Xabón para louza e surfactantes

1.Introdución

Co desenvolvemento da industria química, o nivel de vida da poboación mellorou continuamente. Aínda que a vida mellorou moito, tamén causou graves problemas ambientais, mesmo poñendo en perigo a saúde e a seguridade humanas. A medida que as demandas de saúde das persoas seguen aumentando, a seguridade dos produtos químicos omnipresentes na vida cotiá atraeu unha ampla atención pública. Os deterxentes, como substancias químicas amplamente utilizadas na vida cotiá e na produción industrial, espertaron unha preocupación pública especialmente grande pola súa seguridade.

A seguridade dos produtos químicos caeu nunha crise de credibilidade. Esta situación xorde, por unha banda, da forte dependencia da produción de deterxentes das materias primas tradicionais e, por outra banda, da falta de coñecemento profesional do público sobre os procesos de produción química.

Neste contexto, guiado polo concepto central da química verde («reducir e eliminar a contaminación ambiental na fonte»), este estudo deseña e desenvolve novasdeterxenteformulacións. Respectuosas co medio ambientesurfactantese nesta formulación de deterxente adóptanse reactivos químicos capaces de inhibir os microorganismos na auga.

2.Estado actual de desenvolvemento dedeterxentes

Desde que a humanidade entrou na sociedade civilizada, as actividades de lavado sempre foron unha parte indispensable da vida humana. Hai uns 5.000 anos, os humanos comezaron a recoller substancias naturais aptas para a lavado, como froitos de algarrobo chinés e compoñentes alcalinos nas cinzas das plantas, para o seu lavado. Trescentos anos despois, os humanos produciron artificialmente surfactantes. Hai máis dun século, inventouse o xabón. Desde entón, o xabón feito de graxa, álcalis, sal, especias e pigmentos converteuse nun deterxente tradicional. O primeiro deterxente artificialmente sintético, o alquil naftaleno sulfonato, xurdiu durante a Primeira Guerra Mundial. Foi desenvolvido pola BASF alemá en 1917 e posto en produción oficialmente en 1925. A popularización dos deterxentes sintéticos tivo lugar despois de que se descubrisen e se lanzasen oficialmente á produción o alquilbenceno sulfonato de sodio e o tetrapropilenoalquilbenceno entre 1935 e 1939.

3.Ingredientes eficaces e mecanismo de acción dedeterxentes

3.1LavadoPrincipio

En sentido xeral, a lavaxe refírese ao proceso de eliminación da sucidade da superficie dun soporte. Durante a lavaxe, a acción do deterxente debilita ou elimina a interacción entre a sucidade e o soporte, convertendo o estado de unión da sucidade e o soporte no estado de unión da sucidade e o deterxente. Finalmente, a sucidade sepárase do soporte mediante enxaugue e outros métodos. O proceso básico da acción de lavado pódese expresar coa seguinte relación simple:

Vehículo portador·Sucidade + Deterxente → Vehículo portador + Sucidade·Deterxente

A adhesión da sucidade aos obxectos divídese en adhesión física e adhesión química. A adhesión física inclúe ademais a adhesión mecánica e a adhesión electrostática.

A adhesión química refírese principalmente á adhesión que se consegue a través de enlaces químicos. Por exemplo, as manchas de proteínas e a ferruxe adheridas a artigos de fibra pertencen á adhesión química. Dado que a forza de interacción química deste tipo de adhesión é xeralmente forte, a sucidade combínase firmemente co substrato e é extremadamente difícil de eliminar, o que require métodos de tratamento especiais.

A forza de interacción entre a sucidade adherida por adhesión física e o substrato é relativamente débil, o que facilita a súa eliminación en comparación coa adhesión química. A sucidade con adhesión mecánica é fácil de eliminar; só é difícil de eliminar cando as partículas de sucidade son pequenas (<0,1 μm). A adhesión electrostática maniféstase como a interacción entre partículas de sucidade cargadas e cargas opostas. Esta forza é maior que a forza mecánica, o que resulta nunha eliminación relativamente difícil da sucidade.

O proceso de lavado para a eliminación da sucidade xeralmente considérase que inclúe as seguintes etapas:

A. Adsorción: Os surfactantes dos deterxentes sofren unha adsorción direccional na interface entre a sucidade e o portador.

B. Humectación e penetración: debido á adsorción direccional interfacial dos surfactantes, o deterxente pode penetrar entre a sucidade e o soporte, humedecer o soporte e reducir a forza de adhesión entre a sucidade e o soporte.

C. Dispersión e estabilización da sucidade: a sucidade desprendida da superficie do soporte dispérsase, emulsionase ou solubílizase na solución de deterxente, o que garante que a sucidade desprendida non se volva adherir á superficie limpa.

3.1.1 Tipos de solo

O solo refírese ás substancias graxentas que se adhiren a soportes, así como aos adhesivos desas substancias graxentas, que presentan unha composición extremadamente complexa. En función das diferentes formas, pódese clasificar aproximadamente en solo sólido, solo líquido e solo especial.

Entre os solos sólidos habituais inclúense a ferruxe, o po, as partículas de negro de carbono e similares. As superficies destas substancias adoitan levar cargas negativas, o que as fai propensas a adherirse aos substratos. A maioría dos solos sólidos particulados son insolubles en auga, pero pódense dispersar facilmente en solucións acuosas que conteñen deterxentes; as partículas sólidas máis grandes son máis fáciles de eliminar. Os solos líquidos máis habituais son solubles en aceite e poden sufrir saponificación con solucións alcalinas, o que explica por que a maioría dos deterxentes son alcalinos. Os solos especiais refírense principalmente a manchas difíciles como manchas de sangue, zume de plantas e secrecións humanas. Este tipo de solo elimínase principalmente con lixivia, xa que a forte propiedade oxidante da lixivia pode destruír os seus grupos cromóforos.

3.2 Ingredientes activos nos deterxentes

Os surfactantes, tamén coñecidos como substancias tensioactivas, son os principais compoñentes funcionais dos deterxentes. Disólvense rapidamente en auga e presentan excelentes propiedades, como a descontaminación, a formación de escuma, a solubilización, a emulsión, a humectación e a dispersión.

3.2.1 Tensioactivos: Orixe e Desenvolvemento

Os experimentos demostraron que engadir certas substancias á auga pode alterar a súa tensión superficial e que as diferentes substancias exercen efectos variables sobre a tensión superficial da auga.

En termos da propiedade de reducir a tensión superficial, a capacidade de diminuír a tensión superficial dun solvente defínese como actividade superficial, e as substancias con actividade superficial denomínanse substancias tensioactivas. As substancias que poden cambiar significativamente o estado interfacial dun sistema de solución cando se engaden en pequenas cantidades denomínanse surfactantes.

Un surfactante é unha substancia que, cando se engade a un solvente nunha dose pequena, pode reducir notablemente a tensión superficial do solvente e cambiar o estado interfacial do sistema. Isto dá lugar a unha serie de funcións como a humectación ou deshumectación, a emulsificación ou desemulsificación, a dispersión ou floculación, a formación de escuma ou desespuma, a solubilización, a hidratación, a esterilización, o suavizado, a repelencia á auga, a propiedade antiestática e a resistencia á corrosión, para satisfacer as demandas de aplicacións prácticas.

Os surfactantes a base de xabón apareceron por primeira vez no antigo Exipto arredor do ano 2500 a. C., onde os antigos exipcios fabricaban produtos de limpeza a partir dunha mestura de graxa de carneiro e cinza de plantas. Arredor do ano 70 d. C., Plinio do Imperio Romano creou a primeira pastilla de xabón de graxa de carneiro. O xabón non gañou popularidade xeneralizada ata 1791, cando o químico francés Nicolas Leblanc descubriu o método de produción de sosa cáustica mediante electrólise de cloruro de sodio. Un produto da segunda etapa do desenvolvemento de surfactantes é o aceite vermello de pavo, tamén coñecido como aceite de ricino sulfonado. Sintetizase facendo reaccionar aceite de ricino con ácido sulfúrico concentrado a baixa temperatura, seguido de neutralización con hidróxido de sodio. O aceite vermello de pavo conta cun excelente poder emulsionante, permeabilidade, mollabilidade e difusibilidade, e supera o xabón en resistencia á auga dura, aos ácidos e aos sales metálicos.

3.2.2 Estrutura da actividade superficial

As propiedades únicas dos surfactantes derivan da súa estrutura molecular especial. Os surfactantes son xeralmente moléculas lineares que conteñen tanto grupos polares hidrófilos como grupos hidrófobos lipófilos non polares.

Os grupos hidrófobos teñen estruturas diversas, como cadeas lineais, cadeas ramificadas e estruturas cíclicas. As máis comúns son as cadeas de hidrocarburos, incluíndo alcanos, alcenos, cicloalcanos e hidrocarburos aromáticos, cunha maioría de números de átomos de carbono que oscilan entre 8 e 20. Outros grupos hidrófobos inclúen alcohois graxos, alquilfenois e grupos atómicos que conteñen flúor, silicio e outros elementos. Os grupos hidrófilos clasifícanse en tipos aniónicos, catiónicos, iónicos anfotéricos e non iónicos. Os surfactantes iónicos poden ionizarse en auga para transportar cargas eléctricas, mentres que os surfactantes non iónicos non poden ionizarse en auga pero posúen polaridade e solubilidade en auga.

3.2.3 Tensioactivos nocivos comúns

Os surfactantes úsanse amplamente na vida cotiá humana, pero son innegablemente substancias químicas. Moitas materias primas para surfactantes posúen certas propiedades de toxicidade e contaminación. Inevitablemente, causan danos ao medio ambiente; ao entrar en contacto cos humanos, poden irritar a pel e algúns incluso presentan unha forte toxicidade e corrosión, inflixindo graves danos ao corpo humano. A continuación preséntanse varios surfactantes nocivos comúns:

A. APEO

O APEO é un tipo común de surfactante non iónico, composto por unha porción alquila e unha porción etoxi. As diferentes lonxitudes da cadea de carbono da parte alquila e as diferentes cantidades de adición da parte etoxi dan lugar a numerosas formas existentes de APEO con diferenzas significativas de rendemento entre as diferentes formas. No proceso de síntese do APEO, o produto principal non é canceríxeno, pero os seus subprodutos son corrosivos para a pel e os ollos, e algúns poden incluso causar cancro en casos graves. Aínda que non prexudica directamente aos organismos, o APEO supón un risco para as hormonas ambientais. Estas substancias químicas entran no corpo humano a través de varias vías, exercen efectos similares aos do estróxeno, interrompen a secreción normal de hormonas humanas e reducen aínda máis o reconto de espermatozoides masculinos. Non só é prexudicial para os humanos; os informes indican que a súa materia prima sintética, o NPEO, tamén causa danos substanciais aos peixes.

B. PFOS

O PFOS, denominado completamente sulfonato de perfluorooctano, é un termo xeral para unha clase de surfactantes perfluorados. Ten un efecto de amplificación ambiental. Debido ás súas propiedades físicas e químicas especiais, o PFOS é extremadamente difícil de degradar e considérase unha das substancias máis recalcitrantes. Despois de entrar nos animais e no corpo humano a través da cadea alimentaria, acumúlase en grandes cantidades e ameaza gravemente a saúde biolóxica.

C. LAS

O LAS é un importante contaminante orgánico que causa grandes danos ao medio ambiente. Pode alterar as propiedades físicas e químicas do solo, como cambiar o valor do pH do solo e o contido de auga, inhibindo así o crecemento das plantas. Ademais, ao entrar en masas de auga, o LAS pode combinarse con outros contaminantes para formar partículas coloidais dispersas e presenta toxicidade para os organismos superiores xuvenís e os organismos inferiores.

D. Tensioactivos fluorocarbonados

O PFOA e o PFOS son os dous principais surfactantes fluorocarbonados tradicionais. Estudos relevantes demostraron que estes compostos teñen unha alta toxicidade, causan contaminación ambiental persistente e acumúlanse masivamente nos organismos. En consecuencia, foron catalogados como Contaminantes Orgánicos Persistentes (POP) polas Nacións Unidas en 2009.

4 surfactantes ecolóxicos e de tipo novo

A. Tensioactivos baseados en aminoácidos

Os surfactantes baseados en aminoácidos fabrícanse principalmente a partir de materias primas de biomasa con fontes abundantes. Presentan baixa toxicidade e efectos secundarios, propiedades suaves, baixa irritación para os organismos e excelente biodegradabilidade. Segundo as propiedades de carga dos grupos hidrófilos despois da ionización en auga, tamén se poden clasificar en catro categorías: catiónicos, aniónicos, non iónicos e anfotéricos. Os tipos comúns inclúen o tipo de aminoácido N-alquilo, o tipo de éster de aminoácido e o tipo de aminoácido N-acil.

B. Tensioactivos enzimáticos de piña

Os surfactantes encimáticos da piña prodúcense fermentando a fariña de sementes de camelia e a torta de aceite que queda despois da extracción do aceite, a pel da piña, xunto con po de lévedo, pectinase e outros microorganismos. Aínda que a estrutura molecular dos seus ingredientes activos non está clara, os datos experimentais demostran que teñen un rendemento de lavado favorable.

C. SAA

O SAA é un derivado do aceite de palma. Como produto elaborado a partir de materias primas vexetais renovables, atraeu unha atención xeneralizada. O seu proceso de produción é respectuoso co medio ambiente. Ademais, en auga dura con alto contido en ións de calcio e magnesio, precipita sales de calcio moito máis lentamente que os surfactantes de uso común como LAS e AS, o que significa que ofrece unha deterxencia excepcional en aplicacións prácticas.

5 Perspectivas de desenvolvemento de deterxentes

No mercado global de deterxentes, os países difiren nas súas prioridades e tendencias de desenvolvemento, pero a dirección xeral da investigación para os produtos deterxentes segue sendo consistente. A concentración e licuefacción de deterxentes convertéronse en tendencias xerais, mentres que a conservación da auga, a seguridade, o aforro de enerxía, o profesionalismo, o respecto polo medio ambiente e a multifuncionalidade xurdiron como direccións de desenvolvemento populares. Os surfactantes, as materias primas principais dos deterxentes, están a evolucionar cara á suavidade, a formulación de compostos e a compatibilidade ambiental. As preparacións enzimáticas, que presumen de alta eficiencia, especificidade e respecto polo medio ambiente, convertéronse nun tema candente de investigación no desenvolvemento de deterxentes. En xeral, as tendencias de desenvolvemento da industria dos deterxentes resúmense do seguinte xeito:

Diversificación, especialización e segmentación de produtos deterxentes. Os deterxentes pódense dividir en sólidos, en po, líquidos e en xel segundo a súa forma; en tipo concentrado e en tipo normal segundo o contido de ingrediente activo; e en varias categorías segundo o envase, a cor e a fragrancia.

Os deterxentes líquidos converteranse na categoría de produtos máis prometedora. En comparación cos deterxentes sólidos, os deterxentes líquidos teñen un mellor rendemento no lavado a baixa temperatura, presentan un deseño de fórmula máis flexible e procesos de produción máis sinxelos. Tamén requiren menos investimento en equipos e consomen menos enerxía durante a produción.

Concentración progresiva dos produtos deterxentes. Desde 2009, os deterxentes concentrados evolucionaron en tres categorías principais: deterxente en po concentrado, cápsulas de roupa concentradas e deterxente líquido concentrado. Os deterxentes concentrados teñen vantaxes notables sobre os produtos tradicionais, incluíndo un alto contido en substancias activas, unha forte deterxencia e aforro de enerxía. Ademais, aforran materiais de embalaxe, reducen os custos de transporte e ocupan menos espazo de almacenamento debido á súa fórmula concentrada.

Orientación á seguridade humana. Coa mellora do nivel de vida, a xente xa non se limita a avaliar os deterxentes polo seu rendemento na eliminación de manchas. A seguridade humana, a non toxicidade e a non irritación leve convertéronse en criterios cruciais para a selección de deterxentes.

Desenvolvemento de produtos respectuosos co medio ambiente. A eutrofización causada polos deterxentes que conteñen fósforo e os impactos ambientais adversos dos axentes branqueadores espertaron unha xeneralizada preocupación pública. En resposta aos requisitos da química verde, a selección de materias primas para os deterxentes está a cambiar gradualmente cara a opcións respectuosas co medio ambiente e suaves.

Multifuncionalización. A multifuncionalidade é unha tendencia de desenvolvemento predominante para varios produtos sociais, e os artigos de primeira necesidade multiusos convertéronse en algo común na vida. No futuro, os deterxentes integrarán a eliminación de manchas con funcións como a esterilización, a desinfección e o branqueamento.