Ảnh hưởng của hàm lượng TEA đến hoạt tính tẩy sạch từ DT hydrat hóa

3.5.2. 5. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ngâm mẫu đến hoạt tính của chất tẩy rửa

Ngoài thành phần CTR, điều kiện xử lý cũng ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả tẩy sạch. Sau khi tìm được các thành phần tối ưu của chất tẩy rửa, đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ngâm mẫu đến quá trình tẩy rửa bằng cách giữ nguyên thời gian ngâm mẫu, thay đổi nhiệt độ ngâm mẫu, kết quả thu được như sau: Bảng 3.39. Ảnh hưởng của nhiệt độ ngâm mẫu đến hoạt tính của chất tẩy rửa từ DT hydrat hóa Mẫu Nhiệt độ ngâm mẫu

(oC) Hoạt tính tẩy sạch (%)

K30 30 97,3 K31 40 98,5 K32 50 98,6 K33 60 98,8

Từ bảng số liệu trên ta xây dựng được đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nhiệt độ ngâm mẫu và hoạt tính tẩy sạch như hình 3.40

Khi nhiệt độ tẩy rửa tăng thì hoạt tính tẩy sạch của chất tẩy rửa cũng tăng. Tuy nhiên nếu quá trình giặt tẩy tiến hành ở nhiệt độ quá cao sẽ ảnh

108

hưởng đến độ bền của vải. Do vậy chúng tôi lựa chọn nhiệt độ tẩy rửa tối ưu là 40oC.

Ảnh hưởng của nhiệt độ ngâm mẫu đến hoạt tính tẩy sạch

97.3

98.5 98.698.8

96.5

97

97.5

98

98.5

99

30 40 50 60

Nhiệt độ ngâm mẫu (độ C)

Hoạt

tính

tẩy

sạch

(%)

Hình 3.40. Ảnh hưởng của nhiệt độ ngâm mẫu đến hoạt tính tẩy sạch từ DT hydrat hóa

3.5.2. 6 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ngâm mẫu đến hoạt tính của CTR

Để khảo sát ảnh hưởng của thời gian ngâm mẫu, đã cố định nhiệt độ, thay đổi thời gian ngâm mẫu, kết quả thu được ở bảng 3.40 và hình 3.41 Bảng 3.40. Ảnh hưởng của thời gian ngâm mẫu đến hoạt tính của chất tẩy rửa từ DT hydrat hóa Mẫu Thời gian ngâm mẫu ( phút) Hoạt tính tẩy sạch (%) K34 30 97,5 K35 60 98,5 K36 90 94,3

109

Ảnh hưởng của thời gian ngâm mẫu đến hoạt tính tẩy sạch

97.598.5

94.3

9293949596979899

30 60 90

Thời gian ngâm mẫu (phút)

Hoạt

tính

tẩy

sạch

(%)

Hình 3.41. Ảnh hưởng của thời gian ngâm mẫu đến hoạt tính tẩy sạch từ DT hydrat hóa

Khi tăng thời gian ngâm mẫu thì độ tẩy sạch tăng lên. Nhưng nếu ngâm mẫu quá lâu thì hoạt tính tẩy sạch lại giảm, nguyên nhân là do khi tăng thời gian ngâm mẫu thì khả năng tái bám trở lại của vết bẩn cũng tăng lên. Do đó thời gian ngâm mẫu hợp lý là 60 phút.

Bảng 3.41. Các điều kiện tối ưu để chế tạo CTR từ DT hydrtat hoá Mẫu DTBT

(%kl) LAS (%kl)

Axit oleic (%kl)

Glyxerin (%kl)

TEA (%kl)

Nhiệt độ ngâm mẫu (oC)

Thời gian ngâm mẫu(phút)

Độ tẩy sạch%

K31 91,5 3 4 0,5 1 40 60 98,5

3.5.2.7. Một số thông số hóa lý của chất tẩy rửa đã pha chế Số liệu về so sánh các tính chất hoá lý của các loại CTR được đưa ra ở bảng 3.42

Bảng 3.42. Các đặc trưng hoá lý của các loại CTR Mẫu Tỷ trọng d SCBM

(mN/m) Độ nhớt (cSt)

Độ bay hơi (g/h. cm2)

Hoạt tính tẩy sạch (%)

CTR sunfat hoá

0,924 11,25 2,024 2,58. 10-3 99 COT

CTR hydrat hoá

0,915 15,62 1,985 3,06. 10-3 98,5 PES

110

Nhìn vảo bảng trên ta thấy, độ bay hơi của sản phẩm CTR giảm rất mạnh; hoạt tính tẩy sạch của CTR đạt gần 100%. Để loại bỏ hoàn toàn vết chất bẩn trên vải, có thể có các biện pháp sau: *Sau khi xử lý bằng dung dịch CTR, tiến hành giặt bằng xà phòng bột thông thường ở nhiệt độ 60oC. *Sau khi xử lý và giặt xong, tiến hành tẩy trắng với tác nhân H2O2 hoặc Na2SO3. Qui trình này cho phép đạt được độ trắng của vải tới 100% hoặc hơn. Kết luận về thành phần CTR: Sau khi khảo sát tìm các thành phần chính, có sự xem xét thêm về khía cạnh sự hòa trộn các chất trong CTR và bảo vệ bề mặt của vải, chúng tôi đã cho thêm 1% rượu isopropylic (hoặc etylic) có vai trò như một dung môi cầu để trợ giúp quá trình hòa tan giữa các cấu tử tốt hơn, 1% phụ gia PG4 có tác dụng chống bào mòn bề mặt vải. Vậy thành phần CTR sau khi đã điều chỉnh như sau: DTBT 90%, LAS 3%, axit oleic 4 %, glyxerin 0,5%, TEA 1%, PG4 0,5%, rượu isopropylic 1%.

3.5.3. Quy trình tẩy trắng Sau quy trình tẩy rửa dầu mỡ trên vải sợi, các cấu tử trong dầu thông biến

tính, hoặc bản thân axit oleic có thể bám vào vải sợi, gây hiện tượng ố vàng. Mặt khác, những tạp chất của xơ polyeste có thể tách ra được, sử dụng biện pháp giặt bằng chất tẩy rửa tổng hợp, nhưng tạp chất của phần xơ bông trong điều kiện bình thường (nhiệt độ thấp) khó có thể gột sạch, vì vậy qui trình tẩy trắng sẽ trợ giúp loại bỏ những vết bẩn cuối cùng và làm tăng độ trắng của vải /1/. Chúng tôi lựa chọn tác nhân tẩy trắng là H2O2, là một chất có tính oxy hóa mạnh, được trộn một ít trong dung dịch nước. Nước oxy già không phân giải, cũng tương đối ổn định. Và vì lý do ấy, mọi dung dịch bán trên thị trường đều được đưa về pH axit.

Ở môi trường kiềm, nước oxy già có hai khả năng: - Nó có thể chịu một sự phân giải axit-kiềm: H2O2 HOO- + H+ -Nó có thể chịu một sự biến đổi:2H2O2 2H2O + O2

Phản ứng phân giải tạo ra anion perhydroxyl HOO- là loại được biết có nhiệm vụ làm trắng. Liên kết -O-O- của anion perhydroxyl có thể bị cắt đứt và giải phóng một nguyên tử O, gọi là oxy hoạt tính, có tính oxy hóa rất cao.

Dựa trên lý thuyết về quy trình công nghệ làm sạch vải /1/, chúng tôi đã lựa chọn Na2CO3 để đưa nước oxy già về môi trường kiềm, giúp quá trình phân giải H2O2 nhanh hơn ở thời điểm tẩy trắng. Dựa trên lý thuyết về hiệu quả quá trình phân giải H2O2 /1/, đã chọn tỷ lệ khối lượng giữa Na2CO3/ H2O2 là 2,07/1. Tiến hành khảo sát hiệu quả tẩy trắng ở các nhiệt độ khác nhau, thu được kết quả như sau:

111

Bảng 3.43. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ trắng của vải Mẫu Nhiệt độ tẩy trắng

(oC) Độ trắng của vải (%)

K37 40 103,1 K38 50 118,7 K39 60 125,5 K40 70 113,1 K41 80 105,7

Từ bảng số liệu trên, ta xây dựng đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ tẩy trắng đến độ trắng của vải ( hình 3.42)

Từ các số liệu trên, dễ dàng nhận thấy độ trắng của vải thu được lớn hơn 100%, tức là trắng hơn vải mộc ban đầu trước khi tẩm dầu mỡ. Điều này có thể giải thích do vải ban đầu là vải mộc, chưa hề qua một công đoạn xử lý hóa học nào, nên vẫn còn một lượng lớn hồ từ quá trình chuốt sợi vẫn bám trên bề mặt vải, ngăn cản dầu mỡ chui sâu vào bên trong mao quản. Mặt khác, lớp hồ đó cũng làm vải ban đầu tối màu. Do đó, khi đã tẩy hết lớp sáp và vết dầu mỡ bám trên vải, vải sẽ trắng hơn ban đầu.Vì thế, độ trắng thu được lớn hơn 100%. Từ đồ thị trên nhận thấy, nhiệt độ tẩy trắng tối ưu của dung dịch H2O2/Na2CO3 là 60oC. Nếu nhiệt độ thấp thì chưa đủ để có thể gột sạch các tạp chất bên trong xơ vải. Nếu nhiệt độ cao quá, thì có thể dẫn đến hiện tượng H2O2 bị phân hủy quá nhanh, quá trình tẩy trắng chỉ diễn ra trên từng phần cục bộ của bề mặt vải, nơi cónồng độ HOO- cao, do đó hiệu quả tẩy

trắng thấp. Hình 3.42. Ảnh hưởng của nhiệt độ tẩy trắng đến độ trắng của vải

Ảnh hưởng của nhiệt độ tẩy trắng đến độ trắng của vải

103.1118.7 125.5

113.1 105.7

020406080

100120140

40 50 60 70 80

Nhiệt độ tẩy trắng (độ C)

Độ trắn

g củ

a vả

i (%

)

112

3.5.4. Nghiên cứu chế tạo CTR trên thiết bị lớn Thiết bị phối trộn để chế tạo CTR ở qui mô lớn có dung tích 100 lít. Thiết bị này hình trụ, có sinh hàn làm lạnh, có khuấy theo kiểu tuốc bin như thiết bị tổng hợp chất HĐBM. Đặc điểm của quá trình phối trộn chế tạo CTR là quá trình xảy ra ở nhiệt độ thường nên không cần bộ phận gia nhiệt. Do thành phần để pha chế CTR phức tạp nên vấn đề khuấy trộn rất quan trọng, nhằm làm cho các cấu tử phối trộn tan hoàn toàn trong nhau. Các điều kiện và thành phần để pha chế hỗn hợp CTR dựa trên dầu thông sunfat hoá được thực hiện như các nghiên cứu trong PTN, cụ thể: DT sunfat hoá 91,5%, axit oleic 4%, LAS 3%, TEA 1%, glyxerin 0,5%. Trình tự pha trộn các thành phần được miêu tả trong phần qui trình công nghệ 3.5.4.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn trong thiết bị 100 lít Quá trình pha chế được thực hiện trong khi khuấy trộn. Kết quả nghiên cứu về tốc độ khuấy trên thiết bị 100 lít được đưa ra ở bảng 3.44 Bảng 3.44. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn trong thiết bị lớn để chế tạo CTR

TT Tốc độ khuấy trộn, v/ph Hoạt tính tẩy sạch, % 1 300 60,6 2 400 75,2 3 500 83,7 4 600 90,4 5 700 99,2 6 800 99,3

Kết quả trên bảng 3.46 chỉ ra rằng, khi tốc độ khuấy tăng thì hoạt tính tẩy sạch tăng; đến khi tốc độ khuấy đạt 700-800 v/ph thì hoạt tính tăng cực đại. Sản phẩm thu được có độ đồng nhất cao (để trong thời gian 8 tháng không bị tách lớp). Khi tốc độ khuấy thấp, hoạt tính của sản phẩm chưa đạt yêu cầu, do khi đó, các cấu tử trong hỗn hợp chưa đủ mức độ tiếp xúc để hoà tan hoàn toàn. Sản phẩm này ngoài hoạt tính thấp còn có đặc điểm không bền, bị phân tách thành 2-3 lớp trong thời gian ngắn (2-3 tháng). Như vậy, so với quá trình tổng hợp chất HĐBM. Pha chế tạo CTR cần có tốc độ khuấy mạnh hơn. Với số liệu trên, ta chọn tốc độ khuấy trong thiết bị 100 lít là 700v/ph cho quá trình chế tạo CTR. Công suất của động cơ máy khuấy chọn là 10,5 kw. 3.5.4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian pha phối trộn trong thiết bị 100 lít

113

Để tìm được thời gian phù hợp cho 1 mẻ phối trộn, đã khảo sát sự phụ thuộc hoạt tính tẩy sạch vào thời gian; thu được các số liệu trong bảng 3.45. Bảng 3.45. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian trong thiết bị lớn để chế tạo CTR

TT Thời gian phối trộn, phút Hoạt tính tẩy sạch, % 1 30 79 2 45 86 3 60 99,1 4 75 99,0 5 90 99,3

Kết quả cho thấy, sau 60 phút khấy trộn, hỗn hợp CTR đã có hoạt tính tối đa, các thành phần trong đó đã hoà tan vào nhau hoàn toàn, tạo thành một dung dịch đồng nhất, bền vững, không bị phân tách. Lựa chọn thời gian 1 giờ cho quá trình phối trộn chế tạo CTR. 3.6.NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ TẨY SẠCH VẢI SỢI Để thiết lập cơ chế tẩy sạch dầu mỡ trên vải sợi, cần phải nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến quá trình tẩy rửa như sức căng bề mặt, điện thế Zeta, nồng độ mixen tới hạn, chỉ số HLB của dung dịch chất tẩy rửa... 3.6.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của sức căng bề mặt đến hoạt tính tẩy rửa Sức căng bề mặt ảnh hưởng lớn đến hoạt tính tẩy rửa theo cơ chế “cuốn trôi” (Rolling Up). Để xác khảo sát ảnh hưởng của sức căng bề mặt đến hoạt tính tẩy rửa, chúng tôi đã tiến hành tạo ra các mẫu dung dịch chất tẩy rửa có sức căng bề mặt khác nhau sau đó tiến hành tẩy dầu trên các mẫu vải nhiễm dầu trong cùng điều kiện để xác định hoạt tính tẩy rửa của các dung dịch này, kết quả thu được trên bảng 3.46

Bảng 3.46. Mối quan hệ giữa sức căng bề mặt và hoạt tính tẩy rửa

Mẫu Sức căng bề mặt (mN/m)

Hoạt tính tẩy rửa (%)

1 55,2 90,1

2 54,7 91,8

3 53,8 92,5

4 52,1 93,2

5 51,5 93,8

114

6 50,6 94,5

7 48,8 95,7 Từ các kết quả thu được ta có đồ thị hình 3.43 thể hiện mối quan hệ giữa sức căng bề mặt và hoạt tính tẩy rửa.

454647484950515253545556SCBM

mN/m

90.1 91.8 92.5 93.2 93.8 94.5 95.7

Ho¹t tÝnh tÈy s¹ch, %

Hình 3. 43. Mối quan hệ giữa SCBM và hoạt tính tẩy rửa Qua bảng số liệu và đồ thị hình 3.43 ta thấy, khi hoạt tính tẩy sạch tăng thì SCBM giảm và ngược lại, khi hoạt tính tẩy sạch giảm thì SCBM tăng. Điều này có thể giải thích như sau: Đối với các mẫu có SCBM thấp thì khả năng hấp phụ của các chất hoạt động bề mặt lên bề mặt nhiễm bẩn và chất bẩn tốt, do đó làm giảm khả năng bám dính của chất bẩn trên bề mặt nhiễm bẩn (làm giảm góc thấm ướt của giọt dầu trên bề mặt nhiễm bẩn), do đó quá trình tẩy rửa xảy ra dễ dàng hơn và hiệu quả tẩy rửa cao hơn. Ngược lại, với các mẫu có SCBM cao hơn thì khả năng hấp phụ của các chất hoạt động bề mặt kém nên hiệu quả tẩy rửa sẽ không cao. 3.6.2. Quan hệ giữa điện thế zeta và hoạt tính tẩy rửa Điện thế zeta là thông số quan trọng để đánh giá mức độ bền vững của các hạt nhũ trong dung dịch chất tẩy rửa. Chúng tôi tiến hành xác định điện thế zeta của dung dịch CTR thông qua việc đo tốc độ điện di của dung dịch CTR. Đối với dung dịch CTR thì hoạt tính tẩy rửa và độ điện di có liên quan chặt chẽ với nhau. Khi dung dịch CTR có độ điện di lớn có nghĩa là điện thế

115

zeta trên bề mặt của hạt nhũ lớn, do đó các hạt nhũ tồn tại trong dung dịch CTR bền vững hơn. Các hạt nhũ bền sẽ làm cho khả năng cuốn trôi chất bẩn dầu mỡ của các hạt nhũ, đồng thời làm cho hiệu quả của quá trình hòa tan hóa cao hơn, do đó hoạt tính tẩy rửa của dung dịch CRT sẽ cao hơn. Như vậy, nếu muốn hoạt tính tẩy rửa cao thì các hạt nhũ phải càng bền càng tốt, có nghĩa là điện thế zeta phải cao. Tuy nhiên, khi điện thế zeta cao quá, các hạt nhũ ở trạng thái quá bền vững sẽ gây khó khăn cho việc tách hỗn hợp có chất bẩn sau khi tẩy rửa chất bẩn khỏi bề mặt vải và xử lý nước thải nhiễm dầu. Như vậy, trong quá trình tẩy rửa dầu mỡ trên vải sợi cần dung dịch chất tẩy rửa có các hạt nhũ bền, độ ổn định tương đối cao nhưng không cần hạt nhũ bền quá bền, do vậy không cần điện thế zeta quá cao, khi đó vừa đảm bảo hoạt tính tẩy rửa cao lại có thể dễ dàng lắng tách CTR trong nước thải. Để nghiên cứu mối quan hệ giữa điện thế zeta và hoạt tính tẩy rửa, chúng tôi tiến hành xác định điện thế zeta của các mẫu dung dịch CTR có hoạt tính tẩy sạch khác nhau. Kết quả đo điện thế zeta và hoạt tính tẩy rửa được thể hiện trên bảng 3.47

Bảng 3.47. Quan hệ giữa điện thế zeta và hoạt tính tẩy rửa

Mẫu Hoạt tính tẩy rửa (%) Điện thế Zeta (mV) 1 98,6 35,7 2 93,6 28,1 3 90,1 24,2 4 83,4 22,5 5 80,8 21,9 6 78,4 21,2 7 73,6 19,6

Từ bảng số liệu ta xây dưng được đồ thị hình 3.44 biễu diễn sự phụ thuộc của hoạt tính tẩy sạch vào điện thế zeta.

116

Hình 3.44. Sự phụ thuộc của hoạt tính tẩy sạch vào điện thế Zeta

Qua bảng số liệu và đồ thị hình 3.44 ta thấy: khi điện thế Zeta càng lớn (có nghĩa là dung dịch tạo thành nhũ tương càng bền) thì hoạt tính tẩy sạch của dung dịch CTR càng cao và ngược lại, khi điện thế Zeta nhỏ (hệ nhũ tương tạo thành kém bền vững) thì hoạt tính tẩy rửa không cao. Để đảm bảo hoạt tính tẩy rửa cao lại có thể dễ dàng tách dầu bám trên vải và tách chúng ra khỏi hỗn hợp CTR, chúng tôi lựa chọn các dung dịch tẩy rửa có điện thế zeta trong khoảng 25 ÷ 30 mV. 3.6.3. Xác định nồng độ mixen tới hạn của dung dịch chất tẩy rửa Có thể xác định nồng độ mixen tới hạn dựa vào mối quan hệ với sức căng bề mặt. Phương pháp này đơn giản, thao tác dễ dàng, thời gian xác định nhanh, kết quả thu được khá chính xác. 3.6.3.1 Khảo sát mối quan hệ giữa sức căng bề mặt và nồng độ dung dịch chấy tẩy rửa Khi tăng nồng độ của chất tẩy rửa thì sức căng bề mặt của dung dịch sẽ giảm, từ đó làm tăng khả năng tẩy sạch của dung dịch CTR. Nhưng khi tăng nồng độ của CTR lên quá nồng độ mixen tới hạn, khi đó xảy ra quá trình keo tụ nên sức căng bề mặt của dung dịch sẽ tăng lên và khả năng tẩy rửa của dung dịch bị giảm. Chính vì vậy, để xác định nồng độ mixen tới hạn của dung dịch CTR cần phải đo sức căng bề mặt của dung dịch chất tẩy rửa có nồng độ khác nhau. Tiến hành xác định nồng độ mixen tới hạn của mẫu chất tẩy rửa có thành phần 90% dầu thông biến tính, 3 % axit oleic, 5 % LAS, 1% Glyxerin, 1 % TEA. Xác định nồng độ mixen tới hạn bằng cách pha dung dịch chất tẩy rửa này ở các nồng độ khác nhau. Tiến hành đo sức căng bề mặt của các mẫu ở cùng một nhiệt độ, kết quả thu được như sau:

60

70

80

90

100

15 20 25 30 35 40

§ iÖn thÕ Z eta, m V

Ho¹

t tÝn

h tÈ

y s¹

ch, %

117

Bảng 3.48 : Giá trị sức căng bề mặt ở các nồng độ CTR khác nhau

TT Nồng độ dd CTR (%) SCBM (mN/m) 1 4,0 52,8 2 3,6 50,4 3 3,4 48,8 4 3,2 47,6 5 3,0 48,2 6 2,5 52,1

Từ kết quả thu được ta xây dựng đồ thị hình 3.45

Hình 3.45. Quan hệ giữa SCBM và nồng độ dung dịch CTR

Dựa vào đồ thị ta thấy, tại nồng độ 3,2 % thì SCBM của dung dịch CTR thay đổi đột ngột, vậy theo định nghĩa thì đây chính là nồng độ mixen tới hạn của dung dịch CTR 3.6.3.2 Mối quan hệ giữa hoạt tính tẩy sạch và nồng độ mixen tới hạn Qua bảng số liệu 3.51 và đồ thị hình 3.45 thể hiện mối quan hệ giứa SCBM và nồng độ dung dịch chất tẩy rửa: ứng với khoảng nồng độ dung dịch CTR từ 0 ÷ 3,2 % thì khi tăng nồng độ dung dịch CTR thì SCBM của dung dịch giảm, do đó khả năng hấp thụ của chất tẩy rửa lên trên bề mặt bị nhiễm bẩn tăng và làm giảm khả năng bám dính của chất bẩn trên bề mặt nhiễm bẩn, khi đó chất bẩn sẽ dễ dàng tách ra khỏi bề mặt trong quá trình tẩy rửa và hoạt tính tẩy sạch sẽ tăng lên. Tại nồng độ dung dịch là 3,2% thì SCBM đạt giá trị nhỏ nhất là 47,6 mN/m.

4748495051525354

2 2.5 3 3.5 4 4.5

Nång ®é dung dÞch CTR, %

SCBM

, mN

/m

118

Khi ta tăng nồng độ dung dịch CTR lên quá nồng độ mixen tới hạn thì bắt đầu xảy ra quá trình keo tụ làm sức căng bề mặt của dung dịch tăng lên, khả năng tẩy rửa của dung dịch giảm. Do đó, trong quá trình tẩy rửa người ta thường tiến hành với hàm lượng CTR trong khoảng nồng độ mixen tới hạn. 3.6.4. Đánh giá khả năng hòa tan, tạo nhũ của chất tẩy rửa 3.6.4.1 Ảnh hưởng của chất HĐBM LAS đến khả năng hòa tan, tạo nhũ của chất tẩy rửa Khả năng hòa tan, tạo nhũ tốt là một chỉ tiêu để đánh giá chất lượng của chất tẩy rửa. Dầu thông ban đầu không tan trong nước, sau khi thực hiện quá trình sufat hóa dầu thông thì khả năng hòa tan của hỗn hợp sản phẩm vẫn chưa đạt yêu cầu. Do đó, chúng tôi tiến hành pha thêm phụ gia LAS để làm tăng khả năng hòa tan, tạo nhũ của chất tẩy rửa.

Để khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng LAS đến hoạt tính tẩy sạch chúng tôi tiến hành thí nghiệm với sự thay đổi hàm lượng của LAS và dầu thông biến tính, cố định hàm lượng axit oleic, kết quả được cho trong bảng 3.49 Bảng 3.49. Sự phụ thuộc của hoạt tính tẩy rửa vào hàm lượng chất hoạt động bề mặt LAS

Thành phần mẫu TT

DTBT, % KL

Axit oleiic, % KL

LAS, % KL

Hoạt tính tẩy sạch, %

Khả năng tạo nhũ

1 94 4 2 90,4 Nhũ dễ tách lớp

2 93 4 3 92,9 Nhũ dễ tách lớp

3 91 4 5 98,5 Tạo nhũ hoàn toàn, hạt nhũ bền

4 90 4 6 94,7 Tạo nhũ hoàn toàn, hạt nhũ bền

5 88 4 8 92,5 Tạo nhũ hoàn toàn

119

Từ số liệu trong bảng 3.49 thấy rằng khi hàm lượng LAS thay đổi thì hoạt tính tẩy sạch cũng thay đổi theo, khi hàm lượng LAS là 5 % thì hoạt tính tẩy sạch tăng cao nhất là 98,5%, đồng thời quá trình nhũ hóa xảy ra tốt nhất: quan sát thấy CTR nhũ hóa hoàn toàn trong nước, nhũ bền trong thời gian dài. Tiếp tục tăng hàm lượng LAS lên thì hoạt tính tẩy sạch bắt đầu giảm, do khi hàm lượng LAS cao dẫn đến tạo bọt nhiều làm giảm khả năng tẩy sạch, đồng thời làm giảm nồng độ các chất khác, mà các chất đó cũng tham gia vào quá trình tẩy rửa. Như vậy, LAS là chất hoạt động bề mặt bổ sung hoạt tính cho chất tẩy rửa từ dầu thông, vai trò của LAS là trợ giúp cho sự tạo nhũ tốt hơn và quá trình “ cuốn trôi” xảy ra tốt hơn.

3.6.4.2 Xác định chỉ số HLB của dung dịch chất tẩy rửa

Chỉ số HLB là một đơn vị đo lường tính đối cực của phân tử, đặc trưng cho mức độ hòa tan của chất HĐBM và CTR trong nước. Xác định chỉ số HLB của mẫu dầu thông và dầu thông biến tính thu được kết quả như sau: Bảng 3.50. Chỉ số HLB và hoạt tính tẩy sạch của các sản phẩm TT Sản phẩn Chỉ số HLB Hoạt tính tẩy rửa, % 1 Dầu thông chưa biến tính 8,6 46 2 Dầu thông hydrat hóa 11,4 84 3 Dầu thông sunfat hóa 14.8 92 4 Dầu thông oxy hóa 12,6 76 5 Chất tẩy rửa từ dầu thông

sunfat hóa 15.6 98,6

Dầu thông chưa biến tính có chỉ số HLB thấp, độ phân tán của chất này trong nước kém. Khi biến tính dầu thông thì chỉ số HLB tăng nhiều do tạo thành các nhóm phân cực. Dầu thông sunfat hóa phân cực mạnh nhất và có hoạt tính tẩy sạch cao nhất. Chất tẩy rửa từ dầu thông sunfat hóa chế tạo được có chỉ số HLB > 15 nên khả năng hòa tan tạo nhũ tốt. Thực nghiệm quan sát thấy rằng dung dịch CTR tan hoàn toàn trong nước và hệ nhũ tương tạo thành có độ ổn định cao. 3.6.5. Xác định độ mao dẫn của vải sợi Để xác định chất lượng của vải mộc sau quá trình xử lý (tẩy dầu, giũ hồ, tẩy trắng) trước khi nhuộm và in hoa người ta thường tiến hành đo độ mao dẫn của vải, bằng việc đo độ mao dẫn của vải ta có thể xác định được hoạt tính tẩy rửa. Chúng tôi thực hiện xử lý dầu khoáng, parafin và hồ bám trên vải mộc bằng cách dùng chất tẩy rửa từ dầu thông sunfat hóa. Mẫu vải mộc được

120

ngâm trong dung dịch chất tẩy rửa trong khoảng thời gian nhất định có khuấy trộn sau rửa lại bằng nước sạch để loại bỏ hết chất bẩn và chất tẩy rửa bám trên vải, phơi khô mẫu vải và tiến hành đo độ mao dẫn của vải. Để nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chất tẩy rửa đến độ mao dẫn của vải, chúng tôi thực hiện quá trình xử lý vải mộc ban đầu bằng các dung dịch chất tẩy rửa có nồng độ khác nhau trong cùng điều kiện tẩy rửa:

- Thời gian ngâm mẫu: 30 phút; - Nhiệt độ tẩy rửa: 30 0C

kết quả thu được thể hiện trên bảng số liệu 3.51 Bảng 3.51. Ảnh hưởng của nồng độ chất tẩy rửa đến độ mao dẫn của vải TT Mẫu Nồng độ CTR , % KL Độ mao dẫn, mm Hoạt tính tẩy

sạch, % 1 0 5 8 2 1 12 25 3 2 26 39 4 3 38 50 5 4 52 67 6 5 65 85 7 6 70 99,2 8 8 72 99,4 9 10 73 99,4

Từ bảng số liệu 3.51 ta xây dựng đồ thị hình 3.46 thể hiện mối quan hệ giữa nồng độ chất tẩy rửa và độ mao dẫn của vải:

Hình 3.46. Mối quan hệ giữa nồng độ chất tẩy rửa và độ mao dẫn của vải

0

20

40

60

80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Nång ®é dung dÞch CTR, %

§é

mao

dÉn

, mm

121

Qua bảng số liệu và đồ thị ta thấy độ trong quá trình tẩy rửa dầu mỡ trên vải mộc thì khi tăng nồng độ chất tẩy rửa thì độ mao dẫn của vải tăng. Tại nồng độ dung dịch CTR 3% (xấp xỉ nồng độ mixen tới hạn) thì độ mao dẫn là 38 mm khi tăng nồng độ CTR thì độ mao dẫn vẫn tiếp tục tăng có nghĩa là quá trình tẩy rửa vẫn tiếp tục xảy ra, khi tăng nồng độ CTR đến khoảng từ 5 ÷ 10 % thì độ mao dẫn đạt cực đại và hầu như không tăng nữa. Điều này có thể giải thích như sau: Do dầu mỡ, hồ và các tạp chất khác không những bám trên bề mặt vải mà còn chui sâu vào trong các mao quản của sợi vải. Trong quá trình tẩy rửa dầu mỡ trên vải sợi, nhiệm vụ của chất tẩy rửa không chỉ là làm giảm sức căng bề mặt để cuốn trôi chất bẩn bám trên bề mặt mà còn phải chui sâu vào trong mao quản sợi vải và kéo chất bẩn ra ngoài, quá trình này được thực hiện nhờ hiện tượng hòa tan hóa của dung dịch chất tẩy rửa đối với chất bẩn. Khi nồng độ dung dịch CTR càng cao thì hiện tượng hòa tan hóa xảy ra càng mạnh và lượng chất bẩn được kéo ra càng nhiều. Qua thực nghiệm với chất tẩy rửa từ dầu thông sunfat hóa chúng tôi chọn nồng độ chất tẩy rửa thích hợp là 6 % vì tại nồng độ này độ mao dẫn của vải thu được là 70 mm, đạt yêu cầu để đem đi nhuộm và in hoa. Nếu thực hiện tẩy rửa ở nồng độ CTR cao hơn thì độ mao dẫn tăng không đáng kể, và xảy ra hiện tượng tái bám trở lại của chất bẩn và chất tẩy rửa lên bề mặt vải do đó cần phải tiêu tốn một lượng nước nhiều hơn để giũ sạch vải sau khi tẩy rửa, bên cạnh đó việc sử dụng chất tẩy rửa ở nồng độ lớn sẽ làm tăng chi phí sản xuất của quá trình. Như vậy, qua việc khảo sát nồng độ chất tẩy rửa và độ mao dẫn của vải (là thông số đánh giá chất lượng vải sau xử lý) ta có so sánh và kết luận sau: Khác với việc tẩy rửa dầu mỡ trên bề mặt rắn (ví dụ quá trình tẩy rửa cặn dầu trong bồn bể chứa), do cấu trúc bề mặt vải sợi khác với bề mặt rắn (bề mặt kim loại) nên cơ chế tẩy rửa dầu mỡ trên vải sợi có nhiều điểm khác so với việc tẩy dầu mỡ trên bề mặt kim loại. Sự tẩy rửa trên kim loại chủ yếu theo cơ chế cuốn trôi (Rolling Up), do đó quá trình tẩy rửa dầu mỡ trên bề mặt kim loại thường được tiến hành tại nồng độ mixen tới hạn với sự hỗ trợ của tác động cơ học mạnh (áp lực tác dụng lên bề mặt lớn) để cuốn trôi chất bẩn bám trên bề mặt. Đối với việc tẩy rửa dầu mỡ trên vải sợi do đặc điểm của bề mặt vải và yêu cầu chất lượng nên không thể dùng tác động cơ học mạnh do có thể làm vải bị kéo giãn gây co, đứt làm giảm chất lượng vải, vì vậy quá trình tẩy rửa dẫu mỡ trên vải được tiến hành với nồng độ cao với sự hỗ trợ của tác động cơ học nhẹ và thời gian tiến hành lâu hơn, cơ chế để lôi kéo chất bẩn ra khỏi bề mặt vải chủ yếu theo cơ chế hòa tan hóa.

122

3.6.6 . Thiết lập mô hình cơ chế tẩy dầu mỡ trên vải sợi Từ các kết quả nghiên cứu tính chất hóa lý bề mặt vải sợi bằng phổ IR và ảnh SEM ở phần trên thấy rằng, dầu mỡ không những bám trên bề mặt vải mà còn chui sâu vào bên trong các mao quản của sợi vải. Do đó muốn tẩy sạch được dầu mỡ và các chất bẩn bám trên vải sợi cần phải dùng chất tẩy rửa có hoạt tính cao, độ phân cực lớn và tương đồng cấu trúc với các phân tử dầu mỡ để dễ dàng hòa tan và lôi kéo các phân tử dầu mỡ ra khỏi bề mặt vải sợi. Dầu thông sunfat hóa là chất hoạt động anion và phân cực mạnh, lại có cấu trúc tương đồng với các cấu tử chính có trong thành phần dầu mỡ nên dễ dàng hòa tan các vết bẩn dầu mỡ và kéo chúng ra khỏi bề mặt vải sợi. Để đảm bảo yêu cầu tẩy rửa và chất lượng vải sau khi xử lý, chúng tôi đã tiến hành pha thêm các phụ gia LAS, axit oleic, glyxerin, TEA để làm tăng khả năng hòa tan tạo nhũ, khả năng chống tái bám và làm mềm vải của chất tẩy rửa. Quá trình tẩy rửa dầu mỡ trên vải được tiến hành trong điều kiện sau:

- Hàm lượng chất tẩy rửa : 6 % KL - Thời gian tẩy rửa: 45 phút - Nhiệt độ tẩy rửa: 30 0C

Từ các kết quả thực nghiệm tẩy rửa dầu mỡ trên vải sợi, đã giả thiết quá trình tẩy rửa dầu mỡ trên vải sợi diễn ra như sau: Khi ngâm mẫu vải nhiễm bẩn trong dung dịch chất tẩy rửa, ban đầu các hạt mixen của chất tẩy rửa sẽ tiếp xúc với các phân tử dầu mỡ trên bề mặt vải làm giảm góc thấm ướt và kéo các phân từ dầu mỡ ra ngoài dưới tác dụng của lực cuốn trôi, sau đó các hạt mixen này sẽ chui sâu vào trong các mao quản của sợi vải và tiếp tục lôi kéo các phân tử dầu ở sâu trong mao quản nhờ quá trình hòa tan hóa, các mixen sẽ tập hợp và bao bọc xung quan một phân tử dầu mỡ và lôi kéo chúng ra ngoài (hiện tượng hòa tan hóa). Cơ chế của quá trình tẩy rửa dầu mỡ dựa trên hai cơ chế chính là cơ chế cuốn trôi và cơ chế hòa tan hóa được minh họa như hình 3.48 và 3.49 + Quá trình tẩy rửa dầu mỡ trên vải sợi theo cơ chế cuốn trôi (Rolling Up): Khi pha chất tẩy rửa vào nước thì làm cho dung dịch tạo thành có sức căng bề mặt thấp hơn rất nhiều so với ban đầu, với dung dịch 3 % chất tẩy rửa thì sức căng bề mặt của dung dịch chất tẩy rửa là 42,8 mN/m.

123

Hình 3.47. Mô hình cơ chế tẩy dầu mỡ theo cơ chế cuốn trôi với góc tiếp giáp θ > 900

Với các bề mặt nhiễm bẩn là bề mặt rắn nhẵn thì chất bẩn dầu mỡ bám

dính trên bề mặt có góc tiếp giáp θ > 900, do đó chất bẩn sẽ được tẩy sạch theo cơ chế cuốn trôi như mô tả trên hình 3.47. Các mixen của chất tẩy rửa sẽ tiến lại gần các phân tử dầu mỡ, dưới tác dụng của việc giảm sức căng bề mặt dung dịch, sẽ làm giảm góc thấm ướt giữa phân tử dầu mỡ và bề mặt nhiễm bẩn, cuối cùng phân tử dầu mỡ sẽ tách khỏi bề mặt bị nhiễm bẩn nhờ lực căng bề mặt và tác động cuốn của dòng nước.

Hình 3.48. Mô hình cơ chế tẩy dầu mỡ theo cơ chế cuốn trôi với góc tiếp giáp θ < 900

Đối với bề mặt vải sợi, có cấu trúc bao gồm nhiều bó sợi, mỗi sợi lại có hệ thống các mao quản, do đó các chất bẩn bám trên bề mặt vải sợi thường có góc tiếp giáp θ <900 ( hình 3.48)

Do đặc điểm cấu trúc bề mặt vải sợi nên chất bẩn dầu mỡ không thể được tẩy sạch hoàn toàn nhờ cơ chế cuốn trôi, đặc biệt là các phân tử dầu mỡ nằm sâu trong hệ thống các mao quản của vải sợi. Điều này được chứng minh qua thực nghiệm tiến hành tẩy rửa đối với mẫu vải nhiễm dầu với nồng độ chất tẩy rửa 3% , khi đó theo lý thuyết chỉ xảy ra cơ chế cuốn trôi. Chúng tôi xác định hiệu quả quá trình tẩy rửa thông qua việc đo độ mao dẫn của vải, kết quả trên bảng 3.54 cho biết độ mao dẫn là 38 mm (tương ứng với

124

hoạt tính tẩy sạch xác định dược là 50%). Như vậy, còn một lượng lớn dầu mỡ còn bám trên vải và dầu mỡ không được tẩy sạch nhờ cơ chế cuốn trôi.

Để loại bỏ hoàn toàn dầu mỡ bám trên bề mặt vải sợi và nằm sâu trong các mao quản của vải thì cơ chế hòa tan hóa đòng vai trò chủ đạo. Do thành phần chất tẩy rửa chủ yếu là dầu thông sufat hóa có độ phân cực lớn (chỉ số HLB = 14,6), các cấu tử trong thành phần dầu thông có cấu trúc khá tương đồng với các phần tử trong dầu mỡ, bên cạnh đó đường kính mao quản của sợi vải lớn hơn rất nhiều so với kích thước động học của các thành phần trong chất tẩy rửa, vì vậy chất tẩy rửa có thể chui sâu vào trong mao quản của vải sợi, hòa tan và lôi kéo chất bẩn dầu mỡ ra ngoài. Điều này được chứng minh qua thực nghiệm tiến hành tẩy rửa mẫu vải với nồng độ chất tẩy rửa là 6 % lớn hơn nồng độ mixen tới hạn (nồng độ mixen tới hạn là 3,2 % ). Khi tẩy rửa ở nồng độ này sẽ xảy ra hiện tượng hòa tan hóa, hiệu quả tẩy sạch được xác định thông qua việc đo độ mao dẫn và được chỉ ra trên bảng 3.54 là 70 mm (tương ứng với hoạt tính tẩy sạch là 92,2 %). Như vậy, chất tẩy rửa đã chui sâu vào trong mao quản của vải sợi và lôi kéo các phần tử dầu mỡ ra khỏi mao quản và bề mặt vải sợi, lượng dầu mỡ bám trên vải được tẩy sạch gần như hoàn toàn.

Qua việc nghiên cứu cơ chế tẩy dầu mỡ trên vải sợi bằng chất tẩy rửa từ dầu thông sufat hóa, chúng tôi đi đến kết luận sau:

- Quá trình tẩy rửa dầu mỡ trên vải sợi bằng chất tẩy rửa từ dầu thông sunfat hóa diễn ra theo cơ chế cuốn trôi và hòa tan hóa. Cơ chế hòa tan hóa đóng vai trò chủ đạo quyết định hiệu quả của quá trình.

- Qui trình công nghệ thực hiện quá trình tẩy rửa nên tiến hành với hàm lượng chất tẩy rửa cao để tăng hiện tượng hòa tan hóa, tùy thuộc vào loại vải và lượng dầu mỡ bám trên vải mà ta sử dụng các hàm lượng chất tẩy rửa thích hợp.

- Do cơ chế hòa tan hóa đóng vai trò chủ đạo nên chất tẩy rửa cần có độ phân cực lớn để bám dính và chui sâu vào trong các mao quản. Do đó, trong quá trình biến tính dầu thông cần đến quá trình sunfat hóa. Tuy nhiên không cần tiến hành sunfat hóa sâu, dẫn đến vỡ vòng tecpen sẽ làm giảm khả năng hòa tan dầu mỡ của chất tẩy rửa. 3.6.7. So sánh hiệu quả tẩy rửa dầu mỡ trên các loại vải khác nhau Từ các kết quả thực nghiệm trên các loại vải khác nhau chúng tôi nhận thấy rằng kết quả tẩy sạch trên các loại vải khác nhau là khác nhau, trên vải cotton cho hoạt tính cao nhất sau đó đến vải pha polyester-cotton và vải polyester cho kết quả thấp nhất.

125

+ Bề mặt vải cotton phân cực do có các nhóm hydroxyl ở các gốc gluco , nó có sức căng bề mặt yếu nên dầu mỡ khó bám vào vải hơn so với các vải bề mặt không phân cực khác. Ngoài ra còn do sự không tương đồng về tính chất của dầu với vải đã làm cho dầu liên kết với vải cotton yếu hơn các bề mặt không phân cực khác (vải polieste).

+ Vải polyeste là loại vải có cấu trúc chặt chẽ, có tính chất vòng thơm không phân cực. Dầu mỡ bám trên vải sợi cũng có tính chất không phân cực, sức căng bề mặt nhỏ, do vậy dầu mỡ bám dính trên vải polyeste rất dễ dàng, và góc thấm ướt trên vải là góc tù nên rất khó tẩy.

+ Do cấu trúc mao quản của vải polyeste khá lớn so với các cấu tử dầu mỡ nên các cấu tử này có khả năng chui được vào trong mao quản của vải, do vậy càng khó tẩy các chất bẩn này đi. + Vải pha mà chúng tôi sử dụng là loại vải mộc, được tổng hợp từ 60% xơ PE và 40% xơ bông. Xơ PES là loại xơ có bề mặt không cực, sức căng bề mặt yếu, các vết bẩn dầu mỡ dễ bám vào bề mặt nhưng lại khó tẩy ra. Ngược lại, xơ bông là loại xơ có cực, sức căng bề mặt lớn, các vết bẩn dầu mỡ khó bám vào nhưng lại dễ tẩy ra 3.6.8. Các điều kiện chế tạo chất tẩy rửa dạng nhũ tương để xử lý tẩy

sạch dầu mỡ trên vải sợi Từ các biện luận ở trên, chúng tôi đã đưa ra các điều kiện để chế tạo CTR dạng nhũ tương và các điều kiện để xử lý tẩy sạch vải sợi như sau:

*Điều kiện tạo nhũ: + Chỉ số HLB từ 14-15 + Điện thế zeta 25 ÷ 30 mV, SCBM: 45-47 mN/m + Nồng độ mixen tới hạn: 3,2 % KL CTR + Tốc độ khuấy trộn để tạo nhũ: 800 – 900 vòng/phút + Thời gian tạo nhũ: 30 phút *Điều kiện tiến hành quá trình xử lý tẩy sạch vải sợi:

+ Nồng độ chất tẩy rửa: 6 % KL + Thời gian tẩy rửa: 45 phút + Nhiệt độ tẩy rửa: 30 oC Khi đó độ mao dẫn đạt 70 mm/30 phút và độ tẩy sạch đạt 99,2% 3.7. NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM TRONG NHÀ MÁY Để thiết lập qui trình công nghệ xử lý làm sạch dầu mỡ trên vải sợi, chúng tôi thực hiện qui trình thử nghiệm sản phẩm chất hoạt động bề mặt và chất tẩy rửa của đề tài (gọi là chất tẩy rửa BK-NH1) trong nhà máy dệt nhuộm Trung Thư. Sau khi xác định khả năng tẩy dầu của sản phẩm tại phòng thí nghiệm của mình, sản phẩm được thử nghiệm tính năng theo trình tự sau:

126

*Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm chuyên dụng của nhà máy *Thử nghiệm trên dây truyền sản xuất Cũng cần nói thêm rằng, vải mộc sau khi dệt, được tẩy dầu, parafin rồi đem nhuộm, in hoa. Nếu sản xuất vải trắng thì qua công đoạn tẩy trắng. Tuy nhiên tại các nhà máy dệt nhuộm, người ta thường thực hiện công nghệ “Hai trong một“; tức là vừa tẩy dầu, vừa nhuộm trong cùng một thời điểm. Chất tẩy dầu phải đạt tiêu chuẩn loại bỏ được dầu bám trên bề mặt vải, để ngay sau đó thuốc nhuộm khuyếch tán vào. Chính vì vậy, việc thử nghiệm tính năng của sản phẩm BK-NH1 cũng tuân theo trình tự đó. 3.7.1.Thử nghiệm sản phẩm tại phòng thí nghiệm của Nhà máy 3.7.1.1. Tẩy vải mộc nhiễm bẩn dầu mỡ a. Mô tả các chất tẩy rửa *Chất tẩy rửa của đề tài: Dung dịch trong suốt có mầu vàng nhạt, còn sản phẩm pha trong nước là dung dịch mầu trắng đục gọi là dạng nhũ tương, có mùi thơm của tinh dầu thông. Chất này nhũ hoá hoàn toàn trong nước *Chất tẩy dầu Hsinsou TS New mà Công ty nhập từ Hàn Quốc: Là chất tinh thể mầu trắng, có mùi béo ngậy. Chất này khó tan trong nước lạnh. b. Thực hiện thí nghiệm *Pha dung dịch chất tẩy dầu Hsinsou TS new có nồng độ 1% và 2% *Pha dung dịch chất tẩy rửa BK-NH1 nồng độ 2% *Ngâm mẫu vải bẩn nhiễm dầu và các tạp chất khác vào các dung dịch đó trong thời gian 30 phút tại nhiệt độ thường, sau đó giặt bằng nước sạch c.Kết quả thí nghiệm *Chất tẩy rửa BK-NH1 nồng độ 2%: Dầu máy bẩn được loại hoàn toàn khỏi tấm vải, vải trắng và xốp * Chất tẩy dầu Hsinsou TS 1% và 2%: Dầu bẩn vẫn còn 3.7.1.2. Tẩy vải mầu và vải có in hoa nhiễm bẩn dầu mỡ Với cách làm như trên, đã thử nghiệm tẩy dầu trên vải có mầu nhuộm xanh, vàng, da cam và vải có in hoa. Kết quả cho thấy: dầu được tẩy sạch nhưng không ảnh hưởng đến mầu và các đường nét in hoa trên vải. Điều này có nghĩa là chất tẩy dầu BK-NH1 chỉ có hoạt tính tẩy sạch dầu mỡ, không làm phai mờ mầu nhuộm. 3.7.1.3. Thử trong cốc nhuộm ở môi trường axit a. Mục đích Xem chất tẩy dầu có ảnh hưởng đến mầu nhuộm trong môi trường axit hay không b. Thí nghiệm

127

Cho các thành phần chất nhuộm trong môi trường axit và chất tẩy rửa BK-NH1 vào cốc nhuộm, thực hiện quá trình nhuộm như qui trình của Công ty vẫn làm. Để trong thời gian 2 giờ, lấy tẩm vải ra sấy khô. *Cốc 1: Có chất tẩy dầu Hsinsou TS New nồng độ 0,3g/lít *Cốc 2: Có chất tẩy rửa BK-NH1 nồng độ 0,3g/lít c. Kết quả Mầu của hai tấm vải như nhau, không có gì khác biệt. 3.7.1.4. Thử trong cốc nhuộm ở môi trường kiềm a.Mục đích Xem chất tẩy dầu có ảnh hưởng đến mầu nhuộm trong môi trường kiềm hay không b. Thí nghiệm Cách làm cũng tương tự như nhuộm trong môi trường axit đã mô tả ở trên. c. Kết quả Mầu của hai tấm vải như nhau, không có gì khác biệt. Điều này có nghĩa là nếu sử dụng chất tẩy rửa BK-NH1 trực tiếp trong bể nhuộm và chất tẩy dầu Hsinsou TS New thì kết quả là như nhau trong mọi môi trường. 3.7.2.Thử nghiệm tẩy dầu tại dây chuyền sản xuất của Nhà máy 3.7.2.1. Mô tả dây chuyền công nghệ a. Mô tả dây chuyền : Quá trình thử nghiệm tẩy dầu trên vải mộc và nhuộm mầu được thực hiện trên máy giặt nhuộm Z. Chất mầu và chất tẩy dầu được pha chế bên ngoài trong thùng pha chế. Hỗn hợp này sau khi trộn đều được đưa vào máy nhuộm. Sau khi kết thúc quá trình nhuộm, tiến hành giặt vải bằng nước sạch ngay trong thiết bị Z. b. Pha chế hoá chất : Hoá chất được sử dụng trong quá trình tẩy mầu và nhuộm bao gồm : -Chất tẩy dầu -Chất mầu, chất bền mầu Hỗn hợp chất mầu và chất tẩy dầu được pha chế trong thùng bên ngoài, sau đó cho vào máy dệt nhuộm Z rồi thao tác như trên. 3.7.2.2.Thực hiện qui trình nhuộm có chất tẩy dầu Dựa trên kết quả tại phòng thí nghiệm, được sự cho phép của Giám đốc, chúng tôi đã thử nghiệm qui trình tẩy dầu kết hợp nhuộm trên dây chuyền sản xuất của nhà máy. Qui trình như sau : *Bước 1 : Pha chế hỗn hợp chất nhuộm mầu, chất làm bền mầu và chất tẩy rửa BK-NH1 ở thùng pha chế theo tỷ lệ như đơn pha chế của nhà máy

128

*Bước 2 : Cho hỗn hợp đã pha chế vào máy giặt nhuộm Z rồi cho chạy máy. Tại máy Z, vải được tuần hoàn trong bể nhuộm trong vòng 5 giờ/1 mẻ. Sau 5 giờ kết thúc quá trình nhuộm *Bước 3 : Giặt sạch vải cũng trên máy Z ban đầu : Tháo bỏ nước thuốc nhuộm, cho nước sạch vào đầy bể như nhuộm. Cứ sau một thời gian, máy tự động tháo nước bẩn và cho nước sạch vào; cuối cùng tráng bằng nước sạch và kết thúc quá trình giặt *Bước 4 : Đưa vải đã giặt sạch qua thiết bị sấy ống để sấy khô, sau đó cắt vải theo kích thước yêu cầu *Bước 5 : Đóng gói vải trong túi nilon rồi bảo quản thoáng mát trong kho 3.7.2.3. Kết quả Phòng kỹ thuật đã xác nhận kết quả về mầu nhuộm, độ xốp của vải, độ sạch, mùi sau khi nhuộm và giặt sạch đều giống nhau. Sự tiêu tốn nước giặt cũng như các chỉ tiêu khác cũng không có gì khác biệt giữa công nghệ sử dụng chất tẩy dầu Hsinsou TS New và chất tẩy rửa BK-NH1 của Đề tài. Hiệu quả của quá trình tẩy dầu được xác định qua các thông số sau: -Độ tẩy sạch dầu đạt 100% -Độ mao dẫn đạt 120 mm/30 phút (Vải mộc không qua tẩy dầu có độ mao dẫn là 1 mm) -Mầu nhuộm tương tự như dùng chất tẩy dầu của Hàn quốc -Vải có độ xốp và độ mềm mại tương tự như dùng chất tẩy dầu và chất ngấm nhập ngoại -Không tốn thêm nước và năng lượng trong quá trình xử lý so với qui trình vốn có 3.7.4.Thử nghiệm toàn diện tất cả các giai đoạn trong quá trình nhuộm vải trên dây truyền công nghệ của Nhà máy. So với đăng ký thì tính năng của chất tẩy rửa đã đạt yêu cầu sau các quá trình thử nghiệm trên (tẩy dầu và chất béo trên bề mặt vải sợi). Tuy nhiên trong thực tế, sau khi dệt thành tấm vải, để tiến tới quá trình nhuộm mầu và in hoa phải qua công đoạn đầu tiên là giũ hồ nhằm loại bỏ hồ tinh bột có trên vải, sau đó nấu tẩy để tẩy dầu và tẩy trắng vải, đồng thời đánh bật một số các tạp chất cơ học bám dính trên vải, và cuối cùng nhuộm mầu với sự trợ giúp của chất ngấm. Để đánh giá vai trò toàn diện của chất tẩy rửa BK-NH1, chúng tôi đã thử nghiệm sản phẩm này trong tất cả các giai đoạn sản xuất vải của nhà máy. 3.7.4.1.Giai đoạn giũ hồ

129

Đối với vải dệt thoi có đặc điểm là 100% cotton có hồ sợi dọc trước khi dệt, do vậy phải thực hiện giũ hồ mới tiến hành nhuộm được. Hiện tại nhà máy sử dụng đơn nấu giũ hồ như sau: -Chất ngấm Triremov 50 C/C của Đài Loan -Chất giũ hồ NOVAZYM DE 60U của Công ty Xuất nhập khẩu Nam Giang Với thành phần này, sau khi giũ hồ xong độ mao dẫn đạt 30 mm/30 phút Chúng tôi đã thử nghiệm thay thế hoàn toàn thành phần giũ hồ trên bằng chất tẩy rửa BK-NH 1 của Đề tài, kết quả là chất lượng vải sau giũ hồ là rất tốt, độ mao dẫn đạt 60 mm/30 phút. Như vậy chất BK-NH1 có thể cùng lúc thay thế được cả 2 thành phần là chất giũ hồ và chất ngấm trong quá trình giũ hồ mà kết quả lại đạt cao hơn so với đơn sử dụng hiện tại của nhà máy. 3.7.4.2.Giai đoạn nấu tẩy Thường áp dụng đối với vải dệt kim.Đây là giai đoạn nấu tẩy trắng kết hợp tẩy dầu. Phương thức mà nhà máy đang thực hiện như sau: -Chất tẩy dầu Hsisou TS New của Hàn Quốc -Thực hiện nấu tẩy ở 98 oC Chúng tôi đã thay thế chất tẩy dầu của nhà máy đang dụng bằng chất BK-NH1 của Đề tài, kết quả cho thấy, chất lượng vải sau tẩy bằng chất của Đề tài tốt hơn (độ mao dẫn đạt 60 mm/30 phút so với của nhà máy là 30 mm/30 phút. Hiệu quả kinh tế cxem diễn giải ở phần phụ lục 3.7.4.3.Giai đoạn nhuộm Thông thường phải sau hai quá trình xử lý trên thì vải mới nhuộm được. Chúng tôi cũng đã thử nghiệm chất BK-NH1 để thay thế cho chất ngấm của nhà máy trong quá trình nhuộm, kết quả cho thấy rằng: Nếu sử dụng một lượng chất BK-NH1 tương đương (về khối lượng) với chất ngấm Triremov 50 C/C của Đài Loan thì sẽ thay thế được hoàn toàn 100% chất ngấm đó, mà giá lại rẻ hơn, thân thiện môi trường hơn. Đánh giá chung: Qua khảo sát thử nghiệm nhiều lần trên dây truyền công nghệ của nhà máy Dệt nhuộm Trung Thư, Chủ nhiệm Đề tài và Giám đốc nhà máy thống nhất đi đến kết luận rằng: chất tẩy rửa BK-NH1 của Đề tài có thể thay thế được chất giũ hồ, chất tẩy dầu và chất ngấm trong quá trình sản xuất vải. Sử dụng sản phẩm của Đề tài không làm thay đổi công nghệ sẵn có của nhà máy, nhưng nếu nhà máy thấy cần thiết vẫn có thể thay đổi công nghệ để giảm nhẹ được các điều kiện sản xuất như nhiệt độ, thời gian, lượng nước tiêu tốn vv...

130

Kết quả về định tính và đo độ mao dẫn cho thấy, mầu nhuộm của vải, độ mềm mại, độ bóng đẹp, độ bào mòn ... đều tương tự như so với tấm vải thực hiện theo qui trình với 3 loại chất khác nhau. Tính chất đa năng của sản phẩm BK-NH1 được giải thích như sau: *Thành phần chính CTR của Đề tài chính là dầu thông được sunfat hóa. Cấu tạo của chúng gồm vòng terpen là hydrocacbon mạch vòng, cấu tạo này gần như tương đồng với cấu trúc của các phân tử dầu bám dính trên vải nên có hoạt tính cao để tẩy dầu mỡ / 30 /. Mặt khác sau khi biến tính đã tạo được nhóm sunfat, có độ phân cực cao nên nó có thể bám chắc vào bề mặt vải sợi, trợ giúp cho quả trình “lôi” các phân tử dầu mỡ ra ngoài theo cơ chế cuốn trôi. Bên cạnh đó, trong CTR vẫn còn một lượng tương đối lớn DT chưa phản ứng, đóng vai trò như một hệ dung môi hữu cơ, tạo điều kiện cho quá trình hòa tan hóa xảy ra như đã biện luận ở phần cơ chế nói trên (nếu sự tẩy rửa chỉ xảy ra theo cơ chế cuốn trôi như xà phòng thì không thể tẩy sạch vết bẩn dầu mỡ, mà phải có sự trợ giúp của dung môi, chính là dầu thông để hòa tan các phần tử bẩn “cứng đầu” theo cơ chế hòa tan). Với các lý do đó, CTR BK-NH1 có hoạt tính rất cao để tẩy sạch dầu mỡ, có thể đạt tới xấp xỉ 100% *Về vai trò của chất giũ hồ: Để giũ hồ, theo công nghệ thông thường phải nấu tẩy trong điều kiện nhiệt độ cao có sự tham gia của kiềm, lúc đó sẽ làm trương nở các por của vải sợi, hồ sẽ bị bong ra dưới tác dụng cơ học của máy giặt. Chất tẩy rửa của Đề tài do có tính hoạt động bề mặt rất mạnh (chúng có vòng terpen, cấu trúc mạch vòng, tương đồng với cấu trúc của tinh bột và lại phân cực do tạo ra nhóm sunfat), nó sẽ tự len lỏi sâu vào các por của vải, nhóm sunfat trợ giúp cho CTR bám chắc vào bề mặt vải tạo điều kiện cho nhóm hydrocacbon “gỡ”các phân tử hồ tinh bột ra khỏi vải và đưa ra ngoài. Do cơ chế hoạt động bề mặt mạnh như vậy dẫn đến sẽ không phải làm trương nở các por của vải mà vẫn có thể lôi các chất hồ ra khỏi các por và CTR của Đề tài có thể thay thế chất giũ hồ trước đây. *Trong quá trình nhuộm theo công nghệ truyền thống của nhà máy, cần phải có chất ngấm để dẫn mầu nhuộm vào por của vải. Bản chất của quá trình ngấm chính là làm tăng độ mao dẫn (độ thẩm thấu) của vải khi nhuộm, vì sau quá trình nấu tẩy theo công nghệ cũ đó, độ mao dẫn vẫn còn thấp, chỉ đạt 30 mm/30 phút, trong khi đó cần phải đạt 60 mm/30 phút mới đủ. Khi sử dụng CTR BK-NH1, độ mao dẫn của vải đã đạt 60 mm /30 phút (thậm chí nếu tác động cơ học mạnh thì có thể đạt tối đa 120 mm/30 phút) . Với độ mao dẫn này, các mao quản thông thoáng, thuốc nhuộm có thể ngấm sâu vào các por mà không cần bất kỳ chất ngấm nào nữa. Chính vì vậy chỉ cần thay thế chất ngấm cũ (Triremov 50 C/C của Đài Loan) bằng CTR BK-NH1 với

131

một lượng tương đương về khối lượng thì sẽ hoàn toàn thay thế được chất ngấm cũ. Như vậy, vai trò “3 trong 1” của CTR-BK-NH1 có thể giải thích ngắn gọn là do sự hoạt động bề mặt rất mạnh của nó với chức năng ưa dầu là nhóm hydrocacbon mạch vòng của terpen trong dầu thông và chức năng ưa nước là đầu SO3H và OH tạo ra từ các quá trình biến tính. 3.7.6. Đánh giá hiệu quả khi sử dụng chất tẩy rửa BK-NH1 3.7.6.1. Hiệu quả kinh tế *Qua thử nghiệm mẻ lớn, đã tính toán sơ bộ 1 lít chất tẩy rửa BK-NH1 có giá thành 34.000 đ (dạng nguyên chất). Khi sử dụng trong các giai đoạn để sản xuất vải, chúng tôi đưa ra dạng dung dịch nhũ tương 30% có hoạt tính cao, đây là sản phẩm để tính toán lượng tương đương về khối lượng với các hóa chất sử dụng trong nhà máy. Như vậy giá thành 1 lít dung dịch là khoảng 11.300 đ. *Các chất sử dụng trong quá trình sản xuất vải ở nhà máy là: -Chất giũ hồ : 18.000 đ/1Kg -Chất tẩy dầu : 23.000 đ/1Kg -Chất ngấm : 23.000 đ/ Kg * Chất tẩy rửa BK-NH1 thay thế 100% chất giũ hồ PVA, 100% chất tẩy dầu và 100 % chất ngấm: Qua hơn 3 tháng thử nghiệm trong nhà máy hoàn toàn bằng chất tẩy rửa BK-NH1, đã tính toán được lợi nhuận để sản xuất ra 1 Kg vải so với các chất HĐBM cũ của nhà máy là khoảng gần 1000 đ . Tổng giá thành giảm đi vào khoảng 20-30% (Xem diễn giải ở phần Hồ sơ thử nghiệm của Đề tài) 3.7.6.1. Hiệu quả môi trường Chất tẩy rửa BK-NH1 được tổng hợp từ dầu thực vật và các chất phụ trợ thân thiện môi trường nên chúng có đặc điểm phân hủy nhanh trong môi trường nước và không khí. Điều này làm giảm thiểu các chất độc hại trong nước thải nhuộm, vốn được coi là nước thải độc hại nhất. 3.7.6.1. Hiệu quả xã hội Việc áp dụng chất tẩy rửa BK-NH1 trong công nghiệp dệt nhuộm góp phần tạo nhiều công việc làm cho các lĩnh vực liên quan: -Lĩnh vực sản xuất dầu thông -Lĩnh vực sản xuất các chất phụ trợ -Lĩnh vực sản xuất chất HĐBM và chất tẩy rửa -Lĩnh vực xử lý vải sợi tại các nhà máy dệt nhuộm

132

Ngoài ra, chủ động được nguồn nguyên liệu trong nước để tạo ra sản phẩm thương mại, điều này sẽ kích cầu nền sản xuất trong nước, giảm thiểu nhập ngoại. 3.7.7. Kết luận chung về thử nghiệm Qua các thử nghiệm tại phòng thí nghiệm và trên dầy chuyền công nghệ của nhà máy, chúng tôi thống nhất đi đến kết luận như sau : *Chất tẩy rửa BK-NH1 của Đề tài Trường Đại học Bách khoa Hà Nội có hoạt tính cao để tẩy dầu mỡ, parafin và các chất bẩn dạng béo. *Sản phẩm BK-NH1 này tương đương và có thể thay thế hoàn toàn chất tẩy dầu Hsinsou TS New của Hàn Quốc mà Công ty đang sử dụng. *Ngoài vai trò là chất tẩy dầu, sản phẩm BK-NH1 còn có vai trò là chất giũ hồ, thay thế được hoàn toàn chất giũ hồ giũ hồ Novazym DE 60 U mà Nhà máy đang dùng. * Chất tẩy rửa BK-NH1 có thể thay thế 100 % chất ngấm trong quá trình nhuộm vải. Như vậy sản phẩm Chất tẩy rửa BK-NH1 cùng lúc thay thế được ba sản phẩm trong quá trình sản xuất vải của nhà máy. Theo đơn sử dụng của nhà máy dệt nhuộm trung Thư thì chất giũ hồ và thuốc ngấm chiếm tỷ lệ rất lớn trong đó; điều này cho thấy giá trị thực tiễn cao của sản phẩm BK-NH1 *Sử dụng sản phẩm BK-NH1 không làm thay đổi dây chuyền công nghệ nhuộm sẵn có của Nhà máy, hoặc có thể thay đổi dây truyền công nghệ theo hướng có lợi * Chất tẩy rửa BK-NH1 là sản phẩm thân thiện, không gây độc hại cho môi trường. 3.7.8. Tính thân thiện môi trường của sản phẩm Sản phẩm CTR được pha với nồng độ 3%, dùng để tẩy dầu mỡ trên vải sợi, sau đó đưa vào môi trường đất để xác định thời gian phân hủy (cứ 3 ngày lấy mẫu phân tích một lần chỉ số COD và BOD. Kết quả đưa ra ở bảng 3.52 Bảng 3. 52: Chỉ số COD và BOD của hỗn hợp sau tẩy rửa trong môi trường đất

Thời gian (ngày) 0 3 6 9 12 15 18 21

COD 0 542 485 423 384 365 352 343 336

BOD 0 246 213 192 173 162 155 151 144

COD 751 633 546 465 380 332 212 176

BOD 330 283 246 210 172 140 106 80

133

Trong đó CODo và BODo là của mẫu hỗn hợp sau tẩy rửa khi sử dụng chất tẩy dầu Hsinsou TS New của Hàn Quốc và chất ngấm Triremov 50 C/C của Đài Loan. COD, BOD –khi sử dụng chất tẩy rửa của Đề tài (BK-NH1)

Qua các số liệu thu được của 2 loại hỗn hợp sau tẩy rửa ta thấy, chỉ số COD và BOD đều giảm mạnh theo thời gian. Điều đó có nghĩa là hàm lượng các chất trong đất giảm dần do sự tác động của các tác nhân lý học, hoá học như nhiệt độ, ánh sáng..., và tác nhân sinh học là sự hoạt động của hệ vi sinh vật trong đất. Tỷ lệ COD/BOD không thay đổi nhiều, điều đó cho thấy các chất tẩy rửa ít gây tác hại đối với hệ vi sinh vật đất.

Từ các kết quả trên cho ta thấy hỗn hợp sau tẩy của chất tẩy rửa BK-NH1 là những CTR phân huỷ nhanh, ít gây ảnh hưởng tới hệ vi sinh vật. Nếu không có điều kiện xử lý thì có thể thải ngay vào nơi qui định của môi trường, chúng sẽ nhanh chóng phân huỷ trong khoảng thời gian từ 18-21 ngày (chiểu theo bảng tiêu chuẩn về nước thải môi trường). Còn nếu xử lý bằng phương pháp hoá học trước khi thải vào môi trường, thì thời gian phân huỷ sẽ rút ngắn còn lại khoảng 2-5 ngày 3.7.9. Tính toán giá thành sản phẩm

Bảng 3. 53. Chi phí nguyên liệu để sản xuất 100 Kg Chất tẩy rửa STT Nguyên liệu Thành phần, %

Klg Giá thành đ/Kg Chi phí

1 DT 90 35.000 3.150.000 2 LAS 3 24.000 72.000 3 Izo propylic 0,5 12.000 6.000 4 Axit oleic 4,5 60.000 27.000 5 Glyxerin 0,5 50.000 25.000 6 TEA 1 60.000 60.000 7 PG4 0,5 20 10.000

Tổng chi phí 3.350.000 1. Chi phí nguyên liệu để SX 1 Kg CTR: 33.500 đ/Kg 2. Chi phí nhân công: 100 đ/Kg 3. Chi phí năng lượng: 100 đ/Kg 4. Chi phí cho tiêu hao nguyên liệu: 200 đ/Kg Tổng chi phí SX 1 Kg CTR: 33.900 đ/Kg. Chúng tôi pha chế dung dịch CTR dạng nhũ tương 30%, vậy giá thành 1Kg CTR nhũ tương là 11.300 đ/Kg (đây là dạng để tính toán đơn pha chế tương đương với sản phẩm của Hàn Quốc và Đài Loan). Nhà máy nhập với giá trung bình từ 26.000 – 28.000 đ/Kg sản phẩm

134

PHẦN 3. CÁC KẾT QUẢ ĐÃ ĐẠT ĐƯỢC A. CÁC SẢN PHẨM “DẠNG I” Theo Hợp đồng ký kết, Đề tài đã hoàn thành nhiệm vụ đặt ra với 2 loại sản phẩm là chất hoạt động bề mặt và chất tẩy rửa có chất lượng tương đương đăng ký. Bảng a.1. Tính chất của các sản phẩm đã tổng hợp TT Tên sản phầm và chỉ tiêu

kỹ thuật Theo đăng ký

Đã đạt được

Sản phẩm thế giới tương đương

Số lượng đã tổng hợp

1 CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT (HĐBM)

Chất ChấtAmericos Extracta XL

Mầu sắc Vàng chanh

Vàng chanh, trong suốt

Vàng sáng

Khối lượng riêng, g/cm3 0,83-0,93 0,8784 0,85-0,95 Độ nhớt, m/s2 2-6 2,090 pH 5-7 6,28 5,5 Hàm lượng nước, % < 0,5 Không có < 0,4 Tính tương hợp Có tính

tương hợp với các loại chất HĐBM khác

Tốt Tan vô hạn trong nước

Hoạt tính tẩy sạch, % Cao 98 Cao

Đã đăng ký: 200 Kg Đã tổng hợp 200 Kg

2 CHẤT TẨY RỬA (CTR) Mầu sắc Vàng

rơm Trong suốt mầu vàng chanh

Khối lượng riêng, g/cm3 0,85-0,95 0,8934 Độ nhớt, m/s2 2-8 2,756 pH 6,5-7,5 6,86 Độ tan trong nước Hoàn

toàn Vô hạn

Hoạt tính tẩy sạch Cao 100%

Không có Đã đăng ký: 500 Kg Đã tổng hợp 500 Kg -Với sự hỗ trợ của Nhà máy , đã tổng hợp thêm 4 tấn CTR để thử nghiệm

Như vậy, theo đăng ký, Đề tài đã tổng hợp được chất HĐBM và CTR có số lượng và chất lượng đạt yêu cầu. Sản phẩm đã được xác nhận chất lượng tại phòng thí nghiệm VILAS 001 Ngoài ra, để thuận tiện và nâng cao hiệu quả sử dụng, chúng tôi đã chế tạo được chất tẩy rửa dạng nhũ tương trong nước, đó là dạng sản phẩm ngoài đăng ký.Sản phẩm nhũ tương có các nồng độ khác nhau tùy theo yêu cầu sử dụng: Có

135

thể chế tạo loại nhũ tương 6%,10%, 30%, 50% …. CTR nhũ tương có mầu trắng đục, có hoạt tính cao do được khuấy trộn rất kỹ trước khi đưa vào sử dụng. Sử dụng sản phẩm này có thể tiết kiệm được CTR. Đây là dạng sản phẩm sẽ được đưa vào ứng dụng trong công nghiệp sau khi nghiên cứu hoàn thiện công nghệ. B. CÁC SẢN PHẨM “DẠNG II” Đề tài cũng đã hoàn thành các sản phẩm dạng này, đó là 3 Qui trình công nghệ như trình bầy trong bảng b.1. Bảng b.1. Các sản phẩm “dạng II” đã đạt được

TT Tên sản phẩm Yêu cầu khoa học dự kiến đạt được

Sản phẩm đã đạt được của Đề tài

1 Qui trình công nghệ tổng hợp chất HĐBM 50 Kg/mẻ

Qui trình tổng hợp chất HĐBM phải có tính khoa học, phù hợp với điều kiện của VN, phải rõ ràng, có độ lặp lại cao, mô tả được quá trình thực hiện phản ứng tổng hợp từ khâu đầu đến khâu cuối, kèm theo các điều kiện kỹ thuật. Cách trình bầy dễ hiểu, công nhân có thể thực hiện dễ dàng.

Qui trình công nghệ tổng hợp chất HĐBM đã được thử nghiệm nhiều lần, có tính lặp lại cao, có tính khoa học, mô tả được quá trình tổng hợp kèm theo các điều kiện công nghệ. Dễ hiểu và có thể thực hiện

2 Qui trình công nghệ chế tạo hỗn hợp CTR 100 Kg /mẻ

Qui trình chế tạo hỗn hợp CTR phải mô tả được trình tự phối trộn các thành phần tạo nên hỗn hợp này. Các chất pha chế phải có tính tương hợp và thân thiện môi trường. Qui trình phải có tính khoa học, có tính lặp lại. Cách trình bầy dễ hiểu, công nhân có thể thao tác dễ dàng.

Qui trình này mô tả được thành phần và trình tự phối trộn để chế tạo CTR. Các thành phần đều có tính tương hợp, thân thiện môi trường. Qui trình có tính khoa học và tính lặp lại cao

3 Qui trình xử lý làm sạch vải sợi trong nhà máy dệt nhuộm

Qui trình phải mô tả được trình tự, điều kiện, cách thức tẩy sạch vải sợi trong qui mô công nghiệp, đảm bảo chất lượng vải sợi sau xử lý: Không bị sơ bề mặt, không bị bào mòn, độ sạch đạt xấp xỉ 100%. Qui trình phải đảm bảo an toàn về cháy nổ và không độc hại cho người lao động. Dựa vào mô tả qui trình, công nhân có thể thực hiện.

Trên cớ sở các số liệu thử nghiệm, đã đưa ra qui trình xử lý tẩy sạch vải sợi. Qui trình này mô tả được cách thức tẩy sạch vải sợi, đảm bảo sau khi tẩy, độ sạch đạt 100%, vải không bị xù lông, bào mòn hay thay đổi chất lượng. Qui trình thân thiện môi trường và an toàn trong mọi khía cạnh.

136

QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ

TỔNG HỢP CHẤT HĐBM SUNFAT HÓA 1.Nguyên liệu đầu vào Nguyên liệu sử dụng là dầu thông Quảng Ninh có các tính chất như sau: 1.1.Thành phần hóa học (phân tích bằng phương pháp GC-MS)

- α -pinen 73.185% - β - pinen 2.696 %

- β-myrcene 0,739% - ∆3-caren 14.509% - Limonen 2.269%

- γ-terpinene, 0,449% - α-terpinolene, 2,552% Như vậy, cấu tử chính trong dầu thông nguyên liệu là α -pinen (73.185% ), β - pinen (2.696 %), và ∆ 3-caren (14.509% ) có tổng hàm lượng đến 91%, là thành phần chính tạo nên hoạt tính bề mặt. 1.2.Tính chất hóa lý

Các thông số hóa lý của dầu thông Mẫu Tỷ trọng d SCBM

(nM/m) Độ nhớt

(cst) Hoạt tính tẩy

sạch (%) Dầu thông 0,8633 25,461 2,32 42,7

Từ số liệu trong bảng cho thấy, dầu thông nguyên liệu cũng có hoạt tính tẩy sạch, tuy nhiên rất thấp. mặt khác, bản thân dầu này không tan trong nước nên cần phải biến tính để tạo thành chất HĐBM anion có hoạt tính bề mặt cao, có khả năng tan tốt để dễ nhũ hóa trong nước.

137

2.Sơ đồ qui trình công nghệ Hình b.1. Quy trình công nghệ tổng hợp chất hoạt động bề mặt anion bằng phương pháp sunfat hóa dầu thông 1. Thiết bị phản ứng, 2. Thiết bị lắng phân tách pha, 3,4,5 Thiết bị rửa, 6. Thiết bị trung hoà, 7. Thùng chứa trung gian, 8. Thùng chứa sản phẩm. 3.Thuyết minh qui trình công nghệ Cho dầu thông (có tính chất đầu vào như đã nêu) theo lượng tính toán trước vào thiết bị phản ứng 1. Thiết bị 1 là loại thiết bị dạng thùng khuấy có vỏ bọc đun nóng. Nhỏ từ từ axit sunfuric nồng độ 70% với tỷ lệ đã định (7,5% theo khối lượng) vào thiết bị. Vừa nhỏ vừa khuấy trộn với tốc độ khuấy 600 vòng/phút. Duy trì nhiệt độ 30oC trong vòng 5 giờ (chú ý: nếu mùa đông, gia nhiệt nhẹ đến 30oC, mùa hè có thể không cần gia nhiệt. Sau đó làm lạnh bằng ống xoắn để bên trong thiết bị để khống chế nhiệt độ này). Sau phản ứng hỗn hợp từ thiết bị 1 được dẫn sang thiết bị trích ly 2. Tại đây, hỗn hợp sản phẩm được lắng tách thành hai pha: Dầu thông và sản phẩm dầu thông sunfat nằm ở lớp trên và được tách sang thiết bị rửa nước 3, rửa bằng dung dịch Na2CO3 10%, cuối cùng được rửa lại bằng nước cất đến khi hết kiềm (thử trên giấy quì tím), thu được sản phẩm chất HĐBM dạng dầu thông sunfat hóa. Bơm sản phẩm vào thùng chứa trung gian 7. Phân tích các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm như: hoạt tính tẩy sạch, hàm lượng nhóm sunfat, tỷ trọng, độ nhớt, độ bay hơi, sức căng bề mặt…, nếu chưa đạt chất lượng mong muốn thì xử lý thêm rồi đưa vào bể

DÇu th«ng

H2SO4, 70%Nuíc Dd Na2CO3

Trung hßa axit S¶n phÈm

Nuíc

Nuíc th¶i

138

chứa sản phẩm. Từ đây, sản phẩm được đóng gói theo can và lọ nhựa dung tích 5 lít, 3 lít, 2 lít, 1 lít. Nếu để cho khách hàng lớn như các nhà máy dệt nhuộm, có thể dùng thùng phuy dung tích 100 lít. Dung dịch nước ở lớp dưới của thiết bị chiết tách 2 được đưa qua thiết bị trung hoà số 7. Nước thải này chứa một lượng axit không đáng kể và tạp chất được trung hoà sơ bộ bằng dung dịch xô đa, rồi xử lý bằng phương pháp keo tụ để làm sạch nước đến hàm lượng COD và BOD cho phép.

139

QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP CHẤT HĐBM HYDRAT HÓA

1.Nguyên liệu đầu vào Nguyên liệu sử dụng là dầu thông Quảng Ninh có các tính chất như sau: 1.1.Thành phần hóa học (phân tích bằng phương pháp GC-MS)

- α -pinen 73.185% - β - pinen 2.696 %

- β-myrcene 0,739% - ∆3-caren 14.509% - Limonen 2.269%

- γ-terpinene, 0,449% - α-terpinolene, 2,552% Như vậy, cấu tử chính trong dầu thông nguyên liệu là α -pinen (73.185% ), β - pinen (2.696 %), và ∆ 3-caren (14.509% ) có tổng hàm lượng đến 91%, là thành phần chính tạo nên hoạt tính bề mặt. 1.2.Tính chất hóa lý

Các thông số hóa lý của dầu thông nguyên liệu Mẫu Tỷ trọng d SCBM

(nM/m) Độ nhớt

(cst) Hoạt tính tẩy

sạch (%) Dầu thông 0,8633 25,461 2,32 42,7

Từ số liệu trong bảng cho thấy, dầu thông nguyên liệu cũng có hoạt tính tẩy sạch, tuy nhiên rất thấp. mặt khác, bản thân dầu này không tan trong nước nên cần phải biến tính để tạo thành chất HĐBM non-ion bằng phương pháp hydrat hóa. Sản phẩm có hoạt tính bề mặt cao, có khả năng tan tốt để dễ nhũ hóa trong nước.

140

2. Sơ đồ Qui trình công nghệ Hình b.2. Quy trình công nghệ tổng hợp chất hoạt động bề mặt không ion bằng phương pháp hydrat hóa dầu thông 1. Thiết bị phản ứng, 2. Thiết bị lắng phân tách pha, 3,4,5 Thiết bị rửa, 6. Thiết trung hoà, 7. Thùng chứa trung gian, 8. Thùng chứa sản phẩm) 3.Thuyết minh qui trình công nghệ Cho dầu thông nguyên liệu theo lượng đã định vào thiết bị phản ứng 1. Vừa khuấy trộn, vừa nhỏ từ từ 45% lượng axit H2SO4 nồng độ 15% và 6% axeton vào dầu thông. Duy trì phản ứng hydrat hoá ở 85oC trong vòng 4 giờ. Thiết bị 1 là loại thùng khuấy có vỏ bọc đun nóng và làm lạnh bằng ống xoắn ruột gà đặt bên trong thiết bị. Tại đây xảy ra quá trình hydrat hóa dầu thông. Sau phản ứng hỗn hợp sản phẩm từ thiết bị 1 được bơm sang thiết bị lắng tách pha 2. Thiết bị này là loại thiết bị phân ly lỏng – lỏng. Dầu thông và sản phẩm dầu thông hydrat hoá nằm ở lớp trên và được chiết tách sang thiết bị rửa bằng nước 3, sau đó tiếp tục rửa bằng dung dịch Na2CO3 10%, cuối cùng được rửa lại nhiều lần bằng

Nuíc th¶i

Nuíc

S¶n phÈmTrung hßa axit

Dd Na2CO3NuícH2SO4, 15%

DÇu th«ng

Axeton

141

bằng nước cho đến môi trường trung tính (thử bằng giấy quì tím), thu được sản phẩm dầu thông hydrat hoá. Đưa sản phẩm này vào thùng chứa trung gian 7. Nếu phân tích các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm thấy đạt yêu cầu thì bơm sản phẩm này vào thùng chứa sản phẩm 8. Đóng gói vào bao bì theo mẫu mã đã định. Dung dịch nước nằm ở pha dưới của thiết bị 2 được đưa qua thiết bị trung hoà axit dư 7 bằng dung dịch xô đa, sau đó xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ đến hàm lượng COD, BOD đạt tiêu chuẩn nước thải rồi đưa vào nơi qui định.

142

QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CHẤT TẨY RƯA

TỪ DẦU THÔNG SUNFAT HÓA 1.Nguyên liệu đầu vào Nguyên liệu sử dụng là dầu thông đã được sunfat hóa ở công đoạn tổng hợp chất HĐBM, có các tính chất như sau: Các tính chất hoá lý của DT sunfat hóa

Mẫu Tỷ trọng

Sức căng bề mặt

(mN/m)

Độ nhớt (cSt)

Độ bay hơi (g/m2.h)

Hoạt tính tẩy sạch

(% tẩy rửa) DT sunfat hoá

0,896 17,253 1,98 15,37.10-3 *91,9 với vải cotton *86,3 với vảiphaCot/Pes *84,03 với vải polieste

Số liệu cho thấy, hoạt tính tẩy sạch vẫn chưa đạt tới 100%, vậy phải phối trộn với các thành phần khác để tạo ra chất tẩy rửa (CTR) có họat tính mong muốn.

143

2.Sơ đồ qui trình công nghệ chế tạo chất tẩy rửa ( CTR) Hình b.3. Quy trình công chế tạo chất tẩy rửa 1. Thiết bị khuấy trộn chế tạo chất tẩy rửa, 2. Thùng chứa trung gian, 3. Thùng chứa sản phẩm) 3.Thuyết minh qui trình công nghệ chế tạo chất tẩy rửa Để phối trộn chế tạo chất tẩy rửa, cần các thành phần sau đây: Dầu thông sunfat hóa 90%, axit oleic 4,5%, chất hoạt động bề mặt LAS 3%, TEA 1%, glyxerin 0,5%; Phụ gia PG4 0,5%, hoạt tính tẩy sạch đạt 99% Trình tự pha chế để chế tạo chất tẩy rửa như sau: Cho dầu thông sunfat hóa với lượng đã tính toán vào thiết bị dung tích 100 lít; khuấy trộn ở nhiệt độ thường với tốc độ khuấy 700 vòng/phút. Tiếp theo cho hỗn hợp phụ gia PG4 và

izo propylic

Glyxerin Axit oleic

LAS

DÇu th«ng biÕn tÝnh

S¶n phÈm

TEA

144

glyxerin vào, khuấy thêm 10 phút. Tiếp theo là LAS. Do LAS có độ nhớt lớn nên lúc này cần phải khuấy mạnh và thời gian là 15 phút cho LAS tan đều và phân phối khắp không gian thiết bị. Sau đó cho lượng axit oleic 4% vào. Tiếp đến là rượu iso-propylic và cuối cùng là TEA. Lượng TEA khoảng 1% thì dung dịch chất tẩy rửa sẽ có pH trung tính. Tổng thời gian khuấy trộn là 1 giờ. Với trình tự cho như vậy sẽ tạo một dung dịch đồng nhất, hỗn hợp pha trộn không toả nhiệt. Còn nếu cho theo trình tự khác thì sẽ xảy ra các vấn đề sau: -Hỗn hợp toả nhiệt mạnh -Hỗn hợp có thể sẽ bị phân lớp sau khi để 1 đến 2 tuần -Hoạt tính tẩy rửa không cao -Hỗn hợp có độ nhũ hoá trong nước kém Sau khi hoàn tất quá trình pha trộn, sản phẩm được bơm sang thùng chứa trung gian. Tại đây mẫu được lấy đi phân tích các chỉ tiêu kỹ thuật. Nếu chưa đạt yêu cầu nào đó thì có thể điều chỉnh, gia giảm thành phần thêm chút ít. Sản phẩm chất tẩy rửa được đóng vào thùng phuy dung tích 100 lít để phục vụ cho khách hàng lớn như các nhà máy dệt nhuộm. Ngoài ra, chúng cũng được đựng trong can nhựa dung tích 50 lít, 20 lít, 10 lít, 5 lít và 2 lít. Tốt nhất nên dùng bao bì mầu sẫm.

145

QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ VẢI KHÔNG CÓ HỒ Qui trình này áp dụng chủ yếu đối với vải dệt kim (thường là loại vải polieste) Qui trình chung để xử lý loại vải này gồm các công đoạn sau: a-Tẩy dầu: Để loại bỏ hết dầu khoáng bám dính trên bề mặt vải trong quá trình dệt. b-Tẩy trắng: Làm trắng vải đối với trường hợp sản xuất vải trắng và vải yêu cầu nhuộm màu nhạt (màu lơ). c- Nấu tẩy: Mục đích để làm trắng vải và tẩy sạch các tạp chất cơ học bám trên bề mặt vải vải (chủ yếu dùng cho vải cotton) trong môi trường oxy hóa mạnh. d- Nhuộm màu: Đây là công đoạn cuối cùng của quá trình sản xuất vải sợi để thu được vải có màu sắc như yêu cầu. Như vậy, so với loại trên thì công nghệ này không cần công đoạn giũ hồ. Thuyết minh qui trình công nghệ xử lý vải mộc không có hồ Đầu tiên vải mộc cần xử lý được tẩy dầu với chất tẩy dầu kết hợp tẩy trắng (chúng tôi chọn CTR của đề tài làm chất tẩy dầu) để tẩy sạch dầu khoáng bám dính trên bề mặt vải trong quá trình dệt. Quá trình tẩy trắng kết hợp tẩy dầu thực hiện như sau: Lượng vải: 218,5 Kg, Lượng nước: 2000 lít, Chất tẩy trắng được cho theo đơn, Thực hiện trên máy Winch, Thời gian thử nghiệm 5 giờ , Nhiệt độ tiến hành thử nghiệm 980C, Vải được giặt lại 3 lần sau khi tẩy trắng Sau đó vải có thể sẽ được nấu tẩy tùy theo yêu cầu của sản phẩm, Quá trình nấu tẩy được thực hiện trong điều kiện có chất oxy hóa mạnh (H2O2 trong môi trường kiềm). Với tác động của chất oxy hóa này, các tạp chất cơ học bám trên bề mặt vải sẽ được oxy hóa, kết quả thu được vải trắng hơn và có độ mao dẫn lớn (khoảng 120 mm). Tiếp theo, vải được nhuộm màu theo yêu cầu với đơn pha chế thích hợp, thành phần đơn pha thuốc nhuộm gồm có: Chất màu, Chất trợ nhuộm (chất làm cho đều màu), Chất ngấm, Các phụ gia (tạo môi trường và làm tăng một số tính năng của vải nhuộm như chống tái bám, tăng độ bóng, chống phai…) Trong các thành phần của đơn pha chế thuốc nhuộm đối với loại vải này, chúng tôi cũng thay thế chất trợ nhuộm, chất ngấm bằng CTR của đề tài với hàm lượng tương đương nhưng hiệu quả thu được tốt hơn : độ mao dẫn cao hơn, giá thành thấp hơn, màu nhuộm và các tính chất khác tương đương. Cuối cùng vải được sấy khô, cuối lô và lưu trữ trong kho chứa để phân phối cho khách hàng.

146

147

QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ VẢI MỘC CÓ HỒ *Qui trình này thường áp dụng đối với vải dệt thoi (chủ yếu là loại vải cotton) *Hồ sử dụng ngày nay phần lớn là loại hồ tổng hợp PVA. Qui trình giũ hồ này được thiết lập đối với loại hồ PVA. Thuyết minh qui trình xử lý vải mộc có hồ Trước tiên vải mộc cần xử lý được giũ hồ trong thiết bị với chất giũ hồ là CTR của đề tài. Giai đoạn này có mục đích tẩy sạch hết hồ, dầu khoáng bám dính trên bề mặt vải. Quá trình giũ hồ được tiến hành với điều kiện công nghệ như sau: - Lượng vải: 242,8 Kg (708 m) - Lượng nước: 2000 lít - Lượng chất tẩy rửa của đề tài (BK-NH1 pro): 3 Kg ( tưong đương 9 lít dung dịch chất tẩy rửa đã nhũ hóa) - Thực hiện trên máy BK - Thời gian thử nghiệm 2 giờ (tương đương với 8 vòng quay của lô cuốn) - Nhiệt độ tiến hành thử nghiệm 900C - Vải được giặt lại 3 lần sau khi giũ hồ Sau khi giũ hồ vải sẽ được tẩy trắng hoặc nấu tẩy tùy theo yêu cầu của sản phẩm, Quá trình tẩy trắng được thực hiện như sau: - Lượng vải: 218,5 Kg - Lượng nước: 2000 lít - Chất tẩy trắng được cho theo đơn ( đó là NaOH và H2O2) - Thực hiện trên máy Winch - Thời gian thử nghiệm 5 giờ - Nhiệt độ tiến hành thử nghiệm 980C - Vải được giặt lại 3 lần sau khi tẩy trắng Quá trình nấu tẩy trong điều kiện oxy hóa mạnh (H2O2 trong môi trường kiềm) với tác động của chất oxy hóa mạnh, các tạp chất cơ học bám trên bề mặt vải sẽ bị oxy hóa, thu được vải trắng và có độ mao dẫn lớn (tối đa đạt khoảng 120 mm, thông thường đạt từ 60-80 mm) Nếu mục đích sản xuất vải trắng (không cần nhuộm mầu) thì sau công đoạn này, vải được sấy khô và đưa vào kho chứa. Như vậy, sau quá trình nấu tẩy, độ mao dẫn của vải đã đạt rất lớn (60 -120 mm), đủ và vượt tiêu chuẩn để chuyển sang công đoạn tiếp theo là nhuộm và in hoa.

148

149

Công đoạn nhuộm phải theo yêu cầu với đơn pha chế thích hợp, thành phần đơn pha thuốc nhuộm gồm có:

- Chất màu - Chất trợ nhuộm có vai trò làm cho đều màu (sử dụng CTR của Đề tài) - Chất ngấm (sử dụng CTR của Đề tài)) - Các phụ gia (tạo môi trường và làm tăng một số tính năng của vải như

chống tái bám, tăng độ bóng…) Trong các thành phần của đơn pha chế thuốc nhuộm thì có thể thay thế chất trợ nhuộm, chất ngấm bằng chất tẩy rửa của đề tài với hàm lượng tương đương nhưng cho hiệu quả kinh tế hơn (rẻ hơn và không gây ô nhiễm môi trường). Cuối cùng vải được sấy khô, cuối lô và lưu trữ trong kho chứa để phân phối cho khách hàng. Chú ý: Nếu là vải dệt kim thì thực hiện trên máy Z, có tốc độ vòng quay nhanh; còn vải dệt thoi thường thực hiện trên máy BK, có tốc độ vòng quay chậm

150

C. CÁC SẢN PHẨM “DẠNG III” c.1. Các bài báo đã công bố Sau quá trình nghiên cứu về sản phẩm chất HĐBM và CTR, chủ nhiệm đề tài và các cộng tác viên đã có nhiều công trình đã đăng trên các tạp chí khác nhau, thể hiện trên bảng c.1 Bảng c.1.Các bài báo đã công bố

TT Tên bài báo Tên tạp chí Tác giả 1 Chế tạo chất tẩy rửa chất bẩn

dầu mỡ từ nhựa thông Tạp chí hóa học ứng dụng, số 9, 9/2006

Đinh Thị Ngọ, Nguyễn Khánh Diệu Hồng

2 Tổng hợp chất tẩy rửa vải sợi từ dầu thông sunfat hoá

Tạp chí hóa học ứng dụng, số 11, 11/2006

Đinh Thị Ngọ, Nguyễn Khánh Diệu Hồng

3 Preparing detergent for treating petroleum sediment from pine oil and coconut oil

Nanyang Technological University, 12/2006

Ngo Quoc Tuan, Dinh Thi Ngo, Nguyen Khanh Dieu Hong

4 Nghiên cứu tính chất hóa lý của bề mặt vải polieste và cơ chế nhiễm bẩn dầu mỡ trên loại vải này.

Tạp chí Hoá học, T 46 (5A), tr. 42-46 , 2008

Đậu Anh Dũng, Nguyễn Khánh Diệu Hồng, Đinh Thị Ngọ

5 Nghiên cứu tính chất của vải cotton và cơ chế nhiễm bẩn dầu mỡ trên loại vải này

Tạp chí Hoá học và Ứng dụng ,T 82, Số 10, tr. 35-37, 2008

Đậu Anh Dũng, Đinh Thị Ngọ.

6 Nghiên cứu tính chất hóa lý của vải polieste pha bông ( PET/ CO) và cơ chế nhiễm bẩn dầu mỡ trên loại vải này.

Tạp chí Hoá học và Ứng dụng ,T 88, Số 4, tr. 45-48, 2009

Đậu Anh Dũng, Nguyễn Khánh Diệu Hồng, Đinh Thị Ngọ.

7 Nghiên cứu tổng hợp chất hoạt động bề mặt không ion bằng phương pháp hydrat hóa dầu thông để tẩy dầu trên vải pha

Tạp chí Hoá học, T 47 (2A), tr. 172-177, 2009

Đậu Anh Dũng, Ngô Minh Tú, Nguyễn Khánh Diệu Hồng, Đinh Thị Ngọ

8 Nghiên cứu tổng hợp chất hoạt động bề mặt để xử lý tẩy sạch dầu trên vải cotton từ dầu thông sunfat hóa

Tạp chí Hoá học và Ứng dụng ,T 98 , Số 14, tr.34-37 , 2009

Đậu Anh Dũng, Ngô Minh Tú, Đinh Thị Ngọ

Nội dung toàn bộ của các bài báo được minh chứng tại tập 2 của bộ Hồ sơ. Các bài báo trên được nhiều các tác giả dẫn chứng làm tài liệu tham khảo trong các luận văn thạc sỹ, luận án tiến sỹ chuyên ngành.

151

c.2. Tham gia đào tạo Bảng c.2. Danh sách Thạc sỹ đã hướng dẫn với nội dung của Đề tài TT Họ và tên

học viên Đề tài luận văn Người hướng dẫn Tình trạng

1 Đặng Hồng Toan. Cao học 2006

Nghiên cứu chế tạo chất tẩy rửa vải sợi trên cơ sở dầu thực vật biến tính

GS.TS Phạm Văn Thiêm

Đã bảo vệ

2 Nguyễn Anh Dũng Cao học 2006

Nghiên cứu chế tạo chất tẩy rửa dầu mỡ sử dụng trong tẩy vải sợi

PGS.TS Đinh Thị Ngọ

Đã bảo vệ

3 Hoàng Duy Hải Cao học 2006-2007

Nghiên cứu tổng hợp chất hoạt động bề mặt để xử lý dầu mỡ trên vải sợi

PGS.TS Đinh Thị Ngọ

Đã bảo vệ

4 Võ Đức Anh Cao học 2007-2008

Nghiên cứu tổng hợp chất hoạt động bề mặt để xử lý tẩy sạch chất bẩn dạng béo và dạng dầu mỡ trên vải polieste

PGS.TS Đinh Thị Ngọ

Đã bảo vệ

5 Trần Thị Thanh Hoa Cao học 2007-2008

Nghiên cứu chuyển hoá dầu thông thành chất hoạt động bề mặt để làm sạch dầu mỡ trên vải pha giữa coton và polieste

PGS.TS Đinh Thị Ngọ

Đã bảo vệ

6 Võ Văn Hùng Cao học 2008-2009

Nghiên cứu cơ chế và qui trình công nghệ xử lý tẩy sạch chất bẩn dầu mỡ trên vải sợi

PGS.TS Đinh Thị Ngọ

Đã bảo vệ

Bảng c.3. Danh sách Kỹ sư đã hướng dẫn với nội dung của Đề tài TT Họ và tên sinh viên Tên đề tài đồ án tốt nghiệp Người hướng

dẫn 1 Trần Thị Thuý Hằng,

K46 Hoá dầu BK , 2006

Tổng hợp chất tẩy rửa từ dầu thông hydrat hoá để tẩy dầu mỡ trên vải sợi

PGS.TS Đinh Thị Ngọ

2 Nguyễn Thanh Minh, K46 Hoá dầu BK, 2006

Tổng hợp chất tẩy rửa dầu mỡ sử dụng cho vải sợi trên cơ sở dầu dừa

PGS.TS Đinh Thị Ngọ

3 Nguyễn Văn Hưng K46 Hoá dầu BK, 2006

Tổng hợp chất tẩy rửa để tẩy dầu mỡ trên vải sợi

PGS.TS Đinh Thị Ngọ

4 Nguyễn Trung Sơn Nghiên cứu tổng hợp chất hoạt PGS.TS Đinh

152

K47 Hoá dầu BK , 2007

động bề mặt từ dầu thông bằng phơng pháp sunfat hoá để tẩy rửa dầu mỡ trên vải sợi

Thị Ngọ

5 Phan Thị Tố Nga K47 Hoá dầu BK, 2007

Nghiên cứu tổng hợp chất tẩy rửa từ dầu thông bằng phương pháp sunfat hoá để xử lý dầu mỡ trên vải sợi

PGS.TS Đinh Thị Ngọ

6 Nguyễn Thị Hương Hoá dầu ĐHDL Hải Phòng, 2007

Nghiên cứu tổng hợp chất tẩy rửa trên cơ sở dầu thông biến tính để xử lý làm sạch dầu mỡ trên vải sợi

PGS.TS Đinh Thị Ngọ

7 Chu Thị Hiên K48 Hoá dầu BK, 2008

Nghiên cứu quá trình sulffat hoá dầu thông tạo chất tẩy rửa dầu mỡ trên vải cotton

PGS.TS Đinh Thị Ngọ

8 Nguyễn Văn An K48 Hoá dầu BK 2008

Nghiên cứu quá trình sulffat hoá dầu thông tạo chất tẩy rửa dầu mỡ trên vải polieste

PGS.TS Đinh Thị Ngọ

9 Vũ Thị Thanh Huyền K48 Hoá dầu BK , 2008

Nghiên cứu quá trình sulffat hoá dầu thông tạo chất tẩy rửa dầu mỡ trên vải pha

PGS.TS Đinh Thị Ngọ

10 Đỗ Tiến Dũng K48 Hoá dầu BK , 2008

Tổng hợp chất hoạt động bề mặt từ dầu thông hydrat hoá để tẩy dầu mỡ trên vải polieste

PGS.TS Đinh Thị Ngọ

11 Đặng Phương Khánh K48 Hoá dầu BK , 2008

Tổng hợp chất hoạt động bề mặt từ dầu thông hydrat hoá để tẩy dầu mỡ trên vải pha

PGS.TS Đinh Thị Ngọ

12

Nguyễn Ánh Thu Hằng K48 Hoá dầu BK , 2008

Nghiên cứu tổng hợp chất tẩy rửa dầu mỡ trên vải polieste từ dầu thông oxy hoá

PGS.TS Đinh Thị Ngọ

13 Trần Thị Thanh Tuyền K48 Hoá dầu BK, 2008

Nghiên cứu tổng hợp chất tẩy rửa dầu mỡ trên vải pha từ dầu thông oxy hoá

PGS.TS Đinh Thị Ngọ

14 Trần Hoàng Mai K49 Hoá dầu BK, 2009

Nghiên cứu chuyển hoá dầu thông thành chất hoạt động bề mặt bằng phương pháp sunfat hoá

PGS.TS Đinh Thị Ngọ

15 Trịnh Thị Oanh K49 Hoá dầu BK, 2009

Nghiên cứu chuyển hoá dầu thông thành chất hoạt động bề mặt bằng phương pháp hydrat hoá

PGS.TS Đinh Thị Ngọ

16 Mai Bích Thảo K49 Hoá dầu QN, 2009

Nghiên cứu chế tạo chất tẩy rửa trên cơ sở dầu thông sunfat hóa

PGS.TS Đinh Thị Ngọ

17 Bùi Thanh Liêm Nghiên cứu chế tạo chất tẩy rửa PGS.TS Đinh

153

K49 Hoá dầu HP, 2009

trên cơ sở dầu thông biến tính bằng phương pháp hydrat hóa nhằm xử lý dầu mỡ trên vải polieste

Thị Ngọ

Bảng c.4. Danh sách Tiến sỹ đang hướng dẫn với nội dung của Đề tài TT Họ và tên nghiên

cứu sinh Tên đề tài luận án Người hướng dẫn

khoa học 1 Đậu Anh Dũng

Là NCS 2007-2010

Nghiên cứu tổng hợp chất hoạt động bề mặt để xử lý các chất bẩn dạng béo và dầu mỡ trên vải sợi

PGS.TS Đinh Thị Ngọ

c.3. Đăng ký quyền bảo hộ sở hữu Đề tài đã đăng ký quyền bảo hộ sở hữu, số đơn 1-2009-00079 (minh chứng trong phần 2 của Bộ hồ sơ), hiện đang chờ kết quả. c.4. Tác động đối với kinh tế, xã hội và môi trường c.4.1.Đề tài có hiệu quả kinh tế cao, thể hiện qua các số liệu sau: -Sản phẩm CTR cùng lúc thay thế được cả 3 loại hóa chất hiện đang sử dụng trong công nghiệp dệt nhuộm, đó là chất tẩy dầu, chất giũ hồ, chất ngấm. Như vậy việc sử dụng sẽ thuật tiện hơn. -Giá thành 1 Kg chất HĐBM trên thế giới khoảng từ 3-4 USD tùy theo chủng loại. Giá thành để sản xuất ra 1 Kg CTR của Đề tài là khoảng 32.000 - 34.000VN đ/ 1 Kg nguyên chất. Nếu sản xuất lớn sẽ giảm hơn. -Theo tính toán của nhà máy Dệt nhuộm Trung thư, nếu sử dụng CTR của Đề tài để thay thế 3 loại hóa chất kể trên thì giá thành sản xuất sẽ giảm được từ 20-30% c.4.2. Đề tài có hiệu quả về xã hội và môi trường Nếu đưa sản phẩm vào công nghiệp thì sẽ kích cầu được sản xuất. Tạo thêm công việc làm cho các lĩnh vực: Sản xuất dầu thông, sản xuất CTR và các lĩnh vực liên quan. CTR của Đề tài là sản phẩm thân thiện môi trường nên sử dụng trong công nghiệp dệt nhuộm sẽ giảm thiểu được tác động xấu của nước thải nhuộm gây nên, góp phần bảo vệ môi trường. c.5. Mức độ sẵn sàng chuyển giao, thương mại hóa kết quả nghiên cứu Như phần trên đã trình bầy, dưới sự trợ giúp của cơ quan đối tác (Nhà máy dệt nhuộm Trung Thư), đề tài đã tổng hợp thêm 4 tấn CTR ngoài số lượng đã đăng ký, vì vậy có điều kiện thử nghiệm một cách toàn diện sản phẩm trên tất cả các công đoạn sản xuất vải. Kết quả đã khẳng định được rằng:

-CTR của Đề tài có thể thay thế cùng lúc cả 3 loại hóa chất là chất tẩy dầu, chất giũ hồ, chất ngấm trong quá trình nhuộm. -Chất lượng vải sau nhuộm tương đương khi sử dụng các chất nhập ngoại -Giá thành giảm từ 20-30% so với công nghệ sử dụng chất cũ -Nhà máy sẵn sàng sử dụng sản phẩm CTR sau khi hoàn thiện công nghệ trong pha hai.

154

KẾT LUẬN KHOA HỌC 1. Thăm dò hoạt tính của các loại dầu thực vật khác nhau cho thấy: Dầu thông và dầu cam quýt có hoạt tính bề mặt cao với chất bẩn dạng béo và dầu mỡ. Tuy nhiên trong đề tài này lựa chọn dầu thông do nguồn nguyên liệu rẻ và trữ lượng nhiều, sẵn có ở Việt Nam. Trên cơ sở dầu thông, nghiên cứu tổng hợp ra một số loại chất hoạt động bề mặt anion và không ion. 2. Nghiên cứu tính chất hoá lý của bề mặt vải cotton (CT), polieste (PET), vải pha giữa cotton và polieste (CT/PET) cho thấy *Xơ bông tạo nên vải cotton có công thức [(C6H7O2)]n với n là độ trùng hợp, có thể nằm trong khoảng 5000 đến 14000, khoảng cách trung bình giữa các sợi trong bó sợi là 20,8.103nm. Giữa các bó sợi có khoảng trống 128,89.103nm. Các bó sợi này lại được xếp chồng lên nhau để tạo ra độ dầy của vải. Do sơ bông có nhóm -OH phân cực nên truyền dẫn điện tích, kết quả là không sinh điện, thoáng khí, hút ẩm, khó thấm bẩn dầu mỡ hơn loại vải có tĩnh điện. Đường kính mao quản của xơ bông từ 20.10-4 đến 50.10-4µm. * Sợi polyeste có dạng tổng quát -[CO - C6H4 - CO - O - (CH2)2 - O -]- . Bề mặt

của vải sợi polyeste là loại bề mặt hầu như không phân cực, có sức căng bề mặt yếu, tích điện, có tính chất của vòng thơm nên các chất bẩn dầu nặng, cặn nhựa, asphanten dễ dàng bám vào sợi polyeste. Đường kính mao quản của xơ polieste khoảng 10 µm 3. Do đường kính động học của phân tử parafin lỏng, dầu mỡ, cặn dầu nhỏ hơn kích thước mao quản của các sợi cotton, polieste nên các chất bẩn này bám dính thành một màng dầu, đồng thời chui sâu vào trong các lỗ xốp của sợi, khiến cho việc tẩy sạch các chất bẩn dạng béo và dầu mỡ trên vải sợi là rất khó khăn so với bề mặt rắn khác. 4. Tìm được các điều kiện để tổng hợp các chất HĐBM đi từ dầu thông đạt hiệu quả cao: a. Phương pháp sunfat hoá: Nồng độ axit H2SO4: 70%, Hàm lượng H2SO4: 8,5%, Nhiệt độ phản ứng: 30oC -Thời gian phản ứng: 5 giờ, Hoạt tính tẩy sạch 91,9% b. Phương pháp hydrat hoá:Nồng độ axit H2SO4: 15%, Hàm lượng H2SO4: 45%, Nhiệt độ phản ứng: 85oC, Thời gian phản ứng: 4 giờ, Hoạt tính tẩy sạch 84,3%. Cũng tìm được điều kiện để hydrat hóa dầu thông sử dụng xúc tác siêu axit rắn, tuy nhiên hiệu quả còn chưa cao. c. Phương pháp oxy hoá: Tốc độ sục không khí: 840 ml/phút, Hàm lượng H2O2; 0,5%, Nhiệt độ phản ứng: 90oC, Thời gian phản ứng: 5 giờ, Thêm 0,8% H2O sau 2 giờ phản ứng, Hoạt tính tẩy sạch 75,5% Trên cơ sở thực nghiệm, đã khẳng định được chất hoạt động bề mặt hydrat hóa thích hợp để tẩy dầu trên vải polieste và vải pha giữa coton và polieste; còn chất

155

hoạt động bề mặt sunfat hoá thích hợp để xử lý tẩy sạch dầu trên cả 3 loại vải: vải cotton, vải polieste và vải pha. Tuy nhiên chất HĐBM dạng sunfat hóa có thể sử dụng cho tất cả các loại vải sau khi pha chế thành CTR 5. Bằng phương pháp hoá lý như phổ GC- MS, IR… đã xác định được thành phần chất HĐBM dạng hydrat hóa và sulfat hóa. Đặc biệt đã chứng minh được rằng, quá trình sulfat hóa tạo liên kết (C-O-SO3H) cũng kèm theo phản ứng tạo sulfo (-C-SO3H) với mức độ nhỏ. Cả hai dạng này đều có hoạt tính cao để tẩy sạch dầu mỡ, tuy nhiên dạng sunfat có hoạt tính tẩy sạch cao hơn. Từ đó, đã lựa chọn điều kiện thực hiện phản ứng sunfat hóa để tổng hợp chất hoạt động bề mặt loại này do nồng độ axit và nhiệt độ phản ứng đều thấp hơn

6. Trên cơ sở các chất hoạt động bề mặt đã phối trộn để chế tạo được hai loại chất tẩy rửa có thành phần như sau: *Chất tẩy rửa từ dầu thông sunfat hoá: Dầu thông sunfat hóa 90 %, axit oleic 4,5%, chất hoạt động bề mặt LAS 3%, TEA 1%, glyxerin 0,5%; phụ gia chống bào mòn vải 0,5%, rượu isopropylic 0,5%, hoạt tính tẩy sạch đạt 99% * Chất tẩy rửa từ dầu thông hydrat hoá: Dầu thông hydrat hoá: 90,5%, Axit oleic 4%, chất hoạt động bề mặt LAS 3%, TEA 1%, glyxerin 0,5%; phụ gia chống bào mòn vải 0,5%, rượu isopropylic 0,5%, hoạt tính tẩy sạch đạt 98,5% 7. Xác định và giải thích các điều kiện cho qui trình tẩy trắng vải, đó là: Tác nhân tẩy trắng là hỗn hợp Na2CO3/H2O2 với tỷ lệ 2,07/1, nhiệt độ 60oC; độ trắng của vải mộc nhiễm bẩn sau khi tẩy trắng đạt 125,5% 8. Tìm được các điều kiện tối ưu, nhất là về chế độ khuấy và chế độ truyền nhiệt trên thiết bị lớn để thực hiện phản ứng tổng hợp chất hoạt động bề mặt (thiết bị 50 lít/mẻ) và chất tẩy rửa ( thiết bị 100 lít/mẻ) *Chất hoạt động bề mặt: Nhiệt độ 30oC, thời gian 6 giờ (cho quá trình sunfat hoá); Nhiệt độ 84oC, thời gian 5,5 giờ ( cho quá trình hydrat hoá), tốc độ khuấy trộn 600 vòng/phút. *Chất tẩy rửa BK-NH1: Nhiệt độ phòng, thời gian pha trộn 1 giờ, tốc độ khuấy trộn trong thiết bị : 700 vòng/phút. 9. Xác định được cơ chế tẩy sạch dầu mỡ trên bề mặt của các loại vải khác nhau; thấy rằng, việc tẩy các chất bẩn dầu mỡ trên vải được thực hiện theo cơ chế hòa tan hóa và cơ chế cuốn trôi. Trong đó cơ chế hòa tan xảy ra trước và đóng vai trò chủ đạo làm giảm sức căng bề mặt, dẫn đến cuốn trôi vết bẩn do tác động của lực cơ học. Các kết quả đó là cơ sở cho việc thiết lập qui trình công nghệ xử lý làm sạch vải sợi nhiễm bẩn dầu mỡ, là công đoạn quan trọng trong quá trình dệt nhuộm. 10. Từ các kết quả thu được trong thử nghiệm và đo độ mao dẫn của vải mộc (đạt 1mm) và vải sau các giai đoạn giũ hồ, nấu tẩy, tẩy dầu (mao dẫn đạt 70 mm/30 phút, thậm chí nếu có tác động cơ học tốt thì có thể đạt 120 mm/30 phút) cho thấy, sản phẩm chất tẩy rửa BK-NH1 của đề tài ngoài tính năng tẩy dầu, còn thay thế được cả chất giũ hồ, chất ngấm cho quá trình nhuộm; tính chất này

156

rất quan trọng để thay thế cùng lúc ba loại hóa chất sử dụng trong công nghiệp dệt. Có thể gọi sản phẩm BK-NH1 là sản phẩm “3 trong 1”. 11. Đề xuất các qui trình công nghệ: Qui trình công nghệ tổng hợp chất hoạt động bề mặt dạng sunfat hoá và dạng hydrat hoá qui mô 50 lít/mẻ ; qui trình công nghệ chế tạo chất tẩy rửa qui mô 100 lít/mẻ. Qui trình xử lý tẩy sạch vải ở qui mô công nghiệp dựa trên các số liệu thử nghiệm tại nhà máy dệt nhuộm.Các qui trình công nghệ này có tính khoa học, tính lặp lại cao, dễ thực hiện, an toàn và thân thiện với môi trường.

KẾT LUẬN THEO NHIỆM VỤ ĐÃ ĐĂNG KÝ ĐỀ TÀI Đề tài đã thực hiện được các nhiệm vụ sau đây: 1.Tổng hợp được 200 Kg chất hoạt động bề măt (HĐBM) và 500 Kg hỗn hợp chất tẩy rửa (CTR), đạt tiêu chuẩn về số lượng và chất lượng đã đăng ký để thử nghiệm a.Chất HĐBM: Có mầu vàng rơm, khối lượng riêng 0,83-0,93 g/ml; Độ nhớt động học 2-6 m2/S; pH 5-7; Hàm lượng nước <0,5%; tan vô hạn trong nước, có tính tương hợp với các chất HĐBM khác. b. Chất tẩy rửa: Có mầu vàng đậm; khối lượng riêng 0,85-0,95 g/ml; Độ nhớt động học 2-8 m2/S; pH 6,5-7,5; Tan vô hạn trong nước; Có tính tương hợp với các chất phụ gia khác để pha chế. 2. Đưa ra Qui trình công nghệ tổng hợp chất HĐBM qui mô 50 Kg/mẻ. Qui trình tổng hợp chất HĐBM có tính khoa học, phù hợp với điều kiện của Việt Nam, qui trình rõ ràng, có độ lặp lại cao, mô tả được quá trình thực hiện phản ứng tổng hợp từ khâu đầu đến khâu cuối, kèm theo các điều kiện kỹ thuật. Cách trình bầy dễ hiểu, công nhân có thể thực hiện dễ dàng. 3. Đưa ra Qui trình công nghệ chế tạo hỗn hợp CTR qui mô 100 Kg/mẻ. Qui trình chế tạo hỗn hợp CTR mô tả được trình tự phối trộn các thành phần tạo nên hỗn hợp này. Hỗn hợp CTR có tính tương hợp và thân thiện môi trường. Qui trình có tính khoa học, có tính lặp lại; an toàn về môi trường. 4. Thiết lập Qui trình công nghệ xử lý tẩy sạch vải sợi (vải có hồ và vải không có hồ) trên qui mô công nghiệp dựa trên các số liệu thu được từ quá trình thử nghiệm tính năng của sản phẩm chất tẩy rửa tại dây truyền sản xuất của Nhà máy. Qui trình này thể hiện được tất cả các giai đoạn trong xử lý vải sợi, trong đó CTR của Đề tài thay thế được chất tẩy dầu, chất giũ hồ, chất ngấm trong quá trình nhuộm. 5. Đề tài góp phần đào tạo ra 1 tiến sỹ, 6 thạc sỹ, 17 kỹ sư ngành công nghệ Hóa học. 6. Đã có 8 bài báo được đăng trên các tạp chí chuyên ngành như: tạp chí Hóa học, tạp chí Hóa học và Ứng dụng, các Hội nghị Hóa học trong và ngoài nước. 7. Sản phẩm của đề tài đã đăng ký quyền Bảo hộ sở hữu trí tuệ.

157

Như vậy, so với Hợp đồng ký kết giữa chủ nhiệm đề tài và Bộ Khoa học & Công nghệ thì đề tài đã hoàn thành tất cả các nội dung đề ra và đúng thời hạn. Thay mặt nhóm cán bộ nghiên cứu của trường Đại học Bách khoa Hà Nội , xin chân thành cám ơn Bộ Khoa học & Công nghệ đã tạo điều kiện cho chúng tôi có được đề tài này. Kinh phí được nhận đã giúp cho sự phát triển khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực Công nghệ tỏng hợp các chất hoạt động bề mặt và ứng dụng chúng vào thực tế công nghiệp ở nước ta. Đề tài cũng là động lực giúp ích cho sự nghiệp đào tạo ra Tiến sỹ, Thạc sỹ và Kỹ sư công nghệ hóa học có trình độ chuyên môn giỏi, phục vụ cho Đất nước hôm nay và mai sau. HƯỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI VÀ KIẾN NGHỊ Sau một quá trình dài thử nghiệm, Sản phẩm chất tẩy rửa của Đề tài BK-NH1 đã được nhà máy dệt nhuộm đánh giá cao về chất lượng, nó có thể thay thế cùng lúc 3 loại hóa chất phổ biến sử dụng trong quá trình xử lý và sản xuất vải. Một số nhà máy dệt nhuộm sẵn sàng ứng dụng sản phẩm. Tuy nhiên vẫn còn một số vấn đề cần nghiên cứu hoàn thiện:

*Cần nghiên cứu tác động của CTR đến các thành phần khác trong nước thải dệt nhuộm để khẳng định vai trò thân thiện môi trường của sản phầm này *Nghiên cứu thêm các thành phần dầu thực vật biến tính khác để cải thiện mùi của sản phẩm (tạo chất che mùi) *Nghiên cứu ổn định, cải tiến qui trình công nghệ chế tạo CTR trên qui mô lớn để đáp ứng nhu cầu về công suất của nhà máy và tiến tới đưa sản phẩm ra thị trường. *Nghiên cứu làm bền dạng nhũ tương để nâng cao hiệu quả sử dụng và thời gian bảo quản của sản phẩm * Cần hoàn thiện công nghệ sử dụng sản phẩm và mở rộng ứng dụng trên các đối tượng vải khác nhau, các nhà máy dệt có tính năng khác nhau, công suất khác nhau.

Kính đề nghị Bộ Khoa học và Công nghệ tạo điều kiện cho Đề tài có thể phát triển tiếp tục pha hai để đưa sản phẩm ứng dụng vào trong công nghiệp, thay thế sản phẩm nhập ngoại và nâng cao hiệu quả kinh tế. Xin trân trọng cảm ơn.

158

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt 1. Cao Hữu Trượng, Công nghệ Hoá học sợi dệt, Bộ môn Công nghệ Hoá dệt, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội,1994. 2. Văn Ngọc Hướng. Hương liệu và ứng dụng. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 2002. 3. Phạm Dương Thu. Công nghệ dầu thực vật. Nhà xuất bản Đại học Bách Khoa Hà Nội 1986. 4. Lã Đình Mãi. Vấn đề tinh dầu- hương liệu và triển vọng của nó ở Việt Nam. Tổng luận phân tích, Viện Khoa học Việt Nam, Trung tâm Thông tin Khoa học 1990 5. Đỗ Tấn Lợi. Tinh dầu Việt Nam. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, TP HCM 1985. 6. Trường đại học Bách khoa Hà Nội, khoa Công nghệ hoá học, Bộ môn Tổng hợp Hữu cơ Hoá dầu, Bài thí nghiệm dầu mỏ, 1999. 7. Louis Hồ Tấn Tài (1994). Các sản phẩm tẩy rửa và chăm sóc cá nhân. Xuất bản lần 1. Nhà xuất bản Dunod. 8. Thạc sĩ Nguyễn Huy Dũng, KS. Đặng Văn Độ, PGS.TS Hoàng Thị Lĩnh, KS. Trương Phi Nam, PGS. TS Đặng Trấn Phòng, TS. Trần Văn Quyến, TS. Nguyễn Văn Thông (2004). Kỹ thuật nhuộm in hoa và hoàn tất vật liệu dệt. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. 9. PGS. TS. Đinh Thị Ngọ, Nguyễn Khánh Diệu Hồng (2006). “Tổng hợp chất tẩy rửa vải sợi từ dầu thông sunfat hóa”. Tạp chí Hóa học và ứng dụng, số 11, 42-44. 10. Nguyễn Quốc Tín, Đỗ Phổ. Xà phòng và các chất tẩy giặt tổng hợp.Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật,1984. 10. Tinh dầu thông. [http://www.bachkhoatoanthu.gov.vn/news.aspx] truy cập ngày 11/2/2008. 11. Bách khoa toàn thư Việt Nam. http://dictionary.bachkhoatoanthu.gov.vn. 12. Trung tâm Tin học Bộ NN&PTNT. Tiến bộ kỹ thuật trong khai thác nhựa thông. 2007. 13. Phạm Hồng Sơn, Nguyễn Văn Đậu. Thành phần tinh dầu thông ba lá vùng Lâm Đồng, Việt Nam. Tạp chí khoa học. Khoa học tự nhiên. Số 3. 1987 14. GS.TSKH Mai Tuyên. Tương lai của chất hoạt động bề mặt. Tạp chí Công nghiệp Hóa chất, số 12, 2004.

159

15 GS. TSKH Nguyễn Minh Tuyển. Quy hoạch thực nghiệm. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2003. 16.Văn Đình Đệ, Trịnh Thanh Đoan, Dương Văn Tuệ, Nguyễn Thị Nguyệt, Nguyễn Đăng Quang, Nguyễn Thị Thanh, Hồ Công Xinh, chủ biên Hoàng Trọng Yêm. Hoá học hữu cơ, tập 3. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội. 2002. 17. Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà. Ứng dụng một số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử. Nhà xuất bản Giáo dục, 1999. 18. Lê Nguyên Tảo Hoá học chất keo tập I, II (Bản dịch tiếng Việt), Nhà

xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội. 1973 Tài liệu tiếng anh 19. E. R. Trotman (1984). Dyeing and Chemical Technology of Textile Fibres. Charles Griffin and Company LTD. 20. Delphine Bard and Garry Burdett. Inventory of new fibres. Health & Safety Laboratory. 21. H. Krump, I. Hudec, AS. Luyt. Influence of Plasma on the Structural characterization of polyester fibres determined by Hg-porositmetry. Elsevier. 2004 22. Wadood Hamad.Cenllulosic Materials : Fiber, Networks and composites,1998. 23. CM.Carr. Chemisty of the textiles industry. Blackie Academic & Professional. 1995. 24. M.J.Schrick. Surface characteristics of fibers and textiles. N.Y.Basel Marcel Dekker. 1977. 25.Modern texile characterrization Method, edit by Menachem Lewin and Jack Preston. 2001 26. Handbook of Fiber science and technology ( II ): Chemical processing of fiber ang fabrics- Fundamentals and prepuration, edit by Menachem Lewin and Jack Preston. 27. Handbook of Fiber science and technology ( III ): High technology Fiber , edit by Menachem Lewin and Jack Preston. 28. Xiaoming Tao. Smart fibres, fabric and clothing. 1986. 29. Wadood Hamad. Cellulosic Materials: Fiber, Networks and composites. 1998. 30. G.Jakobi, A Lohr: Detergents and Textile Washing, Principles and Practice, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1987.

160

31.R.G.Steadman: Cotton Testing, vol.27 (1) Textile Inst., Manchester 1997, pp.63. 32.R.H. Atalla in T.E.Timell (ed.): "Proc. VIIth Cellulose Conference, Syracuse 1975," Polym. Sci. Symp. 1976, no. 28, 659. 33.R.G.Steadman: Cotton Testing, vol.27 (1) Textile Inst., Manchester 1997, pp.63. 34.National Cotton Council: Cotton counts its customers, N.C.C., Memphis 1983. International Institute for Cotton: "Cotton," Textiles 11 (1982) 58-64. 35.G.Jakobi, A Lohr: Detergents and Textile Washing, Principles and Practice, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1987. 36. http://vi.wikipedia.org 37.T.G.Jones. In surface activity and detergency. Macmillan, London, 1961, p. 108-116 38.A.W.Adamson. Physical chemistry of surface, 2nd ed., Wiley, New York, 1967 39.WWW.Kenencor group. Com 40.WWW. Youngzai.com 41.WWW. Detergent Manufacturing in Australia.com 42.WWW. Petro.com 43.Ullman’s Encyclopedia of industrial Chemistry, Vol.8. 44. Crisp, Peter N.; McRitchie, Allan C.; Bell, John G. Detergent composition having textile softening properties. United States Patent 4375416. March. 1983. 45.Floy.E.Friedli, Detergency of special surfactants, Marcel Dekkler,2002. 46.Keneth, J.LIssant, Emulsion and Emulsion technology, Marcel Dekker.INC, 47.Handbook of Applied and Colloid Chemistry, Edited by Krister Holmberg, ISBN 0471 490830, 2001. Surface Chemistry in Detergency 48.//E:/Anionic%20surfactants.htm, Detergent for Textile. Anionic surfactants. Lion Corporation Chemical Division 49.http://www.yongzai.com, Detergent for Textile 50.A. A Dembeck: Guidebook to Man-made Textile Fibres and Textured Yarns of the World, 3rd ed. The United Piece Dyed Works, New York 1969. 51.B. C. Gaswami, J. G. Martindale, F. L. Scardino: Textile Yarns, Wiley-Interscience, New York 1977. 52.M. Grayson (ed.): Encyclopedia of Textiles, Fibers, and Nonwoven Fabrics, Wiley-Interscience, New York 1984. 53. M. Lewin, S. B. Sello (ed.): Handbook of Fiber Science and Technology, Dekker, New York 1983.

161

54. H. F. Mark (ed.): Man-made Fibers, Science and Technology, Interscience, New York 1968. 55.J. S. Robinson (ed.): Spinning, Extruding and Processing of Fibers, Noyes Data Corp., Park Ridge 1980. 56.A. Ziabicki: Fundamentals of Fibre Formation, Wiley Interscience, New York 1976. 57.J. D. Geerdes: World Fibre Production, Trends and Outlok, Internat. Conference on Man Made Fibres, Beijing, Nov. 1985. 58.L. Miles: Cotton, Wayland, Have 1980. 59.R. M. Brown, (ed.): Cellulose and Other Natural Polymer Systems, Plenum Publishing, New York 1982. 60.M. E. Carter: Essential Fiber Chemistry, Dekker, New York 1971. 61.J. G. Cook: Handbook of Textile Fibres, Merrow, Watford 1968. 62.Alpha- pinene and beta-pinene. [http://www.wikipedia.com] 63.Prof. Dr Tharwat. F. Tadros. Applied Surfactants: Principles and aplications. 2005. 64. Handbook of Detergents (2006). Taylor and Francis Group. 65.R. Hoffmann. An Introduction to Surfactants and their Functions. Rhône-Poulenc Inc. 66.Turpentine [http://www.wikipedia.com] 67. R. Hoffmann. An Introduction to Surfactants and their Functions. Rhône-Poulenc Inc. 68. http://ods.od.nih.gov 69. http://drugstoremuseum.com 70. http://tede.ufsc.br/teses/PENQ0142.pdf 71. Guy Broze. Handbook of Detergents Part A: Properties. Marcel Dekker, Inc. New York, 1999. 72. Uri Zoller. Handbook of Detergents Part B: Environmental Impact. Marcel Dekker, Inc. New York, 2004. 73. Heinrich Waldhoff, Rüdiger Spilker. Handbook of Detergents Part C: Analysis. Marcel Dekker, Inc. 2005. 74. Michael S.Showell. Handbook of Detergents Part D: Fomulation. CRC Press, Taylor & Francis Group, 2006. 75. Thomas M.Schmitt. Analysis of Surfactants. Marcel Dekker, Inc. New York, 2001. 76. Drew Myers. Surfaces, Interfaces, and Colloids: Principles and Applications. John Wiley & Sons, Inc. 1999.

162

77. Martin J.Schick. Nonionic Surfactants: Physical Chemistry. Marcel Dekker, Inc. New York, 1987. 78. V. Nagy, Laszlo M. Vas, Pore Characteristic Determination with Mercury Porosimetry in Polyester Staple Yarns, FIBRES & TEXTILES in Eastern Europe, 2005. 79.Benjjamin Levitt. Oil, Detergency and maintenance specialities. Vol 1, 2. Chemical Publishing Company. INC. New York.1967. 80.N.Kosavic, W.L.Cairns, N.C.C.Gray (eds.): Biosurfactants and Biotechnology. Marcel Dekker. New York 1987. 81.J.Cross (ed.): Anionic Surfactants, Chemical Analysis. Marcel Dekker, New York 1977. 82. .J.Cross (ed.): Anionic Surfactants, Chemical Analysis. Marcel Dekker, New York 1987. 83.C.Gloxhuber, K.Kunstler: Anionic Surfactants, Biochemistry, Toxicology, Dermatology. Marcel Dekker, New York 1992. 84.Catologue handbook of Fine Chemical, 1988-1989. 85.Krister Holmberg. Handbook of applied surface and colloid chemistry. West susex Jonh Willey & Sones. 2004. 86.Federico Jiménez Cruz, Georgina C.Laredo. Molercular size evaluation of linear and branched paraffins from gasoline pool bay DFT quantum chemical calculations. Wiley. 7/2007. 87. Crisp, Peter N.; McRitchie, Allan C.; Bell, John G. Detergent composition having textile softening properties. United States Patent 4375416. March. 1983. 88.M. J. Rosen: Surfactants and Interfacial Phenomena, 2nd ed., J. Wiley & Sons, New York 1989. 89.R. D. Vold, M. J. Vold: Colloid and Interface Chemistry, Addison-Wesley Publ. Co., London 1983. 90.P. C. Hiemenz: Principles of Colloid and Surface Chemistry, 2nd ed., Marcel Dekker, New York 1987. 91.J. A. Mann, E. Matijevic (eds.): Dynamic Surface Tension and Capillary Waves, Surface and Colloid Science, vol. 13, Plenum Press, New York 1984, pp. 202 ff. 92.I. Piirma: Polymeric Surfactants, Marcel Dekker, New York 1992. 93.S. E. Friberg, B. Lindmann (eds.): Organized Solutions, Surfactants in Science and Technology, Marcel Dekker, New York 1992. 94.W.H.de Groot: Sulfonation Technology in Detergent Industry,Kluwer Academic Publ., Dordrecht 1991.

163

95.W. M. Linfield in W. M. Linfield (ed.): Anionic Surfactants, part II, Marcel Dekker, New York 1976, pp.405 – 443. 96.J. A. Milne in D. R. Karsa (ed.): Industrial Applications of Surfactants II, The Royal Society of Chemistry, Cambridge 1990, pp. 76 – 100. 97.M. J. Schick (ed.) Nonionic Surfactants — Physical Properties, Marcel Dekker, New York 1987. 98.E. Jungermann (ed.) Cationic Surfactants, Marcel Dekker, New York 1970. 99.G. Jakobi, A. Luhr Detergents and Textile Washing, Principles and Practice, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1987. 100. Kazuo Nakamoto. Infrared Spectra of Inorganic and coordination compounds, Wiley – Interscience, a Division of John Wiley & sons, New york – London – Sydney – Toronto 1970. 101. R.P.S Bisht, G.A Sivasankaran. Vegetable oils as lubricant and additives. Journal of Scientific and Industrial Research. 48 PP 174-180.1989. 102. Benjjamin Levitt. Oil, Detergency and maintenance specialities. Vol 1,2. Chemical Publishing Company. INC. New York.1967. 103. Helenius, Mc Caslin, D.R.Fies, Tanford. Properties of detergents. Methods Enzymol. 1979. 104. Neugebauer, J.M. Detergent : An overview. Methods Enzymol. 1990. 105. Krister Holmberg. Hanbook of applied surface and coloid chemistry. West suex Jonh Willey & Sones. 2004. 106. Morse Paise Marie. “Soap and Detergents”, Chemical and Engineer News, Vol 77, (5), 35-49. 1999 107. E. Hutchinson, Sinoda, 2001

Solvent Propeties of Surfactant Solutions. 108. OS. M. M. Van; Haak J. R; Rupert L. A. M 1993, Physico chemical Properties of Selected Anionic, Cationic and Nonionic Surfactants, Amst Elsevier. 109.Mesmer, Otto, Wolfgang, Andreas, Polligkeit. Detergent and method for producing the same. United States Patent 4655952. April. 1987. 110.Crisp, Peter N.; McRitchie, Allan C.; Bell, John G. Detergent composition having textile softening properties. United States Patent 4375416. March. 1983. 111.Z.-G. Wang, B.S. Hsiao, B.B. Sauer, W.G. Kampert, The nature of secondary crystallization in poly(ethylene terephthalate), Polymer 40 (1999) 4615–4627. 112.Haibo Zhao, Ja Hun Kwak, Z. Conrad Zhang, Heather M. Brown, Bruce W. Arey and Johnathan E. Holladay, Studying cellulose fiber structure by

164

SEM, XRD, NMR and acid hydrolysis, Carbohydrate Polymers, Volume 68, Issue 2, 21 March 2007, Pages 235-241. 113.N.D. Pingale, S.R. Shukla, Microwave-assisted aminolytic depolymerization of PET waste, European Polymer Journal 45 (2009) 2695–2700. 114.Christophe Baley, Fre´de´ric Busnel, Yves Grohens, Olivier Sire, Influence of chemical treatments on surface properties and adhesion of flax fibre–polyester resin, Composites: Part A 37 (2006) 1626–1637. 115.Julia Moltú, Rafael Font, Juan A. Conesa. Kinetic model of the Decomposition of a PET fibre cloth in an inert and air environment, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis Volume 79, Issues 1-2, May 2007, Pages 289 -296. 116.Narjès Rjiba, Michel Nardin, Jean-Yves Dréan, Richard Frydrych, A study of the surface properties of cotton fiber by inverse gachromatography, Journal of Colloid and Interface Science 314(2007) 373-380. Tài liệu tiếng pháp 117. Meurice Albert, Meurice Charles, Cours d’Analyse des Produits des Industries Chimiques, Vol 2 : Peintures, Cernis, Mastics, Savonerie, Détergents Artificiels, 3e ed Dunod, 1952. 118. Congris mondial, Actes du 13e Congrès mondial, Aspect nouveaux de la fabrication du savon, Paris 1976. Tài liệu tiếng Nga 119. В. Зандерманн

природные смолы, скипидары, талловое масло, химия и технология, москва, 1964

120. ф. Азитер Введение в нефтехимию, Москва, 1961 CÁC BÀI BÁO ĐÃ ĐƯỢC ĐĂNG LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI

TT Tên bài báo Tên tạp chí Tác giả 1 Chế tạo chất tẩy rửa chất

bẩn dầu mỡ từ nhựa thông Tạp chí hóa học ứng dụng, số 9, 9/2006

Đinh Thị Ngọ, Nguyễn Khánh Diệu Hồng

2 Tổng hợp chất tẩy rửa vải sợi từ dầu thông sunfat hoá

Tạp chí hóa học ứng dụng, số 11,

Đinh Thị Ngọ, Nguyễn Khánh

165

11/2006 Diệu Hồng 3 Preparing detergent for

treating petroleum sediment from pine oil and coconut oil

Nanyang Technological University, 12/2006

Ngo Quoc Tuan, Dinh Thi Ngo, Nguyen Khanh Dieu Hong

4 Nghiên cứu tính chất hóa lý của bề mặt vải polieste và cơ chế nhiễm bẩn dầu mỡ trên loại vải này.

Tạp chí Hoá học, T 46 (5A), tr. 42-46 , 2008

Đậu Anh Dũng, Nguyễn Khánh Diệu Hồng, Đinh Thị Ngọ

5 Nghiên cứu tính chất của vải cotton và cơ chế nhiễm bẩn dầu mỡ trên loại vải này

Tạp chí Hoá học và Ứng dụng ,T 82, Số 10, tr. 35-37, 2008

Đậu Anh Dũng, Đinh Thị Ngọ.

6 Nghiên cứu tính chất hóa lý của vải polieste pha bông ( PET/ CO) và cơ chế nhiễm bẩn dầu mỡ trên loại vải này.

Tạp chí Hoá học và Ứng dụng ,T 88, Số 4, tr. 45-48, 2009

Đậu Anh Dũng, Nguyễn Khánh Diệu Hồng, Đinh Thị Ngọ.

7 Nghiên cứu tổng hợp chất hoạt động bề mặt không ion bằng phương pháp hydrat hóa dầu thông để tẩy dầu trên vải pha

Tạp chí Hoá học, T 47 (2A), tr. 172-177, 2009

Đậu Anh Dũng, Ngô Minh Tú, Nguyễn Khánh Diệu Hồng, Đinh Thị Ngọ

8 Nghiên cứu tổng hợp chất hoạt động bề mặt để xử lý tẩy sạch dầu trên vải cotton từ dầu thông sunfat hóa

Tạp chí Hoá học và Ứng dụng ,T 98 , Số 14, tr.34-37 , 2009

Đậu Anh Dũng, Ngô Minh Tú, Đinh Thị Ngọ

1

QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CHẤT TẨY RƯA TỪ DẦU THÔNG SUNFAT HÓA

1.Nguyên liệu đầu vào Nguyên liệu sử dụng là dầu thông đã được sunfat hóa ở công đoạn tổng hợp chất HĐBM, có các tính chất như sau: Các tính chất hoá lý của DT sunfat hóa

Mẫu Tỷ trọng

Sức căng bề mặt

(mN/m)

Độ nhớt (cSt)

Độ bay hơi (g/m2.h)

Hoạt tính tẩy sạch

(% tẩy rửa) DT sunfat hoá

0,896 17,253 1,98 15,37.10-3 *91,9 với vải cotton *86,3 với vảiphaCot/Pes *84,03 với vải polieste

Số liệu cho thấy, hoạt tính tẩy sạch vẫn chưa đạt tới 100%, vậy phải phối trộn với các thành phần khác để tạo ra chất tẩy rửa (CTR) có họat tính mong muốn.

2

2.Sơ đồ qui trình công nghệ chế tạo chất tẩy rửa ( CTR) Hình b.3. Quy trình công chế tạo chất tẩy rửa 1. Thiết bị khuấy trộn chế tạo chất tẩy rửa, 2. Thùng chứa trung gian, 3. Thùng chứa sản phẩm) 3.Thuyết minh qui trình công nghệ chế tạo chất tẩy rửa Để phối trộn chế tạo chất tẩy rửa, cần các thành phần sau đây: Dầu thông sunfat hóa 90%, axit oleic 4,5%, chất hoạt động bề mặt LAS 3%, TEA 1%, glyxerin 0,5%; Phụ gia PG4 0,5%, hoạt tính tẩy sạch đạt 99% Trình tự pha chế để chế tạo chất tẩy rửa như sau: Cho dầu thông sunfat hóa với lượng đã tính toán vào thiết bị dung tích 100 lít; khuấy trộn ở nhiệt độ thường với tốc độ khuấy 700 vòng/phút. Tiếp theo cho hỗn hợp phụ gia PG4 và glyxerin vào, khuấy thêm 10 phút. Tiếp theo là LAS. Do LAS có độ nhớt lớn nên lúc này cần phải khuấy mạnh và thời gian là 15 phút cho LAS tan đều và phân phối khắp không gian thiết bị. Sau đó cho lượng axit oleic 4% vào. Tiếp đến là rượu iso-propylic và cuối cùng là TEA. Lượng TEA khoảng 1% thì dung dịch chất tẩy rửa sẽ có pH trung tính. Tổng thời gian khuấy trộn là 1 giờ. Với trình tự cho như vậy sẽ tạo một dung dịch đồng nhất, hỗn hợp pha trộn không toả nhiệt. Còn nếu cho theo trình tự khác thì sẽ xảy ra các vấn đề sau:

izo propylic

Glyxerin Axit oleic

LAS

DÇu th«ng biÕn tÝnh

S¶n phÈm

TEA

3

-Hỗn hợp toả nhiệt mạnh -Hỗn hợp có thể sẽ bị phân lớp sau khi để 1 đến 2 tuần -Hoạt tính tẩy rửa không cao -Hỗn hợp có độ nhũ hoá trong nước kém Sau khi hoàn tất quá trình pha trộn, sản phẩm được bơm sang thùng chứa trung gian. Tại đây mẫu được lấy đi phân tích các chỉ tiêu kỹ thuật. Nếu chưa đạt yêu cầu nào đó thì có thể điều chỉnh, gia giảm thành phần thêm chút ít. Sản phẩm chất tẩy rửa được đóng vào thùng phuy dung tích 100 lít để phục vụ cho khách hàng lớn như các nhà máy dệt nhuộm. Ngoài ra, chúng cũng được đựng trong can nhựa dung tích 50 lít, 20 lít, 10 lít, 5 lít và 2 lít. Tốt nhất nên dùng bao bì mầu sẫm.

1

QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CHẤT TẨY RƯA TỪ DẦU THÔNG SUNFAT HÓA

1.Nguyên liệu đầu vào Nguyên liệu sử dụng là dầu thông đã được sunfat hóa ở công đoạn tổng hợp chất HĐBM, có các tính chất như sau: Các tính chất hoá lý của DT sunfat hóa

Mẫu Tỷ trọng

Sức căng bề mặt

(mN/m)

Độ nhớt (cSt)

Độ bay hơi (g/m2.h)

Hoạt tính tẩy sạch

(% tẩy rửa) DT sunfat hoá

0,896 17,253 1,98 15,37.10-3 *91,9 với vải cotton *86,3 với vảiphaCot/Pes *84,03 với vải polieste

Số liệu cho thấy, hoạt tính tẩy sạch vẫn chưa đạt tới 100%, vậy phải phối trộn với các thành phần khác để tạo ra chất tẩy rửa (CTR) có họat tính mong muốn.

2

2.Sơ đồ qui trình công nghệ chế tạo chất tẩy rửa ( CTR) Hình b.3. Quy trình công chế tạo chất tẩy rửa 1. Thiết bị khuấy trộn chế tạo chất tẩy rửa, 2. Thùng chứa trung gian, 3. Thùng chứa sản phẩm) 3.Thuyết minh qui trình công nghệ chế tạo chất tẩy rửa Để phối trộn chế tạo chất tẩy rửa, cần các thành phần sau đây: Dầu thông sunfat hóa 90%, axit oleic 4,5%, chất hoạt động bề mặt LAS 3%, TEA 1%, glyxerin 0,5%; Phụ gia PG4 0,5%, hoạt tính tẩy sạch đạt 99% Trình tự pha chế để chế tạo chất tẩy rửa như sau: Cho dầu thông sunfat hóa với lượng đã tính toán vào thiết bị dung tích 100 lít; khuấy trộn ở nhiệt độ thường với tốc độ khuấy 700 vòng/phút. Tiếp theo cho hỗn hợp phụ gia PG4 và glyxerin vào, khuấy thêm 10 phút. Tiếp theo là LAS. Do LAS có độ nhớt lớn nên lúc này cần phải khuấy mạnh và thời gian là 15 phút cho LAS tan đều và phân phối khắp không gian thiết bị. Sau đó cho lượng axit oleic 4% vào. Tiếp đến là rượu iso-propylic và cuối cùng là TEA. Lượng TEA khoảng 1% thì dung

izo propylic

Glyxerin Axit oleic

LAS

DÇu th«ng biÕn tÝnh

S¶n phÈm

TEA

3

dịch chất tẩy rửa sẽ có pH trung tính. Tổng thời gian khuấy trộn là 1 giờ. Với trình tự cho như vậy sẽ tạo một dung dịch đồng nhất, hỗn hợp pha trộn không toả nhiệt. Còn nếu cho theo trình tự khác thì sẽ xảy ra các vấn đề sau: -Hỗn hợp toả nhiệt mạnh -Hỗn hợp có thể sẽ bị phân lớp sau khi để 1 đến 2 tuần -Hoạt tính tẩy rửa không cao -Hỗn hợp có độ nhũ hoá trong nước kém Sau khi hoàn tất quá trình pha trộn, sản phẩm được bơm sang thùng chứa trung gian. Tại đây mẫu được lấy đi phân tích các chỉ tiêu kỹ thuật. Nếu chưa đạt yêu cầu nào đó thì có thể điều chỉnh, gia giảm thành phần thêm chút ít. Sản phẩm chất tẩy rửa được đóng vào thùng phuy dung tích 100 lít để phục vụ cho khách hàng lớn như các nhà máy dệt nhuộm. Ngoài ra, chúng cũng được đựng trong can nhựa dung tích 50 lít, 20 lít, 10 lít, 5 lít và 2 lít. Tốt nhất nên dùng bao bì mầu sẫm.

QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP CHẤT HĐBM HYDRAT HÓA

1.Nguyên liệu đầu vào Nguyên liệu sử dụng là dầu thông Quảng Ninh có các tính chất như sau: 1.1.Thành phần hóa học (phân tích bằng phương pháp GC-MS)

- α -pinen 73.185% - β - pinen 2.696 %

- β-myrcene 0,739% - ∆3-caren 14.509% - Limonen 2.269%

- γ-terpinene, 0,449% - α-terpinolene, 2,552% Như vậy, cấu tử chính trong dầu thông nguyên liệu là α -pinen (73.185% ), β - pinen (2.696 %), và ∆ 3-caren (14.509% ) có tổng hàm lượng đến 91%, là thành phần chính tạo nên hoạt tính bề mặt.

4

1.2.Tính chất hóa lý Các thông số hóa lý của dầu thông nguyên liệu

Mẫu Tỷ trọng d SCBM (nM/m)

Độ nhớt (cst)

Hoạt tính tẩy sạch (%)

Dầu thông 0,8633 25,461 2,32 42,7 Từ số liệu trong bảng cho thấy, dầu thông nguyên liệu cũng có hoạt tính tẩy sạch, tuy nhiên rất thấp. mặt khác, bản thân dầu này không tan trong nước nên cần phải biến tính để tạo thành chất HĐBM non-ion bằng phương pháp hydrat hóa. Sản phẩm có hoạt tính bề mặt cao, có khả năng tan tốt để dễ nhũ hóa trong nước. 2. Sơ đồ Qui trình công nghệ Hình b.2. Quy trình công nghệ tổng hợp chất hoạt động bề mặt không ion bằng phương pháp hydrat hóa dầu thông

Nuíc th¶i

Nuíc

S¶n phÈmTrung hßa axit

Dd Na2CO3NuícH2SO4, 15%

DÇu th«ng

Axeton

5

1. Thiết bị phản ứng, 2. Thiết bị lắng phân tách pha, 3,4,5 Thiết bị rửa, 6. Thiết trung hoà, 7. Thùng chứa trung gian, 8. Thùng chứa sản phẩm) 3.Thuyết minh qui trình công nghệ Cho dầu thông nguyên liệu theo lượng đã định vào thiết bị phản ứng 1. Vừa khuấy trộn, vừa nhỏ từ từ 45% lượng axit H2SO4 nồng độ 15% và 6% axeton vào dầu thông. Duy trì phản ứng hydrat hoá ở 85oC trong vòng 4 giờ. Thiết bị 1 là loại thùng khuấy có vỏ bọc đun nóng và làm lạnh bằng ống xoắn ruột gà đặt bên trong thiết bị. Tại đây xảy ra quá trình hydrat hóa dầu thông. Sau phản ứng hỗn hợp sản phẩm từ thiết bị 1 được bơm sang thiết bị lắng tách pha 2. Thiết bị này là loại thiết bị phân ly lỏng – lỏng. Dầu thông và sản phẩm dầu thông hydrat hoá nằm ở lớp trên và được chiết tách sang thiết bị rửa bằng nước 3, sau đó tiếp tục rửa bằng dung dịch Na2CO3 10%, cuối cùng được rửa lại nhiều lần bằng bằng nước cho đến môi trường trung tính (thử bằng giấy quì tím), thu được sản phẩm dầu thông hydrat hoá. Đưa sản phẩm này vào thùng chứa trung gian 7. Nếu phân tích các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm thấy đạt yêu cầu thì bơm sản phẩm này vào thùng chứa sản phẩm 8. Đóng gói vào bao bì theo mẫu mã đã định. Dung dịch nước nằm ở pha dưới của thiết bị 2 được đưa qua thiết bị trung hoà axit dư 7 bằng dung dịch xô đa, sau đó xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ đến hàm lượng COD, BOD đạt tiêu chuẩn nước thải rồi đưa vào nơi qui định.

1

QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ VẢI MỘC CÓ HỒ *Qui trình này thường áp dụng đối với vải dệt thoi (chủ yếu là loại vải cotton) *Hồ sử dụng ngày nay phần lớn là loại hồ tổng hợp PVA. Qui trình giũ hồ này được thiết lập đối với loại hồ PVA. Thuyết minh qui trình xử lý vải mộc có hồ Trước tiên vải mộc cần xử lý được giũ hồ trong thiết bị với chất giũ hồ là CTR của đề tài. Giai đoạn này có mục đích tẩy sạch hết hồ, dầu khoáng bám dính trên bề mặt vải. Quá trình giũ hồ được tiến hành với điều kiện công nghệ như sau: - Lượng vải: 242,8 Kg (708 m) - Lượng nước: 2000 lít - Lượng chất tẩy rửa của đề tài (BK-NH1 pro): 3 Kg ( tưong đương 9 lít dung dịch chất tẩy rửa đã nhũ hóa) - Thực hiện trên máy BK - Thời gian thử nghiệm 2 giờ (tương đương với 8 vòng quay của lô cuốn) - Nhiệt độ tiến hành thử nghiệm 900C - Vải được giặt lại 3 lần sau khi giũ hồ Sau khi giũ hồ vải sẽ được tẩy trắng hoặc nấu tẩy tùy theo yêu cầu của sản phẩm, Quá trình tẩy trắng được thực hiện như sau: - Lượng vải: 218,5 Kg - Lượng nước: 2000 lít - Chất tẩy trắng được cho theo đơn ( đó là NaOH và H2O2) - Thực hiện trên máy Winch - Thời gian thử nghiệm 5 giờ - Nhiệt độ tiến hành thử nghiệm 980C - Vải được giặt lại 3 lần sau khi tẩy trắng Quá trình nấu tẩy trong điều kiện oxy hóa mạnh (H2O2 trong môi trường kiềm) với tác động của chất oxy hóa mạnh, các tạp chất cơ học bám trên bề mặt vải sẽ bị oxy hóa, thu được vải trắng và có độ mao dẫn lớn (tối đa đạt khoảng 120 mm, thông thường đạt từ 60-80 mm) Nếu mục đích sản xuất vải trắng (không cần nhuộm mầu) thì sau công đoạn này, vải được sấy khô và đưa vào kho chứa. Như vậy, sau quá trình nấu tẩy, độ mao dẫn của vải đã đạt rất lớn (60 -120 mm), đủ và vượt tiêu chuẩn để chuyển sang công đoạn tiếp theo là nhuộm và in hoa.

2

3

Công đoạn nhuộm phải theo yêu cầu với đơn pha chế thích hợp, thành phần đơn pha thuốc nhuộm gồm có:

- Chất màu - Chất trợ nhuộm có vai trò làm cho đều màu (sử dụng CTR của Đề tài) - Chất ngấm (sử dụng CTR của Đề tài)) - Các phụ gia (tạo môi trường và làm tăng một số tính năng của vải như

chống tái bám, tăng độ bóng…) Trong các thành phần của đơn pha chế thuốc nhuộm thì có thể thay thế chất trợ nhuộm, chất ngấm bằng chất tẩy rửa của đề tài với hàm lượng tương đương nhưng cho hiệu quả kinh tế hơn (rẻ hơn và không gây ô nhiễm môi trường). Cuối cùng vải được sấy khô, cuối lô và lưu trữ trong kho chứa để phân phối cho khách hàng. Chú ý: Nếu là vải dệt kim thì thực hiện trên máy Z, có tốc độ vòng quay nhanh; còn vải dệt thoi thường thực hiện trên máy BK, có tốc độ vòng quay chậm

QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ VẢI KHÔNG CÓ HỒ Qui trình này áp dụng chủ yếu đối với vải dệt kim (thường là loại vải polieste) Qui trình chung để xử lý loại vải này gồm các công đoạn sau: a-Tẩy dầu: Để loại bỏ hết dầu khoáng bám dính trên bề mặt vải trong quá trình dệt. b-Tẩy trắng: Làm trắng vải đối với trường hợp sản xuất vải trắng và vải yêu cầu nhuộm màu nhạt (màu lơ). c- Nấu tẩy: Mục đích để làm trắng vải và tẩy sạch các tạp chất cơ học bám trên bề mặt vải vải (chủ yếu dùng cho vải cotton) trong môi trường oxy hóa mạnh. d- Nhuộm màu: Đây là công đoạn cuối cùng của quá trình sản xuất vải sợi để thu được vải có màu sắc như yêu cầu. Như vậy, so với loại trên thì công nghệ này không cần công đoạn giũ hồ. Thuyết minh qui trình công nghệ xử lý vải mộc không có hồ Đầu tiên vải mộc cần xử lý được tẩy dầu với chất tẩy dầu kết hợp tẩy trắng (chúng tôi chọn CTR của đề tài làm chất tẩy dầu) để tẩy sạch dầu khoáng bám dính trên bề mặt vải trong quá trình dệt. Quá trình tẩy trắng kết hợp tẩy dầu thực hiện như sau: Lượng vải: 218,5 Kg, Lượng nước: 2000 lít, Chất tẩy trắng được cho theo đơn, Thực hiện trên máy Winch, Thời gian thử nghiệm 5 giờ , Nhiệt độ tiến hành thử nghiệm 980C, Vải được giặt lại 3 lần sau khi tẩy trắng Sau đó vải có thể sẽ được nấu tẩy tùy theo yêu cầu của sản phẩm, Quá trình nấu tẩy được thực hiện trong điều kiện có chất oxy hóa mạnh (H2O2 trong môi trường kiềm). Với tác động của chất oxy hóa này, các tạp chất cơ học bám trên bề mặt vải sẽ được oxy hóa, kết quả thu được vải trắng hơn và có độ mao dẫn lớn (khoảng 120 mm). Tiếp theo, vải được nhuộm màu theo yêu cầu với đơn pha chế thích hợp, thành phần đơn pha thuốc nhuộm gồm có: Chất màu, Chất trợ nhuộm (chất làm cho đều màu), Chất ngấm, Các phụ gia (tạo môi trường và làm tăng một số tính năng của vải nhuộm như chống tái bám, tăng độ bóng, chống phai…) Trong các thành phần của đơn pha chế thuốc nhuộm đối với loại vải này, chúng tôi cũng thay thế chất trợ nhuộm, chất ngấm bằng CTR của đề tài với hàm lượng tương đương nhưng hiệu quả thu được tốt hơn : độ mao dẫn cao hơn, giá thành thấp hơn, màu nhuộm và các tính chất khác tương đương. Cuối cùng vải được sấy khô, cuối lô và lưu trữ trong kho chứa để phân phối cho khách hàng.

1

QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP CHẤT HĐBM SUNFAT HÓA

1.Nguyên liệu đầu vào Nguyên liệu sử dụng là dầu thông Quảng Ninh có các tính chất như sau: 1.1.Thành phần hóa học (phân tích bằng phương pháp GC-MS)

- α -pinen 73.185% - β - pinen 2.696 %

- β-myrcene 0,739% - ∆3-caren 14.509% - Limonen 2.269%

- γ-terpinene, 0,449% - α-terpinolene, 2,552% Như vậy, cấu tử chính trong dầu thông nguyên liệu là α -pinen (73.185% ), β - pinen (2.696 %), và ∆ 3-caren (14.509% ) có tổng hàm lượng đến 91%, là thành phần chính tạo nên hoạt tính bề mặt. 1.2.Tính chất hóa lý

Các thông số hóa lý của dầu thông Mẫu Tỷ trọng d SCBM

(nM/m) Độ nhớt

(cst) Hoạt tính tẩy

sạch (%) Dầu thông 0,8633 25,461 2,32 42,7

Từ số liệu trong bảng cho thấy, dầu thông nguyên liệu cũng có hoạt tính tẩy sạch, tuy nhiên rất thấp. mặt khác, bản thân dầu này không tan trong nước nên cần phải biến tính để tạo thành chất HĐBM anion có hoạt tính bề mặt cao, có khả năng tan tốt để dễ nhũ hóa trong nước.

2

2.Sơ đồ qui trình công nghệ Hình b.1. Quy trình công nghệ tổng hợp chất hoạt động bề mặt anion bằng phương pháp sunfat hóa dầu thông 1. Thiết bị phản ứng, 2. Thiết bị lắng phân tách pha, 3,4,5 Thiết bị rửa, 6. Thiết bị trung hoà, 7. Thùng chứa trung gian, 8. Thùng chứa sản phẩm. 3.Thuyết minh qui trình công nghệ Cho dầu thông (có tính chất đầu vào như đã nêu) theo lượng tính toán trước vào thiết bị phản ứng 1. Thiết bị 1 là loại thiết bị dạng thùng khuấy có vỏ bọc đun nóng. Nhỏ từ từ axit sunfuric nồng độ 70% với tỷ lệ đã định (7,5% theo khối lượng) vào thiết bị. Vừa nhỏ vừa khuấy trộn với tốc độ khuấy 600 vòng/phút. Duy trì nhiệt độ 30oC trong vòng 5 giờ (chú ý: nếu mùa đông, gia nhiệt nhẹ đến 30oC, mùa hè có thể không cần gia nhiệt. Sau đó làm lạnh bằng ống xoắn để bên trong thiết bị để khống chế nhiệt độ này). Sau phản ứng hỗn hợp từ thiết bị 1 được dẫn sang thiết bị trích ly 2. Tại đây, hỗn hợp sản phẩm được lắng tách thành hai pha: Dầu thông và sản phẩm dầu thông sunfat nằm ở lớp trên và được tách sang thiết bị rửa nước 3, rửa bằng dung dịch Na2CO3 10%, cuối cùng được rửa lại bằng nước cất đến khi hết kiềm (thử trên giấy quì tím), thu được sản phẩm chất HĐBM dạng dầu thông sunfat hóa. Bơm sản phẩm vào thùng chứa trung gian 7. Phân tích các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm như: hoạt tính tẩy sạch, hàm lượng nhóm sunfat, tỷ trọng, độ nhớt, độ bay hơi, sức căng bề mặt…, nếu chưa đạt chất lượng mong muốn thì xử lý thêm rồi đưa vào bể

DÇu th«ng

H2SO4, 70%Nuíc Dd Na2CO3

Trung hßa axit S¶n phÈm

Nuíc

Nuíc th¶i

3

chứa sản phẩm. Từ đây, sản phẩm được đóng gói theo can và lọ nhựa dung tích 5 lít, 3 lít, 2 lít, 1 lít. Nếu để cho khách hàng lớn như các nhà máy dệt nhuộm, có thể dùng thùng phuy dung tích 100 lít. Dung dịch nước ở lớp dưới của thiết bị chiết tách 2 được đưa qua thiết bị trung hoà số 7. Nước thải này chứa một lượng axit không đáng kể và tạp chất được trung hoà sơ bộ bằng dung dịch xô đa, rồi xử lý bằng phương pháp keo tụ để làm sạch nước đến hàm lượng COD và BOD cho phép.