Сапун за съдове и повърхностноактивни вещества

1.Въведение

С развитието на химическата промишленост, жизненият стандарт на хората непрекъснато се подобрява. Въпреки че животът се е подобрил значително, това е причинило и сериозни екологични проблеми, дори застрашавайки човешкото здраве и безопасност. Тъй като изискванията на хората за здраве продължават да нарастват, безопасността на химическите продукти, повсеместно използвани в ежедневието, привлича широко обществено внимание. Детергентите, като химични вещества, широко използвани в ежедневието и промишленото производство, предизвикват особено голяма обществена загриженост относно тяхната безопасност.

Безопасността на химическите продукти някога е изпаднала в криза на доверието. Тази ситуация произтича от една страна от силната зависимост на производството на перилни препарати от традиционни суровини, а от друга страна от липсата на професионални познания на обществеността относно процесите на химическо производство.

На този фон, водено от основната концепция на зелената химия — „намаляване и елиминиране на замърсяването на околната среда при източника“ — това проучване проектира и разработва новипрепаратформули. Екологично чистиповърхностноактивни веществаи в тази формула на препарата са използвани химични реагенти, способни да инхибират микроорганизмите във водата.

2.Текущо състояние на развитиетоДетергенти

Откакто човечеството навлезе в цивилизованото общество, дейностите по пране винаги са били неразделна част от човешкия живот. Преди около 5000 години хората започват да събират естествени вещества, полезни за пране, като плодове на китайски акварий и алкални компоненти в растителна пепел за целите на прането. Триста години по-късно, повърхностноактивните вещества са произведени изкуствено от хората. Преди повече от век е изобретен сапунът. Оттогава сапунът, направен от мазнини, основи, сол, подправки и пигменти, се е превърнал в традиционен препарат. Първият изкуствено синтетичен препарат, алкилнафталенсулфонат, се появява по време на Първата световна война. Той е разработен от германската компания BASF през 1917 г. и официално е пуснат в производство през 1925 г. Популяризирането на синтетичните препарати се случва след откриването и официалното пускане в производство на натриев алкилбензенсулфонат и тетрапропилен алкилбензен между 1935 и 1939 г.

3.Ефективни съставки и механизъм на действиеДетергенти

3.1ПранеПринцип

В общия смисъл, измиването се отнася до процеса на отстраняване на замърсявания от повърхността на носителя. По време на измиване, действието на детергента отслабва или елиминира взаимодействието между замърсяванията и носача, превръщайки свързващото състояние на замърсяванията и носача в свързващо състояние на замърсяванията и детергента. В крайна сметка, замърсяванията се отделят от носача чрез изплакване и други методи. Основният процес на измиване може да се изрази чрез следната проста зависимост:

Превозвач·Мръсотия + Препарат → Превозвач + Мръсотия·Препарат

Адхезията на замърсявания към предмети се разделя на физическа адхезия и химическа адхезия. Физическата адхезия включва още механична адхезия и електростатична адхезия.

Химическата адхезия се отнася главно до адхезията, постигната чрез химични връзки. Например, протеинови петна и ръжда, полепнали по влакнести изделия, принадлежат към химическа адхезия. Тъй като силата на химическо взаимодействие при този тип адхезия обикновено е силна, замърсяванията се свързват здраво с основата и са изключително трудни за отстраняване, което изисква специални методи на третиране.

Силата на взаимодействие между замърсяванията, прикрепени чрез физическа адхезия, и основата, е относително слаба, което прави отстраняването им по-лесно в сравнение с химическата адхезия. Замърсяванията с механична адхезия се отстраняват лесно; трудно е да се елиминират само когато частиците замърсяване са малки (<0,1 μm). Електростатичната адхезия се проявява като взаимодействие между заредени частици замърсяване и противоположни заряди. Тази сила е по-силна от механичната сила, което води до относително трудно отстраняване на замърсяванията.

Процесът на измиване за отстраняване на замърсявания обикновено се счита, че включва следните етапи:

А. Адсорбция: Повърхностноактивните вещества в детергентите претърпяват насочена адсорбция на границата между замърсяванията и носителя.

Б. Омокряне и проникване: Благодарение на насочената адсорбция на повърхностноактивни вещества на повърхността на повърхността, детергентът може да проникне между замърсяванията и носителя, да го намокри и да намали силата на адхезия между тях.

C. Дисперсия и стабилизиране на замърсявания: Замърсяванията, отделени от повърхността на носителя, се диспергират, емулгират или разтварят в разтвора на препарата, като се гарантира, че отделените замърсявания няма да се прикрепят отново към почистената повърхност.

3.1.1 Видове почва

Почвата се отнася до мазни вещества, полепнали по носители, както и лепила на такива мазни вещества, които се характеризират с изключително сложен състав. Въз основа на различните форми, тя може грубо да се класифицира като твърда почва, течна почва и специална почва.

Често срещаните твърди замърсявания включват ръжда, прах, частици от въглероден сажди и други подобни. Повърхностите на тези вещества обикновено носят отрицателни заряди, което ги прави склонни към залепване към основите. Повечето твърди замърсявания под формата на частици са неразтворими във вода, но могат лесно да се диспергират във водни разтвори, съдържащи детергенти; по-големите твърди частици се отстраняват по-лесно. Повечето често срещани течни замърсявания са маслоразтворими и могат да претърпят осапуняване с алкални разтвори, което обяснява защо повечето детергенти са алкални. Специалните замърсявания се отнасят главно до упорити петна като кръвни петна, растителни сокове и човешки секрети. Този вид замърсявания се отстраняват предимно с белина, тъй като силното окислително свойство на белината може да разруши техните хромофорни групи.

3.2 Активни съставки в детергентите

Повърхностноактивните вещества, известни още като повърхностноактивни вещества, са основните функционални компоненти в детергентите. Те се разтварят бързо във вода и проявяват отлични свойства, включително обеззаразяване, образуване на пяна, разтваряне, емулгиране, омокряне и диспергиране.

3.2.1 Повърхностноактивни вещества: произход и развитие

Експерименти показват, че добавянето на определени вещества към водата може да промени повърхностното ѝ напрежение, а различните вещества оказват различно въздействие върху повърхностното напрежение на водата.

По отношение на свойството за намаляване на повърхностното напрежение, способността за понижаване на повърхностното напрежение на разтворителя се определя като повърхностна активност, а веществата с повърхностна активност се наричат ​​повърхностноактивни вещества. Веществата, които могат значително да променят междуфазовото състояние на разтворителна система, когато се добавят в малки количества, се наричат ​​повърхностноактивни вещества.

Повърхностноактивното вещество е вещество, което, когато се добави към разтворител в малка доза, може значително да намали повърхностното напрежение на разтворителя и да промени междуфазовото състояние на системата. Това води до редица функции, като омокряне или обезвлажняване, емулгиране или деемулгиране, диспергиране или флокулация, разпенване или обезпеняване, разтваряне, овлажняване, стерилизация, омекотяване, водоотблъскване, антистатични свойства и устойчивост на корозия, за да отговори на практическите изисквания на приложението.

Повърхностноактивните вещества на основата на сапун се появяват за първи път в древен Египет около 2500 г. пр.н.е., където древните египтяни са правили почистващи продукти от смес от овча мас и растителна пепел. Около 70 г. сл. Хр. Плиний от Римската империя създава първия сапун от овча мас. Сапунът не добива широка популярност до 1791 г., когато френският химик Никола Льоблан открива метода за производство на сода каустик чрез електролиза на натриев хлорид. Продукт от втория етап на развитие на повърхностноактивните вещества е пуешкото червено масло, известно още като сулфонирано рициново масло. То се синтезира чрез реакция на рициново масло с концентрирана сярна киселина при ниска температура, последвана от неутрализация с натриев хидроксид. Пуешкото червено масло се отличава с изключителна емулгираща способност, пропускливост, омокряемост и дифузионност и превъзхожда сапуна по устойчивост на твърда вода, киселини и метални соли.

3.2.2 Структура на повърхностната активност

Уникалните свойства на повърхностноактивните вещества произтичат от тяхната специална молекулярна структура. Повърхностноактивните вещества обикновено са линейни молекули, които съдържат както хидрофилни полярни групи, така и липофилни неполярни хидрофобни групи.

Хидрофобните групи имат разнообразни структури, като например прави вериги, разклонени вериги и циклични структури. Най-често срещаните са въглеводородни вериги, включително алкани, алкени, циклоалкани и ароматни въглеводороди, като повечето числа на въглеродните атоми варират от 8 до 20. Други хидрофобни групи включват мастни алкохоли, алкилфеноли и атомни групи, съдържащи флуор, силиций и други елементи. Хидрофилните групи се категоризират в анионни, катионни, амфотерни йонни и нейонни типове. Йонните повърхностноактивни вещества могат да йонизират във вода, за да пренасят електрически заряди, докато нейонните повърхностноактивни вещества не могат да йонизират във вода, но притежават полярност и разтворимост във вода.

3.2.3 Често срещани вредни повърхностноактивни вещества

Повърхностноактивните вещества се използват широко в ежедневието на човека, но те несъмнено са химични вещества. Много суровини за повърхностноактивни вещества притежават определени токсични и замърсяващи свойства. Неизбежно е, че те причиняват вреда на околната среда; при контакт с човека те могат да раздразнят кожата, а някои дори притежават силна токсичност и корозивност, причинявайки сериозни увреждания на човешкото тяло. По-долу са представени няколко често срещани вредни повърхностноактивни вещества:

А. АПЕО

АПЕО е често срещан вид нейоногенно повърхностно активно вещество, съставено от алкилова част и етокси част. Различната дължина на въглеродната верига на алкилната част и различните количества на добавяне на етокси частта водят до множество съществуващи форми на АПЕО със значителни разлики в производителността между различните форми. В процеса на синтез на АПЕО, основният продукт не е канцерогенен, но страничните му продукти са корозивни за кожата и очите, а някои дори могат да причинят рак в тежки случаи. Въпреки че не уврежда директно организмите, АПЕО представлява риск за околната среда, свързан с хормоните. Такива химични вещества навлизат в човешкото тяло по различни пътища, упражняват естрогеноподобни ефекти, нарушават нормалната секреция на човешки хормони и допълнително намаляват броя на мъжките сперматозоиди. То е вредно не само за хората; докладите сочат, че неговата синтетична суровина NPEO също причинява значителни щети на рибите.

Б. ПФОС

PFOS, с пълно наименование Перфлуороктан сулфонат, е общ термин за клас перфлуорирани повърхностноактивни вещества. Той има ефект на усилване на въздействието върху околната среда. Поради специалните си физични и химични свойства, PFOS е изключително трудна за разграждане и се счита за едно от най-устойчивите вещества. След като попадне в тялото на животните и човека чрез хранителната верига, тя се натрупва в големи количества и сериозно застрашава биологичното здраве.

C. ЛАС

ЛАС е основен органичен замърсител, който причинява големи вреда на околната среда. Той може да промени физичните и химичните свойства на почвата, като например да промени pH стойността на почвата и съдържанието на вода, като по този начин потисне растежа на растенията. Освен това, когато попадне във водни басейни, ЛАС може да се комбинира с други замърсители, за да образува диспергирани колоидни частици и проявява токсичност за младите висши и низши организми.

Г. Флуоровъглеродни повърхностноактивни вещества

PFOA и PFOS са двата основни традиционни флуоровъглеродни повърхностноактивни вещества. Съответни проучвания показват, че тези съединения имат висока токсичност, причиняват постоянно замърсяване на околната среда и се натрупват масово в организмите. Следователно, през 2009 г. те бяха включени в списъка на устойчивите органични замърсители (УОЗ) от Организацията на обединените нации.

4 зелени и нови тип повърхностноактивни вещества

A. Повърхностноактивни вещества на основата на аминокиселини

Повърхностноактивните вещества на базата на аминокиселини се произвеждат главно от биомасови суровини с изобилие от източници. Те се характеризират с ниска токсичност и странични ефекти, леки свойства, ниско дразнене на организмите и отлична биоразградимост. Според свойствата на заряда на хидрофилните групи след йонизация във вода, те могат да бъдат класифицирани в четири категории: катионни, анионни, нейонни и амфотерни. Често срещани видове включват N-алкил аминокиселинен тип, аминокиселинен естерен тип и N-ацил аминокиселинен тип.

Б. Ензимни повърхностноактивни вещества от ананас

Ензимните повърхностноактивни вещества от ананас се произвеждат чрез ферментация на брашно от семена на камелия и кюспе, останало след екстракция на масло, кора от ананас, заедно с мая на прах, пектиназа и други микроорганизми. Въпреки че молекулярната структура на активните им съставки остава неясна, експериментални данни доказват, че те имат благоприятни перилни свойства.

В. ССА

SAA е производно на палмово масло. Като продукт, произведен от възобновяеми растителни суровини, той привлича широко внимание. Производственият му процес е екологичен. Освен това, в твърда вода с високо съдържание на калциеви и магнезиеви йони, той утаява калциевите соли много по-бавно от често използваните повърхностноактивни вещества като LAS и AS, което означава, че осигурява изключителна почистваща способност в практически приложения.

5 Перспективи за развитие на перилни препарати

На световния пазар на перилни препарати, страните се различават по приоритетите и тенденциите в развитието, но общата насока на изследванията за перилни продукти остава последователна. Концентрирането и втечняването на перилните препарати са се превърнали в основни тенденции, докато пестенето на вода, безопасността, енергоспестяването, професионализмът, екологичността и многофункционалността се очертават като популярни насоки за развитие. Повърхностноактивните вещества, основните суровини за перилните препарати, се развиват към мекота, комбинирани формулировки и екологична съвместимост. Ензимните препарати, които се отличават с висока ефективност, специфичност и екологичност, се превърнаха в гореща точка на изследванията в разработването на перилни препарати. Като цяло, тенденциите в развитието на индустрията за перилни препарати са обобщени, както следва:

Диверсификация, специализация и сегментиране на перилните продукти. Перилните препарати могат да бъдат разделени на твърди, прахообразни, течни и гел видове по форма; концентрирани видове и обикновени видове по съдържание на активни съставки; и различни категории по опаковка, цвят и аромат.

Течните перилни препарати ще се превърнат в най-обещаващата продуктова категория. В сравнение с твърдите перилни препарати, течните перилни препарати се представят по-добре при пране на ниски температури, имат по-гъвкав дизайн на формулата и по-прости производствени процеси. Те също така изискват по-малко инвестиции в оборудване и консумират по-малко енергия по време на производството.

Прогресивна концентрация на перилни продукти. От 2009 г. насам концентрираните перилни препарати са се развили в три основни категории: концентриран прах за пране, концентрирани капсули за пране и концентриран течен перилен препарат. Концентрираните перилни препарати имат забележителни предимства пред традиционните продукти, включително високо съдържание на активни вещества, силно перилно действие и пестене на енергия. Освен това, те спестяват опаковъчни материали, намаляват транспортните разходи и заемат по-малко складово пространство благодарение на концентрираната си формула.

Ориентация към безопасността на хората. С подобряването на жизнения стандарт, хората вече не оценяват перилните препарати само по ефективността им при премахване на петна. Безопасността за хората, нетоксичността и лекото недразнене са се превърнали в ключови критерии за избор на перилен препарат.

Разработване на екологични продукти. Еутрофикацията, причинена от фосфорсъдържащи детергенти, и неблагоприятното въздействие върху околната среда на избелващите агенти предизвикаха широко обществено безпокойство. В отговор на изискванията на зелената химия, изборът на суровини за детергенти постепенно се измества към екологично чисти и меки варианти.

Многофункционалност. Многофункционалността е преобладаваща тенденция в развитието на различни социални продукти, а многофункционалните ежедневни потребности са станали нещо обичайно в живота. В бъдеще перилните препарати ще съчетават премахването на петна с функции като стерилизация, дезинфекция и избелване.