Mosogatószer és felületaktív anyagok

1.Bevezetés

A vegyipar fejlődésével az emberek életszínvonala folyamatosan javult. Miközben az életminőség jelentősen javult, súlyos környezeti problémákat is okozott, sőt veszélyeztette az emberi egészséget és biztonságot. Ahogy az emberek egészségügyi igényei folyamatosan emelkednek, a mindennapi életben jelen lévő vegyi termékek biztonsága széles körű közvélemény-kutatást váltott ki. A mosószerek, mint a mindennapi életben és az ipari termelésben széles körben használt vegyi anyagok, különösen nagy aggodalmat keltettek a közvéleményben a biztonságuk miatt.

A vegyipari termékek biztonsága egykor hitelességi válságba került. Ez a helyzet egyrészt abból fakad, hogy a mosószergyártás nagymértékben támaszkodik a hagyományos alapanyagokra, másrészt pedig abból, hogy a lakosság nem rendelkezik megfelelő szakmai ismeretekkel a vegyipari gyártási folyamatokról.

Ennek fényében, a zöld kémia alapkoncepciója – „a környezetszennyezés forrásnál történő csökkentése és kiküszöbölése” – által vezérelve, ez a tanulmány új…mosószerkészítmények. Környezetbarátfelületaktív anyagokÉs ebben a mosószer-formulában olyan kémiai reagenseket alkalmaznak, amelyek képesek gátolni a vízben lévő mikroorganizmusokat.

2.Jelenlegi fejlesztési állapotMosószerek

Amióta az emberiség belépett a civilizált társadalomba, a mosási tevékenységek mindig is nélkülözhetetlen részét képezték az életnek. Körülbelül 5000 évvel ezelőtt az emberek elkezdték gyűjteni a természetes, mosásbarát anyagokat, például a kínai akác gyümölcsét és a növényi hamu lúgos összetevőit mosási célokra. Háromszáz évvel később az emberek mesterségesen állították elő a felületaktív anyagokat. Több mint egy évszázaddal ezelőtt találták fel a szappant. Azóta a zsírból, lúgból, sóból, fűszerekből és pigmentekből készült szappan hagyományos mosószerré vált. Az első mesterségesen szintetikus mosószer, az alkil-naftalin-szulfonát, az első világháború alatt jelent meg. A német BASF fejlesztette ki 1917-ben, és hivatalosan 1925-ben kezdte meg a gyártását. A szintetikus mosószerek népszerűsítése a nátrium-alkil-benzolszulfonát és a tetrapropilén-alkil-benzol felfedezése és hivatalos gyártásának megkezdése után történt 1935 és 1939 között.

3.Hatékony összetevők és hatásmechanizmusMosószerek

3.1MosásAlapelv

Az általános értelemben vett mosás a hordozóanyag felületéről történő szennyeződés eltávolításának folyamatát jelenti. Mosás során a mosószer hatása gyengíti vagy megszünteti a szennyeződés és a hordozóanyag közötti kölcsönhatást, a szennyeződés és a hordozóanyag közötti kötési állapotot a szennyeződés és a mosószer kötési állapotává alakítva. Végül a szennyeződést öblítéssel és más módszerekkel elválasztják a hordozóanyagtól. A mosási folyamat alapvető folyamata a következő egyszerű összefüggéssel fejezhető ki:

Hordozó·Szennyeződés + Mosószer → Hordozó + Szennyeződés·Mosószer

A szennyeződés tárgyakhoz való tapadását fizikai és kémiai tapadásra osztják. A fizikai tapadás magában foglalja továbbá a mechanikai tapadást és az elektrosztatikus tapadást.

A kémiai tapadás főként a kémiai kötések révén elért tapadást jelenti. Például a rostokhoz tapadt fehérjefoltok és rozsda a kémiai tapadás kategóriájába tartozik. Mivel az ilyen típusú tapadás kémiai kölcsönhatási ereje általában erős, a szennyeződés szorosan kötődik az aljzathoz, és rendkívül nehezen eltávolítható, speciális kezelési módszereket igényel.

A fizikai tapadás által megkötött szennyeződés és az aljzat közötti kölcsönhatási erő viszonylag gyenge, így könnyebb eltávolítani a kémiai tapadáshoz képest. A mechanikai tapadású szennyeződések könnyen eltávolíthatók; csak akkor nehéz eltávolítani őket, ha a szennyeződésrészecskék kicsik (<0,1 μm). Az elektrosztatikus tapadás a töltéssel rendelkező szennyeződésrészecskék és az ellentétes töltések közötti kölcsönhatásként nyilvánul meg. Ez az erő erősebb, mint a mechanikai erő, ami viszonylag nehéz szennyeződés-eltávolítást eredményez.

A szennyeződés eltávolításának mosási folyamatát általában a következő lépésekből állónak tekintik:

A. Adszorpció: A mosó- és tisztítószerekben található felületaktív anyagok irányított adszorpción mennek keresztül a szennyeződés és a hordozóanyag közötti határfelületen.

B. Nedvesítés és behatolás: A felületaktív anyagok határfelületi irányított adszorpciója miatt a mosószer behatolhat a szennyeződés és a hordozóanyag közé, nedvesítheti a hordozóanyagot, és csökkentheti a szennyeződés és a hordozóanyag közötti tapadási erőt.

C. A szennyeződés diszpergálása és stabilizálása: A hordozófelületről leváló szennyeződéseket diszpergálják, emulgeálják vagy oldják a mosószeres oldatban, biztosítva, hogy a leváló szennyeződés ne tapadjon vissza a tisztított felületre.

3.1.1 Talajtípusok

A szennyeződés hordozóanyagokhoz tapadó zsíros anyagokra, valamint az ilyen zsíros anyagok ragasztóira utal, amelyek rendkívül összetett összetételűek. Különböző formái alapján nagyjából szilárd talajra, folyékony talajra és speciális talajra osztható.

A gyakori szilárd szennyeződések közé tartozik a rozsda, a por, a koromrészecskék és hasonlók. Ezen anyagok felülete általában negatív töltéseket hordoz, így hajlamosak az aljzathoz tapadni. A legtöbb szilárd szemcsés szennyeződés vízben oldhatatlan, mégis könnyen diszpergálható mosószereket tartalmazó vizes oldatokban; a nagyobb szilárd részecskék könnyebben eltávolíthatók. A legtöbb gyakori folyékony szennyeződés olajban oldódik, és lúgos oldatokkal elszappanosodhat, ami magyarázza, hogy a legtöbb mosószer miért lúgos. A speciális szennyeződések főként makacs foltokra, például vérfoltokra, növényi nedvre és emberi váladékokra vonatkoznak. Az ilyen típusú szennyeződéseket elsősorban fehérítők távolítják el, mivel a fehérítők erős oxidáló tulajdonsága elpusztíthatja a kromofor csoportjaikat.

3.2 Mosószerek hatóanyagai

A felületaktív anyagok, más néven felületaktív anyagok, a mosó- és tisztítószerek elsődleges funkcionális összetevői. Gyorsan oldódnak vízben, és kiváló tulajdonságokkal rendelkeznek, beleértve a fertőtlenítést, habzást, oldódást, emulgeálást, nedvesítést és diszpergálást.

3.2.1 Felületaktív anyagok: eredet és fejlődés

Kísérletek kimutatták, hogy bizonyos anyagok vízhez adva megváltoztathatják annak felületi feszültségét, és a különböző anyagok eltérő hatással vannak a víz felületi feszültségére.

A felületi feszültség csökkentésének tulajdonsága szempontjából az oldószer felületi feszültségének csökkentésére való képességét felületaktivitásnak nevezzük, a felületaktív anyagokat pedig felületaktív anyagoknak. Azokat az anyagokat, amelyek kis mennyiségben adagolva jelentősen megváltoztathatják az oldatrendszer határfelületi állapotát, felületaktív anyagoknak nevezzük.

A felületaktív anyag olyan anyag, amely kis dózisban oldószerhez adva jelentősen csökkentheti az oldószer felületi feszültségét és megváltoztathatja a rendszer határfelületi állapotát. Ez számos funkciót eredményez, mint például nedvesítés vagy nedvességeltávolítás, emulgeálás vagy emulgeálódás-eltávolítás, diszpergálás vagy flokkuláció, habosítás vagy habzásmentesítés, oldódás, hidratálás, sterilizálás, lágyítás, vízlepergető hatás, antisztatikus tulajdonság és korrózióállóság, a gyakorlati alkalmazási igények kielégítése érdekében.

A szappan alapú felületaktív anyagok először az ókori Egyiptomban jelentek meg Kr. e. 2500 körül, ahol az ókori egyiptomiak birkazsír és növényi hamu keverékéből készítettek tisztítószereket. Kr. u. 70 körül Plinius, a Római Birodalom uralkodója alkotta meg az első birkazsírból készült szappant. A szappan csak 1791-ben vált széles körben népszerűvé, amikor a francia kémikus, Nicolas Leblanc felfedezte a marónátron előállításának módszerét nátrium-klorid elektrolízisével. A felületaktív anyagok fejlesztésének második szakaszának terméke a pulykavörös olaj, más néven szulfonált ricinusolaj. Úgy szintetizálják, hogy ricinusolajat tömény kénsavval reagáltatnak alacsony hőmérsékleten, majd nátrium-hidroxiddal semlegesítik. A pulykavörös olaj kiemelkedő emulgeálóerővel, áteresztőképességgel, nedvesíthetőségtel és diffúzióképességgel büszkélkedhet, és felülmúlja a szappant a kemény vízzel, savakkal és fémsókkal szembeni ellenállásban.

3.2.2 A felületi aktivitás szerkezete

A felületaktív anyagok egyedi tulajdonságai speciális molekulaszerkezetükből fakadnak. A felületaktív anyagok általában lineáris molekulák, amelyek hidrofil poláris csoportokat és lipofil, nem poláris hidrofób csoportokat is tartalmaznak.

A hidrofób csoportok változatos szerkezettel rendelkeznek, például egyenes láncokkal, elágazó láncokkal és ciklikus szerkezetekkel. A leggyakoribbak a szénhidrogénláncok, beleértve az alkánokat, alkéneket, cikloalkánokat és aromás szénhidrogéneket, amelyek legtöbb szénatomszáma 8 és 20 között van. Egyéb hidrofób csoportok közé tartoznak a zsíralkoholok, alkilfenolok, valamint a fluort, szilíciumot és más elemeket tartalmazó atomcsoportok. A hidrofil csoportokat anionos, kationos, amfoter ionos és nem ionos típusokra osztják. Az ionos felületaktív anyagok vízben ionizálódhatnak, elektromos töltéseket hordozva, míg a nem ionos felületaktív anyagok nem ionizálódnak vízben, de polaritással és vízoldhatósággal rendelkeznek.

3.2.3 Gyakori káros felületaktív anyagok

A felületaktív anyagokat széles körben használják az emberi mindennapi életben, mégis tagadhatatlanul vegyi anyagok. Számos felületaktív anyag rendelkezik bizonyos toxikus és szennyező tulajdonságokkal. Elkerülhetetlenül károsítják a környezetet; emberi érintkezés esetén irritálhatják a bőrt, sőt, némelyikük erősen mérgező és korrozív hatású, súlyos károkat okozva az emberi szervezetben. Az alábbiakban néhány gyakori káros felületaktív anyagot mutatunk be:

A. APEO

Az APEO egy gyakori nemionos felületaktív anyag, amely egy alkil- és egy etoxi-részből áll. Az alkil-rész változó szénlánchossza és az etoxi-rész eltérő hozzáadott mennyisége számos APEO-formát eredményez, amelyek között jelentős teljesítménybeli különbségek vannak. Az APEO szintézisének folyamatában a fő termék nem rákkeltő, de melléktermékei maró hatásúak a bőrre és a szemre, és egyesek súlyos esetekben akár rákot is okozhatnak. Bár az APEO nem károsítja közvetlenül az élőlényeket, környezeti hormonális kockázatot jelent. Az ilyen vegyi anyagok különböző útvonalakon jutnak be az emberi szervezetbe, ösztrogénszerű hatásokat fejtenek ki, megzavarják a normális emberi hormonkiválasztást, és tovább csökkentik a férfi spermiumok számát. Nemcsak az emberre káros; a jelentések szerint szintetikus alapanyaga, az NPEO, jelentős károkat okoz a halaknak is.

B. PFOS

A PFOS, teljes nevén perfluoroktán-szulfonát, a perfluorált felületaktív anyagok egy osztályának gyűjtőneve. Környezeti erősítő hatással bír. Különleges fizikai és kémiai tulajdonságai miatt a PFOS rendkívül nehezen lebomlik, és az egyik legmakacsabb anyagnak tekintik. Miután a táplálékláncon keresztül bekerül az állatokba és az emberi szervezetbe, nagy mennyiségben felhalmozódik, és súlyosan veszélyezteti a biológiai egészséget.

C. LAS

Az LAS egy jelentős szerves szennyező anyag, amely nagy károkat okoz a környezetben. Megváltoztathatja a talaj fizikai és kémiai tulajdonságait, például a talaj pH-értékét és víztartalmát, ezáltal gátolva a növények növekedését. Ezenkívül, amikor a LAS a víztestekbe kerül, más szennyező anyagokkal kombinálódhat, diszpergált kolloid részecskéket képezve, és toxikus hatást gyakorolhat a fiatal magasabb és alacsonyabb rendű élőlényekre.

D. Fluorkarbon felületaktív anyagok

A PFOA és a PFOS a két fő hagyományos fluorozott szénhidrogén felületaktív anyag. Vonatkozó tanulmányok kimutatták, hogy ezek a vegyületek magas toxicitásúak, tartós környezetszennyezést okoznak, és nagymértékben felhalmozódnak az élőlényekben. Ennek következtében az ENSZ 2009-ben a perzisztens szerves szennyező anyagok (POP-ok) listájára vette őket.

4 Zöld és új típusú felületaktív anyag

A. Aminosavak alapú felületaktív anyagok

Az aminosav alapú felületaktív anyagok főként bőséges forrásokból származó biomassza-nyersanyagokból készülnek. Alacsony toxicitásúak és mellékhatásokkal rendelkeznek, enyhe tulajdonságokkal rendelkeznek, kevéssé irritálják a szervezeteket, és kiváló biológiai lebonthatóságot mutatnak. A hidrofil csoportok vízben történő ionizáció utáni töltéstulajdonságai szerint négy kategóriába sorolhatók: kationosak, anionosak, nemionosak és amfoterek. A gyakori típusok közé tartozik az N-alkil-aminosav típusú, az aminosav-észter típusú és az N-acil-aminosav típusú.

B. Ananász enzim felületaktív anyagok

Az ananász enzimes felületaktív anyagokat kamélia magliszt és olajkivonás után visszamaradt olajpogácsa, ananászhéj, élesztőpor, pektináz és más mikroorganizmusok együttes fermentálásával állítják elő. Bár hatóanyagaik molekuláris szerkezete továbbra sem tisztázott, kísérleti adatok bizonyítják, hogy kedvező mosási teljesítménnyel rendelkeznek.

C. SAA

Az SAA egy pálmaolaj-származék. Megújuló növényi alapanyagokból készült termékként széles körű figyelmet kapott. Előállítási folyamata környezetbarát. Ráadásul kemény, magas kalcium- és magnéziumion-tartalmú vízben sokkal lassabban csapja ki a kalcium-sókat, mint a hagyományosan használt felületaktív anyagok, például az LAS és az AS, ami azt jelenti, hogy kiemelkedő mosóhatást biztosít a gyakorlati alkalmazásokban.

5 A mosószerfejlesztés kilátásai

A globális mosószerpiacon az országok eltérő fejlesztési prioritásokkal és trendekkel rendelkeznek, de a mosószertermékek általános kutatási iránya továbbra is konzisztens. A mosószerek koncentrációja és cseppfolyósítása mainstream trendekké vált, míg a víztakarékosság, a biztonság, az energiatakarékosság, a professzionalizmus, a környezetbarátság és a multifunkcionalitás népszerű fejlesztési irányokká váltak. A mosószerek alapvető alapanyagai, a felületaktív anyagok, a gyengédség, az összetett formuláció és a környezetbarátság felé fejlődnek. Az enzimkészítmények, amelyek nagy hatékonysággal, specificitással és környezetbarátsággal büszkélkedhetnek, a mosószerfejlesztés kutatási középpontjává váltak. Összességében a mosószeripar fejlesztési trendjei a következőképpen foglalhatók össze:

A mosószerek diverzifikációja, specializációja és szegmentálása. A mosószerek formájuk szerint szilárd, por, folyékony és gél halmazállapotúak; hatóanyag-tartalmuk szerint koncentrált és normál típusúak; valamint csomagolásuk, színük és illatuk szerint különféle kategóriákba sorolhatók.

A folyékony mosószerek lesznek a legígéretesebb termékkategóriák. A szilárd mosószerekkel összehasonlítva a folyékony mosószerek jobban teljesítenek alacsony hőmérsékletű mosásban, rugalmasabb formulával és egyszerűbb gyártási folyamatokkal rendelkeznek. Emellett kevesebb berendezésberuházást igényelnek, és kevesebb energiát fogyasztanak a gyártás során.

A mosószerek fokozatos koncentrációja. 2009 óta a koncentrált mosószerek három fő kategóriába sorolhatók: koncentrált mosópor, koncentrált mosókapszula és koncentrált folyékony mosószer. A koncentrált mosószerek figyelemre méltó előnyökkel rendelkeznek a hagyományos termékekkel szemben, beleértve a magas hatóanyag-tartalmat, az erős mosóhatást és az energiatakarékosságot. Ezenkívül koncentrált formulájuknak köszönhetően csomagolóanyag-megtakarítást, szállítási költségek csökkentését és kevesebb raktárhelyet foglalnak el.

Emberi biztonságra való összpontosítás. Az életszínvonal javulásával az emberek már nem csupán a folteltávolítási teljesítmény alapján értékelik a mosószereket. Az emberi biztonság, a nem mérgező és az enyhe bőrirritáció-mentesség kulcsfontosságú kritériumokká vált a mosószer kiválasztásánál.

Környezetbarát termékfejlesztés. A foszfortartalmú mosószerek okozta eutrofizáció és a fehérítőszerek káros környezeti hatásai széles körű aggodalmat keltettek a közvéleményben. A zöld kémia követelményeire reagálva a mosószerek alapanyagainak kiválasztása fokozatosan a környezetbarát és kímélő alternatívák felé tolódik el.

Többfunkciósság. A többfunkciósság uralkodó fejlesztési trend a különféle társadalmi termékek esetében, és a többcélú mindennapi szükségletek mindennapossá váltak az életben. A jövőben a mosószerek a folteltávolítást olyan funkciókkal fogják ötvözni, mint a sterilizálás, fertőtlenítés és fehérítés.