Detersivo per piatti e tensioattivi

1.Introduzione

Con lo sviluppo dell'industria chimica, il tenore di vita delle persone è migliorato costantemente. Se da un lato questo ha notevolmente migliorato la qualità della vita, dall'altro ha causato gravi problemi ambientali, mettendo persino a rischio la salute e la sicurezza umana. Con l'aumento delle esigenze sanitarie, la sicurezza dei prodotti chimici onnipresenti nella vita quotidiana ha attirato l'attenzione dell'opinione pubblica. I detergenti, in quanto sostanze chimiche ampiamente utilizzate nella vita di tutti i giorni e nella produzione industriale, sono oggetto di particolare preoccupazione per la loro sicurezza.

La sicurezza dei prodotti chimici è stata in passato al centro di una crisi di credibilità. Questa situazione deriva, da un lato, dall'eccessivo ricorso a materie prime tradizionali nella produzione di detersivi e, dall'altro, dalla scarsa conoscenza da parte del pubblico dei processi di produzione chimica.

In questo contesto, guidato dal concetto cardine della chimica verde — “ridurre ed eliminare l’inquinamento ambientale alla fonte” — questo studio progetta e sviluppa nuovidetergenteformulazioni. Rispettose dell'ambientetensioattivie in questa formulazione di detergente vengono utilizzati reagenti chimici in grado di inibire i microrganismi presenti nell'acqua.

2.Stato attuale dello sviluppo didetersivi

Fin dall'inizio della civiltà umana, le attività di lavaggio sono sempre state una parte indispensabile della vita. Circa 5.000 anni fa, gli esseri umani iniziarono a raccogliere sostanze naturali adatte al lavaggio, come i frutti della robinia pseudoacacia e i componenti alcalini presenti nella cenere vegetale. Trecento anni dopo, i tensioattivi vennero prodotti artificialmente. Più di un secolo fa, fu inventato il sapone. Da allora, il sapone, prodotto con grassi, alcali, sale, spezie e pigmenti, è diventato un detergente tradizionale. Il primo detergente sintetico artificiale, l'alchilnaftalensolfonato, emerse durante la Prima Guerra Mondiale. Fu sviluppato dalla tedesca BASF nel 1917 e ufficialmente messo in produzione nel 1925. La diffusione dei detergenti sintetici avvenne dopo la scoperta e l'avvio ufficiale della produzione di sodio alchilbenzensolfonato e tetrapropilene alchilbenzene tra il 1935 e il 1939.

3.Ingredienti efficaci e meccanismo d'azione didetersivi

3.1LavaggioPrincipio

Il lavaggio, in senso generale, si riferisce al processo di rimozione dello sporco dalla superficie di un supporto. Durante il lavaggio, l'azione del detergente indebolisce o elimina l'interazione tra lo sporco e il supporto, convertendo lo stato di legame tra sporco e supporto nello stato di legame tra sporco e detergente. Infine, lo sporco viene separato dal supporto mediante risciacquo e altri metodi. Il processo di base dell'azione di lavaggio può essere espresso dalla seguente semplice relazione:

Vettore·Sporco + Detergente → Vettore + Sporco·Detergente

L'adesione dello sporco agli oggetti si divide in adesione fisica e adesione chimica. L'adesione fisica comprende a sua volta l'adesione meccanica e l'adesione elettrostatica.

L'adesione chimica si riferisce principalmente all'adesione ottenuta tramite legami chimici. Ad esempio, le macchie di proteine ​​e la ruggine che aderiscono agli oggetti in fibra rientrano in questa categoria. Poiché la forza di interazione chimica di questo tipo di adesione è generalmente forte, lo sporco si lega saldamente al substrato ed è estremamente difficile da rimuovere, richiedendo metodi di trattamento specifici.

La forza di interazione tra lo sporco attaccato per adesione fisica e il substrato è relativamente debole, il che ne facilita la rimozione rispetto all'adesione chimica. Lo sporco con adesione meccanica è facile da rimuovere; la sua eliminazione diventa difficile solo quando le particelle di sporco sono piccole (<0,1 μm). L'adesione elettrostatica si manifesta come interazione tra particelle di sporco cariche e cariche opposte. Questa forza è più forte della forza meccanica, rendendo la rimozione dello sporco relativamente più difficile.

Il processo di lavaggio per la rimozione dello sporco generalmente comprende le seguenti fasi:

A. Adsorbimento: I tensioattivi presenti nei detergenti subiscono un adsorbimento direzionale all'interfaccia tra lo sporco e il supporto.

B. Bagnabilità e penetrazione: grazie all'adsorbimento direzionale interfacciale dei tensioattivi, il detergente può penetrare tra lo sporco e il supporto, bagnare quest'ultimo e ridurre la forza di adesione tra lo sporco e il supporto.

C. Dispersione e stabilizzazione dello sporco: Lo sporco distaccatosi dalla superficie del supporto viene disperso, emulsionato o solubilizzato nella soluzione detergente, garantendo che non si riattacchi alla superficie pulita.

3.1.1 Tipi di suolo

Il termine "suolo" si riferisce a sostanze grasse aderenti a supporti e adesivi, caratterizzate da una composizione estremamente complessa. In base alle diverse forme, può essere approssimativamente classificato in suolo solido, suolo liquido e suolo speciale.

Tra i comuni tipi di sporco solido si annoverano ruggine, polvere, particelle di nerofumo e simili. Le superfici di queste sostanze presentano solitamente cariche negative, il che le rende inclini ad aderire ai substrati. La maggior parte dello sporco solido particolato è insolubile in acqua, ma può essere facilmente disperso in soluzioni acquose contenenti detergenti; le particelle solide più grandi sono più facili da rimuovere. La maggior parte dello sporco liquido comune è solubile in olio e può subire saponificazione con soluzioni alcaline, il che spiega perché la maggior parte dei detergenti sia alcalina. Per sporco speciale si intendono principalmente macchie ostinate come macchie di sangue, linfa vegetale e secrezioni umane. Questo tipo di sporco viene rimosso principalmente con candeggina, poiché la forte proprietà ossidante della candeggina può distruggere i gruppi cromofori.

3.2 Ingredienti attivi nei detersivi

I tensioattivi, noti anche come sostanze tensioattive, sono i principali componenti funzionali dei detergenti. Si dissolvono rapidamente in acqua e presentano eccellenti proprietà, tra cui decontaminazione, schiumosità, solubilizzazione, emulsionamento, bagnabilità e dispersione.

3.2.1 Tensioattivi: origine e sviluppo

Gli esperimenti hanno dimostrato che l'aggiunta di determinate sostanze all'acqua può alterarne la tensione superficiale, e che sostanze diverse esercitano effetti diversi sulla tensione superficiale dell'acqua.

In termini di proprietà di riduzione della tensione superficiale, la capacità di abbassare la tensione superficiale di un solvente è definita attività superficiale, e le sostanze con attività superficiale sono dette sostanze tensioattive. Le sostanze che possono modificare significativamente lo stato interfacciale di un sistema di soluzione quando aggiunte in piccole quantità sono definite tensioattivi.

Un tensioattivo è una sostanza che, aggiunta a un solvente in piccolissime quantità, può ridurre notevolmente la tensione superficiale del solvente e modificarne lo stato interfacciale. Ciò dà origine a una serie di funzioni quali bagnatura o debagnatura, emulsionamento o demulsificazione, dispersione o flocculazione, formazione o riduzione della schiuma, solubilizzazione, idratazione, sterilizzazione, addolcimento, idrorepellenza, proprietà antistatiche e resistenza alla corrosione, per soddisfare le esigenze delle applicazioni pratiche.

I tensioattivi a base di sapone fecero la loro prima comparsa nell'antico Egitto intorno al 2500 a.C., dove gli antichi Egizi producevano detergenti con una miscela di grasso di montone e cenere vegetale. Intorno al 70 d.C., Plinio il Vecchio creò la prima saponetta a base di grasso di montone. Il sapone non si diffuse ampiamente fino al 1791, quando il chimico francese Nicolas Leblanc scoprì il metodo per produrre soda caustica tramite elettrolisi del cloruro di sodio. Un prodotto della seconda fase di sviluppo dei tensioattivi è l'olio rosso turco, noto anche come olio di ricino solfonato. Viene sintetizzato facendo reagire l'olio di ricino con acido solforico concentrato a bassa temperatura, seguito da neutralizzazione con idrossido di sodio. L'olio rosso turco vanta un eccezionale potere emulsionante, permeabilità, bagnabilità e diffusibilità, e supera il sapone in termini di resistenza all'acqua dura, agli acidi e ai sali metallici.

3.2.2 Struttura dell'attività superficiale

Le proprietà uniche dei tensioattivi derivano dalla loro particolare struttura molecolare. I tensioattivi sono generalmente molecole lineari che contengono sia gruppi polari idrofili che gruppi idrofobi non polari lipofili.

I gruppi idrofobici presentano diverse strutture, come catene lineari, ramificate e cicliche. I più comuni sono le catene di idrocarburi, tra cui alcani, alcheni, cicloalcani e idrocarburi aromatici, con un numero di atomi di carbonio che varia da 8 a 20. Altri gruppi idrofobici includono alcoli grassi, alchilfenoli e gruppi atomici contenenti fluoro, silicio e altri elementi. I gruppi idrofili sono classificati in anionici, cationici, ionici anfoteri e non ionici. I tensioattivi ionici possono ionizzarsi in acqua per trasportare cariche elettriche, mentre i tensioattivi non ionici non possono ionizzarsi in acqua ma possiedono polarità e solubilità in acqua.

3.2.3 Tensioattivi nocivi comuni

I tensioattivi sono ampiamente utilizzati nella vita quotidiana, ma sono innegabilmente sostanze chimiche. Molte materie prime utilizzate per la loro produzione presentano determinate proprietà tossiche e inquinanti. Inevitabilmente, causano danni all'ambiente; a contatto con la pelle, possono irritare l'organismo umano e alcuni sono persino altamente tossici e corrosivi, provocando gravi danni al corpo umano. Di seguito vengono presentati alcuni tensioattivi nocivi comuni:

A. APEO

L'APEO è un tensioattivo non ionico di uso comune, composto da un gruppo alchilico e un gruppo etossilico. La diversa lunghezza della catena carboniosa del gruppo alchilico e le diverse quantità del gruppo etossilico determinano l'esistenza di numerose forme di APEO con significative differenze prestazionali. Nel processo di sintesi dell'APEO, il prodotto principale non è cancerogeno, ma i suoi sottoprodotti sono corrosivi per la pelle e gli occhi e, in casi gravi, possono persino causare il cancro. Sebbene non danneggi direttamente gli organismi, l'APEO rappresenta un rischio ormonale ambientale. Tali sostanze chimiche penetrano nel corpo umano attraverso diverse vie, esercitano effetti simili agli estrogeni, alterano la normale secrezione ormonale e riducono ulteriormente la conta spermatica maschile. Non è dannoso solo per l'uomo; alcuni studi indicano che la sua materia prima sintetica, l'NPEO, causa danni sostanziali anche ai pesci.

B. PFOS

Il PFOS, nome completo perfluorottano solfonato, è un termine generico che indica una classe di tensioattivi perfluorurati. Ha un effetto di amplificazione ambientale. A causa delle sue particolari proprietà fisiche e chimiche, il PFOS è estremamente difficile da degradare ed è considerato una delle sostanze più recalcitranti. Dopo essere entrato nell'organismo degli animali e dell'uomo attraverso la catena alimentare, si accumula in grandi quantità e rappresenta una grave minaccia per la salute biologica.

C. LAS

Il LAS è un importante inquinante organico che causa gravi danni all'ambiente. Può alterare le proprietà fisiche e chimiche del suolo, come il pH e il contenuto idrico, inibendo così la crescita delle piante. Inoltre, una volta raggiunto i corpi idrici, il LAS può combinarsi con altri inquinanti formando particelle colloidali disperse e risultare tossico per gli organismi superiori e inferiori allo stadio giovanile.

D. Tensioattivi fluorocarbonici

Il PFOA e il PFOS sono i due principali tensioattivi fluorocarbonici tradizionali. Studi pertinenti hanno dimostrato che tali composti presentano un'elevata tossicità, causano un inquinamento ambientale persistente e si accumulano massicciamente negli organismi. Di conseguenza, sono stati inseriti nell'elenco degli inquinanti organici persistenti (POP) dalle Nazioni Unite nel 2009.

4 Tensioattivi verdi e di nuova generazione

A. Tensioattivi a base di amminoacidi

I tensioattivi a base di amminoacidi sono principalmente costituiti da materie prime di origine biologica, di cui esistono fonti abbondanti. Sono caratterizzati da bassa tossicità ed effetti collaterali ridotti, proprietà delicate, bassa irritazione per gli organismi ed eccellente biodegradabilità. In base alle proprietà di carica dei gruppi idrofili dopo l'ionizzazione in acqua, possono essere classificati in quattro categorie: cationici, anionici, non ionici e anfoteri. I tipi più comuni includono quelli a base di N-alchil amminoacidi, esteri di amminoacidi e amminoacidi N-acil.

B. Tensioattivi enzimatici dell'ananas

I tensioattivi enzimatici dell'ananas vengono prodotti mediante la fermentazione della farina di semi di camelia e della sansa residua dell'estrazione dell'olio, della buccia d'ananas, insieme a lievito in polvere, pectinasi e altri microrganismi. Sebbene la struttura molecolare dei loro principi attivi non sia ancora del tutto chiara, i dati sperimentali dimostrano che possiedono prestazioni di lavaggio favorevoli.

C. SAA

SAA è un derivato dell'olio di palma. Essendo un prodotto ottenuto da materie prime vegetali rinnovabili, ha riscosso un ampio interesse. Il suo processo produttivo è ecocompatibile. Inoltre, in acque dure con elevato contenuto di ioni calcio e magnesio, precipita i sali di calcio molto più lentamente rispetto ai tensioattivi comunemente utilizzati come LAS e AS, garantendo così un'eccezionale azione detergente nelle applicazioni pratiche.

5 Prospettive di sviluppo dei detergenti

Nel mercato globale dei detersivi, i paesi presentano priorità e tendenze di sviluppo differenti, ma la direzione generale della ricerca sui prodotti detergenti rimane costante. La concentrazione e la liquefazione dei detersivi sono diventate tendenze principali, mentre il risparmio idrico, la sicurezza, il risparmio energetico, la professionalità, il rispetto dell'ambiente e la multifunzionalità si sono affermati come direzioni di sviluppo prioritarie. I tensioattivi, le materie prime fondamentali dei detersivi, si stanno evolvendo verso una maggiore delicatezza, formulazioni complesse e compatibilità ambientale. I preparati enzimatici, che vantano elevata efficienza, specificità ed ecocompatibilità, sono diventati un punto focale della ricerca nello sviluppo dei detersivi. Nel complesso, le tendenze di sviluppo del settore dei detersivi possono essere riassunte come segue:

Diversificazione, specializzazione e segmentazione dei prodotti detergenti. I detergenti possono essere suddivisi in base alla forma in solidi, in polvere, liquidi e in gel; in base al contenuto di principi attivi in ​​concentrati e normali; e in varie categorie in base a confezionamento, colore e profumo.

I detersivi liquidi diventeranno la categoria di prodotto più promettente. Rispetto ai detersivi solidi, i detersivi liquidi offrono prestazioni migliori nei lavaggi a basse temperature, presentano una formulazione più flessibile e processi produttivi più semplici. Richiedono inoltre minori investimenti in attrezzature e consumano meno energia durante la produzione.

Concentrazione progressiva dei detersivi. Dal 2009, i detersivi concentrati si sono evoluti in tre categorie principali: detersivo in polvere concentrato, capsule di detersivo concentrate e detersivo liquido concentrato. I detersivi concentrati presentano notevoli vantaggi rispetto ai prodotti tradizionali, tra cui un elevato contenuto di principi attivi, un forte potere detergente e un risparmio energetico. Inoltre, grazie alla loro formula concentrata, consentono di risparmiare materiale di imballaggio, ridurre i costi di trasporto e occupare meno spazio in magazzino.

Orientamento alla sicurezza umana. Con il miglioramento del tenore di vita, le persone non valutano più i detersivi esclusivamente in base alla loro capacità di rimuovere le macchie. La sicurezza umana, la non tossicità e la delicatezza non irritante sono diventati criteri cruciali nella scelta dei detersivi.

Sviluppo di prodotti ecocompatibili. L'eutrofizzazione causata dai detersivi contenenti fosforo e gli impatti ambientali negativi degli agenti sbiancanti hanno suscitato una diffusa preoccupazione nell'opinione pubblica. In risposta alle esigenze della chimica verde, la selezione delle materie prime per i detersivi si sta gradualmente orientando verso opzioni ecocompatibili e delicate.

Multifunzionalità. La multifunzionalità è una tendenza di sviluppo prevalente per diversi prodotti di uso quotidiano, e gli oggetti di uso quotidiano multifunzionali sono diventati comuni nella vita di tutti i giorni. In futuro, i detersivi integreranno la rimozione delle macchie con funzioni quali sterilizzazione, disinfezione e sbiancamento.