1.Uvod
Razvojem hemijske industrije, životni standard ljudi se kontinuirano poboljšavao. Iako je život znatno poboljšan, to je također uzrokovalo ozbiljne ekološke probleme, čak ugrožavajući ljudsko zdravlje i sigurnost. Kako zahtjevi ljudi za zdravljem nastavljaju rasti, sigurnost hemijskih proizvoda sveprisutnih u svakodnevnom životu privukla je široku pažnju javnosti. Deterdženti, kao hemijske supstance koje se široko koriste u svakodnevnom životu i industrijskoj proizvodnji, izazvali su posebno veliku zabrinutost javnosti zbog svoje sigurnosti.
Sigurnost hemijskih proizvoda je jednom zapala u krizu kredibiliteta. Ova situacija proizlazi s jedne strane iz velikog oslanjanja proizvodnje deterdženata na tradicionalne sirovine, a s druge strane iz nedostatka stručnog znanja javnosti o procesima hemijske proizvodnje.
U tom kontekstu, vođeni osnovnim konceptom zelene hemije - „smanjenje i eliminisanje zagađenja životne sredine na izvoru“ - ova studija dizajnira i razvija novedeterdžentformulacije. Ekološki prihvatljivosurfaktantii u ovoj formulaciji deterdženta koriste se hemijski reagensi sposobni za inhibiranje mikroorganizama u vodi.
2.Trenutni status razvojaDeterdženti
Otkako je čovječanstvo ušlo u civilizirano društvo, pranje rublja oduvijek je bilo neizostavan dio ljudskog života. Prije otprilike 5.000 godina, ljudi su počeli sakupljati prirodne tvari pogodne za pranje, poput plodova kineskog akacijevog rogača i alkalnih komponenti u biljnom pepelu, u svrhu pranja. Tri stotine godina kasnije, ljudi su vještački proizveli surfaktante. Prije više od jednog stoljeća izumljen je sapun. Od tada je sapun napravljen od masti, alkalija, soli, začina i pigmenata postao tradicionalni deterdžent. Prvi vještački sintetički deterdžent, alkil naftalen sulfonat, pojavio se tokom Prvog svjetskog rata. Razvio ga je njemački BASF 1917. godine, a zvanično je pušten u proizvodnju 1925. godine. Popularizacija sintetičkih deterdženata dogodila se nakon što su otkriveni natrijum alkil benzen sulfonat i tetrapropilen alkil benzen i zvanično pušteni u proizvodnju između 1935. i 1939. godine.
3.Djelotvorni sastojci i mehanizam djelovanjaDeterdženti
3.1PranjePrincip
Pranje u opštem smislu odnosi se na proces uklanjanja prljavštine sa površine nosača. Tokom pranja, djelovanje deterdženta slabi ili eliminiše interakciju između prljavštine i nosača, pretvarajući vezivno stanje prljavštine i nosača u vezivno stanje prljavštine i deterdženta. Na kraju, prljavština se odvaja od nosača ispiranjem i drugim metodama. Osnovni proces pranja može se izraziti sljedećom jednostavnom relacijom:
Nosač·Prljavština + Deterdžent → Nosač + Prljavština·Deterdžent
Prianjanje prljavštine na predmete dijeli se na fizičko prianjanje i hemijsko prianjanje. Fizičko prianjanje dalje uključuje mehaničko prianjanje i elektrostatičko prianjanje.
Hemijska adhezija se uglavnom odnosi na adheziju postignutu putem hemijskih veza. Na primjer, mrlje od proteina i hrđa prilijepljene za vlaknaste predmete spadaju u hemijsku adheziju. Budući da je sila hemijske interakcije ove vrste adhezije uglavnom jaka, prljavština se čvrsto veže za podlogu i izuzetno ju je teško ukloniti, što zahtijeva posebne metode tretmana.
Sila interakcije između prljavštine pričvršćene fizičkom adhezijom i podloge je relativno slaba, što olakšava njeno uklanjanje u poređenju sa hemijskom adhezijom. Prljavština sa mehaničkom adhezijom se lako uklanja; teško ju je eliminisati samo kada su čestice prljavštine male (<0,1 μm). Elektrostatička adhezija se manifestuje kao interakcija između naelektrisanih čestica prljavštine i suprotnog naboja. Ova sila je jača od mehaničke sile, što rezultira relativno teškim uklanjanjem prljavštine.
Proces pranja i uklanjanja prljavštine se obično smatra da uključuje sljedeće faze:
A. Adsorpcija: Surfaktanti u deterdžentima podliježu usmjerenoj adsorpciji na granici između prljavštine i nosača.
B. Vlaženje i prodiranje: Zbog usmjerene adsorpcije surfaktanata na granici faza, deterdžent može prodrijeti između prljavštine i nosača, navlažiti nosač i smanjiti silu prianjanja između prljavštine i nosača.
C. Disperzija i stabilizacija prljavštine: Prljavština odvojena od površine nosača se disperguje, emulguje ili rastvara u rastvoru deterdženta, osiguravajući da se odvojena prljavština neće ponovo pričvrstiti za očišćenu površinu.
3.1.1 Vrste tla
Tlo se odnosi na masne supstance koje prianjaju za nosače, kao i na ljepila takvih masnih supstanci, a odlikuju se izuzetno složenim sastavom. Na osnovu različitih oblika, može se grubo podijeliti na čvrsto tlo, tekuće tlo i specijalno tlo.
Uobičajena čvrsta nečistoća uključuju hrđu, prašinu, čestice ugljičnog crnila i slično. Površine ovih supstanci obično nose negativan naboj, što ih čini sklonim prianjanju na podloge. Većina čestičnih čvrstih nečistoća je nerastvorljiva u vodi, ali se mogu lako dispergovati u vodenim rastvorima koji sadrže deterdžente; veće čvrste čestice se lakše uklanjaju. Većina uobičajenih tekućih nečistoća je rastvorljiva u ulju i može se saponificirati alkalnim rastvorima, što objašnjava zašto je većina deterdženata alkalna. Posebna nečistoća se uglavnom odnose na tvrdokorne mrlje poput mrlja od krvi, biljnog soka i ljudskih sekreta. Ova vrsta nečistoća se prvenstveno uklanja izbjeljivačima, jer jako oksidirajuće svojstvo izbjeljivača može uništiti njihove hromoforne grupe.
3.2 Aktivni sastojci u deterdžentima
Surfaktanti, poznati i kao površinski aktivne supstance, su glavne funkcionalne komponente u deterdžentima. Brzo se rastvaraju u vodi i pokazuju odlična svojstva, uključujući dekontaminaciju, pjenjenje, solubilizaciju, emulgiranje, kvašenje i disperziju.
3.2.1 Surfaktanti: Porijeklo i razvoj
Eksperimenti su pokazali da dodavanje određenih supstanci u vodu može promijeniti njenu površinsku napetost, a različite supstance imaju različite efekte na površinsku napetost vode.
U smislu svojstva smanjenja površinske napetosti, sposobnost snižavanja površinske napetosti rastvarača definira se kao površinska aktivnost, a tvari s površinskom aktivnošću nazivaju se površinski aktivne tvari. Tvari koje mogu značajno promijeniti međufazno stanje rastvorenog sistema kada se dodaju u malim količinama nazivaju se surfaktanti.
Surfaktant je supstanca koja, kada se doda rastvaraču u maloj dozi, može značajno smanjiti površinsku napetost rastvarača i promijeniti međufazno stanje sistema. To dovodi do niza funkcija kao što su vlaženje ili odvlaživanje, emulgiranje ili deemulgiranje, disperzija ili flokulacija, pjenjenje ili uklanjanje pjene, solubilizacija, vlaženje, sterilizacija, omekšavanje, vodoodbojnost, antistatička svojstva i otpornost na koroziju, kako bi se zadovoljili praktični zahtjevi primjene.
Površinski aktivne tvari na bazi sapuna prvi put su se pojavile u starom Egiptu oko 2500. godine prije nove ere, gdje su stari Egipćani pravili sredstva za čišćenje od mješavine ovčije masti i biljnog pepela. Oko 70. godine nove ere, Plinije iz Rimskog Carstva stvorio je prvi sapun od ovčije masti. Sapun nije stekao široku popularnost sve do 1791. godine, kada je francuski hemičar Nicolas Leblanc otkrio metodu proizvodnje kaustične sode putem elektrolize natrijum hlorida. Proizvod druge faze razvoja površinski aktivnih tvari je crveno ulje ćuretine, poznato i kao sulfonirano ricinusovo ulje. Sintetizira se reakcijom ricinusovog ulja s koncentriranom sumpornom kiselinom na niskoj temperaturi, nakon čega slijedi neutralizacija natrijum hidroksidom. Crveno ulje ćuretine može se pohvaliti izvanrednom emulgirajućom moći, propusnošću, kvašenjem i difuzijom, te nadmašuje sapun u otpornosti na tvrdu vodu, kiseline i metalne soli.
3.2.2 Struktura površinske aktivnosti
Jedinstvena svojstva surfaktanata proizlaze iz njihove posebne molekularne strukture. Surfaktanti su uglavnom linearni molekuli koji sadrže i hidrofilne polarne grupe i lipofilne nepolarne hidrofobne grupe.
Hidrofobne grupe imaju različite strukture kao što su ravni lanci, razgranati lanci i cikličke strukture. Najčešći su ugljikovodični lanci, uključujući alkane, alkene, cikloalkane i aromatične ugljikovodike, s većinom brojeva atoma ugljika u rasponu od 8 do 20. Druge hidrofobne grupe uključuju masne alkohole, alkilfenole i atomske grupe koje sadrže fluor, silicij i druge elemente. Hidrofilne grupe se kategoriziraju u anionske, kationske, amfoterne ionske i nejonske tipove. Ionski surfaktanti mogu ionizirati u vodi kako bi nosili električne naboje, dok nejonski surfaktanti ne mogu ionizirati u vodi, ali posjeduju polarnost i topljivost u vodi.
3.2.3 Uobičajeni štetni surfaktanti
Surfaktanti se široko koriste u svakodnevnom životu ljudi, ali su nesumnjivo hemijske supstance. Mnoge sirovine za surfaktante posjeduju određena svojstva toksičnosti i zagađenja. Neizbježno je da oni štete okolišu; pri kontaktu s ljudima mogu iritirati kožu, a neki čak pokazuju i jaku toksičnost i korozivnost, nanoseći ozbiljna oštećenja ljudskom tijelu. U nastavku slijedi nekoliko uobičajenih štetnih surfaktanata:
A. APEO
APEO je uobičajena vrsta nejonskog surfaktanta, sastavljenog od alkilnog dijela i etoksi dijela. Različite dužine ugljikovog lanca alkilnog dijela i različite količine dodavanja etoksi dijela rezultiraju brojnim postojećim oblicima APEO-a sa značajnim razlikama u performansama među različitim oblicima. U procesu sinteze APEO-a, glavni proizvod nije kancerogen, ali njegovi nusproizvodi su korozivni za kožu i oči, a neki čak mogu uzrokovati rak u teškim slučajevima. Iako ne šteti direktno organizmima, APEO predstavlja rizik za okolišne hormone. Takve hemijske supstance ulaze u ljudski organizam na različite načine, imaju efekte slične estrogenu, remete normalno lučenje ljudskih hormona i dodatno smanjuju broj muških spermatozoida. Nije štetan samo za ljude; izvještaji pokazuju da njegova sintetička sirovina NPEO također uzrokuje značajnu štetu ribama.
B. PFOS
PFOS, puni naziv perfluorooktan sulfonat, opći je naziv za klasu perfluoriranih surfaktanata. Ima učinak pojačavanja utjecaja na okoliš. Zbog svojih posebnih fizičkih i hemijskih svojstava, PFOS se izuzetno teško razgrađuje i smatra se jednom od najotpornijih supstanci. Nakon ulaska u tijelo životinja i ljudi putem lanca ishrane, akumulira se u velikim količinama i ozbiljno ugrožava biološko zdravlje.
C. LAS
LAS je glavni organski zagađivač koji uzrokuje veliku štetu okolišu. Može promijeniti fizička i hemijska svojstva tla, kao što je promjena pH vrijednosti tla i sadržaja vode, čime inhibira rast biljaka. Osim toga, kada uđe u vodene površine, LAS se može kombinirati s drugim zagađivačima i formirati dispergovane koloidne čestice te pokazuje toksičnost za juvenilne više i niže organizme.
D. Fluorokarbonski surfaktanti
PFOA i PFOS su dva glavna tradicionalna fluorougljična surfaktanta. Relevantne studije su pokazale da takva jedinjenja imaju visoku toksičnost, uzrokuju trajno zagađenje okoliša i masovno se akumuliraju u organizmima. Shodno tome, Ujedinjeni narodi su ih 2009. godine uvrstili na listu trajnih organskih zagađivača (POP).
4 zelena i nova tipa surfaktanta
A. Surfaktanti na bazi aminokiselina
Surfaktanti na bazi aminokiselina uglavnom se prave od sirovina biomase iz obilnih izvora. Odlikuju se niskom toksičnošću i nuspojavama, blagim svojstvima, niskom iritacijom organizama i odličnom biorazgradivošću. Prema svojstvima naboja hidrofilnih grupa nakon jonizacije u vodi, mogu se klasificirati i u četiri kategorije: kationske, anionske, nejonske i amfoterne. Uobičajeni tipovi uključuju tip N-alkil aminokiselina, tip estera aminokiselina i tip N-acil aminokiselina.
B. Enzimski surfaktanti iz ananasa
Enzimski surfaktanti iz ananasa proizvode se fermentacijom brašna od sjemenki kamelije i uljne pogače koja ostane nakon ekstrakcije ulja, kore ananasa, zajedno s prahom kvasca, pektinazom i drugim mikroorganizmima. Iako molekularna struktura njihovih aktivnih sastojaka ostaje nejasna, eksperimentalni podaci dokazuju da imaju povoljne performanse pranja.
C. SAA
SAA je derivat palminog ulja. Kao proizvod napravljen od obnovljivih biljnih sirovina, privukao je široku pažnju. Njegov proizvodni proces je ekološki prihvatljiv. Štaviše, u tvrdoj vodi sa visokim sadržajem kalcijumovih i magnezijumskih jona, taloži kalcijumove soli mnogo sporije od uobičajeno korištenih surfaktanata kao što su LAS i AS, što znači da pruža izvanrednu deterdženciju u praktičnoj primjeni.
5 Perspektiva razvoja deterdženata
Na globalnom tržištu deterdženata, zemlje se razlikuju u prioritetima i trendovima razvoja, ali opći smjer istraživanja za deterdžente ostaje dosljedan. Koncentracija i ukapljivanje deterdženata postali su glavni trendovi, dok su ušteda vode, sigurnost, ušteda energije, profesionalnost, ekološka prihvatljivost i multifunkcionalnost postali popularni pravci razvoja. Surfaktanti, osnovne sirovine deterdženata, razvijaju se prema blagosti, složenim formulacijama i ekološkoj kompatibilnosti. Enzimski preparati, koji se mogu pohvaliti visokom efikasnošću, specifičnošću i ekološkom prihvatljivošću, postali su žarište istraživanja u razvoju deterdženata. Sveukupno, trendovi razvoja industrije deterdženata su sažeti na sljedeći način:
Diverzifikacija, specijalizacija i segmentacija deterdženata. Deterdženti se mogu podijeliti na čvrste, praškaste, tečne i gel tipove prema obliku; koncentrovane i obične tipove prema sadržaju aktivnih sastojaka; i različite kategorije prema pakovanju, boji i mirisu.
Tečni deterdženti će postati najperspektivnija kategorija proizvoda. U poređenju sa čvrstim deterdžentima, tečni deterdženti se bolje ponašaju pri pranju na niskim temperaturama, imaju fleksibilniji dizajn formule i jednostavnije proizvodne procese. Također zahtijevaju manja ulaganja u opremu i troše manje energije tokom proizvodnje.
Progresivna koncentracija deterdženata. Od 2009. godine, koncentrovani deterdženti su se razvili u tri glavne kategorije: koncentrovani prašak za veš, koncentrovane kapsule za veš i koncentrovani tečni deterdžent. Koncentrovani deterdženti imaju izuzetne prednosti u odnosu na tradicionalne proizvode, uključujući visok sadržaj aktivnih supstanci, snažno deterdžentno dejstvo i uštedu energije. Osim toga, štede materijale za pakovanje, smanjuju troškove transporta i zauzimaju manje skladišnog prostora zahvaljujući svojoj koncentrovanoj formuli.
Orijentacija na ljudsku sigurnost. S poboljšanjem životnog standarda, ljudi više ne ocjenjuju deterdžente samo na osnovu učinkovitosti uklanjanja mrlja. Ljudska sigurnost, netoksičnost i blaga neiritacija postali su ključni kriteriji za odabir deterdženta.
Razvoj ekološki prihvatljivih proizvoda. Eutrofikacija uzrokovana deterdžentima koji sadrže fosfor i štetni utjecaji sredstava za izbjeljivanje na okoliš izazvali su široku zabrinutost javnosti. Kao odgovor na zahtjeve zelene hemije, izbor sirovina za deterdžente postepeno se pomiče prema ekološki prihvatljivim i blagim opcijama.
Multifunkcionalizacija. Multifunkcionalnost je prevladavajući trend razvoja raznih društvenih proizvoda, a višenamjenske svakodnevne potrepštine postale su uobičajene u životu. U budućnosti će deterdženti integrirati uklanjanje mrlja s funkcijama kao što su sterilizacija, dezinfekcija i izbjeljivanje.
Vrijeme objave: 15. maj 2026.