فعالية المواد الفعالة بالسطح في التنظيف - أنواع مختلفة من المنظفات

تُعدّ خاصية التنظيف للمواد الفعالة سطحياً سمةً أساسيةً لها، ولها تطبيقات عملية واسعة. فهي ترتبط ارتباطاً وثيقاً بالحياة اليومية لآلاف الأسر، ويجري استخدامها بشكل متزايد في مختلف الصناعات وأنواع الإنتاج الصناعي.

المنظفات

تُعدّ المواد الفعالة سطحياً المكونات النشطة الرئيسية في المنظفات. ولا يمكن تصنيع المنظفات الاصطناعية بدونها. ومن بين جميع أنواع المواد الفعالة سطحياً، كانت المواد الأنيونية أول من استُخدمت، ولا تزال الأكثر استخداماً، إذ تُشكّل حالياً أكثر من 50% من إجمالي الطلب في السوق. وستبقى المواد الأنيونية مهيمنة لفترة من الزمن في المستقبل.

أولاً: المواد الفعالة بالسطح الأنيونية

تشمل الأنواع الرئيسية للمواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية المستخدمة كمنظفات أملاح الأحماض الدهنية (الصابون)، وألكيل بنزين سلفونات (ABS)، وكبريتات الكحول الدهني (AS)، وكبريتات بولي أوكسي إيثيلين إيثر الكحول الدهني (AES)، وألفا أوليفين سلفونات (AOS)، وبولي أوكسي إيثيلين إيثر كربوكسيلات الكحول الدهني (AEC)، وأحماض ميثيل إستر سلفونات (MES).

1. الصابون

يحمل الجزء الفعال سطحيًا من جزيئات الصابون شحنة سالبة، وتشكل أملاح الصوديوم والبوتاسيوم للأحماض الدهنية طويلة السلسلة حوالي 25% منه. وباعتباره النوع الأكثر استخدامًا من الصابون، يتميز الصابون بوفرة المواد الخام وسهولة التحضير وانخفاض التكلفة. يُنتج الصابون صناعيًا عادةً عن طريق تصبين مواد خام مثل شحم البقر ودهن الضأن باستخدام قلويات قوية، ثم ترسيب الملح وفصل الجلسرين. أما عيبه الأكبر فهو أنه عند ملامسته لأيونات المعادن ثنائية وثلاثية التكافؤ مثل الكالسيوم (Ca²⁺) والمغنيسيوم (Mg²⁺) والحديد (Fe²⁺) في المحلول المائي، فإنه يُكوّن صابون الكالسيوم أو صابون المغنيسيوم ذي الذوبانية المنخفضة للغاية، مما يُفقد الصابون قدرته على التنظيف.

2. ألكيل بنزين سلفونات (ABS)

يُعدّ سلفونات ألكيل بنزين الصوديوم (R-C₆H₆-SO₃Na) مُستحلبًا أنيونيًا هامًا. يتميز بذوبانه الجيد في الماء وتأينه شبه الكامل. كما أن أملاحه من الكالسيوم والمغنيسيوم قابلة للذوبان بدرجة عالية في الماء، مما يُكسبه مقاومة ممتازة للماء العسر. ومن بين سلفونات ألكيل بنزين، يتميز سلفونات ألكيل بنزين الخطي (LAS) بانخفاض سعره، وفعاليته العالية في التنظيف، وسهولة تحلله الحيوي، وملاءمته للبيئة. لذلك، وحتى الآن، لا يُضاهي أي مُستحلب آخر يُستخدم كمكون فعال في المنظفات سلفونات ألكيل بنزين الخطي من حيث الأداء التقني والفوائد الاقتصادية، مما يجعله يُعتبر الركيزة الأساسية لصناعة المنظفات الاصطناعية عالميًا. ويُستخدم بشكل رئيسي في المنظفات الصناعية والمنزلية. ومن أبرز منتجاته سلفونات دوديسيل بنزين الصوديوم ذات التأثير الممتاز في التنظيف، وسلفونات أوكتاديسيل بنزين الصوديوم التي تتميز بأقوى فعالية تنظيف في سلسلة سلفونات ألكيل بنزين الصوديوم.

3. سلفونات ألفا أوليفين (AOS)

مادة AOS هي مكون فعال عالي الأداء في المنظفات. وتستخدم بشكل أساسي في معقمات اليدين، والشامبو، وسائل الاستحمام الرغوي، ومنظفات غسل الأطباق، ومنظفات الصناعة، ومنظفات الغسيل.

4. سلفونات ميثيل إستر الأحماض الدهنية (MES)

في تركيبه الجزيئي، يُمثل R مجموعة ألكيل، بينما يُمثل R' مجموعة ميثيل. ولتحقيق أفضل أداء في التنظيف، يُفضل استخدام R ذي السلاسل الكربونية C16 وC18، بينما يُوفر R ذو السلسلة الكربونية C14 مقاومة مثالية للماء العسر. MES هو مُستحلب مُشتق من الزيوت والدهون الطبيعية، يتميز بأداء تنظيف ممتاز وقدرة عالية على تشتيت صابون الكالسيوم. يتمتع بتوافق ممتاز مع الزيوليت، وهو مناسب لإنتاج مُنظفات الغسيل الخالية من الفوسفور. قدرته على تشتيت صابون الكالسيوم أعلى بكثير من قدرة LAS، مما يُسهل إنتاج واستخدام الصابون المُركب ومُنظفات الغسيل المصنوعة من الصابون.

5. كبريتات الكحول الدهني (AS) وكبريتات إيثر الكحول الدهني (AES)

الصيغة العامة لمركب AS هي ROSO₃Na، ويُظهر مركب AS الذي يحتوي على سلاسل كربونية من C14 إلى C16 قوة تنظيف جيدة. أما الصيغة العامة لمركب AES فهي RO(C₂H₄O)ₙSO₃Na، ويُظهر مركب AES الذي يحتوي على سلاسل كربونية من C14 إلى C15 و n=1-2 أداءً ممتازًا في الغسيل. يتميز كل من AS و AES بقابلية تحلل بيولوجي جيدة، وقوة تنظيف عالية، وخاصية رغوة ممتازة، مما يجعلهما مناسبين لتركيب منظفات عالية الرغوة. وهما مناسبان لمنظفات الملابس سهلة العناية ومنظفات الصوف، ويُستخدمان على نطاق واسع في حمامات الفقاعات، وشامبو الشعر، ومستحضرات التجميل، ومنظفات غسل الأطباق اليدوية، ومنظفات الخضراوات، والمنظفات المنزلية.

ثانياً.المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية

تتميز المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية بقدرة تنظيف فائقة ضد الأوساخ الزيتية، وقدرة عالية على منع إعادة ترسبها على الألياف الصناعية. كما أنها تتمتع بمقاومة عالية للماء العسر والإلكتروليتات عالية التركيز. وتكمن الميزة الأبرز للمواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية من نوع بولي أوكسي إيثيلين في إمكانية تعديل خصائصها المحبة للماء والكارهة للماء. إذ يمكن تنظيم عدد وحدات أكسيد الإيثيلين للتكيف مع مختلف المواد وتحقيق أفضل قدرة على التنظيف.

1.بولي أوكسي إيثيلين ألكيل الكحول إيثر

الصيغة العامة: RO(C₂H₄O)ₙH، حيث R = C₁₂~C₁₈ و n قابلة للتعديل. يتميز هذا النوع من المركبات بنشاط تنظيف عالٍ، يتجلى في الجوانب التالية: انخفاض تركيز المذيلات الحرج (cmc)، مما يعني الحفاظ على فعالية تنظيف عالية حتى في التركيزات المنخفضة، وقدرة تنظيف فائقة، ومقاومة لإعادة ترسب الأوساخ عند تنظيف الألياف الصناعية. كما أنه يوفر أداءً ممتازًا في درجات الحرارة المنخفضة. يظهر على شكل معجون أبيض إلى أصفر باهت في درجة حرارة الغرفة، وهو قابل للذوبان في الماء، وله خصائص استحلاب وتنظيف وترطيب. يُستخدم بشكل أساسي في المنظفات المنزلية والصناعية، بالإضافة إلى منظفات المعادن.

2. بولي أوكسي إيثيلين ألكيل فينول إيثر

في هذه التركيبة، يُمثل R بشكل أساسي الأوكتيل والنونيل والدوديسيل، مع قيمة n قابلة للتعديل. يتميز هذا المنتج بقدرة فائقة على إزالة بقع الزيت والشحوم. تشمل المنتجات النموذجية سلسلة OP وسلسلة OPE وسلسلة SOPE. تتميز هذه المنتجات بمقاومة ممتازة للأحماض والقلويات، فضلاً عن تحملها للماء العسر، ولها وظائف التطهير والترطيب والاستحلاب، مما يجعلها مناسبة لمعالجة المعادن ومنظفات الصناعة.

3. ألكيل بولي جليكوسيد (APG)

يُعتبر ألكيل بولي جليكوسيد مادة خافضة للتوتر السطحي غير أيونية جديدة ذات مستوى عالمي.

مزايا APG:

نشاط بيني عالٍ وتوتر سطحي منخفض للغاية؛

لا توجد نقطة تعكر، وثبات ممتاز في درجات الحرارة العالية؛

أداء غسيل متميز، قوة رغوة عالية، ترطيب جيد، قدرة على الاستحلاب وثبات التشتت؛

يتفوق على جميع أنواع المواد الخافضة للتوتر السطحي الموجودة من حيث عدم السمية، وانخفاض تهيج الجلد، وقابلية التحلل البيولوجي.

لذلك، يحظى هذا المنتج بشعبية واسعة في العديد من الصناعات، بما في ذلك صناعات المنظفات ومستحضرات التجميل وتصنيع الأغذية والأدوية. وبفضل سهولة شطفه وعدم تركه أي رواسب، فهو مناسب بشكل خاص لمنظفات غسالات الأطباق ومنظفات الزجاجات.

فيما يلي سيناريوهات التطبيق الرئيسية لمركب APG في المنظفات:

منظفات الاستحمام والشعر: المنتجات المصنعة من مادة APG لطيفة على البشرة ولا تسبب تهيجها، وتتميز برغوة غنية وناعمة، كما أنها تُضفي تأثيرًا مضادًا للكهرباء الساكنة أثناء غسل الشعر. معظم هذه المنتجات سائلة، ويمكن أيضًا تحويلها إلى قوالب صابون.

منظفات غسل الأطباق: تتميز منظفات غسل الأطباق القائمة على مادة APG بأداء رغوة جيد، وهي لطيفة على البشرة وتمنح شعورًا مريحًا لليدين بعد الاستخدام، كما أنها سهلة الشطف دون ترك أي آثار.

منظفات الغسيل: يوفر مركب APG المستخدم في منظفات الغسيل فعالية تنظيف فائقة. فهو ينظف مختلف أنواع الأقمشة مثل القطن والصوف والبوليستر، ويزيل الأوساخ وبقع الزيت بفعالية. كما يمنح الأقمشة نعومةً وخصائص مضادة للكهرباء الساكنة ومقاومة للانكماش، ويمكن استخدامه في تركيبات منظفات الغسيل التي تحافظ على أداء غسيل ممتاز حتى في الماء العسر.

تنظيف الأسطح الصلبة: بالإضافة إلى غسل الأطباق، يمكن استخدام APG لتنظيف الأسطح الصلبة الأخرى. يمكن استخدامه كمكون فعال في تحضير المنظفات المناسبة للاستخدام في ظروف الأحماض القوية، كما يمكنه منع أكسدة المعادن الحديدية وتآكلها بفعل الأحماض.

ثالثًا: المواد الفعالة بالسطح ذات الشحنة المزدوجة

تتميز هذه المواد ببنية جزيئية تحمل شحنات موجبة وسالبة. وبفضل هذه البنية الجزيئية الخاصة، تتمتع بالخصائص التالية عند استخدامها: سمية منخفضة وتهيج طفيف للجلد والعينين؛ قابلية تحلل بيولوجي ممتازة وتوافق حيوي عالٍ؛ خصائص ترطيب وتنظيف وتكوين رغوة جيدة. تُصنف هذه المواد إلى الأنواع التالية عند استخدامها كمنظفات.

نوع الأحماض الأمينية N-أسيل

تُستخدم هذه المواد بشكل أساسي كمواد أساسية للشامبو ومنظفات الغسيل، وهي مقاومة للأحماض الضعيفة والماء العسر. ومن الأمثلة عليها: N-أسيل بولي أمينو (بولي ببتيد) كاربوكسيلات، وريميبون أ (منظف 613، صوديوم أوليويل أمينو بولي ببتيد كاربوكسيلات).

يُصنّع ريميبون أ من تكثيف كلوريد الأحماض الدهنية والأحماض الأمينية المتعددة الناتجة عن تحلل البروتين. ولذلك، يتميز بانخفاض تهيجه وسميته، مما يجعله مناسبًا للاستخدامات التجميلية. يتمتع ريميبون أ بقدرة عالية على تشتيت صابون الجير، والتنظيف، والاستحلاب. يُستخدم كمنظف ومستحلب في صناعة النسيج، وهو مثالي لغسل الحرير والصوف نظرًا لقدرته اللطيفة على إزالة الشحوم.

نوع البيتين

تُوفر المواد الخافضة للتوتر السطحي من نوع البيتايين ثنائي القطبية فعالية تنظيف ممتازة للأقمشة القطنية والأقمشة المخلوطة من البوليستر والقطن، مع تميز هيدروكسي سلفوبيتائين بأداء فائق أثناء الغسيل. ومن الأمثلة النموذجية على ذلك لوريل ثنائي ميثيل بيتايين.

هو سائل شفاف عديم اللون أو أصفر باهت. يعمل كعامل سطحي كاتيون في الوسط الحمضي وكعامل سطحي أنيون في الوسط القلوي، وهو قابل للتحلل الحيوي بسهولة. يتميز بقدرة فائقة على تكوين الرغوة، كما أنه يُنعم الشعر، مما يجعله مناسبًا لتركيب أنواع الشامبو اللطيفة والمرطبة للشعر، بالإضافة إلى شامبو الأطفال. وبفضل مقاومته الجيدة للماء العسر، يُمكن استخدامه في تحضير منظفات الماء العسر، كما أنه يعمل كمبيد للجراثيم.