Liquide vaisselle et tensioactifs

1.Introduction

Avec le développement de l'industrie chimique, le niveau de vie s'est constamment amélioré. Si cette amélioration a considérablement accru les conditions de vie, elle a également engendré de graves problèmes environnementaux, mettant même en danger la santé et la sécurité humaines. Face à des exigences sanitaires toujours plus élevées, la sécurité des produits chimiques omniprésents dans la vie quotidienne suscite une vive inquiétude au sein du public. Les détergents, substances chimiques largement utilisées dans la vie quotidienne et la production industrielle, font l'objet d'une préoccupation particulièrement forte quant à leur innocuité.

La sécurité des produits chimiques a connu une crise de crédibilité. Cette situation résulte d'une part de la forte dépendance de la production de détergents aux matières premières traditionnelles, et d'autre part du manque de connaissances du public concernant les procédés de production chimique.

Dans ce contexte, guidée par le concept fondamental de la chimie verte – « réduire et éliminer la pollution environnementale à la source » –, cette étude conçoit et développe de nouveaux procédés.détergentformulations. Respectueuses de l'environnementtensioactifset des réactifs chimiques capables d'inhiber les micro-organismes présents dans l'eau sont utilisés dans cette formulation de détergent.

2.État actuel du développementDétergents

Depuis l'avènement des sociétés civilisées, le lavage a toujours été une activité indispensable à la vie humaine. Il y a environ 5 000 ans, les hommes ont commencé à collecter des substances naturelles aux propriétés lavantes, comme les fruits du févier de Chine et les composés alcalins contenus dans les cendres végétales. Trois siècles plus tard, les tensioactifs ont été produits artificiellement. Il y a plus d'un siècle, le savon a été inventé. Depuis lors, le savon, composé de graisse, d'alcali, de sel, d'épices et de pigments, est devenu un détergent traditionnel. Le premier détergent de synthèse, l'alkylnaphtalènesulfonate, est apparu pendant la Première Guerre mondiale. Développé par l'entreprise allemande BASF en 1917, il a été commercialisé en 1925. La popularisation des détergents de synthèse a eu lieu après la découverte et la mise en production, entre 1935 et 1939, de l'alkylbenzènesulfonate de sodium et du tétrapropylènealkylbenzène.

3.Ingrédients actifs et mécanisme d'action deDétergents

3.1LavagePrincipe

Le lavage, au sens large, désigne le processus d'élimination des saletés de la surface d'un support. Lors du lavage, l'action du détergent affaiblit ou supprime l'interaction entre les saletés et le support, transformant ainsi la liaison entre les saletés et le support en une liaison entre les saletés et le détergent. Finalement, les saletés sont séparées du support par rinçage et d'autres méthodes. Le processus de lavage peut être résumé par la relation simple suivante :

Support·Saleté + Détergent → Support + Saleté·Détergent

L'adhérence des saletés aux objets se divise en adhérence physique et adhérence chimique. L'adhérence physique comprend elle-même l'adhérence mécanique et l'adhérence électrostatique.

L'adhérence chimique désigne principalement l'adhérence qui se forme par liaisons chimiques. Par exemple, les taches de protéines et la rouille sur les articles en fibres relèvent de l'adhérence chimique. La force d'interaction chimique étant généralement élevée, la saleté adhère fermement au support et est extrêmement difficile à éliminer, nécessitant des traitements spécifiques.

La force d'interaction entre les saletés adhérant physiquement au substrat est relativement faible, ce qui facilite leur élimination par rapport à l'adhérence chimique. Les saletés à adhérence mécanique sont faciles à enlever ; leur élimination n'est difficile que lorsque les particules sont très petites (< 0,1 µm). L'adhérence électrostatique se manifeste par l'interaction entre les particules de saleté chargées et les charges opposées. Cette force est plus importante que l'adhérence mécanique, ce qui rend l'élimination des saletés relativement difficile.

Le processus de lavage pour éliminer la saleté comprend généralement les étapes suivantes :

A. Adsorption : Les tensioactifs contenus dans les détergents subissent une adsorption directionnelle à l'interface entre la saleté et le support.

B. Mouillage et pénétration : En raison de l'adsorption directionnelle interfaciale des tensioactifs, le détergent peut pénétrer entre la saleté et le support, mouiller le support et réduire la force d'adhérence entre la saleté et le support.

C. Dispersion et stabilisation des saletés : Les saletés détachées de la surface du support sont dispersées, émulsionnées ou solubilisées dans la solution détergente, garantissant ainsi que les saletés détachées ne se rattacheront pas à la surface nettoyée.

3.1.1 Types de sols

Le terme « sol » désigne les substances grasses adhérant à des supports, ainsi que les adhésifs de ces substances, et présente une composition extrêmement complexe. Selon leur forme, on peut les classer en trois grandes catégories : sols solides, sols liquides et sols spéciaux.

Les salissures solides courantes comprennent la rouille, la poussière, les particules de noir de carbone, etc. La surface de ces substances est généralement chargée négativement, ce qui favorise leur adhérence aux supports. La plupart des salissures solides particulaires sont insolubles dans l'eau, mais se dispersent facilement dans les solutions aqueuses contenant des détergents ; les particules solides les plus grosses sont plus faciles à éliminer. Les salissures liquides les plus courantes sont liposolubles et peuvent subir une saponification avec des solutions alcalines, ce qui explique le caractère alcalin de la plupart des détergents. Les salissures spéciales désignent principalement les taches tenaces telles que les taches de sang, la sève des plantes et les sécrétions humaines. Ce type de salissure est principalement éliminé par l'eau de Javel, car le fort pouvoir oxydant de celle-ci peut détruire leurs groupements chromophores.

3.2 Ingrédients actifs des détergents

Les tensioactifs, également appelés substances de surface, sont les principaux composants fonctionnels des détergents. Ils se dissolvent rapidement dans l'eau et présentent d'excellentes propriétés, notamment en matière de décontamination, de moussage, de solubilisation, d'émulsification, de mouillage et de dispersion.

3.2.1 Tensioactifs : origine et développement

Des expériences ont montré que l'ajout de certaines substances à l'eau peut modifier sa tension superficielle, et que différentes substances exercent des effets variables sur la tension superficielle de l'eau.

La capacité à réduire la tension superficielle d'un solvant est appelée activité de surface, et les substances présentant une activité de surface sont dites tensioactives. Les substances capables de modifier significativement l'état interfacial d'une solution lorsqu'elles sont ajoutées en faible quantité sont appelées surfactants.

Un tensioactif est une substance qui, ajoutée à un solvant en très faible dose, peut réduire considérablement la tension superficielle de ce dernier et modifier l'état interfacial du système. Il en résulte une série de propriétés telles que le mouillage ou le démoussage, l'émulsification ou la désémulsification, la dispersion ou la floculation, le moussage ou l'antimousse, la solubilisation, l'hydratation, la stérilisation, l'adoucissement, l'hydrophobie, les propriétés antistatiques et la résistance à la corrosion, afin de répondre aux exigences des applications pratiques.

Les tensioactifs à base de savon sont apparus pour la première fois dans l'Égypte antique vers 2500 av. J.-C., où les Égyptiens fabriquaient des produits nettoyants à partir d'un mélange de graisse de mouton et de cendres végétales. Vers 70 apr. J.-C., Pline l'Ancien, empereur romain, créa le premier savon à base de graisse de mouton. Le savon ne connut une large diffusion qu'en 1791, lorsque le chimiste français Nicolas Leblanc découvrit la méthode de production de soude caustique par électrolyse du chlorure de sodium. Un produit issu de la seconde étape du développement des tensioactifs est l'huile rouge de Turquie, également connue sous le nom d'huile de ricin sulfonée. Elle est synthétisée par réaction de l'huile de ricin avec de l'acide sulfurique concentré à basse température, suivie d'une neutralisation avec de l'hydroxyde de sodium. L'huile rouge de Turquie possède un pouvoir émulsifiant, une perméabilité, une mouillabilité et une diffusibilité exceptionnels, et surpasse le savon en termes de résistance à l'eau dure, aux acides et aux sels métalliques.

3.2.2 Structure de l'activité de surface

Les propriétés uniques des tensioactifs proviennent de leur structure moléculaire particulière. Les tensioactifs sont généralement des molécules linéaires qui contiennent à la fois des groupes polaires hydrophiles et des groupes hydrophobes non polaires lipophiles.

Les groupes hydrophobes présentent des structures diverses, telles que des chaînes linéaires, ramifiées et cycliques. Les plus courants sont les chaînes hydrocarbonées, notamment les alcanes, les alcènes, les cycloalcanes et les hydrocarbures aromatiques, dont le nombre d'atomes de carbone se situe généralement entre 8 et 20. Parmi les autres groupes hydrophobes, on trouve les alcools gras, les alkylphénols et les groupes atomiques contenant du fluor, du silicium et d'autres éléments. Les groupes hydrophiles sont classés en quatre catégories : anioniques, cationiques, amphotères ioniques et non ioniques. Les tensioactifs ioniques peuvent s'ioniser dans l'eau et transporter des charges électriques, tandis que les tensioactifs non ioniques ne peuvent pas s'ioniser dans l'eau mais présentent une polarité et une solubilité dans l'eau.

3.2.3 Tensioactifs nocifs courants

Les tensioactifs sont largement utilisés dans la vie quotidienne, mais ce sont indéniablement des substances chimiques. Nombre de leurs matières premières présentent une certaine toxicité et des propriétés polluantes. Inévitablement, ils nuisent à l'environnement ; au contact de la peau, ils peuvent l'irriter, et certains sont même très toxiques et corrosifs, pouvant causer de graves dommages à l'organisme. Voici quelques tensioactifs nocifs courants :

A. APEO

L'APEO est un tensioactif non ionique courant, composé d'un groupement alkyle et d'un groupement éthoxy. La longueur de la chaîne carbonée du groupement alkyle et la quantité de groupement éthoxy ajoutée varient, ce qui explique les nombreuses formes d'APEO existantes, présentant des différences de performance significatives. Lors de la synthèse de l'APEO, le produit principal est non cancérigène, mais ses sous-produits sont corrosifs pour la peau et les yeux, et certains peuvent même provoquer un cancer dans les cas les plus graves. Bien qu'il ne nuise pas directement aux organismes, l'APEO présente un risque hormonal environnemental. Ces substances chimiques pénètrent dans le corps humain par différentes voies, exercent des effets similaires aux œstrogènes, perturbent la sécrétion hormonale normale et contribuent à réduire le nombre de spermatozoïdes chez l'homme. Outre ses effets nocifs sur l'homme, des études indiquent que son matériau de synthèse, le NPEO, cause également des dommages importants aux poissons.

B. PFOS

Le PFOS, ou sulfonate de perfluorooctane, est un terme générique désignant une classe de tensioactifs perfluorés. Il a un effet d'amplification environnemental. En raison de ses propriétés physico-chimiques particulières, le PFOS est extrêmement difficile à dégrader et est considéré comme l'une des substances les plus récalcitrantes. Après avoir pénétré dans l'organisme des animaux et des humains via la chaîne alimentaire, il s'accumule en grandes quantités et constitue une grave menace pour la santé.

C. LAS

Le LAS est un polluant organique majeur qui nuit gravement à l'environnement. Il peut altérer les propriétés physico-chimiques du sol, notamment son pH et sa teneur en eau, inhibant ainsi la croissance des plantes. De plus, lorsqu'il pénètre dans les cours d'eau, le LAS peut se combiner à d'autres polluants pour former des particules colloïdales dispersées et se révéler toxique pour les jeunes organismes supérieurs et inférieurs.

D. Tensioactifs fluorocarbonés

Le PFOA et le PFOS sont les deux principaux tensioactifs fluorocarbonés traditionnels. Des études ont démontré que ces composés présentent une toxicité élevée, provoquent une pollution environnementale persistante et s'accumulent massivement dans les organismes. Par conséquent, ils ont été classés comme polluants organiques persistants (POP) par les Nations Unies en 2009.

4 tensioactifs verts et de nouvelle génération

A. Tensioactifs à base d'acides aminés

Les tensioactifs à base d'acides aminés sont principalement composés de matières premières issues de la biomasse, une ressource abondante. Ils présentent une faible toxicité et de faibles effets secondaires, des propriétés douces, une faible irritation des organismes et une excellente biodégradabilité. Selon les propriétés de charge de leurs groupes hydrophiles après ionisation dans l'eau, ils peuvent être classés en quatre catégories : cationiques, anioniques, non ioniques et amphotères. Parmi les types courants, on trouve les tensioactifs de type N-alkylacide aminé, de type ester d'acide aminé et de type N-acylacide aminé.

B. Tensioactifs enzymatiques à base d'ananas

Les tensioactifs enzymatiques d'ananas sont produits par fermentation de tourteaux de camélia et de résidus d'extraction d'huile, d'écorces d'ananas, de levure en poudre, de pectinase et d'autres micro-organismes. Bien que la structure moléculaire de leurs principes actifs demeure inconnue, les données expérimentales démontrent leur efficacité lavante.

C. SAA

L'acide salicylique (SAA) est un dérivé de l'huile de palme. Fabriqué à partir de matières premières végétales renouvelables, il a suscité un vif intérêt. Son procédé de production est respectueux de l'environnement. De plus, en eau dure riche en ions calcium et magnésium, il précipite les sels de calcium beaucoup plus lentement que les tensioactifs couramment utilisés comme le LAS et l'AS, ce qui lui confère un pouvoir détergent exceptionnel pour les applications pratiques.

5 Perspectives du développement des détergents

Sur le marché mondial des détergents, les pays présentent des priorités et des tendances de développement différentes, mais l'orientation générale de la recherche sur les produits détergents reste constante. La concentration et la liquéfaction des détergents sont devenues des tendances majeures, tandis que la conservation de l'eau, la sécurité, les économies d'énergie, le professionnalisme, le respect de l'environnement et la multifonctionnalité se sont imposés comme des axes de développement importants. Les tensioactifs, matières premières essentielles des détergents, évoluent vers une plus grande douceur, des formulations composées et une meilleure compatibilité environnementale. Les préparations enzymatiques, qui se distinguent par leur haute efficacité, leur spécificité et leur caractère écologique, sont devenues un axe de recherche majeur dans le développement des détergents. En résumé, les tendances de développement de l'industrie des détergents sont les suivantes :

Diversification, spécialisation et segmentation des produits détergents. Les détergents peuvent être classés selon leur forme (solide, poudre, liquide et gel), leur concentration en principes actifs (concentrés et classiques) et leur conditionnement, leur couleur et leur parfum.

Les lessives liquides représenteront la catégorie de produits la plus prometteuse. Comparées aux lessives solides, elles offrent de meilleures performances à basse température, une plus grande flexibilité dans la formulation et des procédés de fabrication plus simples. Elles nécessitent également des investissements en équipement moindres et consomment moins d'énergie lors de leur production.

Concentration progressive des détergents. Depuis 2009, les détergents concentrés se répartissent en trois grandes catégories : lessive en poudre concentrée, dosettes de lessive concentrées et lessive liquide concentrée. Les détergents concentrés présentent des avantages considérables par rapport aux produits traditionnels, notamment une forte concentration en agents actifs, un pouvoir détergent élevé et une consommation d’énergie réduite. De plus, leur formule concentrée permet de réduire les emballages, les coûts de transport et l’espace de stockage.

Priorité à la sécurité des utilisateurs. Avec l'amélioration du niveau de vie, les consommateurs ne se contentent plus d'évaluer les détergents selon leur capacité à éliminer les taches. La sécurité, la non-toxicité et la douceur,, sont devenues des critères essentiels dans le choix d'un détergent.

Développement de produits respectueux de l'environnement. L'eutrophisation causée par les détergents phosphorés et les effets néfastes des agents de blanchiment sur l'environnement suscitent une vive inquiétude au sein de la population. Face aux exigences de la chimie verte, le choix des matières premières pour les détergents s'oriente progressivement vers des options plus écologiques et douces.

La multifonctionnalité. La multifonctionnalité est une tendance majeure dans le développement de nombreux produits de consommation courante, et les articles de première nécessité multifonctionnels sont devenus monnaie courante. À l'avenir, les détergents intégreront le détachage à des fonctions telles que la stérilisation, la désinfection et le blanchiment.