Sabó per a plats i tensioactius

1.Introducció

Amb el desenvolupament de la indústria química, el nivell de vida de les persones ha millorat contínuament. Si bé la vida ha millorat molt, també ha causat greus problemes ambientals, que fins i tot han posat en perill la salut i la seguretat humanes. A mesura que les demandes de salut de les persones continuen augmentant, la seguretat dels productes químics omnipresents en la vida quotidiana ha atret una àmplia atenció pública. Els detergents, com a substàncies químiques àmpliament utilitzades en la vida quotidiana i la producció industrial, han generat una preocupació pública particularment alta per la seva seguretat.

La seguretat dels productes químics ha caigut en una crisi de credibilitat. Aquesta situació sorgeix, d'una banda, de la forta dependència de la producció de detergents de les matèries primeres tradicionals i, de l'altra, de la manca de coneixement professional del públic sobre els processos de producció química.

En aquest context, guiat pel concepte central de la química verda —“reduir i eliminar la contaminació ambiental a l'origen”—, aquest estudi dissenya i desenvolupa nousdetergentformulacions. Respectuós amb el medi ambienttensioactiusi en aquesta formulació de detergent s'adopten reactius químics capaços d'inhibir els microorganismes a l'aigua.

2.Estat actual del desenvolupament deDetergents

Des que la humanitat va entrar a la societat civilitzada, les activitats de rentat sempre han estat una part indispensable de la vida humana. Fa uns 5.000 anys, els humans van començar a recollir substàncies naturals que no s'acosten, com ara fruits de llagosta xinesa i components alcalins de la cendra de les plantes, amb finalitats de rentat. Tres-cents anys més tard, els humans van produir artificialment tensioactius. Fa més d'un segle, es va inventar el sabó. Des de llavors, el sabó fet de greix, àlcali, sal, espècies i pigments s'ha convertit en un detergent tradicional. El primer detergent sintètic artificial, l'alquil naftalè sulfonat, va sorgir durant la Primera Guerra Mundial. Va ser desenvolupat per la BASF alemanya el 1917 i es va posar oficialment en producció el 1925. La popularització dels detergents sintètics va tenir lloc després que es descobrissin i es posessin oficialment en producció l'alquilbenzè sulfonat de sodi i el tetrapropilè alquilbenzè entre 1935 i 1939.

3.Ingredients eficaços i mecanisme d'acció deDetergents

3.1RentatPrincipi

En sentit general, el rentat es refereix al procés d'eliminació de la brutícia de la superfície d'un suport. Durant el rentat, l'acció del detergent debilita o elimina la interacció entre la brutícia i el suport, convertint l'estat d'unió de la brutícia i el suport en l'estat d'unió de la brutícia i el detergent. Finalment, la brutícia se separa del suport mitjançant esbandida i altres mètodes. El procés bàsic de l'acció de rentat es pot expressar mitjançant la següent relació simple:

Carrier·Brutícia + Detergent → Carrier + Brutícia·Detergent

L'adhesió de la brutícia als objectes es divideix en adhesió física i adhesió química. L'adhesió física també inclou l'adhesió mecànica i l'adhesió electrostàtica.

L'adhesió química es refereix principalment a l'adhesió aconseguida mitjançant enllaços químics. Per exemple, les taques de proteïnes i l'òxid adherits als articles de fibra pertanyen a l'adhesió química. Com que la força d'interacció química d'aquest tipus d'adhesió és generalment forta, la brutícia es combina fermament amb el substrat i és extremadament difícil d'eliminar, cosa que requereix mètodes de tractament especials.

La força d'interacció entre la brutícia adherida per adhesió física i el substrat és relativament feble, cosa que facilita l'eliminació en comparació amb l'adhesió química. La brutícia amb adhesió mecànica és fàcil d'eliminar; només és difícil d'eliminar quan les partícules de brutícia són petites (<0,1 μm). L'adhesió electrostàtica es manifesta com la interacció entre partícules de brutícia carregades i càrregues oposades. Aquesta força és més forta que la força mecànica, cosa que fa que l'eliminació de la brutícia sigui relativament difícil.

El procés de rentat per a l'eliminació de la brutícia es considera generalment que inclou les etapes següents:

A. Adsorció: Els tensioactius dels detergents experimenten una adsorció direccional a la interfície entre la brutícia i el portador.

B. Mullament i penetració: a causa de l'adsorció direccional interfacial dels tensioactius, el detergent pot penetrar entre la brutícia i el suport, mullar el suport i reduir la força d'adhesió entre la brutícia i el suport.

C. Dispersió i estabilització de la brutícia: la brutícia despresa de la superfície del portador es dispersa, emulsiona o solubilitza en la solució de detergent, garantint que la brutícia despresa no es torni a adherir a la superfície netejada.

3.1.1 Tipus de sòl

El sòl fa referència a les substàncies greixoses que s'adhereixen a suports, així com als adhesius d'aquestes substàncies greixoses, que presenten una composició extremadament complexa. Segons les diferents formes, es pot classificar aproximadament en sòl sòlid, sòl líquid i sòl especial.

Les sòls sòlids comuns inclouen rovell, pols, partícules de negre de carboni i similars. Les superfícies d'aquestes substàncies solen portar càrregues negatives, cosa que les fa propenses a adherir-se als substrats. La majoria de les sòls sòlids particulats són insolubles en aigua, però es poden dispersar fàcilment en solucions aquoses que contenen detergents; les partícules sòlides més grans són més fàcils d'eliminar. Les sòls líquids més comuns són solubles en oli i poden patir saponificació amb solucions alcalines, cosa que explica per què la majoria dels detergents són alcalins. Les sòls especials es refereixen principalment a taques resistents com ara taques de sang, saba vegetal i secrecions humanes. Aquest tipus de sòl s'elimina principalment amb lleixius, ja que la forta propietat oxidant dels lleixius pot destruir els seus grups cromfòrics.

3.2 Ingredients actius en detergents

Els tensioactius, també coneguts com a substàncies tensioactives, són els principals components funcionals dels detergents. Es dissolen ràpidament en aigua i presenten propietats excel·lents, com ara la descontaminació, l'escuma, la solubilització, l'emulsificació, la mullabilitat i la dispersió.

3.2.1 Tensioactius: Origen i Desenvolupament

Els experiments han demostrat que afegir certes substàncies a l'aigua pot alterar-ne la tensió superficial, i diferents substàncies exerceixen efectes variables sobre la tensió superficial de l'aigua.

Pel que fa a la propietat de reduir la tensió superficial, la capacitat de disminuir la tensió superficial d'un dissolvent es defineix com a activitat superficial, i les substàncies amb activitat superficial s'anomenen substàncies tensioactives. Les substàncies que poden canviar significativament l'estat interfacial d'un sistema de solució quan s'afegeixen en petites quantitats s'anomenen tensioactius.

Un tensioactiu és una substància que, quan s'afegeix a un dissolvent en una dosi petita, pot reduir notablement la tensió superficial del dissolvent i canviar l'estat interfacial del sistema. Això dóna lloc a una sèrie de funcions com ara humectar o deshumectar, emulsificar o desemulsificar, dispersar o flocular, formar escuma o antiespuma, solubilitzar, hidratar, esterilitzar, suavitzar, repel·lència a l'aigua, propietat antiestàtica i resistència a la corrosió, per satisfer les demandes d'aplicació pràctica.

Els tensioactius a base de sabó van aparèixer per primera vegada a l'antic Egipte al voltant del 2500 aC, on els antics egipcis feien productes de neteja a partir d'una barreja de greix de xai i cendra vegetal. Al voltant del 70 dC, Plini de l'Imperi Romà va crear la primera pastilla de sabó amb greix de xai. El sabó no va guanyar popularitat generalitzada fins al 1791, quan el químic francès Nicolas Leblanc va descobrir el mètode de producció de sosa càustica mitjançant l'electròlisi del clorur de sodi. Un producte de la segona etapa del desenvolupament dels tensioactius és l'oli vermell de gall dindi, també conegut com a oli de ricí sulfonat. Es sintetitza fent reaccionar oli de ricí amb àcid sulfúric concentrat a baixa temperatura, seguit de neutralització amb hidròxid de sodi. L'oli vermell de gall dindi compta amb un poder emulsionant, permeabilitat, humectabilitat i difusibilitat excepcionals, i supera el sabó en resistència a l'aigua dura, l'àcid i les sals metàl·liques.

3.2.2 Estructura de l'activitat superficial

Les propietats úniques dels tensioactius provenen de la seva estructura molecular especial. Els tensioactius són generalment molècules lineals que contenen tant grups polars hidròfils com grups hidròfobs no polars lipòfils.

Els grups hidrofòbics tenen estructures diverses com ara cadenes lineals, cadenes ramificades i estructures cícliques. Les més comunes són les cadenes d'hidrocarburs que inclouen alcans, alquens, cicloalcans i hidrocarburs aromàtics, amb la majoria de nombres d'àtoms de carboni que oscil·len entre 8 i 20. Altres grups hidrofòbics inclouen alcohols grassos, alquilfenols i grups atòmics que contenen fluor, silici i altres elements. Els grups hidròfils es classifiquen en tipus aniònics, catiònics, iònics amfòters i no iònics. Els tensioactius iònics poden ionitzar-se en aigua per transportar càrregues elèctriques, mentre que els tensioactius no iònics no poden ionitzar-se en aigua però posseeixen polaritat i solubilitat en aigua.

3.2.3 Tensioactius nocius comuns

Els tensioactius s'utilitzen àmpliament en la vida quotidiana humana, però són innegablement substàncies químiques. Moltes matèries primeres per a tensioactius posseeixen certes propietats de toxicitat i contaminació. Inevitablement, causen danys al medi ambient; en contacte amb els humans, poden irritar la pell, i alguns fins i tot presenten una forta toxicitat i corrosivitat, causant greus danys al cos humà. A continuació es presenten diversos tensioactius nocius comuns:

A. APEO

L'APEO és un tipus comú de tensioactiu no iònic, compost d'una fracció alquil i una fracció etoxi. Les diferents longituds de la cadena de carboni de la part alquil i les diferents quantitats d'addició de la part etoxi donen lloc a nombroses formes existents d'APEO amb diferències de rendiment significatives entre les diferents formes. En el procés de síntesi de l'APEO, el producte principal no és cancerígen, però els seus subproductes són corrosius per a la pell i els ulls, i alguns poden fins i tot causar càncer en casos greus. Tot i que no perjudica directament els organismes, l'APEO representa un risc hormonal ambiental. Aquestes substàncies químiques entren al cos humà a través de diverses vies, exerceixen efectes similars als estrògens, interrompen la secreció normal d'hormones humanes i redueixen encara més el recompte d'espermatozoides masculins. No només és perjudicial per als humans; els informes indiquen que la seva matèria primera sintètica, la NPEO, també causa danys substancials als peixos.

B. PFOS

El PFOS, anomenat completament sulfonat de perfluorooctà, és un terme general per a una classe de tensioactius perfluorats. Té un efecte d'amplificació ambiental. A causa de les seves propietats físiques i químiques especials, el PFOS és extremadament difícil de degradar i es considera una de les substàncies més recalcitrants. Després d'entrar als animals i al cos humà a través de la cadena alimentària, s'acumula en grans quantitats i amenaça greument la salut biològica.

C. LAS

El LAS és un contaminant orgànic important que causa grans danys al medi ambient. Pot alterar les propietats físiques i químiques del sòl, com ara canviar el valor del pH del sòl i el contingut d'aigua, inhibint així el creixement de les plantes. A més, en entrar a masses d'aigua, el LAS es pot combinar amb altres contaminants per formar partícules col·loïdals disperses i presenta toxicitat per als organismes superiors juvenils i els organismes inferiors.

D. Tensioactius fluorocarbonats

El PFOA i el PFOS són els dos principals tensioactius fluorocarbonats tradicionals. Estudis rellevants han demostrat que aquests compostos tenen una alta toxicitat, causen contaminació ambiental persistent i s'acumulen massivament en els organismes. En conseqüència, van ser catalogats com a Contaminants Orgànics Persistents (POP) per les Nacions Unides el 2009.

4 Tensioactius verds i de tipus nou

A. Tensioactius basats en aminoàcids

Els tensioactius basats en aminoàcids es fabriquen principalment a partir de matèries primeres de biomassa amb fonts abundants. Presenten una baixa tòxicitat i efectes secundaris, propietats suaus, baixa irritació per als organismes i una excel·lent biodegradabilitat. Segons les propietats de càrrega dels grups hidròfils després de la ionització en aigua, també es poden classificar en quatre categories: catiònics, aniònics, no iònics i amfòters. Els tipus comuns inclouen el tipus d'aminoàcid N-alquil, el tipus d'èster d'aminoàcid i el tipus d'aminoàcid N-acil.

B. Tensioactius enzimàtics de pinya

Els tensioactius enzimàtics de la pinya es produeixen fermentant farina de llavors de camèlia i pastís d'oli que queda després de l'extracció de l'oli, pell de pinya, juntament amb pols de llevat, pectinasa i altres microorganismes. Tot i que l'estructura molecular dels seus ingredients actius encara no està clara, les dades experimentals demostren que tenen un rendiment de rentat favorable.

C. SAA

L'SAA és un derivat de l'oli de palma. Com a producte elaborat a partir de matèries primeres vegetals renovables, ha atret una àmplia atenció. El seu procés de producció és respectuós amb el medi ambient. A més, en aigua dura amb un alt contingut en ions de calci i magnesi, precipita sals de calci molt més lentament que els tensioactius d'ús comú com ara LAS i AS, la qual cosa significa que ofereix una detergència excepcional en aplicacions pràctiques.

5 Perspectiva de desenvolupament de detergents

A tot el mercat mundial de detergents, els països difereixen en les prioritats i tendències de desenvolupament, però la direcció general de la recerca per als productes detergents continua sent coherent. La concentració i la liqüefacció dels detergents s'han convertit en tendències principals, mentre que la conservació de l'aigua, la seguretat, l'estalvi d'energia, la professionalitat, el respecte pel medi ambient i la multifuncionalitat han sorgit com a direccions de desenvolupament populars. Els tensioactius, les matèries primeres bàsiques dels detergents, estan evolucionant cap a la suavitat, la formulació de compostos i la compatibilitat ambiental. Les preparacions enzimàtiques, que presumeixen d'una alta eficiència, especificitat i respecte pel medi ambient, s'han convertit en un tema calent de recerca en el desenvolupament de detergents. En general, les tendències de desenvolupament de la indústria dels detergents es resumeixen de la manera següent:

Diversificació, especialització i segmentació dels productes detergents. Els detergents es poden dividir en sòlids, en pols, líquids i en gel segons la seva forma; en concentrats i en regulars segons el contingut d'ingredients actius; i en diverses categories segons l'envàs, el color i la fragància.

Els detergents líquids es convertiran en la categoria de productes més prometedora. En comparació amb els detergents sòlids, els detergents líquids tenen un millor rendiment en el rentat a baixa temperatura, presenten un disseny de fórmula més flexible i processos de producció més senzills. També requereixen menys inversió en equips i consumeixen menys energia durant la producció.

Concentració progressiva dels productes detergents. Des del 2009, els detergents concentrats han evolucionat en tres categories principals: detergent en pols concentrat, càpsules concentrades per a la roba i detergent líquid concentrat. Els detergents concentrats tenen avantatges notables respecte als productes tradicionals, com ara un alt contingut en substàncies actives, una forta detergentitat i la conservació d'energia. A més, estalvien materials d'embalatge, redueixen els costos de transport i ocupen menys espai d'emmagatzematge gràcies a la seva fórmula concentrada.

Orientació a la seguretat humana. Amb la millora del nivell de vida, la gent ja no només avalua els detergents pel seu rendiment d'eliminació de taques. La seguretat humana, la no toxicitat i la no irritació lleu s'han convertit en criteris crucials per a la selecció de detergents.

Desenvolupament de productes respectuosos amb el medi ambient. L'eutrofització causada pels detergents que contenen fòsfor i els impactes ambientals negatius dels agents blanquejants han generat una àmplia preocupació pública. En resposta als requisits de la química verda, la selecció de matèries primeres per als detergents s'està desplaçant gradualment cap a opcions respectuoses amb el medi ambient i suaus.

Multifuncionalització. La multifuncionalitat és una tendència de desenvolupament predominant per a diversos productes socials, i les necessitats diàries multiusos s'han convertit en habituals a la vida. En el futur, els detergents integraran l'eliminació de taques amb funcions com l'esterilització, la desinfecció i el blanqueig.