1.Zavedení
S rozvojem chemického průmyslu se životní úroveň lidí neustále zlepšuje. I když se život výrazně zlepšil, způsobil také vážné environmentální problémy, které dokonce ohrožují lidské zdraví a bezpečnost. Vzhledem k neustálému zvyšování nároků lidí na zdraví přitahuje bezpečnost chemických výrobků, které jsou v každodenním životě všudypřítomné, širokou pozornost veřejnosti. Detergenty, jako chemické látky široce používané v každodenním životě a průmyslové výrobě, vyvolávají obzvláště velké obavy veřejnosti o svou bezpečnost.
Bezpečnost chemických výrobků se kdysi ocitla v krizi důvěryhodnosti. Tato situace vyplývá jednak z velké závislosti výroby detergentů na tradičních surovinách a jednak z nedostatku odborných znalostí veřejnosti o procesech chemické výroby.
Na tomto pozadí, v duchu základního konceptu zelené chemie – „snižování a eliminace znečištění životního prostředí u zdroje“ – tato studie navrhuje a vyvíjí novéčisticí prostředeksložení. Šetrné k životnímu prostředípovrchově aktivní látkya v tomto složení detergentu jsou použity chemické činidla schopné inhibovat mikroorganismy ve vodě.
2.Aktuální stav vývojeČisticí prostředky
Od doby, kdy lidstvo vstoupilo do civilizované společnosti, bylo praní nedílnou součástí lidského života. Asi před 5 000 lety začali lidé sbírat přírodní látky prospěšné pro praní, jako jsou plody čínského trnovníku a alkalické složky v rostlinném popelu, pro účely praní. O tři sta let později byly povrchově aktivní látky uměle vyrobeny lidmi. Před více než stoletím bylo vynalezeno mýdlo. Od té doby se mýdlo vyrobené z tuku, zásad, soli, koření a pigmentů stalo tradičním pracím prostředkem. První uměle syntetický prací prostředek, alkylnaftalensulfonát, se objevil během první světové války. Byl vyvinut německou společností BASF v roce 1917 a oficiálně uveden do výroby v roce 1925. K popularizaci syntetických pracích prostředků došlo po objevení a oficiálním uvedení do výroby alkylbenzensulfonátu sodného a tetrapropylenalkylbenzenu v letech 1935 až 1939.
3.Účinné složky a mechanismus účinkuČisticí prostředky
3.1MytíPrincip
Praní v obecném smyslu označuje proces odstraňování nečistot z povrchu nosiče. Během praní působení detergentu oslabuje nebo eliminuje interakci mezi nečistotami a nosičem, čímž se vazebný stav nečistot a nosiče přemění na vazebný stav nečistot a detergentu. Nakonec se nečistoty oddělí od nosiče oplachováním a dalšími metodami. Základní proces praní lze vyjádřit následujícím jednoduchým vztahem:
Nosič·Nečistoty + Prací prostředek → Nosič + Nečistoty·Prací prostředek
Přilnavost nečistot k předmětům se dělí na fyzikální adhezi a chemickou adhezi. Fyzikální adheze dále zahrnuje mechanickou adhezi a elektrostatickou adhezi.
Chemická adheze se týká především adheze dosažené chemickými vazbami. Například skvrny od bílkovin a rez ulpělé na vláknitých předmětech patří k chemické adhezi. Vzhledem k tomu, že síla chemické interakce tohoto typu adheze je obecně silná, nečistoty se pevně spojí s podkladem a je extrémně obtížné je odstranit, což vyžaduje speciální metody ošetření.
Interakční síla mezi nečistotami přichycenými fyzickou adhezí a podkladem je relativně slabá, takže se snáze odstraňují ve srovnání s chemickou adhezí. Nečistoty s mechanickou adhezí se snadno odstraňují; je obtížné je odstranit pouze tehdy, jsou-li částice nečistot malé (<0,1 μm). Elektrostatická adheze se projevuje jako interakce mezi nabitými částicemi nečistot a opačně nabitými částicemi. Tato síla je silnější než mechanická síla, což má za následek relativně obtížné odstranění nečistot.
Proces praní a odstraňování nečistot se obecně považuje za zahrnující následující fáze:
A. Adsorpce: Povrchově aktivní látky v detergentech podléhají směrové adsorpci na rozhraní mezi nečistotami a nosičem.
B. Smáčení a penetrace: Díky směrové adsorpci povrchově aktivních látek na rozhraní může detergent proniknout mezi nečistoty a nosič, smáčet nosič a snižovat adhezní sílu mezi nečistotami a nosičem.
C. Disperze a stabilizace nečistot: Nečistoty oddělené od nosného povrchu jsou dispergovány, emulgovány nebo rozpuštěny v roztoku čisticího prostředku, čímž je zajištěno, že se oddělené nečistoty znovu nepřichytí na čištěný povrch.
3.1.1 Typy půdy
Půda označuje mastné látky ulpívající na nosičích, jakož i lepidla těchto mastných látek, které se vyznačují extrémně složitým složením. Na základě různých forem ji lze zhruba rozdělit na pevnou půdu, kapalnou půdu a speciální půdu.
Mezi běžné pevné nečistoty patří rez, prach, částice sazí a podobně. Povrchy těchto látek obvykle nesou záporný náboj, takže jsou náchylné k přilnutí k podkladům. Většina částicových pevných nečistot je nerozpustná ve vodě, přesto se dají snadno dispergovat ve vodných roztocích obsahujících detergenty; větší pevné částice se snáze odstraňují. Většina běžných kapalných nečistot je rozpustná v oleji a může podléhat saponifikaci alkalickými roztoky, což vysvětluje, proč je většina detergentů alkalická. Speciální nečistoty se vztahují především na odolné skvrny, jako jsou krevní skvrny, rostlinné mízy a lidské sekrety. Tento typ nečistot se odstraňuje primárně bělidly, protože silná oxidační vlastnost bělidel může zničit jejich chromoforní skupiny.
3.2 Aktivní složky v detergentech
Povrchově aktivní látky, známé také jako povrchově aktivní látky, jsou hlavními funkčními složkami detergentů. Rychle se rozpouštějí ve vodě a vykazují vynikající vlastnosti, včetně dekontaminace, pěnění, solubilizace, emulgace, smáčení a disperze.
3.2.1 Povrchově aktivní látky: Původ a vývoj
Experimenty ukázaly, že přidání určitých látek do vody může změnit její povrchové napětí a různé látky mají na povrchové napětí vody různý vliv.
Pokud jde o vlastnost snižování povrchového napětí, schopnost snižovat povrchové napětí rozpouštědla se definuje jako povrchová aktivita a látky s povrchovou aktivitou se nazývají povrchově aktivní látky. Látky, které mohou významně změnit stav rozhraní roztokového systému, když jsou přidány v malém množství, se označují jako povrchově aktivní látky.
Povrchově aktivní látka je látka, která po přidání do rozpouštědla v malé dávce může výrazně snížit povrchové napětí rozpouštědla a změnit stav rozhraní systému. To vede k řadě funkcí, jako je smáčení nebo odmáčení, emulgace nebo deemulgace, disperze nebo flokulace, pěnění nebo odpěňování, solubilizace, zvlhčování, sterilizace, změkčování, vodoodpudivost, antistatické vlastnosti a odolnost proti korozi, aby splňovala požadavky praktické aplikace.
Povrchově aktivní látky na bázi mýdla se poprvé objevily ve starověkém Egyptě kolem roku 2500 př. n. l., kde starověcí Egypťané vyráběli čisticí prostředky ze směsi skopového tuku a rostlinného popela. Kolem roku 70 n. l. vytvořil Plinius z Římské říše první kostku mýdla z skopového tuku. Mýdlo si získalo široké obliby až v roce 1791, kdy francouzský chemik Nicolas Leblanc objevil metodu výroby hydroxidu sodného elektrolýzou chloridu sodného. Produktem druhé fáze vývoje povrchově aktivních látek je krůtí červený olej, známý také jako sulfonovaný ricinový olej. Syntetizuje se reakcí ricinového oleje s koncentrovanou kyselinou sírovou při nízké teplotě a následnou neutralizací hydroxidem sodným. Krůtí červený olej se pyšní vynikající emulgační silou, propustností, smáčivostí a difuzibilitou a překonává mýdlo v odolnosti vůči tvrdé vodě, kyselinám a kovovým solím.
3.2.2 Struktura povrchové aktivity
Jedinečné vlastnosti povrchově aktivních látek pramení z jejich speciální molekulární struktury. Povrchově aktivní látky jsou obecně lineární molekuly, které obsahují jak hydrofilní polární skupiny, tak lipofilní nepolární hydrofobní skupiny.
Hydrofobní skupiny mají rozmanité struktury, jako jsou přímé řetězce, rozvětvené řetězce a cyklické struktury. Nejběžnější jsou uhlovodíkové řetězce včetně alkanů, alkenů, cykloalkanů a aromatických uhlovodíků, přičemž většina atomů uhlíku má počet atomů od 8 do 20. Mezi další hydrofobní skupiny patří mastné alkoholy, alkylfenoly a atomové skupiny obsahující fluor, křemík a další prvky. Hydrofilní skupiny se dělí na aniontové, kationtové, amfoterní iontové a neiontové typy. Iontové povrchově aktivní látky mohou ionizovat ve vodě a nést elektrické náboje, zatímco neiontové povrchově aktivní látky nemohou ve vodě ionizovat, ale mají polaritu a rozpustnost ve vodě.
3.2.3 Běžné škodlivé povrchově aktivní látky
Povrchově aktivní látky se široce používají v každodenním životě lidí, přesto se nepopiratelně jedná o chemické látky. Mnoho surovin pro povrchově aktivní látky má určité toxické a znečišťující vlastnosti. Nevyhnutelně poškozují životní prostředí; při kontaktu s lidmi mohou dráždit pokožku a některé se dokonce vyznačují silnou toxicitou a korozivními účinky, což způsobuje vážné poškození lidského těla. Následuje několik běžných škodlivých povrchově aktivních látek:
A. APEO
APEO je běžný typ neiontové povrchově aktivní látky, složené z alkylové a ethoxylové skupiny. Různé délky uhlíkového řetězce alkylové části a různá množství ethoxylové části vedou k četným existujícím formám APEO s významnými rozdíly ve výkonu mezi různými formami. V procesu syntézy APEO není hlavní produkt karcinogenní, ale jeho vedlejší produkty jsou korozivní pro kůži a oči a některé mohou v závažných případech dokonce způsobit rakovinu. Ačkoli přímo nepoškozuje organismy, představuje APEO hormonální riziko pro životní prostředí. Tyto chemické látky se do lidského těla dostávají různými cestami, mají estrogenové účinky, narušují normální sekreci lidských hormonů a dále snižují počet mužských spermií. Je škodlivý nejen pro člověka; zprávy naznačují, že jeho syntetická surovina NPEO také způsobuje značné škody rybám.
B. PFOS
PFOS, celým názvem perfluoroktansulfonát, je obecný termín pro třídu perfluorovaných povrchově aktivních látek. Má zesilující účinek na životní prostředí. Vzhledem ke svým specifickým fyzikálním a chemickým vlastnostem je PFOS extrémně obtížně odbouratelná a je považována za jednu z nejodolnějších látek. Po vstupu do těla zvířat a lidí potravním řetězcem se hromadí ve velkém množství a vážně ohrožuje biologické zdraví.
C. LAS
LAS je významný organický polutant, který způsobuje velké škody na životním prostředí. Může měnit fyzikální a chemické vlastnosti půdy, jako je změna pH půdy a obsahu vody, a tím inhibovat růst rostlin. Kromě toho se LAS při vstupu do vodních toků může kombinovat s dalšími znečišťujícími látkami za vzniku dispergovaných koloidních částic a projevuje toxicitu pro juvenilní vyšší i nižší organismy.
D. Fluorované uhlovodíkové povrchově aktivní látky
PFOA a PFOS jsou dva hlavní tradiční fluorouhlíkové povrchově aktivní látky. Relevantní studie ukázaly, že tyto sloučeniny mají vysokou toxicitu, způsobují trvalé znečištění životního prostředí a masivně se hromadí v organismech. V důsledku toho byly v roce 2009 Organizací spojených národů zařazeny na seznam perzistentních organických znečišťujících látek (POP).
4 zelené a nové povrchově aktivní látky
A. Povrchově aktivní látky na bázi aminokyselin
Povrchově aktivní látky na bázi aminokyselin se vyrábějí převážně z biomasy s hojnými zdroji. Vyznačují se nízkou toxickými a vedlejšími účinky, mírnými vlastnostmi, nízkou dráždivostí pro organismy a vynikající biologickou odbouratelností. Podle vlastností náboje hydrofilních skupin po ionizaci ve vodě je lze také rozdělit do čtyř kategorií: kationtové, aniontové, neiontové a amfoterní. Mezi běžné typy patří typ N-alkylaminokyselin, typ esterů aminokyselin a typ N-acylaminokyselin.
B. Povrchově aktivní látky s enzymem z ananasu
Povrchově aktivní látky s enzymy z ananasu se vyrábějí fermentací moučky z kamélie a olejných pokrutin, které zůstanou po extrakci oleje, ananasové kůry spolu s kvasnicovým práškem, pektinázou a dalšími mikroorganismy. Ačkoli molekulární struktura jejich aktivních složek zůstává nejasná, experimentální data dokazují, že mají příznivé prací účinky.
C. DSP
SAA je derivát palmového oleje. Jako produkt vyrobený z obnovitelných rostlinných surovin přitahuje širokou pozornost. Jeho výrobní proces je šetrný k životnímu prostředí. Navíc v tvrdé vodě s vysokým obsahem iontů vápníku a hořčíku sráží vápenaté soli mnohem pomaleji než běžně používané povrchově aktivní látky, jako jsou LAS a AS, což znamená, že v praktických aplikacích poskytuje vynikající detergentní účinky.
5 Perspektiva vývoje detergentů
Na globálním trhu s detergenty se jednotlivé země liší v prioritách a trendech vývoje, obecný směr výzkumu v oblasti detergentů však zůstává konzistentní. Koncentrace a zkapalňování detergentů se staly hlavními trendy, zatímco úspora vody, bezpečnost, úspora energie, profesionalita, šetrnost k životnímu prostředí a multifunkčnost se staly populárními směry vývoje. Povrchově aktivní látky, základní suroviny detergentů, se vyvíjejí směrem k jemnosti, složeným formulacím a kompatibilitě s životním prostředím. Enzymatické přípravky, které se pyšní vysokou účinností, specificitou a šetrností k životnímu prostředí, se staly výzkumným centrem ve vývoji detergentů. Celkově lze vývojové trendy v odvětví detergentů shrnout následovně:
Diverzifikace, specializace a segmentace pracích prostředků. Prací prostředky lze rozdělit na pevné, práškové, tekuté a gelové podle formy; koncentrované a běžné podle obsahu účinných látek; a do různých kategorií podle balení, barvy a vůně.
Tekuté prací prostředky se stanou nejslibnější kategorií produktů. Ve srovnání s pevnými pracími prostředky si tekuté prací prostředky vedou lépe při praní za nízkých teplot, vyznačují se flexibilnějším složením a jednoduššími výrobními procesy. Také vyžadují menší investice do zařízení a spotřebovávají méně energie během výroby.
Postupná koncentrace pracích prostředků. Od roku 2009 se koncentrované prací prostředky vyvinuly do tří hlavních kategorií: koncentrovaný prací prášek, koncentrované prací kapsle a koncentrovaný tekutý prací prostředek. Koncentrované prací prostředky mají oproti tradičním produktům pozoruhodné výhody, včetně vysokého obsahu účinných látek, silné prací síly a úspory energie. Navíc díky svému koncentrovanému složení šetří obalové materiály, snižují náklady na dopravu a zabírají méně skladovacího prostoru.
Orientace na bezpečnost lidí. Se zlepšením životní úrovně lidé již nehodnotí prací prostředky pouze podle účinnosti odstraňování skvrn. Klíčovými kritérii pro výběr pracích prostředků se staly bezpečnost pro lidi, netoxicita a mírná nedráždivost.
Vývoj ekologických produktů. Eutrofizace způsobená detergenty obsahujícími fosfor a nepříznivé dopady bělicích činidel na životní prostředí vyvolaly široké znepokojení veřejnosti. V reakci na požadavky zelené chemie se výběr surovin pro detergenty postupně posouvá směrem k ekologicky šetrným a šetrným možnostem.
Multifunkčnost. Multifunkčnost je převládajícím trendem vývoje různých společenských produktů a víceúčelové předměty denní potřeby se staly běžnými v životě. V budoucnu budou prací prostředky kombinovat odstraňování skvrn s funkcemi, jako je sterilizace, dezinfekce a bělení.
Čas zveřejnění: 15. května 2026