Opvaskemiddel og overfladeaktive stoffer

1.Indledning

Med udviklingen af ​​den kemiske industri er folks levestandard blevet løbende forbedret. Selvom livet er blevet betydeligt forbedret, har det også forårsaget alvorlige miljøproblemer, der endda har bragt menneskers sundhed og sikkerhed i fare. I takt med at folks krav til sundhed fortsætter med at stige, har sikkerheden ved kemiske produkter, der er allestedsnærværende i dagligdagen, tiltrukket sig bred offentlig opmærksomhed. Rengøringsmidler, som kemiske stoffer, der er meget udbredt i dagligdagen og industriel produktion, har vakt særlig stor offentlig bekymring over deres sikkerhed.

Sikkerheden af ​​kemiske produkter er engang havnet i en troværdighedskrise. Denne situation skyldes på den ene side den store afhængighed af traditionelle råvarer i produktionen af ​​vaskemidler, og på den anden side offentlighedens manglende faglige viden om kemiske produktionsprocesser.

På denne baggrund, styret af kernekonceptet grøn kemi - "at reducere og eliminere miljøforurening ved kilden" - designer og udvikler denne undersøgelse nyevaskepulverformuleringer. Miljøvenligoverfladeaktive stofferog kemiske reagenser, der er i stand til at hæmme mikroorganismer i vand, anvendes i denne vaskemiddelformulering.

2.Nuværende udviklingsstatus forVaskemidler

Siden menneskeheden kom ind i det civiliserede samfund, har vaskeaktiviteter altid været en uundværlig del af menneskelivet. For omkring 5.000 år siden begyndte mennesker at indsamle naturlige vaskevenlige stoffer såsom kinesiske johannesbrødkernemelfrugter og alkaliske komponenter i planteaske til vaskeformål. For tre hundrede år senere blev overfladeaktive stoffer kunstigt produceret af mennesker. For mere end et århundrede siden blev sæbe opfundet. Siden da er sæbe lavet af fedt, alkali, salt, krydderier og pigmenter blevet et traditionelt vaskemiddel. Det første kunstigt syntetiske vaskemiddel, alkylnaftalensulfonat, opstod under Første Verdenskrig. Det blev udviklet af Tysklands BASF i 1917 og officielt sat i produktion i 1925. Populariseringen af ​​syntetiske vaskemidler fandt sted efter natriumalkylbenzensulfonat og tetrapropylenalkylbenzen blev opdaget og officielt lanceret i produktion mellem 1935 og 1939.

3.Effektive ingredienser og virkningsmekanismeVaskemidler

3.1VaskPrincip

Vask i almindelig forstand refererer til processen med at fjerne snavs fra overfladen af ​​et bærestof. Under vask svækker eller eliminerer vaskemidlets virkning interaktionen mellem snavs og bærestof, hvilket omdanner bindingstilstanden mellem snavs og bærestof til bindingstilstanden mellem snavs og vaskemiddel. Til sidst adskilles snavset fra bærestof ved skylning og andre metoder. Den grundlæggende proces for vaskevirkning kan udtrykkes ved følgende enkle forhold:

Bæremiddel·Snavs + Rengøringsmiddel → Bæremiddel + Snavs·Rengøringsmiddel

Vedhæftning af snavs til genstande er opdelt i fysisk vedhæftning og kemisk vedhæftning. Fysisk vedhæftning omfatter endvidere mekanisk vedhæftning og elektrostatisk vedhæftning.

Kemisk vedhæftning refererer primært til den vedhæftning, der opnås gennem kemiske bindinger. For eksempel hører proteinpletter og rust, der klæber til fibergenstande, til kemisk vedhæftning. Da den kemiske interaktionskraft ved denne type vedhæftning generelt er stærk, er snavset fast forbundet med underlaget og ekstremt vanskeligt at fjerne, hvilket kræver særlige behandlingsmetoder.

Den fysiske adhæsionskraft mellem snavs, der er fastgjort til underlaget, er relativt svag, hvilket gør det lettere at fjerne sammenlignet med kemisk adhæsion. Snavs med mekanisk adhæsion er let at fjerne; det er kun vanskeligt at eliminere, når snavspartiklerne er små (<0,1 μm). Elektrostatisk adhæsion manifesterer sig som interaktionen mellem ladede snavspartikler og modsatrettede ladninger. Denne kraft er stærkere end mekanisk kraft, hvilket resulterer i relativt vanskelig snavsfjernelse.

Vaskeprocessen til fjernelse af snavs anses generelt for at omfatte følgende trin:

A. Adsorption: Overfladeaktive stoffer i vaskemidler undergår retningsbestemt adsorption ved grænsefladen mellem snavs og bærer.

B. Befugtning og penetration: På grund af den retningsbestemte adsorption af overfladeaktive stoffer i grænsefladen kan rengøringsmidlet trænge ind mellem snavs og bæreren, befugte bæreren og reducere vedhæftningskraften mellem snavs og bæreren.

C. Dispergering og stabilisering af snavs: Snavs, der løsner sig fra bæreroverfladen, dispergeres, emulgeres eller opløses i rengøringsmiddelopløsningen, hvilket sikrer, at det løsnede snavs ikke hæfter sig fast på den rengjorte overflade igen.

3.1.1 Jordtyper

Jord refererer til fedtede stoffer, der klæber til bærere, såvel som klæbemidler til sådanne fedtede stoffer, og har en ekstremt kompleks sammensætning. Baseret på forskellige former kan det groft klassificeres i fast jord, flydende jord og specialjord.

Almindelige faste partikler omfatter rust, støv, carbon black-partikler og lignende. Overfladerne på disse stoffer bærer normalt negative ladninger, hvilket gør dem tilbøjelige til at klæbe til substrater. De fleste partikelformede faste partikler er vanduopløselige, men de kan let dispergeres i vandige opløsninger, der indeholder rengøringsmidler; større faste partikler er lettere at fjerne. De fleste almindelige flydende partikler er olieopløselige og kan forsæbes med alkaliske opløsninger, hvilket forklarer, hvorfor de fleste rengøringsmidler er alkaliske. Specielle partikler refererer primært til genstridige pletter såsom blodpletter, plantesaft og menneskelige sekreter. Denne type snavs fjernes primært af blegemidler, da blegemidlernes stærke oxiderende egenskab kan ødelægge deres kromofore grupper.

3.2 Aktive ingredienser i vaskemidler

Overfladeaktive stoffer, også kendt som overfladeaktive stoffer, er de primære funktionelle komponenter i vaskemidler. De opløses hurtigt i vand og udviser fremragende egenskaber, herunder dekontaminering, skumdannelse, solubilisering, emulgering, befugtning og dispergering.

3.2.1 Overfladeaktive stoffer: Oprindelse og udvikling

Eksperimenter har vist, at tilsætning af bestemte stoffer til vand kan ændre dets overfladespænding, og forskellige stoffer har varierende virkninger på vandoverfladespænding.

Med hensyn til egenskaben til at reducere overfladespænding defineres evnen til at sænke overfladespændingen af ​​et opløsningsmiddel som overfladeaktivitet, og stoffer med overfladeaktivitet kaldes overfladeaktive stoffer. Stoffer, der kan ændre grænsefladetilstanden i et opløsningssystem betydeligt, når de tilsættes i små mængder, kaldes overfladeaktive stoffer.

Et overfladeaktivt stof er et stof, der, når det tilsættes et opløsningsmiddel i en lille dosis, markant kan reducere opløsningsmidlets overfladespænding og ændre systemets grænsefladetilstand. Dette giver anledning til en række funktioner såsom befugtning eller affugtning, emulgering eller demulgering, dispersion eller flokkulering, skumning eller afskumning, solubilisering, befugtning, sterilisering, blødgøring, vandafvisning, antistatiske egenskaber og korrosionsbestandighed for at opfylde praktiske anvendelseskrav.

Sæbebaserede overfladeaktive stoffer optrådte første gang i det gamle Egypten omkring 2500 f.Kr., hvor de gamle egyptere lavede rengøringsprodukter af en blanding af fårefedt og planteaske. Omkring år 70 e.Kr. skabte Plinius fra Romerriget den første plade af fårefedtsæbe. Sæbe opnåede ikke udbredt popularitet før i 1791, da den franske kemiker Nicolas Leblanc opdagede metoden til at producere kaustisk soda via elektrolyse af natriumklorid. Et produkt fra det andet trin i udviklingen af ​​overfladeaktive stoffer er Turkey Red Oil, også kendt som sulfoneret ricinusolie. Den syntetiseres ved at reagere ricinusolie med koncentreret svovlsyre ved lav temperatur, efterfulgt af neutralisering med natriumhydroxid. Turkey Red Oil kan prale af enestående emulgeringsevne, permeabilitet, befugtningsevne og diffusionsevne og overgår sæbe i modstandsdygtighed over for hårdt vand, syre og metalsalte.

3.2.2 Struktur af overfladeaktivitet

De unikke egenskaber ved overfladeaktive stoffer stammer fra deres særlige molekylære struktur. Overfladeaktive stoffer er generelt lineære molekyler, der indeholder både hydrofile polære grupper og lipofile ikke-polære hydrofobe grupper.

Hydrofobe grupper har forskellige strukturer såsom ligekædede, forgrenede og cykliske strukturer. De mest almindelige er kulbrintekæder, herunder alkaner, alkener, cycloalkaner og aromatiske kulbrinter, med et antal kulstofatomer fra 8 til 20. Andre hydrofobe grupper omfatter fedtalkoholer, alkylphenoler og atomgrupper indeholdende fluor, silicium og andre grundstoffer. Hydrofile grupper er kategoriseret i anioniske, kationiske, amfotere ioniske og ikke-ioniske typer. Ioniske overfladeaktive stoffer kan ionisere i vand og bære elektriske ladninger, mens ikke-ioniske overfladeaktive stoffer ikke kan ionisere i vand, men har polaritet og vandopløselighed.

3.2.3 Almindelige skadelige overfladeaktive stoffer

Overfladeaktive stoffer anvendes i vid udstrækning i menneskers dagligdag, men de er unægtelig kemiske stoffer. Mange råmaterialer til overfladeaktive stoffer besidder visse toksiske og forureningsmæssige egenskaber. De forårsager uundgåeligt skade på miljøet; ved kontakt med mennesker kan de irritere huden, og nogle har endda stærk toksicitet og ætsende virkning, hvilket forårsager alvorlig skade på menneskekroppen. Følgende introducerer flere almindelige skadelige overfladeaktive stoffer:

A. APEO

APEO er en almindelig type ikke-ionisk overfladeaktivt stof, der består af en alkyldel og en ethoxydel. Varierende kulstofkædelængder i alkyldelen og forskellige tilsatte mængder af ethoxydelen resulterer i adskillige eksisterende former for APEO med betydelige forskelle i ydeevne mellem forskellige former. I synteseprocessen af ​​APEO er hovedproduktet ikke-kræftfremkaldende, men dets biprodukter er ætsende for hud og øjne, og nogle kan endda forårsage kræft i alvorlige tilfælde. Selvom det ikke direkte skader organismer, udgør APEO en miljømæssig hormonrisiko. Sådanne kemiske stoffer trænger ind i menneskekroppen ad forskellige veje, udøver østrogenlignende effekter, forstyrrer normal menneskelig hormonsekretion og reducerer yderligere mandlig sædkvalitet. Det er ikke kun skadeligt for mennesker; rapporter tyder på, at dets syntetiske råmateriale NPEO også forårsager betydelig skade på fisk.

B. PFOS

PFOS, fuldt navngivet perfluoroktansulfonat, er en generel betegnelse for en klasse af perfluorerede overfladeaktive stoffer. Det har en miljøforstærkende effekt. På grund af sine særlige fysiske og kemiske egenskaber er PFOS ekstremt vanskeligt at nedbryde og betragtes som et af de mest genstridige stoffer. Efter at være kommet ind i dyr og menneskekroppen via fødekæden, akkumuleres det i store mængder og truer den biologiske sundhed alvorligt.

C. LAS

LAS er et væsentligt organisk forurenende stof, der forårsager stor skade på miljøet. Det kan ændre jordens fysiske og kemiske egenskaber, såsom ændringer i jordens pH-værdi og vandindhold, og derved hæmme plantevækst. Derudover kan LAS, når det kommer ind i vandmasser, kombineres med andre forurenende stoffer og danne spredte kolloidale partikler, hvilket udviser toksicitet for unge højere og lavere organismer.

D. Fluorcarbon-overfladeaktive stoffer

PFOA og PFOS er de to vigtigste traditionelle fluorcarbon-overfladeaktive stoffer. Relevante undersøgelser har vist, at sådanne forbindelser har høj toksicitet, forårsager vedvarende miljøforurening og ophobes massivt i organismer. Derfor blev de opført som persistente organiske miljøgifte (POP'er) af FN i 2009.

4 Grønne og nye typer overfladeaktive stoffer

A. Aminosyrebaserede overfladeaktive stoffer

Aminosyrebaserede overfladeaktive stoffer fremstilles hovedsageligt af biomasseråmaterialer med rigelige kilder. De har lav toksicitet og bivirkninger, milde egenskaber, lav irritation for organismer og fremragende bionedbrydelighed. Ifølge ladningsegenskaberne af hydrofile grupper efter ionisering i vand kan de også klassificeres i fire kategorier: kationiske, anioniske, ikke-ioniske og amfotere. Almindelige typer omfatter N-alkylaminosyretypen, aminosyreestertypen og N-acylaminosyretypen.

B. Ananasenzymoverfladeaktive stoffer

Ananas-enzymoverfladeaktive stoffer produceres ved at fermentere kamelia-frømel og oliekage, der er tilbage efter olieudvinding, ananasskal, sammen med gærpulver, pektinase og andre mikroorganismer. Selvom den molekylære struktur af deres aktive ingredienser stadig er uklar, viser eksperimentelle data, at de har en gunstig vaskeevne.

C. SAA

SAA er et derivat af palmeolie. Som et produkt fremstillet af fornyelige planteråmaterialer har det tiltrukket sig udbredt opmærksomhed. Dets produktionsproces er miljøvenlig. Desuden udfælder det calciumsalte meget langsommere i hårdt vand med et højt indhold af calcium- og magnesiumioner end almindeligt anvendte overfladeaktive stoffer som LAS og AS, hvilket betyder, at det leverer enestående vaskeevne i praktiske anvendelser.

5 Udsigter til udvikling af vaskemidler

På tværs af det globale marked for vaskemidler varierer landenes udviklingsprioriteter og tendenser, men den generelle forskningsretning for vaskemidler forbliver den samme. Koncentrationen og fortætningen af ​​vaskemidler er blevet mainstream-trends, mens vandbesparelse, sikkerhed, energibesparelse, professionalisme, miljøvenlighed og multifunktionalitet er blevet populære udviklingsretninger. Overfladeaktive stoffer, de centrale råvarer i vaskemidler, udvikler sig mod mildhed, sammensatte formuleringer og miljøkompatibilitet. Enzympræparater, der kan prale af høj effektivitet, specificitet og miljøvenlighed, er blevet et forskningsfokuspunkt inden for udvikling af vaskemidler. Samlet set kan udviklingstendenserne i vaskemiddelindustrien opsummeres som følger:

Diversificering, specialisering og segmentering af vaskemidler. Vaskemidler kan opdeles i faste, pulver-, flydende og geltyper efter form; koncentreret type og almindelig type efter indhold af aktive ingredienser; og forskellige kategorier efter emballage, farve og duft.

Flydende vaskemidler vil blive den mest lovende produktkategori. Sammenlignet med faste vaskemidler klarer flydende vaskemidler sig bedre ved vask ved lav temperatur, har et mere fleksibelt formeldesign og enklere produktionsprocesser. De kræver også mindre investering i udstyr og forbruger mindre energi under produktionen.

Progressiv koncentration af vaskemidler. Siden 2009 har koncentrerede vaskemidler udviklet sig til tre hovedkategorier: koncentreret vaskepulver, koncentrerede vaskekapsler og koncentreret flydende vaskemiddel. Koncentrerede vaskemidler har bemærkelsesværdige fordele i forhold til traditionelle produkter, herunder et højt indhold af aktive stoffer, stærk vaskeevne og energibesparelse. Derudover sparer de emballagematerialer, reducerer transportomkostninger og optager mindre lagerplads takket være deres koncentrerede formel.

Menneskesikkerhed i fokus. Med den forbedrede levestandard vurderer folk ikke længere blot vaskemidler ud fra pletfjerningsevnen. Menneskesikkerhed, ikke-toksicitet og mild ikke-irritation er blevet afgørende kriterier for valg af vaskemiddel.

Miljøvenlig produktudvikling. Eutrofiering forårsaget af fosforholdige vaskemidler og negative miljøpåvirkninger fra blegemidler har vakt udbredt offentlig bekymring. Som svar på kravene til grøn kemi skifter valget af råmaterialer til vaskemidler gradvist mod miljøvenlige og milde muligheder.

Multifunktionalisering. Multifunktionalitet er en fremherskende udviklingstendens for forskellige sociale produkter, og multifunktionelle daglige fornødenheder er blevet almindelige i livet. I fremtiden vil vaskemidler integrere pletfjerning med funktioner som sterilisering, desinfektion og blegning.