3.1. Sản xuất xà phòng

3.1.1. Nguyên liệu

Tất cả các loại dầu mỡ động vật có thể dùng làm nguyên liệu sản xuất xà bông như: mỡ bò, cừu, heo, dầu dừa, dầu cọ, cao su, dầu đậu phộng, thầu dầu,... 

Các chất béo và dầu là các triglyxerit là este của axit béo và glyxerol, có công thức là: 

a) Chất béo được dùng trong sản xuất xà phòng

Những chất béo chính được dùng là:

- Mỡ (bò và dê cừu)

- Dầu dừa

- Dầu cọ vỏ (lấy từ vỏ trái cây cọ có chất dầu)

- Dầu cọ hạt (được lấy từ hạt của trái cây cọ có dầu)

Ở châu Âu và Mỹ, người ta thường dùng chất pha trộn mỡ bò/ dầu dừa. Các dầu cọ vỏ và hạt được dùng nhiều hơn trong các nước sản xuất chất này: châu Phi và Đông Nam Á.

Mỗi chất béo được cấu tạo bởi một hỗn hợp các axit béo được tóm lược trong bảng 3.1.

Từ đó có thể thấy:

- Dầu cùi dừa và dầu cọ (hạt) rất phong phú về C12.

- Mỡ và dầu cọ (vỏ) không có C12 nhưng các dây pha trộn với nhau dài hơn (no hay không no).

Các xà phòng thường được nấu từ các hỗn hợp cổ điển sau đây:

- Mỡ/ Dầu cùi dừa

- Mỡ/ dầu cọ hạt

- Dầu cọ (vỏ)/ dầu cùi dừa

- Dầu cọ vỏ/ dầu cọ hạt

Với tỉ lệ 10 đến 40% đối với dầu cùi dừa và dầu cọ hạt (thường xuyên nhất là khoảng 20%) và 60 đến 90% đối với mỡ và dầu cọ vỏ.

Ví dụ: nếu lấy một hỗn hợp 80/20 (dầu cọ vỏ/dầu cùi dừa), xà phòng được chế biến từ đó tương ứng với một hỗn hợp các axit béo với sự phân bố như trong bảng 3.2.

Bảng 3.2: Phân bổ các axit béo trong hỗn hợp 80/20 (dầu cọ vỏ/dầu cùi dừa)

Độ dài dây < C10 C10 C12 C14 C16 C18 C18, 1= C18, 2=

% 2 1,3 9,5 4,4 36,6 4,6 32,5 9

Axit béo no có dây ngắn Axit béo no có dây dài Axit béo không no có dây dài

Thành phần cấu tạo sẽ đóng một vài trò liên quan đến chất lượng xà phòng đã hoàn chỉnh: ví dụ các axit béo có dây ngắn dễ hoà tan hơn, chịu trách nhiệm về khả năng tạo bọt và làm rát da hơn, nhưng người ta cần phải gìn giữ một mức quân bình nào đó để xà phòng không bị tiêu hao quá nhanh khi sử dụng.

 Một số đại lượng vật lý đặc trưng cho chất béo:

- Chỉ số acid: là số mg KOH dùng để trung hòa 1g chất béo cho biết lượng acid

tự do trong dầu mỡ .

- Chỉ số xà bông: là số mg KOH dùng để xà phòng hóa 1g chất béo ,nó nói lên thành phần tổng cộng các acid béo .Chỉ số xà bông lớn nói lên thành phần tổng cộng

các acid béo.

Chỉ số xà bông lớn chứng tỏ có mặt các acid béo ít ngược lại chỉ số xà bông nhỏ chứng tỏ acid béo lớn hoặc có chứa những chất không xà phòng hóa.

VD: Chỉ số xà phòng hóa mỡ bò là 226, dầu dừa 245 - 246.

b) Xử lý các nguyên liệu hữu cơ

Trước khi được sử dụng để sản xuất xà phòng, các nguyên liệu thô phải qua một quy trình kép:

- Giai đoạn tẩy trắng

- Giai đoạn khử mùi.

 Sự tẩy trắng dầu

Sự tẩy trắng các loại dầu được tiến hành trong giai đoạn đầu. Trước tiên, người ta đun nóng các loại dầu này ở nhiệt độ cao (900C) dưới chân không để sấy chúng. Chân không giúp dầu không hư hại do oxi hoá. Khi nước đã bị loại ra, người ta thêm chất tẩy trắng dầu vào. Thường người ta sử dụng các vật liệu hấp phụ có diện tích bề mặt lớn để hấp phụ các tạp chất có trong dầu.

 Khử mùi: 

Loại bỏ mùi bằng chưng cất chân không, khi đó sẽ thu được dầu có chất lượng đáp ứng quá trình sản xuất xà phòng.

c)  Nguyên liệu vô cơ

Để xà phòng hoá dầu mỡ thường sử dụng kiềm là NaOH. Sô đa không thể xà phòng hoá glyxerit, tuy nhiên nó vẫn được sử dụng làm phụ gia trong xà phòng, sô đa chỉ có khả năng trung hoà axit béo. KOH được sử dụng để sản xuất xà phòng mềm (và trong). Với cùng một nguyên liệu dầu mỡ, xà phòng kali mềm hơn xà phòng natri. Thường người ta phối hợp xà phòng natri với xà phòng kali.

Bảng 3.1 Cấu tạo trung bình của những chất béo chính sử dụng trong công nghiệp xà bông.

Độ dài các mạch (trung bình) < C10 C10 C12 C14 C16 với 1= C16 C¬18 C18 với 1= C18 với 2= C20 C20¬ với 1= C20 no C20 không no

% % % % % % % %* %* % % % %

Tên gọi chung Capric Lauric Myristic Palmitotic Palmitoléic Stéaric Oléic Linoléic Arachidic Gadoléic

Dầu cùi dừa 9,5 6 47 18 9,4 0,1 2 5,5 2,5 0 0 0 0

Dầu cọ (hạt) 3,5 3 47 16,2 8,6 0,2 2,3 16,1 3,1 0 0 0 0

Mỡ 0 0 0 3,4 25,6 4,7 22,3 38,4 3,2 0,5 0,5 0,5 0,1

Dầu cọ (vỏ) 0 0 0 1,4 56,9 0,4 5,1 28,5 7,2 0,1 0,1 0,1 0,1

1= (gồm một mối liên kết đôi

2 = ( gồm hai mối liên kết đôi)

3.1.2. Quy trình công nghệ

3.1.2.1.  Nguyên tắc để sản xuất xà phòng

Phản ứng cơ bản xảy ra trong quá trình nấu xà phòng là phản ứng xà phòng hoá. Có thể xà phòng hoá trực tiếp nguyên liệu béo hoặc có thể xà phòng hoá axit béo để thu được xà phòng. Vì vậy trên thực tế có hai phương pháp để nấu xà phòng là:

 Phương pháp 1: Thuỷ phân chất béo bằng hơi nước ở áp suất cao và nhiệt độ cao (2500C, 50 atm). Phản ứng xảy ra là:

Phản ứng xảy ra khi lượng nước dư, sau đó có thể tách dễ dàng glyxerin khỏi các axit béo (không hoà tan trong nước). Rồi các axit béo được làm sạch bằng cách chưng để dùng sản xuất xà phòng. Phương pháp này đòi hỏi hệ thống thiết bị phức tạp để thuỷ phân dầu mỡ và làm sạch axit béo, và thường chỉ được sử dụng tại các nhà máy sản xuất chất béo là chủ yếu.

 Phương pháp 2: Đun sôi chất béo trực tiếp với dung dịch xút ở 1000C dưới áp suất không khí. Khi đó, các axit béo được hình thành phản ứng ngay tức thì với xút để tạo nên xà bông:

Sau đó phải tách glyxerin ra khỏi xà phòng. Đây là một công việc khá phức tạp vì dung dịch tương đối bị pha lẫn. Tuy nhiên phương pháp này vẫn được các nhà sản xuất lớn về xà phòng sử dụng nhiều nhất.

3.1.2.2.  Sản xuất xà phòng trực tiếp từ các chất béo

Sơ đồ các giai đoạn để sản xuất xà phòng trực tiếp từ chất béo được mô tả trên hình 3.1. Sơ đồ bao gồm các giai đoạn:

 Pha trộn các loại dầu: Tính toán tỉ lệ, phối hợp các loại nguyên liệu theo đúng yêu cầu của quá trình công nghệ.

 Tẩy trắng, khử mùi: Loại khỏi dầu mỡ các tạp chất như nước, bụi, caroten, clorophyl,...

Hình 3.1: Các giai đoạn sản xuất xà phòng

bằng phương pháp xà phòng hoá trực tiếp

Xà phòng hoá: Thực hiện phản ứng xà phòng hoá dầu mỡ bằng kiềm tạo xà phòng và glyxerin. 

 Tách xà phòng: tách glyxerin ra khỏi xà phòng. Sự tách này dựa trên nguyên tắc là glyxerol hoà tan được trong nước muối trong khi xà phòng thì không. Quá trình tách rửa cũng giúp loại được một phần lớn các chất bẩn có màu sắc.

Quá trình rửa được thực hiện bằng cách pha trộn xà phòng với một dung lượng nước muối, có khuấy trộn. Sau vài giờ trộn, xà phòng tách ra ở lớp trên, còn lớp dưới là nước muối + glyxerin. Quá trình rửa được tiến hành 3 lần để loại glyxerin ra khỏi xà phòng.

 Tách glyxerin: Người ta đưa dung dịch nước muối + glyxerin được thu hồi tới một thiết bị bốc hơi để thu hồi glyxerol và muối được quay vòng dùng lại.

 Xà phòng hoá triệt để (loại muối): xà phòng sau khi tách khỏi glyxerin vẫn còn chứa nhiều muối, làm ảnh hưởng đến chất lượng. giai đoạn này giúp giảm số lượng muối, loại các tạp chất có màu sắc, tăng nồng độ cho dung dịch xà phòng. Trong giai đoạn này, người ta pha trộn dung dịch xà phòng với dung dịch xút loãng. Khi đó, dung dịch sẽ phân làm hai lớp: lớp trên là xà phòng mịn, lớp dưới là hỗn hợp nước - muối - xút - tạp chất (không có xà phòng) hoặc một dung dịch negro chứa vài phần trăm đến 25 - 30% xà phòng, muối, xút và các tạp chất khác. 

Quy trình này có thể áp dụng các phương thức sản xuất xà phòng

 Phương thức cổ truyền: 

Phương pháp này là phương pháp gián đoạn, cho phép nấu nhiều tấn xà phòng một lượt. Trong các bồn hở, người ta nấu dầu với dung dịch xút (47%). Khuyết điểm chính của phương pháp này là ở chỗ khó đạt được một hỗn hợp đồng nhất: khi một phần dầu phản ứng với xút thì xà phòng đã được tạo thành làm sệt hột hợp. Phương pháp này không tách glyxerin ra khỏi xà phòng.

 Hệ thống “vòi” liên tục

Đây là phương thức thông dụng nhất: gồm việc đun nóng dầu, dung dịch xút và bơm chúng thành một vòi: điểm giao của 4 ống, ống đầu tiên dẫn dầu, ống thứ hai xút, ống thứ 3 hơi nước (để giúp phản ứng đồng thời cọ rửa) và ống thứ tư để di chuyển hỗn hợp (sơ đồ hình 3.2).

Hình 3.2: Hệ thống vòi

Hỗn hợp phản ứng được duy trình lỏng bằng cách thêm chất lỏng, pha loãng vào. Chất lỏng pha loãng này có thể là nước, nhưng sự pha loãng glyxerin có thể quá mức và giá thành bốc hơi thành quá cao để thu hồi.

 Phương thức Alfa Laval: 

Thiết bị sử dụng gồm một cột phản ứng (3m x 0,75m) với một vòng tuần hoàn bên hông. Dầu  và dung dịch xút  được đưa vào  cột phản ứng nhờ các bơm. Tốc độ phản ứng được gia tăng nhờ áp lực cao (4 atm, 1400C). Xà phòng đi ra từ thiết bị phản ứng được bơm vào cột thứ hai. Trước khi đi vào cột phản ứng thứ hai, người ta đưa vào một chất lỏng pha loãng lạnh để giảm nhiệt độ và làm lỏng hỗn hợp. Thời gian phản ứng vào khoảng 15 phút trong cả hai cột.

Hình 3.3: Phương pháp “Alfa Laval”

- Rửa sạch: 

Giai đoạn tiếp theo cho phép tách glyxerin ra khỏi xà phòng dựa trên nguyên tắc glyxerol hoà tan trong nước muối, nhưng xà phòng không tan. Quá trình rửa cũng cho phép loại trừ một phần lớn những tạp chất có màu.

+ Phương pháp bồn: Quá trình rửa được thực hiện bằng cách trộn xà phòng với một khối lượng muối đã xác định, dùng những vòi hơi nước để khuấy trộn. sau vài giờ nghỉ, xà phòng nổi lên trên trong cùng lúc lớp dưới gồm một hỗn hợp glyxerin/nước muối. quá trình rửa được lặp lại khoảng 3 lần với nước muối lạnh để loại trừ tất cả glyxerin trong xà phòng

+ Phương thức dòng chảy ngược: hệ thống này bao gồm một dãy thùng sắp xếp theo thác đổ trong đó xà phòng được bơm vào hoặc cho chảy vào từ thùng này sang thùng khác, trong khi nước muối được bơm vào ngược chiều. Rửa theo phương pháp này, nồng độ glyxerin cuối cùng trong nước muối cao hơn nhiều so với phương pháp bằng thùng ( 12-20% so với 5-10%).

- Pha loãng: Dung dịch nước muối + glyxerin thu hồi phần lớn được đưa vào một đơn vị làm bốc hơi để thu hồi glyxerol và muối. phần còn lại được dùng làm chất pha loãng

- Loại bỏ muối: tiến hành loại muối một cách liên tục bằng cách xịt so đa loãng vào hệ thống ống đưa xà phòng đã rửa đến một máy ly tâm mà tốc độ cho phép tách xà phòng ra khỏi nước.

b) Sản xuất xà phòng bằng cách trung hoà các axit béo

Phương pháp này được sử dụng ít hơn phương pháp trên vì nó có những điểm không thuận lợi là:

- Giá thành thiết bị cao

- Chỉ dùng với những nhà máy sản xuất lớn.

Tuy nhiên nó cũng có những thuận lợi là: công nghệ đơn giản, linh hoạt trong quá trình sản xuất vì có thể thay đổi dễ dàng thành phần chất béo.

Hình 3.4: Sản xuất xà phòng bằng cách trung hoà axit béo

Hình 3.5: Sơ đồ công nghệ sản xuất xà phòng

 theo phương pháp trung hoà axit béo

c) Ví dụ về công thức xà phòng

Xà phòng tắm cổ điển thường gặp trên thị trường có công thức như bảng 3.3.

Bảng 3.3. Công thức xà phòng thường gặp

TT Thành phần quy định của chất béo Xà phòng không thừa béo 80-20(cọ vỏ/cọ hạt) Xà phòng thừa béo 65-35% (mỡ bò/dầu cùi dừa)

1 Xà phòng natri 83-88 80 - 85

2 Axit béo tự do - 4 - 6

3 Chất bảo quản

- Na EDTA

- HEDP

0,015 - 0,030

0,010 - 0,025

0,015 - 0,030

0,010 - 0,025

4 Axit orthophosphoric 0,1 - 0,2 0,1 - 0,2

5 Màu + +

6 Chất chắn sáng (titan oxit) 0,1 - 0,7 0,1 - 0,7

7 Chất tẩy quang học + +

8 Nước hoa + +

9 Nước, muối V/đ 100 V/đ 100

3.2. Sản xuất bột giặt theo phương pháp sấy phun

3.2.1 Phân loại bột giặt

a)  Bột giặt truyền thống

Bột giặt “truyền thống” hay còn gọi là bột giặt “quy ước” hay “cổ điển” là loại bột giặt có đặc tính chính là các thành phần phụ chiếm tỷ lệ rất cao (chất trợ giúp cho quá trình, chất độn …) vì vậy có tính năng tẩy rửa thấp.

Tỷ trọng của chúng thay đổi trong khoảng 200 g/l ~700 g/l.

Bột giặt truyền thống gồm có hai loại sản phẩm dành cho hai đối tượng sử dụng khác nhau:

- Tạo bọt ( thường dùng cho giặt tay).

- Không tạo bọt ( thường dùng cho máy giặt).

 Bột giặt có tạo bọt

Các chất hoạt động bề mặt dùng trong loại bột giặt này phần lớn là loại anionic như: LAS, PAS. Các CHĐBM NI đôi khi được thêm vào với lượng thấp hơn 4 -5 lần so với CHĐBM anionic.

Lượng chất xây dựng được dùng với mức độ tùy thuộc vào độ cứng của nước, loại vết bẩn cũng như giá thành, thông thường người ta thường dùng STPP, Natri Silicate, Natri Carbonate.

Các thành phần phụ khác như Natri Sulphate, Calcit … giúp bổ túc công thức, tăng tỷ trọng và giảm giá thành. Các thành phần khác như chất tẩy quang học, enzyme… chiếm hàm lượng rất nhỏ.

Ví dụ về công thức bột giặt tạo bọt:

Bảng 3.4. Công thức bột giặt tạo bọt

CHĐBM anionic 15-30

CHĐBM NI 0-3

STPP 3-20

Silicate Natri 5-10

Carbonate Natri 0-15

Bentonit/ Calcit 0-15

Enzyme, chất tẩy quang học, hương, CMCNa +

Nước v/đ 100

 Bột giặt không tạo bọt

Ở loại bột giặt này, các thành phần cũng tương tự như loại tạo bọt, điểm khác biệt giữa chúng là có sự hiện diện của các tác nhân chống bọt.

Ví dụ về công thức bột giặt không tạo bọt:

Bảng 3.5. công thức bột giặt không tạo bọt

Có phosphate Không có phosphate

CHĐBM anionic 10-20 10-20

CHĐBM NI 0-5 0-5

Xà phòng 0-2 0-2

STPP 15-30 -

Zeolite - 15-30

Carbonate Natri 5-15 5-20

Silicate Natri 5-15 5-15

Perborate Natri 0-15 0-15

Enzyme, chất tẩy quang học, hương + +

Nước v/đ100 v/đ100

b)  Bột giặt đậm đặc

Trong nhiều năm qua, trên thị trường chỉ có các sản phẩm bột giặt truyền thống, nhưng ngày nay, theo xu thế phát triển kinh tế của thế giới, những yêu cầu về những loại bột giặt có khả năng tẩy rửa tốt hơn, tỷ trọng cao hơn với nhiều tính năng đa dạng hơn đã dần dần hình thành.

Vì vậy, các nhà sản xuất cũng cho ra đời những sản phẩm có tỷ trọng cao hơn bằng nhiều phương pháp khác nhau. Qua nhiều năm sau, công ty  KAO của Nhật Bản đã tung ra thị trường một loại bột giặt đậm đặc với tỷ trọng cao tạo ra một xu hướng phát triển mới cho thị trường bột giặt.

Bột giặt đậm đặc có  đặc điểm phối trộn như sau:

Gia tăng tối  đa các thành phần hoạt  động ( giảm thiểu luợng chất độn)

- Tăng tỷ trọng lên đến 600-900 g/l thậm chí 1000 g/l

Chính vì vậy, bột giặt đậm đặc hội tụ các ưu điểm sau:

• Đối với người tiêu dùng

o Một sản phẩm thực tiễn ( dễ dàng vận chuyển, lưu trữ và định lượng).

o Một kỹ thuật công nghệ mới mẻ có tính cách mạng về giặt tẩy có được mọi ưu điểm của các bột giặt sản xuất theo công nghệ sấy phun mà không vấp phải những điều bất thuận tiện của các bột pha trộn khô và được sử dụng đến ngày nay nhờ phương thức sản xuất mới.

• Đối với việc buôn bán:

o Ít choán chỗ để trưng bày và lưu trữ các sản phẩm

o Thu được lợi nhuận cao

• Đối với nhà sản xuất:

o Đi tiên phong trên một thị trường thật sự đổi mới.

o Lợi nhuận cao hơn ( ít bao bì hơn, giá phân phối sản phẩm thấp hơn).

o Một bước tiến quan trọng hơn trong việc giảm gây ô nhiễm môi trường.

Nguyên tắc thành lập công thức bột giặt đậm đặc:

Để thành lập công thức cho các sản phẩm đậm đặc, người thành lập công thức phải:

• Loại bỏ bất cứ thành phần nào thật sự không ích lợi cho khả năng hoạt động của sản phẩm (các chất hay tác nhân phục vụ cho hoạt động  tẩy  rửa như  sulphat natri chẳng hạn).

• Giảm  lượng  nước  trong  sản  phẩm.  Người  ta  thường  dùng  perborate  mono hydrate hơn là perborate tetra hydrate cổ điển.

• Dùng các nguyên liệu đậm đặc nhất mà các phương pháp đo đạc cỡ hạt lần lượt giúp lấp  đầy tất cả các “khoảng trống” , và phủ  đầy phần bên trong của các hạt rỗng.

Tuy nhiên, để có được bột giặt đậm đặc cần lưu ý hai yếu tố:

• Sự gia tăng các thành phần có hoạt tính trong công thức và loại tối đa các chất độn và nước.

• Sự gia tăng tỷ trọng của bột giặt.

Trong đó, vấn đề chính vẫn là gia tăng hàm lượng chất hoạt động bề mặt. Ví dụ về công thức bột giặt đậm đặc:

Bảng 3.6: Công thức bột giặt đậm đặc

Có phosphate Không có phosphate

LAS Natri 12-15 7-15

NI 4-8 5-12

Xà phòng 0-2 1-3

STPP 20-25 -

Zeolite 0-5 25-30

Carbonate Natri 12-20 10-15

Silicate Natri 3-7 0.5-1

Sulphate Natri 0-2 -

Perborate 0-15 12-18

TAED 4-8 5-8

CMC Natri 0.5-1.5 0.4-1

Chất tẩy quang học 0.15-0.30 0.1-0.25

Enzyme ( protease, lipaza) ++ ++

Tác nhân chống bọt -/+ -/+

Hương ++ ++

Nước v/đ100 v/đ100

3.2.2. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bột giặt theo phương pháp sấy phun

a)  LABSA ( Linear Alkyl Benzene Sulphonic Acid):

LABSA là một sulpho acid. Các sulpho acid là những acid mạnh, nên không chỉ các muối của chúng với các cation hóa trị một mà cả các muối với cation hóa trị cao hoặc ngay cả acid ở trạng thái tự do đều tan khá nhiều trong nước để tạo thành dung dịch có tất cả các tính chất đặc trưng của dung dịch tẩy rửa. Do đó, có thể dùng chúng làm chất tẩy rửa trong môi trường nước cứng ( có ion Mg2+, Ca2+) và cả trong môitrường acid.

Vì là acid mạnh nên phản ứng hoàn toàn với bazơ, phản ứng tỏa nhiều nhiệt, gây ăn mòn nhôm đồng, hơi bốc ra khí SO2  rất độc, có mùi hắc. Một đặc tính khác của LABSA là làm khô, gây rát khi tiếp xúc với da.

LABSA nguyên liệu ở dạng rắn trước hết được cho vào bồn khuấy trộn cùng với nước để đưa LABSA thành dạng dung dịch có nồng độ 50%.

b) Khuấy tẩy

Nguyên liệu LABSA trước khi đi vào quy trình sản xuất sẽ được khuấy tẩy bằng dung dịch nước oxy già (H2O2) 35% để tăng độ tinh khiết của nguyên liệu. Hàm lượng H2O2 dùng để tẩy trắng LABSA khoảng 0.1-0.15%.

Hình 3.5: Sơ đồ khối  quá trình sản xuất bột giặt theo phương pháp sấy phun

Hình 3.6: Sơ đồ công nghệ quá trình sản xuất bột giặt

 theo phương pháp sây phun

c)  Trung hoà

Sau  khi  khuấy  tẩy  xong,  LABSA  được  bơm  vào  bồn  khuấy  trộn,  sau  đó  ta  tiến hành  cho  dung  dịch  NaOH  đã  được  chuẩn  bị  trước  vào  bồn  khuấy  để  trung  hoà LABSA để tạo muối Natri linear alkyl sunfonate (LAS), là một chất hoạt động bề mặt rất tốt, khả năng tạo bọt tốt, tính tẩy rửa mạnh. Lượng NaOH cần để trung hoà khoảng 28%, tức 100kg nguyên liệu LABSA cần 28-28.5kg dung dịch NaOH đậm đặc (40- 45%).

     + Na  

d) Khuấy trộn

Sau khi quá trình trung hoà, người ta tiếp tục cho các thành phần khác như chất xây dựng (STP, Zeolit), chất chống ăn mòn (Natri silicate), chất chống tái bám (CMCNa, polyme), chất độn (Na2SO4), chất tẩy trắng (TEAD, perborat), bột giặt sau sấy phun không đạt kích cỡ hạt ở dạng bột vào bồn khuấy trộn với tỷ lệ tuỳ theo yêu cầu thành phần của bột giặt để tạo dung dịch ở dạng kem nhão chuẩn bị cho quá trình sấy phun. Nước  cũng  được  thêm  vào  ở  giai  đoạn  này  để  tạo  dung  dịch  kem  nhão  có  độ  ẩm khoảng 60%. Hệ được giữ ở khoảng 80oC.

Hỗn hợp kem nhão phải đảm bảo:

 Sự đồng đều các thành phần chứa trong đó không thay đổi giữa các mẻ. Do vậy, yêu cầu liều lượng phải chính xác.

 Bảo đảm sự đồng pha, tránh tách lớp.

Các chất xây dựng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo kem nhão. Ngoài ra, giúp cho các chất hoạt động bề mặt, chất lỏng khác hấp thu vào. Khi chất xây dựng có chất hoạt động bề mặt hấp thu vào và đem sấy phun, cấu trúc tinh thể giữ nguyên, chất hoạt động bề mặt không bị thất thoát, phân bố sản phẩm không đều.

Quá trình tạo kem nhão có thể theo mẻ hay liên tục, tuỳ theo năng suất yêu cầu.

e)  Nghiền và lọc

Dung  dịch  kem  nhão  sau  khi  ra  khỏi  bồn  khuấy  trộn  sẽ  được  đưa  vào  một  máy nghiền trục vít để nghiền nhỏ các hạt chất rắn có kích thước lớn chưa hoà tan hết, và các tinh thể hình thành trong hỗn hợp kem nhão.

Trước khi đi vào sấy phun, kem nhão được đưa vào một hệ thống lưới lọc từ nhằm loại bỏ các chất rắn kim loại hoặc các chất rắn khác có kích thước lớn. Quá trình này được thực hiện nhằm tránh hiện tượng tắc nghẽn, giảm sự mài mòn các vòi phun của tháp sấy phun.

Sau khi lọc từ, hỗn hợp kem nhão được đưa vào một bồn chứa trung gian.

f) Sấy phun

Sấy phun là quá trình làm mất nước của hỗn hợp kem nhão. Chuyển hỗn hợp từ dạng kem nhão có độ ẩm 60% thành dạng bột. Độ ẩm yêu cầu của bột sau khi sấy là 3- 10%.

Hỗn hợp kem nhão từ bồn chứa trung gian được một hệ thống bơm hai cấp hút vào và đẩy lên đi vào phía trên đỉnh tháp sấy phun. Kem nhão dưới tác dụng của hệ thống bơm hai cấp và hệ thống máy nén khí sẽ đi vào vòi phun với áp suất khoảng 100 atm. Kem nhão khi qua vòi phun sẽ được tán ra thành các hạt rất nhỏ (dạng sương) vào tháp sấy

Trong khi đó, không khí từ môi trường ngoài sẽ được quạt hút hút vào buồng đốt để gia nhiệt không khí lên 300oC thành tác nhân sấy. Buồng đốt sử dụng dầu FO và truyền nhiệt gián tiếp vào không khí sấy. Không khí sấy được quạt thổi khí đưa vào phía dưới tháp sấy phun. Dòng không khí nóng đi lên từ đáy tháp sẽ gặp các hạt lỏng sẽ nhanh chóng bốc hơi nước của các giọt lỏng, hình thành các hạt rắn bột giặt. Các hạt bột giặt được hình thành có độ ẩm giao động từ 2 – 10% và sẽ rơi xuống đáy tháp.

Ở giai đoạn này, độ ẩm không khí trong buồng sấy ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc và kích thước hạt bột giặt thành phẩm. Nếu độ ẩm không khí trong buồng sấy quá thấp, các hạt bột giặt sẽ có kích thước rất nhỏ và trở nên rời rạc do chúng không thể kết dính lại với nhau. Ngược lại, nếu độ ẩm không khí trong buồng sấy quá cao, hiện tượng kết dính giữa các hạt bột giặt sẽ xảy ra mạnh mẽ làm tăng kích thước của chúng. Kết quả là bột giặt không đạt độ mịn, độ đồng nhất về kích thước và cấu trúc hạt. Các hạt bột giặt tạo thành sẽ được tháo vào băng tải.

Dòng không khí sấy sau khi qua tháp sẽ lôi cuốn theo các hạt bột giặt có kích thước nhỏ, nhẹ sẽ được dẫn vào hệ thống thu hồi bụi ở đỉnh tháp trước khi đưa ra ngoài.

Bột giặt sau quá trình sấy phun có nhiệt độ cao sẽ được làm nguội bằng không khí khi vận chuyển trên băng tải.

g)  Phân loại hạt

Bột giặt từ băng tải sẽ được đưa đến đường ống đặt thẳng đứng của hệ thống hút chân  không  phân  loại  hạt.  Khi  bột  giặt  đi  vào  ống,  dưới  tác  dụng  của  lực  hút  chân không, các hạt có kích thước đạt yêu cầu sẽ được lôi cuốn theo dòng khí đi lên phía trên, và được thu hồi lại nhờ các cyclone, các hạt có kích thước quá nhỏ thoát ra khỏi cyclone sẽ được đưa vào thiết bị lọc túi và đưa về hoà tan lại vào dung dịch tạo kem nhão. Còn các hạt có kích thước quá lớn, trọng lượng của chúng thắng được lực hút chân không sẽ bị rơi xuống dưới vào băng tải đưa về lại thiết bị khuấy trộn tạo dung dịch kem nhão để sấy phun lại.

h) Trộn bổ sung và phun hương

Bột giặt sau khi phân loại hạt được đưa vào các bồn chứa. Sau đó người ta sẽ trộn bổ sung các thành phần khác, các chất nhạy nhiệt, dễ biến đổi bởi nhiệt độ cao không thể cho vào trước quá trình sấy phun, như: chất hoạt động bề mặt không ion (NI), chất

tẩy trắng quang học, enzyme, chất chống tạo bọt, chất màu. Các chất này được thêm vào bằng hệ thống cân định lượng.

Tất cả hỗn hợp này được cho vào một hệ thống trộn thùng quay nhằm trộn đều các thành phần và kết hợp phun hương tạo mùi thơm cho bột giặt.

Sau khi phối trộn bột giặt có tỷ trọng: 650-750 g/l.

i) Đóng gói

Thông thường, người ta sử dụng bao bì bằng nhựa, nylon để đựng sản phẩm.

Yêu cầu chung về bao bì: hạn chế được sự tiếp xúc của ánh sáng, không khí và độ ẩm từ môi trường xung quanh đến bột giặt.

 Ưu điểm của phương pháp là sấy phun so với các phương pháp sấy khác là ở chỗ:

Quá trình sấy xảy ra nhanh( thường sau 15-30 giây vì các hạt ra khỏi vòi phun rất mịn tiếp xúc giữ độ ẩm và không khí nóng rất tốt).

Dễ điều chỉnh các chỉ tiêu của sản phẩm cuối cùng qua chế độ sấy(ví dụ: nhờ điểu chỉnh tốc độ phun và tốc độ dòng khí nóng, có thể điều chỉnh được kích thước hạt, độ ẩm trong sản phẩm cuối cùng).

Sản phẩm có độ hòa tan tốt.

Ít bị hao hụt.

Dễ cơ khí hóa và tự động hóa quá trình sấy.

 Nhược điểm của phương pháp sấy phun là thiết bị phức tạp kích thước lớn:

Thành phần phối liệu cũng ảnh hưởng đển quá trình sấy và công suất thiết bị. Thí dụ nếu thành phần nước cao nhiệt năng đòi hỏi nhiều hơn, natri silicat nhiều làm giảm tốc độ bay hơi nước của phối liệu. Soda cho phép thu được sản phẩm có độ ẩm tối ưu.

3.3. Sản xuất bột giặt theo phương pháp khác

3.3.1. Phương pháp kết tụ không tháp

Nguyên liệu thô được nghiền và trộn để đạt được độ đồng nhất sau đó được thấm chất kết dính để các hạt kết khối lại với nhau. Sản phẩm thu được có tỉ trọng cao từ 550 – 750g/l. Phương pháp này thường được sử dụng ở Châu Âu và Bắc Mỹ.

 Yêu cầu đối với nguyên liệu:

Nguyên liệu  sử dụng cả dạng rắn và dạng lỏng.

Dạng rắn: natricarbonate, natribicarbonate, STPP, zeolit (loại 4A và X), TAED, silicat, các muối sulfate, chất độn.

Dạng lỏng: HLAS, các polymer hòa tan( PVOH, polyvinyl pyloridone, polycarboxylates), poly ethoxyl glycols(PEGs), các NI, thủy tinh lỏng, các phụ gia kết dính khác.

Theo nguyên tắc kết khối, các  nguyên liệu dạng lỏng sẽ đóng vai trò là chất kết dính, kết dính các hạt rắn tạo ra các hạt có kích thước xác định. Sau khi được sấy khô các hạt sẽ có độ ẩm thấp và có đầy đủ tính chất của bột giặt tổng hợp.

Thành phần bột giặt sử dụng theo phương pháp kết tụ không tháp

Bảng 3.7. Thành phần bột giặt sử dụng theo phương pháp kết tụ không tháp

Thành phần Tỉ lệ (%)

Chất hoạt động loại anion

Chất hoạt động loại nonion(NI)

Các muối silicat + thủy tinh lỏng

Percarbonate 

Tetraacetylethylenediamine (TAED)

Chất ức chế bọt

Hương (perfume)

Chất chống tái bám

Chất độn( natricarbanate, natrisulfate)

Enzymes 13,4

32,5

10,1

22,7

7,8

6,5

0,1

0,4

3,5

2,0

Hình 3.7: Sơ đồ khối quá trình sản xuất bột giặt theo phương pháp kết tụ không tháp

Hình 3.8: Sơ đồ công nghệ sản xuất bột giặt theo phương pháp kết tụ không tháp

a)  Quá trình tạo hạt ướt:

Nguyên liệu thô (dạng hạt)trước tiên phải được nghiền mịn đến kích thước tiêu chuẩn(0,2 – 0,8mm). Sau đó được đưa vào các silo chứa, quá trình cung cấp nguyên liệu được thực hiện tự động bằng các máy tính. Tiếp đến tất cả nguyên liệu thô( zeolit, muối natricarbonate, chất độn, dòng sản phẩm tái sinh...) được đưa vào thiết bị trộn số 1. Tại đây các chất kết dính(dạng lỏng) được cung cấp định lượng theo tỉ lệ nhất định. Thời gian trộn khoảng 20-30phút, sau đó toàn bộ hỗn hợp được chuyển qua thiết bị trộn số 2, ở đây hỗn hợp sẽ tạo được độ đồng nhất trước khi chuyển qua giai đoạn sấy.

b) Quá trình sấy:

Sau khi tạo được hỗn hợp đồng nhất (dạng hạt) sẽ được chuyển qua thiết bị sấy đối lưu. Quá trình sấy sử dụng không khí nóng để làm bay hơi nước, làm khô bột, nhiệt độ được duy trì khoảng 50 – 110oC (nhiệt độ tốt nhất khỏang 60 – 80oC). Thời gian sấy phụ thuộc vào nhà sản xuất và loại sản phẩm. Thông thường độ ẩm của bột giặt là 5 -10%. Trong quá trình sấy các hạt bột mịn sẽ theo dòng không khí nóng đi lên thiết bị tách bụi. Bụi tiếp tục được đưa qua thiết bị lọc bụi thứ 2, bụi thu được hồi lưu để sản xuất. Dòng không khí nóng được hồi lưu tiếp tục làm tác nhân sấy. Khi đạt độ ẩm yêu cầu, bột sẽ được chuyển sang giai đoạn sàng để hạt có kích thước đồng đều (thường là khoảng 0.5mm). Hạt dưới sàng được chuyển vào silo để chuẩn bị cho giai đoạn pha trộn phối liệu, hạt trên sàng được chuyển sang thiết bị nghiền và sau đó được sàng lại.

c) Quá trình thêm phụ gia và đóng gói:

Để tăng khả năng giặt tẩy của sản phẩm người ta phối trộn thêm các percarbonate, các chất tẩy trắng quang học, TAED. Người ta còn thêm các enzym để tăng khả năng phân hủy sinh học các chất hữu cơ và làm mềm vải (xenlulaza). Các chất định hương được đưa vào giai đoạn cuối của quá trình phối trộn. Trước khi đóng gói sản phẩm được trộn lại một lần nữa để đảm bảo độ đồng nhất của sản phẩm.

 Ưu điếm của phương pháp kết tụ không tháp

• Thiết bị đơn giản, nhiệt độ sấy hạt thấp, có tính tự động hóa cao.

• Sản phẩm có tỉ trọng cao hơn phương pháp sấy phun truyền thống, tỉ trọng khoảng 550 – 750g/l.

• Độ an toàn cao hơn phương pháp sấy phun. Không dùng bơm cao áp, nhiệt độ sấy thấp.

 Nhược điểm của phương pháp kết tụ không tháp

• Quá trình trung hòa cần gia nhiệt để quá trình tạo muối trung hòa xảy ra tốt ( >35oC), nhiệt độ trong thiết bị trộn chỉ duy trì ở nhiệt độ phỏng dẫn đến khả năng tạo muối trung hòa(muối Natri) giảm.

• Hàm lượng ẩm của bột giặt cao khoảng10-14%.

• Hàm lượng của chất hoạt động nonion (NI) cũng ảnh hưởng đến quá trình tạo hạt. Nếu hàm lượng NI quá nhiều hạt tạo thành sẽ quá mềm và không khô được.

• Thời gian sản xuất dài hơn phương pháp sấy phun.

3.3.2. Phương pháp kết hợp sấy phun và kết tụ

Hình 3.9: Quy trình công nghệ kết hợp sấy phun kết tụ

Phương pháp này kết hợp cả thiết bị sấy và thiết trộn tạo hạt để tạo được hạt có tỉ trọng cao.

3.4. Sản xuất các sản phẩm tẩy rửa dạng lỏng

Trong lĩnh vực các chất tẩy rửa gia dụng, người tiêu dùng không chỉ trông đợi những sản phẩm có hiệu quả cao mà còn mong muốn chúng phù hợp với thế giới hiện đại. Vì thế các chất tẩy rửa dạng lỏng đã được phát tiênr và đưa vào thị trường từ những năm 70, 80 của thế kỷ 20. Nhân tố dẫn đến thành công của chất tẩy rửa dạng lỏng trước hết là khả năng dễ sử dụng. Người sử dụng có thể định lượng “phỏng chừng” mà vẫn có hiệu quả. Thêm vào đó, khi sử dụng nước giặt có thể bớt được một thao tác đó là chuyển từ dạng bột sang dạng kem nhão với nước. Nước giặt có thể hoà tan tức thì giúp cho các thành phần hoá chất khác nhau đi vào hoạt động ngay từ đầu quy trình. 

3.4.1. Nguyên tắc lập công thức

Khi lập công thức cho chất tẩy rửa dạng lỏng, người lập công thức phải đối mặt với hai vấn đề chủ yếu:

- Nhu cầu làm dịu nước để việc giặt giũ đạt được hiệu quả tốt.

- Không thể đưa vào một chất tẩy trắng trong một công thức có nước.

Những tác dụng có hại của canxi đến hiệu quả giặt giũ cho thấy cần sử dụng những chất xây dựng. Ba khả năng có thể xảy ra là:

- Những chất xây dựng có thể hoà tan ít hấp dẫn vì rất hạn chế (hiệu tượng hiệu ứng muối, tách pha hữu cơ do chất điện giải).

- Xà phòng, khi hiện diện đòi hỏi những lượng chất hoạt động bề mặt lớn để phân tán/hoà tan muối của xà phòng với canxi.

- Những chất xây dựng cổ điển (STPP, zeolit) tồn tại ở dạng rắn nên cần phải đưa chúng vào chất lỏng mà vẫn đảm bảo hình thức của sản phẩm.

Đó là nguyên tắc cơ bản của các sản phẩm dạng lỏng có cấu trúc.

Hình dạng bên ngoài và hiệu năng của hai loại nước giặt dạng lỏng này khác nhau rõ dàng. Điều này giúp cho người tiêu dùng chọn lựa dễ dàng. Nước giặt đẳng hướng dạng lỏng thường có màu sắc, ít nhớt và giàu chất hoạt động bề mặt, vì thế rất hiệu nghiệm khi tẩy các vết bẩn có chất béo, trong khi nước giặt có cấu trúc dạng lỏng nhớt hơn và thường có kết quả giặt tẩy tương đương với bột giặt.

3.4.2. Nước giặt đẳng hướng dạng lỏng

a) Nước giặt dạng lỏng truyền thống

Trọng tâm của việc lập công thức dựa trên các chất hoạt động bề mặt được sử dụng: xà phòng/axit béo, nhưng cũng dựa trên các chất hoạt động bề mặt khác (NI, anionic) như thế các thành phần sẽ giúp làm cho công thức được ổn định.

 Chọn lựa các chất hoạt động bề mặt

Sự chọn lựa này được thực hiện tuỳ theo câu trả lời của nhiều câu hỏi (độ cứng của nước? Người ta muốn hiệu quả tối đa trên loại vết bẩn nào? Sản phẩm phải chống lại những điều kiện cực điểm nào khi tồn trữ? Sản phẩm hiệu nghiệm nhất dưới nhiệt độ nào? Giá thành sẽ ra sao?)

Ví dụ:  Một chất hỗn hợp từ 18-20% chất hoạt động bề mặt NI và 6-8% LAS vừa có hiệu quả tuyệt vời trên các vết bẩn có chứa chất béo vừa được ổn định khi gặp lạnh.

Nói chung, người lập công thức dùng một công thức cơ bản trong đó người ta sẽ kiểm tra những tỉ lệ phối hợp khác nhau bằng cách sử dụng một giản đồ bậc ba cổ điển

Hình 3.10: Biểu đồ bậc ba dành cho sản phẩm đẳng hướng dạng lỏng

Đối với từng điểm kiểm tra phải định:

- Tính hiệu quả trong phòng thí nghiệm (kiểm tra vải, vết bẩn).

- Giá thành

- Tính ổn định của sản phẩm

Điều nay giúp chọn được một tỉ lệ tốt hơn.

Người ta có thể thực hiện cùng một thao tác với tỉ lệ chất hoạt động bề mặt khác, chẳng hạn 30 hay 35%.

 Chọn chất hướng nước

Khi đã biết tỉ lệ của các chất hoạt động bề mặt, phải tìm ra chất hướng nước giúp cho công thức được ổn định trong tất cả các điều kiện tồn trữ.

Lượng sử dụng được điều chỉnh theo dòng thời gian quan sát các sản phẩm lưu giữ.

Những thành phần dùng đơn độc hay phối hợp đều thuộc loại propylen, glycol, rượu, trietanolamin.

 Enzim 

Cùng một sắc thái đối với các loại bột giặt, chẳng hạn người ta có thể dùng các enzim phân giải protein tác động trên các vết bẩn gốc protein và các enzim phân giải amin hiệu nghiệm trên các vết bẩn gốc tinh bột (chuối, cacao....). tuy nhiên phải kèm vào cho chúng một hệ thống giúp ổn định chúng.

 Etylen diamino tetra metylen photphonat/muối natri (EDTMP).

Một chất thành phần loại này có thể được dùng để gia tăng hiệu năng của sản phẩm trên các vết bẩn loại chè, cà phê, rượu nho hay trái cây và do đó bù đắp sự thiếu vắng các chất tẩy trắng cổ điển (hệ thống này không thể đưa vào trong một công thức chứa nước vì có hiện tượng phân huỷ.

 Chất tẩy quang học

Kinh nghiệm giúp cho người lập công thức chọn lựa một hay những chất hồ quang thích nghi với nhiệt độ khi giặt giũ, ví dụ hỗn hợp CBS và DMS-X sẽ giúp quan sát được hiệu quả tốt đẹp khi người ta tẩy trắng trên một khoảng nhiệt độ rộng.

 Chất chống bọt

Trong trường hợp các công thức đẳng hướng gốc xà phòng, lượng chất chống bọt được sử dụng rất nhỏ. Những chất chống bọt gốc silicon với tỉ lệ < 0,05% được dùng để ngăn cản sản phẩm bị bọt quá nhiều trong quá trình sản xuất.

 Những thành phần khác

- Chất làm đục: thành phần này chỉ được sử dụng để tạo cho sản phẩm vẻ mờ đục phục vụ cho việc đảm bảo tính thẩm mỹ của sản phẩm.

- Dầu thơm, màu sắc: đảm bảo phù hợp với thị hiếu người tiêu dùng.

 Các công thức mẫu

Loại công thức này giúp ta có được những nước giặt dạng lỏng một pha, có độ nhớt yếu (100 dến 250 mPa) và tỉ trọng gần bằng 1.

Bảng 3.8: Công thức nước giặt dạng lỏng

TT Nguyên liệu Thành phần % trong Công thức I Thành phần % trong Công thức II

1 LAS trietanolamin 15 30

2 Rượu béo etoxy hoá (7OE) 30 15

3 Axit stearic 15 15

4 Axit xitric 0,2 0,2

5 Axit Dietylenetriamin pentrametylen photphonic 0,3 0,3

6 Proteaza 0,05 0,05

7 Chất tẩy quang học 0,25 0,25

8 Nhũ tương silicon (DB 110) 0,2 0,2

9 Rượu 10 10

10 1,2 - Propandiol 5 5

11 Trietanolamin dùng để chỉnh pH - -

12 Nước Vừa đủ 100 Vừa đủ 100

3.4.2. Nước giặt cấu trúc dạng lỏng

Kỹ thuật công nghệ được dùng để sản xuất nước giặt cấu trúc dạng lỏng phức tạp hơn nhiều so với kỹ thuật công nghệ sản xuất thuốc giặt đẳng hướng dạng lỏng (tong đó cách tương đối, chỉ cần hoà tan lẫn các thành phần với nhau). Hai yếu tố cần quan tâm nhất để đảm bảo tính ổn định và độ nhớt của sản phẩm là cấu tạo của nước giặt cấu trúc dạng lỏng và phương thức sản xuất.

Ý tưởng sản xuất nước giặt cấu trúc dạng lỏng xuất phát từ cấu tạo của màng tế bào, theo đó người ta sản xuất một chất nền rồi đưa các hạt rắn vào và giữ chúng ỏ thể vẩn trong nước. Ở nồng độ thấp, các chất hoạt động bề mặt tồn tại dưới dạng các phân tử hay mixe. Khi nồng độ gia tăng, cùng với sự có mặt của các chất điện giải làm cho hệ thống cấu trúc được hình thành: đó là những pha lớp hay pha kết tinh hay liposom đóng lớp.

Hình 3.11: Tinh thể lỏng

Ta có thể có các pha lớp với các anionic đơn độc hoặc anionic và NI.

Các liposom là một hình thể cấu tạo bởi những tầng kép đồng tâm của các phân tử hoạt động bề mặt, cách nhau bởi các lớp nước hay dung dịch chất điện giải. liposom này được phân tán cách xa nhau nhiều ít trong pha lỏng để cấu tạo nên nền có cấu trúc ổn định tỏng đó các hạt rắn có thể ở thể vẩn trong nước.

Chất điện giải tripolyphotphat chẳng hạt, có thể được hoà tan trong pha nước hay tồn tại dưới dạng hạt rắn vượt quá điểm bão hoà. Các hạt này, cũng như các hạt rắn khác (zeolit, calcit) có thể ở thể vẩn trong nền có cấu trúc. 

Nhưng hai vấn đề chính trong việc lập công thức cho các nước giặt cấu trúc dạng lỏng là tính ổn định và độ nhớt của san rphaamr. Nói chung, phần dung lượng pha phân tán càng cao thì sự ổn định càng cao. Tuy nhiên, nếu pha ơhaan tán cao có thể làm tăng độ nhớt của sản phẩm gây khó khăn khi phải đổ sản phẩm ra khỏi chai. Việc duy trì dung lượng pha phân tán gần 0,6 các liposom gần như liền nhau. Việc này giúp sản phẩm có được tính ổn định thoả đáng và độ nhớt hợp lý.

Một khó khăn khác trong việc lập công thức cho nước giặt cấu trục dạng lỏng là hiện tượng ngưng kết của các liposom. Hiện tượng này có thể gây ra độ nhớt không mong muốn hoặc làm cho sản phẩm không ổn định. Để khắc phục hiện tượng này người ta sử dụng các “polime giảm ngưng kết” với hàm lượng nhỏ (0,01 đến 1%) giúp tránh được các vấn đề không ổn định và độ nhớt trong khi gia tăng chất hoạt động bề mặt trong sản phẩm. Cơ chế tác động của các polime này được giải thích là: phần kỵ nước của các polime liên kiên vào bên trong lớp ngoài cùng của liposom trong khi phần ưa nước ở bên ngoài của lớp này. Khi đó có một lực đẩy giữa các phân tử chất hoạt động bề mặt và phần khác giữa các liposom kế cạnh. Trong trường hợp đó hoặc tính ổn định của nền sẽ gia tăng, hoặc độ nhớt sẽ giảm, do các polime giảm sự ngưng kết.

Điều quan trọng là người lập công thức phải nghiên cứu mỗi loại chất hoạt động bề mặt được dùng để có được nền ổn định nhất và sản phẩm hoàn thành hiệu quả nhất.

 Chất  anionic

Người ta phải tìm ra một giải pháp dung hoà giữa LAS dây dài và LAS dây ngắn hơn. Chẳng hạn, người ta chọn đúng một LAS có phân bố các dây cacbon giữa 10 và 14: tẩy rửa tốt/cấu trúc mixen chắc chắn hơn.

 Xà phòng

Xà phòng từ quá trình trung hoà các axit béo được cất từ đậu phộng bằng KOH, có tính ổn định hơn xà phòng do mỡ động vật ha các stearat (các chất này cho ra nước nước giặt dạng lỏng rất sệt).

 Chất hoạt động bề mặt không ion (NI)

Có thể dùng một rượu béo mạch thẳng etoxy hoá C13 - C15 với 7.OE.

 Cân bằng quan hệ ABS/Xà phòng/NI

Chính tỉ lệ ba hoạt chất thành phần này quyết định tính nhớt và tính ổn định của sản phẩm cũng như công hiệu của nó (giặt rửa và khả năng tạo bọt).

Những tỉ lệ khác nhau có thể được thửu nghiệm trong phòng thí nghiệm bằng cách sử dụng một biểu đồ tam phân, các thử nghiệm liên tiếp giúp thiết lập một bản đồ các vùng cấu trúc khác nhau.

 Chất điện ly

Người ta có thể phân laoiaj chúng thành hai nhóm chính:

- Chất điện ly “mạnh”: natri clorua, natri sunfat.

- Chất điện giải trung bình: natri tripolyphotphat, natri xitrat.

Lưu ý: sự hiện diện của dầu thơm rất cần vì nó cải thiện tính ổn định của nước giặt cấu trúc dạng lỏng.

Hình 3.12: Biểu đồ tam phân

 Ổn định các enzim

Các enzim đặt ra khá nhiều vấn đề cho người lập công thức nước giặt cấu trúc dạng lỏng. Các enzim này chỉ ổn định trong môi trường trung tính, trong khi để được hiệu quả giặt tẩy cao sản phẩm phải có độ pH cao. Giải pháp là sản xuất một phức chất từ pentaborat hay natri boảt và glyxerol, giải phóng ion H+ (cho phép pH giảm xuống khoảng 7, và như thế đảm bảo enzym được ổn định). Khi có nước, phản ứng ngược lại và độ pH tăng ( 9) giúp giặt tẩy hiệu quả cao.

 Công thức mẫu

- Giặt rửa bằng tay

Hai công thức tương đương với loại bột giặt để giặt bằng tay được cho dưới đây:

Bảng 3.9. Công thức bột giặt bằng tay

TT Thành phần Công thức I 

(thành phần %) Công thức II

(thành phần %)

1 Alkyl benzen sulfonat 6,5 8,5

2 Xà phòng kali 1,5 2,2

3 Chất hoạt động bề mặt NI 2,5 3,5

4 CMC Na 0,05 0,05

5 Triphotphat 30 27

6 Natri silicat 2 2

7 Chất tẩy quang học 0,1 0,1

8 Dầu thơm 0,4 0,4

- Giặt rửa bằng máy

Công thức gần với loại bột giặt để giặt bằng máy được cho dưới đây:

Bảng 3.10. Công thức bột giặt máy

TT Thành phần nguyên liệu Thành phần %

1 Alkyl benzen sulfonat 6

2 Xà phòng 2,4

3 Chất hoạt động bề mặt NI 3,5

4 Toluen sulfonat 1

5 CMC Na 0,1

6 Triphotphat 25

7 Chất tẩy quang học 0,1

8 Enzim (proteaza) 9 Gu/mg

9 Pentaborat 2

10 Glyxerol 5

11 Dầu thơm 0,5

12 Nước Vđ 100

Tỉ trọng: 1,3 - 1,4

Độ nhớt: 250 - 400mPas

- Công thức không có phot phat

Bảng 3.11. Công thức giặt máy không có photphat

TT Thành phần nguyên liệu Thành phần %

1 LAS 7,7

2 LES 2,4

3 Chất hoạt động bề mặt NI 2,4

4 Zeolit 20

5 Polime 3,5

6 Axit xitric 1,5

7 Glyxerol 8

8 Borax 5,7

9 CaCl2 0,3

10 Enzim 0,5

11 Chất tẩy quang học 0,05

12 Silicon 0,35

13 Dầu thơm 0,2

14 NaOH chỉnh pH 8,5

3.4.3. Sản phẩm tẩy rửa đậm đặc dạng lỏng

Trong vòng ảnh hưởng chung của các sản phẩm càng hướng về dạng đậm đặc hơn (thực dụng, hoạt động bảo vê môi trường: ít thải sản phẩm hoá chất bao bì hơn ra môi trường, ít tiêu thụ năng lượng), nước giặt đẳng hướng dạng lỏng cũng như nước giặt cấu trúc dạng lỏng đã có những sản phẩm đậm đặc giúp giảm ½ liều lượng sử dụng.

Sản xuất các sản phẩm đẳng hướng dạng lỏng đậm đặc không thể thực hiện được băng cách gia tăng tỉ lệ các chất xây dựng và hoạt tính (điều này dẫn đến sản phẩm sệt/nhão hoặc phải cần đến lượng lớn tác nhân làm ướt).

Người ta có thể lập được một công thức tốt bằng cách:

- Dùng các polime giảm sự ngưng kết

- Chọn các hoạt chất thích hợp (SAS, các chất hoạt động bề mặt NI, lưỡng tính).

- Giảm nhiều lượng xà phòng (do đó cần ít các tác nhân làm ướt hơn và có thể làm đậm đặc hơn).

- Thay đổi các chất xây dựng: xà phòng/hệ thống các chất xây dựng hoà tan.

Sự lựa chọn các phụ gia được thực hiện sao cho thoả mãn ba đòi hỏi sau:

- Hiệu quả tốt (đặc biệt trong môi trường chưa xây dựng đủ)

-  Giảm tối đa số lượng tác nhân làm ướt cần thêm vào

- Không hoặc ít gây hại tới môi trường

Các công thức mẫu của nước giặt đậm đặc với polime giảm ngưng kết

Mẫu 1.

TT Tên thành phần Thành phần %

1 LAS 12,3

2 Synperonic (NI) 15,4

3 Natri oleat 7,5

4 Natri laurat 5,1

5 K2SO4 6,0

6 Glyxerol 5,0

7 Borax 3,5

8 Dequest 0,4

9 Silicon 0,1

10 Savinaza 0,3

11 Amilaza 0,1

12 Tinopal 0,1

13 Dầu thơm 0,3

14 Polime giảm ngưng kết 2

15 Nước Vđ 100

Mẫu 2

TT Tên thành phần Thành phần %

1 LAS 20,6

2 Synperonic (NI) 4,4

3 Glyxerol 5,0

4 Borax 3,5

5 STPP 22,0

6 Silicon 0,25

7 Silic (Gasil) 2,0

8 CMC Na 0,3

9 Blancophor 0,1

10 Dequest 0/0,2

11 Dequest 0,4

12 Dầu thơm 0,3

13 Alcalaz 0,5

14 Polime giảm ngưng kết 1

15 Nước Vđ 100

Mẫu 3.

TT Tên thành phần Thành phần %

1 LAS 9,2

2 Synperonic (NI) 17,3

3 Natri oleat 5,6

4 Natri laurat 3,8

5 Natri xitrat.2H2O 10,0

6 Glyxerol 5,0

7 Borax 3,5

8 Dequest 0,4

9 Silicon 0,1

10 Savinaza 0,3

11 Amilaza 0,1

12 Tinopal 0,1

13 Dầu thơm 0,3

14 Polime giảm ngưng kết a 2

15 Polime giảm ngưng kết b 1

16 Nước Vđ 100

3.4.4. Nước rửa chén

Trong sản xuất nước rửa chén bát gồm 2 loại: nước rửa chén bát bằng tay và nước rửa chén bát bằng máy. Trong phạm vi giáo trình này, sẽ giới thiệu về nước rửa chén bát bằng tay.

3.4.4.1.  Những bề mặt cứng trong rửa chén bát bằng tay.

Những bề mặt cứng phải rửa bằng tay rất đơn giản ba gồm các vật gia dụng trong nhà bếp như: bát đĩa, dao, xoong nồi, ly tách.... Cấu tạo của các vật dụng này rất khác nhau và đòi hỏi phải có cách sử dụng khác nhau tuỳ theo chất lượng của nó. 

Bảng 3.12 : Các loại bề mặt chính trong rửa chén bát bằng tay

Thuỷ tinh Tất cả các loại thỷ tinh: thuỷ tinh thường, thuỷ tinh kali, pha lê,...

- các sản phẩm bằng thuỷ tinh có trang trí hoặc không.

Sứ Trang trí ở dưới nước men, trên nước men, trong nước men hay vẽ bằng tay

Sành / gốm Phần nhiều có vẽ dưới nước men

Bạc Bạc khối (có 7 -8% đồng) hoặc mạ bạc

Thép không rỉ Các bộ dao, muỗng, nĩa, nồi, xoong, chảo

Nhôm xoong, chảo

Đồng Nồi (ít dùng ngày nay)

Nhựa Polycacbonat, polypropylen

Gỗ Thớt, muỗng, nĩa 

3.4.4.2. Các vết bẩn

Các vết bẩn chính là thực phẩm (không kể vài trường hợp ngoại lệ như son môi, các vết bẩn kim loại...) mà các thành phần chính là:

- Hydrat cacbon (đường, các chất bột,)

- Lipit (mỡ động vật, dầu thực vật)

- Protit (thịt, cá, trứng, sữa,...)

- Các muối khoáng

- Các phụ gia khác (màu)

Và thông thường là các vết bẩn phối hợp.

3.4.4.3. Các sản phẩm dùng rửa chén bát bằng tay

Thị trường các sản phẩm dùng rửa chén bát bằng tay rất khác nhau giữa các nước đang phát triển và các nước phát triển, nhưng ngay trong các nước phát triển máy rửa chén chiếm dần dần thị trường, các sản phẩm truyền thống vẫn giữ một vị trí hàng đầu.

Hơn nữa, vì sự chế tạo ra các sản phẩm này cũng đơn giản, nên ngoài các sản phẩm đã có thương hiệu vẫn còn có rất nhiều nhãn hiệu nhỏ tràn ngập thị trường.

a) Các thành phần khác nhau và vai trò của chúng

Căn bản của nước rửa chén bát dựa trên một sự pha chế của các chất hoạt động bề mặt (từ 20% tới 40% nói chung) kết hợp với các chất thành phần chuyên biệt có vai trò làm tăng nhiều bọt. Các nguyên liệu phụ tạo ra một hỗn hợp ổn định và đồng nhất của các chất thành phần có có một độ nhớt thích hợp cho loại sản phẩm này.

Gần đay, đã xuất hiện những thành phần mới trong các sản phẩm giữ vị trí hàng đầu ví dụ các chất bảo vệ cho da tay nhạy cảm hoặc các chất phụ gia làm ráo nước (dễ khô hơn) để tạo một sản phẩm trong.

 Các chất hoạt động bề mặt

Điểm then chốt căn bản trong khi thành lập công thức nước rửa chén bát là bọt. Bọt phải dồi dào, lâu tan, cần phải cung ứng trong suốt quá trình rửa. Đối với người nội trợ, việc trước tiên của một sản phẩm có chất lượng tốt là cần phải có một lượng bọt dồi dào khi cho vào nước. Người triển khai sản xuất cần phải nắm vững các yếu tố hàng đầu này trước khi đưa ra một công thức sản phẩm nước rửa chén bát. Đó là lý do các chất thành phần thường có nồng độ cao các anionic. Các NI chỉ dùng một lượng nhỏ để điều chỉnh và ổn định bọt và làm cho nước rút khỏi các vật dụng dễ dàng hơn.

- Phối hợp các chất hoạt động bề mặt

Các nước rửa chén bát truyền thống có công thức dựa trên các Alkyl benzen sulfonat mạch thẳng thường kết hợp với các etoxy sunfat (LES: ít nhạy cảm với độ cứng của nước) tăng cường tác dụng với LAS.

 Các LAS được sử dụng có mạch cacbon từ 10 -12 nguyên tử cho nước dịu cũng như nước cứng hiệu năng tốt kết hợp cùng với bọt có chất lượng tốt.

Các LES từ C12 - C14 (khoảng 2 - 3 OE) cho các kết quả tối ưu khi tăng cường tác dụng với các LAS. Tỉ số LAS/LES có thể thay đổi giữa 80/20 đến 70/30 tuỳ theo giá thành của công thức. Tỉ số thường dùng là 70/30.

Trong trường hợp nước rửa chén có nồng độ yếu (dưới 20% hoạt chất) để gia tăng hiệu quả của nó đối với mỡ, dầu, người ta thường dùng một chất ổn định/chất điều chỉnh bột. Các  alcanolamit thường được sử dụng nhiều nhất trong chức năng này.

- Các hệ thống chất hoạt động bề mặt khác

+ Các hệ thống alpha olefin sulfonat/alkyl êt sulfat (AOS/LES) thì hữu hiệu nhưng giá thành cao. Kết hợp với oxit amin chúng tạo ra các sản phẩm rất mềm mịn cho da. Trong các AOS, các dây C14 có hiệu quả hơn (ít nhạy cảm với độ cứng của nước).

+ Các hỗn hợp alkyl sulfonat bậc hai (SAS) và LES có khả năng tạo bọt tốt trong nước cứng cũng như trong nước mềm, hơn nữa chúng phù hợp với da nên được sử dụng thường xuyên.

+ Các hỗn hợp rượu sunfat PAS/LES có hiệu quả tốt nhưng giá cao hơn các hỗn hợp cổ điển như LAS/LES: người ta thường kết hợp các chất này với alcanolamit và toluen sulfonat.

Bảng 3.13: Tính chất của chất hoạt động bề mặt khác nhau dùng trong các công thức nước rửa chén bằng tay.

Anionic Tính chất

LAS: linear alkylbenzen sulfonat - Giá thấp

- Nhiều bọt, trừ ở nước cứng

- Hiệu quả tẩy rửa tốt

AES: rượu ete sunfat - Tăng cường tác dụng với LAS

- Tốt trong nước cứng

- Hoà tan tốt trong nước

- Thích hợp với da

AOS: alfa olefin sulfonat - Tẩy rửa tốt

- Thích hợp với da

- Tạo bọt yếu

PAS: sunfat rượu bậc I - Tạo bọt tốt

- Độ hoà tan và tẩy rửa có thể chấp nhận được.

- Ít nhạy cảm với nước cứng

SAS ; alkyl sunfonat bậc hai - Tẩy rửa tốt

- Hoà tan tốt

- Hợp với da

- Tạo bọt tốt

NI Tính chất

EA: rượu béo etoxy hoá Không hiệu quả trên các bển dẩn dầu mỡ

- không nhạy cảm với độ cứng của nước

- Ít bọt

APG: alkyl polyglycosit - Có hiệu quả tốt

- Không ăn da

- Dễ biến chất do tác nhân sinh học

 Các thành phần khác

Để có một sản phẩm ổn định trong quá trình lưu trữ, cần thêm các tác nhân để giúp các chất thành phần được hào tan và điều chỉnh độ nhờn. Tính ổn định của một chất lỏng ở khí hậu lạnh rất quan trọng. Trong các quốc gia có khí hậu lạnh vào mùa đông, các sản phẩm được vận chuyển và lưu trữ vào các kho với nhiệt độ 00C. nếu sản phẩm pha không kỹ lưỡng, nó có thể trở nên đục và mất nhiều thời gian làm cho trong lại trong các cửa hàng, sản phẩm do đó ít hấp dẫn hơn với người tiêu dùng. Độ nhớt có vai trò chính trong lĩnh vực này vì người tiêu dùng liên quan trực tiếp đên việc định lượng sử dụng: một sản phẩm quá sệt thì khó định lượng, ngược lại, một sản phẩm lỏng sẽ không đủ sệt, người tiêu dùng sẽ có cảm giác là không kinh tế.

Người ta điều chỉnh độ nhớt và tính ổn định bằng cách dụng các chất hướng nước như XSS (xylen sulfonat natri) ure hoặc cồn, natri clorua, kali clorua.

Phần lớn các nước rửa chén đều không ăn da. Tuy nhiên phần nhiều trong số này không bao gồm các chất thành phần riêng biệt và đòi hỏi sự cân nhắc khi chọn lựa nguyên liệu. ví dụ LAS tẩy rất sạch chất dầu mỡ trên tay nhưng có thể làm khô da tay. Phần nhiều các nhà sản xuất giảm hoặc loại bỏ LAS trong các công thức nước rửa chén bằng tay của họ. một số khác thêm vào các chất dùng để bảo vệ bàn tay. Người ta phân biệt ba loại:

- Các chất phụ gia gốc protein lấy từ collagen có thể được dùng nhưng có thể gây ra mùi hôi, đôi khi có màu nâu nhạt, có thể phát triển vi sinh vật dẫn đến phai màu/có mùi hôi

- Các chất phụ gia gốc lanolin hay các dẫn xuất của nó. Tuy nhiên việc sử dụng các chất này cũng ít hiện lợi (cần phải hâm nóng để hoà tan nên gây phức tạp cho việc chế tạo sản phẩm và làm tăng giá sản phẩm.

- Các chất hoạt động bề mặt làm mềm. người ta dùng các chất lưỡng tính hoặc các ion lưỡng tính (ví dụ CAPB) kết hợp với LAS để lập thành công thức cho nước rửa chén có nhiều hiệu năng mà vẫn làm mát dịu da tay.

c) Công thức mẫu nước rửa chén

Người ta có thể phân biệt ba loại công thức;

- Công thức có tính kinh tế: tỉ lệ phần trăm các hoạt chất khoảng 20%.

- Trung gian: tỉ lệ phần trăm các hoạt chất khoảng 30%.

- Cao cấp: tỉ lệ phần trăm các hoạt chất khoảng 40%.

 Công thức có tính kinh tế

Thông thường người ta tìm thấy các sản phẩm có những thành phần cấu tạo sau đây:

1 2 3

LAS 14 15 13

LES (Na) 3 - 3

LES (Amoni) - 7 -

AOS - - 3

Dietanolamit 2 - 1

EDTA 0,1 0,1

Xylen sulfonat natri 3 - -

Urê - 2 3

Etanol - - 1

Bảo quản 0,05 0,5 -

Nước, dầu thơm, màu Vđ 100 Vđ 100 Vđ 100

 Công thức trung gian

1 2

LAS 20 25

LES (Na) 10 8

Etanol 6 6

Ure 2 3

EDTA 0,05 -

Nước, dầu thơm, màu Vđ 100 Vđ 100

 Công thức cao cấp

SAS 33

LES (Na) 7

NI 2

Ure 3,5

Etanol 2

EDTA 0,3

Nước, dầu thơm, màu Vđ 100

 Công thức khác (công thức sử dụng nước chanh để át mùi tanh cá.

LAS 29

LES (Na) 14

Nước chanh 5-20

Etanol 5-6

Ure 5

Chất bảo quản 0,03

Nước, dầu thơm, màu Vđ 100