1.Uvod
Razvojem kemijske industrije, životni standard ljudi se kontinuirano poboljšavao. Iako je život uvelike poboljšan, to je također uzrokovalo ozbiljne ekološke probleme, čak ugrožavajući ljudsko zdravlje i sigurnost. Kako zahtjevi ljudi za zdravljem nastavljaju rasti, sigurnost kemijskih proizvoda sveprisutnih u svakodnevnom životu privukla je široku pozornost javnosti. Deterdženti, kao kemijske tvari koje se široko koriste u svakodnevnom životu i industrijskoj proizvodnji, izazvali su posebno veliku zabrinutost javnosti zbog svoje sigurnosti.
Sigurnost kemijskih proizvoda jednom je zapala u krizu vjerodostojnosti. Ta situacija proizlazi s jedne strane iz velikog oslanjanja proizvodnje deterdženata na tradicionalne sirovine, a s druge strane iz nedostatka stručnog znanja javnosti o procesima kemijske proizvodnje.
U tom kontekstu, vođeni temeljnim konceptom zelene kemije - „smanjenjem i uklanjanjem onečišćenja okoliša na izvoru“ - ova studija osmišljava i razvija novedeterdžentformulacije. Ekološki prihvatljivosurfaktantii u ovoj formulaciji deterdženta koriste se kemijski reagensi sposobni inhibirati mikroorganizme u vodi.
2.Trenutni status razvojaDeterdženti
Otkad je čovječanstvo ušlo u civilizirano društvo, pranje rublja oduvijek je bilo neizostavan dio ljudskog života. Prije otprilike 5000 godina, ljudi su počeli skupljati prirodne tvari pogodne za pranje, poput plodova kineskog akacijevaca i alkalnih komponenti u biljnom pepelu, za potrebe pranja. Tristo godina kasnije, ljudi su umjetno proizveli surfaktante. Prije više od stoljeća izumljen je sapun. Od tada je sapun napravljen od masti, lužine, soli, začina i pigmenata postao tradicionalni deterdžent. Prvi umjetno sintetički deterdžent, alkil naftalen sulfonat, pojavio se tijekom Prvog svjetskog rata. Razvio ga je njemački BASF 1917. godine, a službeno je pušten u proizvodnju 1925. godine. Popularizacija sintetičkih deterdženata dogodila se nakon što su otkriveni natrijev alkil benzen sulfonat i tetrapropilen alkil benzen, a službeno su pušteni u proizvodnju između 1935. i 1939. godine.
3.Učinkoviti sastojci i mehanizam djelovanjaDeterdženti
3.1PranjeNačelo
Pranje u općem smislu odnosi se na proces uklanjanja prljavštine s površine nosača. Tijekom pranja, djelovanje deterdženta slabi ili eliminira interakciju između prljavštine i nosača, pretvarajući stanje vezivanja prljavštine i nosača u stanje vezivanja prljavštine i deterdženta. Na kraju se prljavština odvaja od nosača ispiranjem i drugim metodama. Osnovni proces pranja može se izraziti sljedećim jednostavnim odnosom:
Nosač·Prljavština + Deterdžent → Nosač + Prljavština·Deterdžent
Prianjanje prljavštine na predmete dijeli se na fizičku adheziju i kemijsku adheziju. Fizička adhezija nadalje uključuje mehaničku adheziju i elektrostatsku adheziju.
Kemijska adhezija uglavnom se odnosi na adheziju postignutu kemijskim vezama. Na primjer, mrlje od proteina i hrđa prilijepljene za vlaknaste predmete pripadaju kemijskoj adheziji. Budući da je sila kemijske interakcije ove vrste adhezije općenito jaka, prljavština se čvrsto veže za podlogu i izuzetno ju je teško ukloniti, što zahtijeva posebne metode obrade.
Sila interakcije između prljavštine pričvršćene fizičkom adhezijom i podloge relativno je slaba, što olakšava njezino uklanjanje u usporedbi s kemijskom adhezijom. Prljavštinu s mehaničkom adhezijom lako je ukloniti; teško ju je ukloniti samo kada su čestice prljavštine male (<0,1 μm). Elektrostatička adhezija očituje se kao interakcija između nabijenih čestica prljavštine i suprotnih naboja. Ova sila je jača od mehaničke sile, što rezultira relativno teškim uklanjanjem prljavštine.
Općenito se smatra da proces pranja i uklanjanja prljavštine uključuje sljedeće faze:
A. Adsorpcija: Površinski aktivne tvari u deterdžentima podliježu usmjerenoj adsorpciji na granici između prljavštine i nosača.
B. Vlaženje i prodiranje: Zbog usmjerene adsorpcije surfaktanata na granici faza, deterdžent može prodrijeti između prljavštine i nosača, navlažiti nosač i smanjiti silu prianjanja između prljavštine i nosača.
C. Disperzija i stabilizacija prljavštine: Prljavština odvojena od površine nosača dispergira se, emulgira ili otapa u otopini deterdženta, osiguravajući da se odvojena prljavština neće ponovno pričvrstiti na očišćenu površinu.
3.1.1 Vrste tla
Tlo se odnosi na masne tvari koje prianjaju uz nosače, kao i na ljepila takvih masnih tvari, a imaju izuzetno složen sastav. Na temelju različitih oblika, može se grubo podijeliti na čvrsto tlo, tekuće tlo i posebno tlo.
Uobičajena čvrsta nečistoća uključuju hrđu, prašinu, čestice čađi i slično. Površine ovih tvari obično nose negativne naboje, što ih čini sklonima prianjanju na podloge. Većina čvrstih nečistoća u obliku čestica netopljiva je u vodi, ali se lako mogu dispergirati u vodenim otopinama koje sadrže deterdžente; veće čvrste čestice lakše se uklanjaju. Većina uobičajenih tekućih nečistoća topljiva je u ulju i može se saponificirati alkalnim otopinama, što objašnjava zašto je većina deterdženata alkalna. Posebna nečistoća uglavnom se odnose na tvrdokorne mrlje poput mrlja od krvi, biljnog soka i ljudskih izlučevina. Ova vrsta nečistoće prvenstveno se uklanja izbjeljivačima, jer jako oksidacijsko svojstvo izbjeljivača može uništiti njihove kromoforne skupine.
3.2 Aktivni sastojci u deterdžentima
Surfaktanti, poznati i kao površinski aktivne tvari, glavni su funkcionalni sastojci deterdženata. Brzo se otapaju u vodi i pokazuju izvrsna svojstva, uključujući dekontaminaciju, pjenjenje, solubilizaciju, emulgiranje, vlaženje i disperziju.
3.2.1 Surfaktanti: Podrijetlo i razvoj
Eksperimenti su pokazali da dodavanje određenih tvari u vodu može promijeniti njezinu površinsku napetost, a različite tvari imaju različite učinke na površinsku napetost vode.
Što se tiče svojstva smanjenja površinske napetosti, sposobnost snižavanja površinske napetosti otapala definira se kao površinska aktivnost, a tvari s površinskom aktivnošću nazivaju se površinski aktivne tvari. Tvari koje mogu značajno promijeniti međufazno stanje otopinskog sustava kada se dodaju u malim količinama nazivaju se surfaktanti.
Surfaktant je tvar koja, kada se doda otapalu u maloj dozi, može značajno smanjiti površinsku napetost otapala i promijeniti međufazno stanje sustava. To dovodi do niza funkcija kao što su vlaženje ili odvlaživanje, emulgiranje ili deemulgiranje, disperzija ili flokulacija, pjenjenje ili uklanjanje pjene, solubilizacija, vlaženje, sterilizacija, omekšavanje, vodoodbojnost, antistatička svojstva i otpornost na koroziju, kako bi se zadovoljili praktični zahtjevi primjene.
Površinski aktivne tvari na bazi sapuna prvi su se put pojavile u starom Egiptu oko 2500. godine prije Krista, gdje su stari Egipćani izrađivali sredstva za čišćenje od mješavine ovčetine i biljnog pepela. Oko 70. godine poslije Krista, Plinije iz Rimskog Carstva stvorio je prvi sapun od ovčetine. Sapun nije stekao široku popularnost sve do 1791. godine, kada je francuski kemičar Nicolas Leblanc otkrio metodu proizvodnje kaustične sode elektrolizom natrijevog klorida. Produkt druge faze razvoja površinski aktivnih tvari je pureće crveno ulje, poznato i kao sulfonirano ricinusovo ulje. Sintetizira se reakcijom ricinusovog ulja s koncentriranom sumpornom kiselinom na niskoj temperaturi, nakon čega slijedi neutralizacija natrijevim hidroksidom. Pureće crveno ulje ima izvanrednu emulgirajuću moć, propusnost, kvašenje i difuziju te nadmašuje sapun u otpornosti na tvrdu vodu, kiseline i metalne soli.
3.2.2 Struktura površinske aktivnosti
Jedinstvena svojstva surfaktanata proizlaze iz njihove posebne molekularne strukture. Surfaktanti su općenito linearne molekule koje sadrže i hidrofilne polarne skupine i lipofilne nepolarne hidrofobne skupine.
Hidrofobne skupine imaju različite strukture poput ravnih lanaca, razgranatih lanaca i cikličkih struktura. Najčešći su ugljikovodični lanci, uključujući alkane, alkene, cikloalkane i aromatske ugljikovodike, s većinom brojeva atoma ugljika u rasponu od 8 do 20. Ostale hidrofobne skupine uključuju masne alkohole, alkilfenole i atomske skupine koje sadrže fluor, silicij i druge elemente. Hidrofilne skupine kategoriziraju se u anionske, kationske, amfoterne ionske i neionske tipove. Ionski surfaktanti mogu ionizirati u vodi kako bi nosili električne naboje, dok neionski surfaktanti ne mogu ionizirati u vodi, ali posjeduju polarnost i topljivost u vodi.
3.2.3 Uobičajeni štetni surfaktanti
Surfaktanti se široko koriste u svakodnevnom životu ljudi, no oni su neosporno kemijske tvari. Mnoge sirovine za surfaktante posjeduju određena svojstva toksičnosti i zagađenja. Neizbježno je da uzrokuju štetu okolišu; pri kontaktu s ljudima mogu iritirati kožu, a neki čak pokazuju jaku toksičnost i korozivnost, nanoseći ozbiljnu štetu ljudskom tijelu. U nastavku slijedi nekoliko uobičajenih štetnih surfaktanata:
A. APEO
APEO je uobičajena vrsta neionskog surfaktanta, sastavljenog od alkilnog dijela i etoksi dijela. Različite duljine ugljikovog lanca alkilnog dijela i različite količine dodanog etoksi dijela rezultiraju brojnim postojećim oblicima APEO-a sa značajnim razlikama u performansama među različitim oblicima. U procesu sinteze APEO-a, glavni produkt nije kancerogen, ali njegovi nusprodukti su korozivni za kožu i oči, a neki čak mogu uzrokovati rak u teškim slučajevima. Iako ne šteti izravno organizmima, APEO predstavlja rizik za okolišne hormone. Takve kemijske tvari ulaze u ljudsko tijelo na različite načine, imaju učinke slične estrogenu, remete normalno lučenje ljudskih hormona i dodatno smanjuju broj muških spermija. Nije štetan samo za ljude; izvješća pokazuju da njegova sintetička sirovina NPEO također uzrokuje značajnu štetu ribama.
B. PFOS
PFOS, punim nazivom perfluorooktan sulfonat, općeniti je naziv za klasu perfluoriranih surfaktanata. Ima učinak pojačavanja utjecaja na okoliš. Zbog svojih posebnih fizikalnih i kemijskih svojstava, PFOS se izuzetno teško razgrađuje i smatra se jednom od najotpornijih tvari. Nakon ulaska u tijelo životinja i ljudi putem hranidbenog lanca, nakuplja se u velikim količinama i ozbiljno ugrožava biološko zdravlje.
C. LAS
LAS je glavni organski zagađivač koji uzrokuje veliku štetu okolišu. Može promijeniti fizikalna i kemijska svojstva tla, poput promjene pH vrijednosti tla i sadržaja vode, čime inhibira rast biljaka. Osim toga, kada uđe u vodene površine, LAS se može kombinirati s drugim zagađivačima i stvarati disperzirane koloidne čestice te pokazuje toksičnost za juvenilne više i niže organizme.
D. Fluorokarbonski surfaktanti
PFOA i PFOS su dva glavna tradicionalna fluorougljična surfaktanta. Relevantne studije pokazale su da takvi spojevi imaju visoku toksičnost, uzrokuju trajno onečišćenje okoliša i masovno se nakupljaju u organizmima. Stoga su ih Ujedinjeni narodi 2009. godine uvrstili na popis postojanih organskih onečišćujućih tvari (POP).
4 zelena i nova tipa surfaktanta
A. Surfaktanti na bazi aminokiselina
Površinski aktivne tvari na bazi aminokiselina uglavnom se izrađuju od biomase s obilnim izvorima. Imaju nisku toksičnost i nuspojave, blaga svojstva, nisku iritaciju organizama i izvrsnu biorazgradivost. Prema svojstvima naboja hidrofilnih skupina nakon ionizacije u vodi, mogu se podijeliti u četiri kategorije: kationske, anionske, neionske i amfoterne. Uobičajene vrste uključuju tip N-alkil aminokiselina, tip estera aminokiselina i tip N-acil aminokiselina.
B. Enzimski surfaktanti ananasa
Enzimski surfaktanti iz ananasa proizvode se fermentacijom brašna i uljne pogače kamelije koja ostane nakon ekstrakcije ulja, kore ananasa, zajedno s prahom kvasca, pektinazom i drugim mikroorganizmima. Iako molekularna struktura njihovih aktivnih sastojaka ostaje nejasna, eksperimentalni podaci dokazuju da imaju povoljna svojstva pranja.
C. SAA
SAA je derivat palminog ulja. Kao proizvod napravljen od obnovljivih biljnih sirovina, privukao je široku pozornost. Njegov proizvodni proces je ekološki prihvatljiv. Štoviše, u tvrdoj vodi s visokim udjelom kalcijevih i magnezijevih iona, taloži kalcijeve soli mnogo sporije od uobičajeno korištenih surfaktanata poput LAS i AS, što znači da pruža izvanrednu deterdženciju u praktičnoj primjeni.
5 Perspektiva razvoja deterdženata
Na globalnom tržištu deterdženata, zemlje se razlikuju u prioritetima i trendovima razvoja, no opći smjer istraživanja za deterdžente ostaje dosljedan. Koncentriranje i ukapljivanje deterdženata postali su glavni trendovi, dok su se ušteda vode, sigurnost, ušteda energije, profesionalnost, ekološka prihvatljivost i multifunkcionalnost pojavili kao popularni smjerovi razvoja. Surfaktanti, glavne sirovine deterdženata, razvijaju se prema blagosti, složenim formulacijama i ekološkoj kompatibilnosti. Enzimski pripravci, koji se mogu pohvaliti visokom učinkovitošću, specifičnošću i ekološkom prihvatljivošću, postali su žarišna točka istraživanja u razvoju deterdženata. Sveukupno, trendovi razvoja industrije deterdženata sažeti su kako slijedi:
Diverzifikacija, specijalizacija i segmentacija deterdženata. Deterdženti se mogu podijeliti na krute, praškaste, tekuće i gel tipove prema obliku; koncentrirane i obične tipove prema sadržaju aktivnih sastojaka; te u različite kategorije prema pakiranju, boji i mirisu.
Tekući deterdženti postat će najperspektivnija kategorija proizvoda. U usporedbi s krutim deterdžentima, tekući deterdženti bolje se ponašaju u pranju na niskim temperaturama, imaju fleksibilniji dizajn formule i jednostavnije proizvodne procese. Također zahtijevaju manja ulaganja u opremu i troše manje energije tijekom proizvodnje.
Progresivna koncentracija deterdženata. Od 2009. godine, koncentrirani deterdženti su se razvili u tri glavne kategorije: koncentrirani prašak za pranje rublja, koncentrirane kapsule za pranje rublja i koncentrirani tekući deterdžent. Koncentrirani deterdženti imaju izvanredne prednosti u odnosu na tradicionalne proizvode, uključujući visok sadržaj aktivnih tvari, snažno deterdžentno djelovanje i uštedu energije. Osim toga, štede materijale za pakiranje, smanjuju troškove prijevoza i zauzimaju manje skladišnog prostora zbog svoje koncentrirane formule.
Orijentacija na ljudsku sigurnost. S poboljšanjem životnog standarda, ljudi više ne ocjenjuju deterdžente samo prema učinkovitosti uklanjanja mrlja. Ljudska sigurnost, netoksičnost i blaga neiritacija postali su ključni kriteriji za odabir deterdženta.
Razvoj ekološki prihvatljivih proizvoda. Eutrofikacija uzrokovana deterdžentima koji sadrže fosfor i štetni utjecaji sredstava za izbjeljivanje na okoliš izazvali su široku zabrinutost javnosti. Kao odgovor na zahtjeve zelene kemije, odabir sirovina za deterdžente postupno se pomiče prema ekološki prihvatljivim i blagim opcijama.
Multifunkcionalizacija. Multifunkcionalnost je prevladavajući trend razvoja raznih društvenih proizvoda, a višenamjenske svakodnevne potrepštine postale su uobičajene u životu. U budućnosti će deterdženti integrirati uklanjanje mrlja s funkcijama poput sterilizacije, dezinfekcije i izbjeljivanja.
Vrijeme objave: 15. svibnja 2026.