סיווג ותכונות של חומרים פעילי שטח ירוקים

חומרים פעילי שטחמהווים סכנות חמורות לגוף האדם ולמערכות האקולוגיות הסביבתיות במהלך ייצורם ויישומם. הוספת כמות מסוימת של חומר פעיל שטח‑שילוב של ממסים מבוססי דטרגנטים לחומרי ניקוי יכול לשפר את המסיסות שלהם ואת ביצועי הכביסה שלהם. אף על פי כן, ממסים אלה רעילים במידה מסוימת ועלולים לגרום לגירוי עורי גלוי. שימוש מופרז בחומרים פעילי שטח מביא גם סיכונים פוטנציאליים למערכות אקולוגיות. לדוגמה, נתרן אלקילבנזן סולפונט (ABS) בעל יכולת פירוק ביולוגית נמוכה. השימוש הרב שלו בחומרי ניקוי מייצר קצף מסיבי, המוביל לקצף מוגזם בביוב עירוני ובנהרות. חומרים פעילי שטח המכילים פוספטים גורמים לאוטרופיקה בנהרות ובאגמים בעת השימוש. גופרית דו-חמצנית וגופרית תלת-חמצנית המיוצרים במהלך ייצור אלקילבנזן סולפונט לינארי (LAS), כמו גם דיאוקסין.‑חומרים כמו באלכוהול אתוקסילאט סולפט (AES)‑מוצרים מסוג זה, עמידים בפני פירוק ביולוגי וגורמים נזק עצום לסביבה.

לפגוש אנשים'בריאות גוברת‑דרישות טיפול והבטחת פיתוח בר-קיימא של סביבת החיים האנושית, חיוני לפתח חומרים פעילי שטח שאינם‑רעיל ולא מזיק לבני אדם ככל האפשר ואינו גורם לזיהום הסביבה האקולוגית.

סיווג ותכונות של חומרים פעילי שטח ירוקים

חומרים פעילי שטח ירוקים מתייחסים לחומרים פעילי שטח המעובדים ממשאבים טבעיים או מתחדשים, בעלי גירוי אנושי נמוך וקלות פירוק ביולוגי. בהתאם לשאלה האם הם מתפרקים במים, ניתן לחלק חומרים פעילי שטח ירוקים ללא...‑חומרים פעילי שטח ירוקים יוניים וחומרים פעילי שטח ירוקים יוניים. חומרים פעילי שטח ירוקים יוניים מסווגים עוד לקטיוניים, אניוניים ואמפוטריים.‑סוגים יוניים המבוססים על המרכיבים הפעילים שלהם לאחר המסה.

חומרים פעילי שטח ירוקים מעובדים ממשאבים טבעיים או מתחדשים, ולכן הם בעלי תכונות מצוינות כגון מקור טבעי, עדינות וגירוי נמוך. כמו חומרים פעילי שטח קונבנציונליים, חומרים פעילי שטח ירוקים מכילים קבוצות הידרופיליות וקבוצות הידרופוביות. בהשוואה לחומרים פעילי שטח מסורתיים, חומרים פעילי שטח ירוקים מספקים אנרגיה גבוהה‑יעילות דטרגנטית, תאימות מצוינת ותאימות סביבתית חיובית, ומציגה תכונות מתחלבות, שטיפה, מסיסות, הרטבה, המסה וייצוב טובות.

בנוסף, לכל סוג של חומר פעיל שטח ירוק יש תכונות ייחודיות. לדוגמה,α‑מלח אסטר חומצות שומן סולפו (MEC) מראה פעילות פני שטח בריכוזים וקשיחות נמוכים‑עמידות למים; מונואלקיל פוספט מתהדר בביצועי הקצפה ואמולסיה יוצאי דופן, תכונות אנטי-סטטיות ואפיזציה מיוחדת לעור. חומרים פעילי שטח ירוקים נפוצים כולליםα‑מתיל אסטר של חומצת שומן סולפו (MEC), אלקיל פוליגליקוזיד (APG), גלוקוז אמיד (APA), אתר אלכוהול קרבוקסילט (AEC), מונואלקיל פוספט (MAP) ואלקיל גלוקוז אמיד (MECA).

מאפיינים, יישומים ומצב נוכחי של מספר סוגים של חומרים פעילי שטח ירוקים

חומרים פעילי שטח ירוקים מאופיינים במקור טבעי, עדינות וגירוי נמוך. בדומה לחומרים פעילי שטח קונבנציונליים, יש להם קבוצות הידרופיליות וקבוצות הידרופוביות. בהשוואה לחומרים פעילי שטח מסורתיים, לחומרים פעילי שטח ירוקים יש תכונות גבוהות‑יעילות דטרגנטית, תאימות מצוינת ותאימות סביבתית חיובית, כמו גם ביצועים רצויים של מתחלב, שטיפה, מסיסות, הרטבה, המסה וייצוב.

●אלקיל פוליגלוקוזידים(APG)

אלקיל פוליגלוקוזיד (APG) הוא חומר חדש‑דור אקו‑חומר פעיל שטח ירוק וידידותי. זה לא‑חומר פעיל שטח יוני המסונתז על ידי תגובה של גלוקוז מחומרי גלם טבעיים או מתחדשים כגון עמילן עם אלכוהולים שומניים. כחומר חדש שאינו‑ל-APG, חומר פעיל שטח יוני, יש יכולת הקצפה מצוינת, גירוי נמוך לגוף האדם ופירוק ביולוגי קל. הוא מציג מתח פנים נמוך, יכולת ניקוי טובה, קצף עשיר ועדין, תאימות חזקה והשפעות סינרגטיות ברורות עם כל סוגי החומרים הפעילי שטח. יש לו גם יכולות רבות.‑ספקטרום פעילות אנטיבקטריאלית, קל לדילול, ללא נקודת עכירות או ג'לציה, ונוח לשימוש עם בסיס חזק‑התנגדות ומלח‑סוֹבלָנוּת.

חומרי הגלם לייצור APG הם דרך הפה‑גלוקוז ואלכוהולים שומניים. בשל היותו לא‑רעיל ולא‑APG, בעל תכונות מגרות, משמש כתחליף לחומרים פעילי שטח קונבנציונליים ונהנה מאפשרויות יישום רחבות. הוא מאומץ באופן נרחב בתחומים תעשייתיים, כולל חומרי ביניים לחומרי הדברה, דטרגנטים, קוסמטיקה, מזון, תרופות, כיבוי אש‑לחימה, טקסטיל, דפוס וצביעה ונפט.

●אלכוהול אתר סולפט (AES)

אתר אלכוהול סולפט (AES) מתקבל על ידי סולפטציה של אתוקסילטים של אלכוהול שומני, המיוצרים באמצעות תגובת הוספה בין אלכוהולים שומניים גבוהים יותר לבין אתילן אוקסיד. כסוג חשוב של חומרים פעילי שטח אניוניים, AES בעל קשיחות מצוינת.‑עמידות למים, ביצועי הקצפה וביצועים נמוכים‑תכונת טמפרטורה. הוא מתפרק ביולוגית במהירות, גורם לגירוי קל בעור, ומראה תאימות טובה עם אנזימים. התמיסה שלו שקופה ויציבה, וניתן להתאים את צמיגותה בקלות באמצעות אלקטרוליטים. לכן, AES נמצא בשימוש נרחב בדטרגנטים נוזליים, בעלי רמת אנרגיה נמוכה.‑זרחן וזרחן‑חומרי ניקוי חינמיים ומוצרי טיפוח אישי. זהו גם חומר פעיל שטח ירוק אניוני מרכזי בסין. חדש כזה‑מוצרים מסוג זה כוללים אלכוהול סולפט של גוארבה (GAS), אלכוהול פוספט של גוארבה (GAP), אלכוהול אתוקסילאט סולפט של גוארבה (GAES) ואלכוהול אתוקסילאט פוספט של גוארבה (GAEP).

●מתיל אסטר סולפונט (MES)

MES הוא חדש‑חומר פעיל שטח ירוק מהדור. המחקר והפיתוח שלה משתרעים על פני חצי מאה. במשך עשרות שנים, כמעט כל הבאר‑חברות דטרגנטים ידועות הקדישו מאמצים רבים ל-MES והכירו מאוד בביצועיו המעולים. MES, המופק מחומרי גלם טבעיים ומתחדשים, הוא חומר אקולוגי.‑מוצר ירוק וידידותי עם יכולת פירוק ביולוגית טובה. MES הוא קל, והגירוי והרעילות שלו לבני אדם נמוכים מאלה של אלקילבנזן סולפונט לינארי (LAS), בהשוואה ל-AS ו-AES. אין לו רעילות דרך הפה והוא כמעט ואינו...‑רעיל לאורגניזמים ימיים. הוא מספק ביצועי שטיפה טובים גם במים קרים וגם במים קשים, ויכולת הניקוי שלו עולה על זו של LAS ו-AS, עם יתרונות בולטים יותר במים קשים.—חולשה עיקרית של LAS. יש לו זרחן טוב יותר‑תכונות חופשיות יותר מאשר LAS. LAS סובל מירידה חדה ביכולת הדטרגנט בהיעדר אלקלי ונתרן טריפוליפוספט, בעוד ש-MES חווה אובדן ביצועים מועט. לכן MES מתאים במיוחד לייצור זרחן.‑חינם / נמוך‑זרחן אקו‑חומרי ניקוי ידידותיים. למרות כל היתרונות הללו, התפוקה השנתית בפועל שלה נעה זה מכבר סביב 20 000 טונות. קידום המסחרי שלו מוגבל בעיקר על ידי בעיות ייצור וניסוח: צבע עמוק, הידרוליזה קלה ל...‑מלח דיסודיום של חומר ניקוי במהלך הלבנה, יציבות תרמית ירודה בתנאים מימיים אלקליים וקשיי ניסוח.

●חומרים פעילי שטח מתכלים של ג'מיני

לחומרים פעילי שטח של ג'מיני יש מבנים מולקולריים מיוחדים. מולקולות פעילי שטח מונומריות מורכבות בדרך כלל משרשרת הידרופובית אחת וקבוצה הידרופילית אחת. לעומת זאת, מולקולות פעילי שטח של ג'מיני מורכבות בדרך כלל משתי (או שלוש) שרשראות הידרופוביות, שתי קבוצות הידרופיליות וקבוצת מרווח אחת ליד החלקים ההידרופיליים. קבוצת המרווח יכולה להיות הידרופילית או הידרופובית. בהשוואה לחומרים פעילי שטח מונומריים, לחומרים פעילי שטח של ג'מיני יש תכונות רבות בולטות: פעילות פני שטח גבוהה, נקודת קראפט נמוכה ומסיסות טובה במים, יעילות גבוהה יותר בהפחתת מתח פני השטח של מים, השפעות סינרגטיות חזקות יותר בשילוב עם חומרים פעילי שטח מונומריים, וסיד טוב.‑יכולת פיזור סבון, יכולת חזקה יותר להוריד שמן‑מתח ממשק מים, יכולת מסיסות משופרת של שמן וגירוי עור נמוך יותר. חומרים פעילי שטח של ג'מיני מייצגים חידושים יוצאי דופן‑מוצרים מסוג זה. אף על פי כן, עלויות ייצור גבוהות מגבילות את התיעוש, ורק שני מוצרים מתועשים של ג'מיני זמינים עד כה.

●חומצה פוליאפוקסיסוקסצינית (PESA), חומצה פוליאספרטית (PASP)

חומצה פוליאפוקסוקסוצינית (PESA) היא זרחן‑חופשי וחנקן‑מעכב קורוזיה ואבנית ירוקים חופשיים, מתכלים ביולוגית, שפותחו לראשונה על ידי מעבדות Betz בארצות הברית בתחילת שנות ה-90. PESA מציגה קנה מידה מצוין.‑מעכב ביצועים; בינתיים, זהו זרחן‑חופשי, חנקן‑חופשי ומתכלה בקלות. זה חל על גבוה‑אלקליניות וגבוהה‑סַך הַכֹּל‑מוּמַס‑מערכות מים מוצקים, וניתן להשתמש בהן לטיפול במי דוודים, טיפול במי קירור, טיפול בשפכים, התפלת מי ים, הפרדת ממברנות ותרחישים אחרים.

קנה המידה שלו‑עיכוב וקורוזיה‑ביצועי העיכוב עדיפים באופן משמעותי על אלו של נתרן פוליאקרילט, חומצה פולימאלית וחומצה טרטרית. הודות לתהליכי ייצור נקיים, PESA יכול להתפרק ביעילות וביציבות על ידי מיקרואורגניזמים או פטריות לחומר סופי שאינו מזיק לסביבה.‑מוצרים לאחר השימוש, ולכן זה נחשב כ-"סְבִיבָה‑יְדִידוּתִי"כימיקל ירוק. הוא הפך למוקד מחקר ופיתוח של חומרי טיהור מים בארץ ובחו"ל, והפיתוח בחו"ל בתחום זה התקדם במהירות בשנים האחרונות.

חומצה פוליאספרטית עוברת פולימריזציה מחומצה אספרטית או חומצה מאלית תחת פעולת זרז. היא נמצאת בשימוש נרחב בטיפול במים לקירור מי מים, מי דוודים, התפלת מלח, שחזור סוכר, אוסמוזה הפוכה ותהליכים אחרים. במיוחד בתהליכי נפט.‑במתקני קידוח בארות בייצור נפט, הוא משמש כמעכב לשקיעת סידן פחמתי, בריום גופרתי וסידן גופרתי. חוקרים זרים חקרו את הסינתזה, המבנה והתכונות של חומצה פוליאספרטית והבינו את היישום התעשייתי שלה. מחקר נרחב נערך גם בסין. עם יכולת פירוק ביולוגית מצוינת וקנה מידה נוח.‑מעכב ביצועים, פוליאספרטי‑חוּמצָה‑חומרי טיהור מים מבוססי צמחים נחשבים למעכבי אבנית ירוקה אמיתיים.