Chất tẩy trắng quang học (OB - Optical brightener)

Trong công nghiệp có một thành phần dùng nhiều trong lĩnh vực sản xuất: bột giặt, giấy, sản xuất tơ sợi, nhựa, sơn và mực in; đó chính là chất tẩy trắng quang học, chất giúp sản phẩm nhìn thấy trắng hơn.

Tiếng Anh nó có rất nhiều tên gọi, như: optical brightener agent; optical brightener; OBAs; optical whitener; optical whitener agent; optical whitening; optical whitening agent; optical brightening; whitening agent; brightening agent; fluorescent whitener; FWAs; fluorescent whitening; fluorescent whitening agent; fluorescent brightening; fluorescent brightening agent; FBAs

Đây là thành phần có tính năng giúp sản phẩm nhìn thấy trắng sáng hơn bằng hiệu ứng quang học, hoàn toàn không phải là hợp chất hoá học đùng để tẩy màu. Chúng chỉ phát sáng với ánh màu xanh tím để đánh lừa mắt người nhìn, làm họ cảm nhận sản phẩm trắng hơn.

Và trong bài viết này ta thống nhất dùng 1 tên tiếng Anh là "Optical Brightener", viết tắt OB, tiếng Việt gọi là "chất tẩy trắng quang học"

1. CHẤT TẨY TRẮNG QUANG HỌC LÀ GÌ

Chất tẩy trắng quang học là một chất có khả năng phát quang, bằng cách hấp thu ánh sáng vùng cực tím của nguồn sáng và sau đó phát ra ánh sáng trong vùng xanh tím. Nhờ khả năng phát ra ánh sáng vùng xanh tím này, khi bổ sung vào sản phẩm nó giúp sản phẩm nhìn trắng và sáng hơn.

Chúng ta không đi sâu về nguyên lý hoạt động của chất phát sáng, ở đây chỉ sơ lược giải thích nguyên lý cân bằng phổ ánh sáng, để hiểu được tại sao chúng giúp sản phẩm nhìn trắng sáng hơn, như sau:

- Khi ánh sáng chiếu lên một vật thể, một phần ánh sáng bị hấp thu và phần còn lại phản xạ trên bề mặt vật thể đến mắt người xem. Vậy mắt ta nhìn thấy màu sắc thông qua phổ ánh sáng tia phản xạ, chính là bằng phần phổ ánh sáng nguồn tới trừ đi phần phổ ánh sáng phần đã bị hấp thu.

- Khi vật thể bị ngã vàng, vật thể hấp thu nhiều ánh sáng vùng xanh vì thế phổ ánh sáng tia phản xạ có vùng phổ đỏ vượt trội hơn, nên ta nhận thấy được vật thể màu vùng vàng đỏ. 

- Nhờ việc phát ra ánh sáng vùng xanh tím, khi đưa chúng vào trong vật thể, chúng giúp cho những sản phẩm bị ám vàng nhìn được thấy trắng sáng hơn, nhờ bổ sung vùng phổ ánh xanh vào tia phản xạ từ vật đang thiếu cân đối ánh xanh.

Hình 1: Theo trình tự từ trái sang phải phân làm 3 vùng

- Vùng 1: Khi ánh sáng chiếu vào vật thể, năng lượng ánh sáng hấp thụ có phổ là phần nằm dưới mặt phẳng vật thể, và phần phản xạ hướng ngược lên mắt người nhìn là phần phổ ánh sánh tới trừ đi phần phổ bị hấp thu. Cụ thể là vật hấp thu nhiều vùng xanh, nên phổ phản xạ nhiều vùng vàng đỏ, tức vật nhìn bị ám vàng.

- Vùng 2: Khi vật thể sản xuất được bổ sung chút ít màu xanh, khi ánh sáng chiếu vào nó sẽ hấp thu ít hơn vùng phổ màu xanh so với ban đầu (vùng 1). Phổ ánh sáng phản xạ khuyết vùng nằm giữa xanh và đỏ, khi đó sản phẩm nhìn cũng có vẽ trắng hơn. Đây được gọi là dùng kỹ thuật bù trừ màu (chỉnh màu).

- Vùng 3: Khi vật thể sản xuất có bổ sung chất tẩy trắng quang học, chúng hấp thu vùng ánh sáng cực tím, phát sáng vùng ánh sáng xanh tím, vì thế ánh sáng phản xạ đến mắt người xem là phần phổ còn lại sau khi hấp thu cộng với phổ ánh sáng do chất tẩy trắng quang học phát ra. Trong trường hợp này, phổ cộng hợp có tính cân bằng hơn, nên nhìn sản phẩm được trắng hơn.

Hình 2: Đường biểu thị cường độ hấp thu ánh sáng vùng cực tím (đường bên trái) và đường đường biểu thị cường độ ánh sáng phát sáng của chất tẩy trắng quang học (đường bên phải)

Chất tẩy trắng quang học này được dùng trong rất nhiều lĩnh vực, nhưng nhiều nhất là sản xuất bột giặt, sản xuất giấy, sản xuất tơ sợi, sản xuất nhựa, sản xuất sơn và mực in.

Đến nay đã hơn 100 nhà sản xuất những sản phẩm này, nhưng nổi tiếng hàng đầu là những cái tên: Blankophor™ (Bayer), Hakkol™ (Showa Kayaku), Hostalux™ (Clariant), Kayaphor™ (Nippon Kayaku), Leukophor™ (Clariant), Optiblanc™ (3V), Photine™ (Hickson & Welch), Tinopal™ (Ciba Specialty Chemicals), Ultraphor™ (BASF), Uvitex™ (Ciba Specialty Chemicals), Whitex™ (Sumitomo), Belofor™, Calcofluor White™, Eastobright™, Enkantine™, Heliophor™, Mikephor™, Ranipal™, Rylux™, Viophos™, and Wobital™.

2. PHÂN LOẠI CÁC CHẤT TẨY TRẮNG QUANG HỌC TRONG NGÀNH NHỰA

Trong ngành nhựa, người ta chỉ thấy có 5 nhóm được sử dụng: Bis-benzoxazole, Phenylcoumarin, Bis-(styryl)bisphenyl, Diaminostilbene và Triazin.

Trong đó 3 nhóm đầu tiên trong số trên là phổ biến hàng đầu, chiếm trên 98% lượng dùng trong ngành. 

Trong đó nhóm Bis-benzoxazole chiếm trên 92% tổng lượng sử dụng, với các tên: 
OB (7128-64-5), OB-1(1533-45-5), KSN(5242-49-9), KCB(5089-22-5)

Một loại cũng tương đối phổ biến là FP127(40470-68-6), là thuộc nhóm Bis-(styryl)bisphenyl.

Dưới đây là danh sách các loại tẩy trắng quang học thường dùng trong ngành nhựa:

Mã                    Cas. No.                      CI Number          Thương hiệu phổ thông

OB                    7128-64-5                    FBA184                Tinopal OB, Uvitex OB

OB1                  1533-45-5                    FBA393                Eastobrite OB-1

KCB                  5089-22-5                    FBA367                Hostalux KCB

KSB                  7128-54-5                    FBA390                Telalux KSB

KSN                  5242-49-9                    FBA368                Hostalux KSN

FP127               40470-68-6                  FBA378                Uvitex FP

3. SỬ DỤNG CHẤT TẨY TRẮNG QUANG HỌC

Một số lưu ý khi sử dụng chất tẩy trắng quang học như sau:

- Chất tẩy trắng quang học cần được phân tán thật mịn và đều trong toàn bộ sản phẩm, sản phẩm trong đòi hỏi hạt phân tán dưới 10nm nên cần lưu ý đến độ mịn sản phẩm trước khi dùng.

- Trong sản phẩm trong suốt, ánh sáng sẽ chiếu xuyên đến tất cả các hạt, trong khi sản phẩm đục thì ánh sáng chỉ chiếu được những hạt nằm phía ngoài. Vì thế sản phẩm trong dùng lượng rất nhỏ so với sản phẩm đục. 

Ví dụ: 

- Sản phẩm PP màng trong suốt chỉ dùng <30ppm (tức <30gam cho 1 tấn sản phẩm)

- Sản phẩm PP màng đục, thì lượng dùng >100ppm

- Khi dùng quá nhiều, lượng ánh sáng tia cực tím trong nguồn ánh sáng chiếu đến không đủ khích hoạt toàn bộ chất tẩy trắng quang học thì cũng không có hiệu quả nhiều hơn; ngược lại màu sắc của nguyên liệu chất tẩy trắng có thể gây ra màu vàng cho sản phẩm.

- Việc dùng nhiều hơn mức bảo hoà của chúng trong nền nhựa sẽ dẫn đến việc tách pha và di hành ra bề mặt sản phẩm, làm sản phẩm theo thời gian trở nên biến vàng.

- Khi phân tán thô, các hạt kích thước lớn, thì năng lượng cục bộ cũng không đủ kích hoạt chúng, cũng không phát huy hiệu quả, trên sản phẩm sẽ có những chấm vàng. Cần chọn loại bột càng mịn (mesh 200) và đảm bảo phân tán chúng thật tốt.

- Khi tiếp xúc với ánh sáng và ô-xy trong không khí chúng cũng nhanh biến đổi, nên độ trắng của sản phẩm cũng giảm dần theo thời gian.

- Hầu hết các chất tẩy trắng quang học đều là chất phân cực, phân tử lớn và có nhiệt độ chảy cao; chính vì thế chúng khó phân tán trong nền nhựa không phân cực như PE, PP. Để phân tán được tốt cần phải đảm bảo đủ năng lượng phân tán, nên giải pháp tạo hạt masterbatch (hỗn hợp chủ) nếu thực hiện nhiều chi phí thì cũng có thể dùng phương pháp phân tán chúng trước trong hệ dầu trước khi dùng, như khuấy trộn kỹ trong dầu paraffin

Mã                Nhiệt độ chảy (C)        Sử dụng cho các loại nhựa

OB                196-200                        PE, PP, .... (hầu hết các nhựa)

OB1              357-359                        PE, PP,.... (hầu hết các nhựa)

KCB              210-212                        EVA, cao su   

KSB              237-239                        EVA xốp, cao su 

KSN              369-371                        PC, PA, POM,...

FP127           219-221                        PVC, PS, ABS, TPR,...

Chất tẩy trắng quang học (Optical brightener)

Chất tẩy trắng quang học là chất giúp cải thiện độ trắng của sản phẩm thông qua hiệu ứng quang học.

Chúng là chất có khả năng hấp thu năng lượng ánh sáng cực tím (UV) và phát ra vùng ánh sáng nhìn thấy, vùng cực tím cực tím có sắc từ dương đến tím

Nguyên liệu nhựa sau quá trình gia công, sử dụng và tái sử dụng thường phát sinh ánh vàng (do nhựa bị biến chất bởi nhiệt và cơ học). Người ta cố gắng loại bỏ ánh vàng trên để cải thiện thẩm mỹ của sản phẩm.

Khi nhựa được bổ sung chất tẩy trắng quang học chúng phát ra vùng ánh sáng xanh, phổ sáng này khi cộng hợp với ánh vàng của nhựa sẽ tạo thành phổ cộng hợp cân bằng, nhờ đó nhìn thấy sản phẩm trắng hơn.

Tương tự như việc bổ sung 1 lượng nhỏ bột màu ánh xanh dương vào sản phẩm nhựa cũng sẽ giúp sản phẩm che được ánh vàng của nền nhựa. Nhưng trong trường hợp này thì nguyên lý hoàn toàn khác, các phần tử mang màu xanh dương có tính hấp thụ toàn bộ các phổ sóng vùng ánh vàng, làm suy giảm cường độ của chúng, nhờ đó ta cũng có hiệu ứng tăng độ trắng cho sản phẩm. Nhưng so sánh thực tế thì việc sử dụng chất tẩy trắng quang học mang lại hiệu quả tốt hơn so với việc sử dụng bổ sung phẩm màu xanh dương vào công thực hỗn hợp nhựa.