Ыдыс жуғыш зат және беттік белсенді заттар

1.Кіріспе

Химия өнеркәсібінің дамуымен адамдардың өмір сүру деңгейі үнемі жақсарып келеді. Өмір сүру деңгейі айтарлықтай жақсарғанымен, ол қоршаған ортаға елеулі проблемалар туғызып, тіпті адам денсаулығы мен қауіпсіздігіне қауіп төндірді. Адамдардың денсаулыққа деген талаптары артып келе жатқандықтан, күнделікті өмірде кең таралған химиялық өнімдердің қауіпсіздігі қоғамның назарын аударды. Жуғыш заттар, күнделікті өмірде және өнеркәсіптік өндірісте кеңінен қолданылатын химиялық заттар ретінде, олардың қауіпсіздігіне ерекше алаңдаушылық білдірді.

Химиялық өнімдердің қауіпсіздігі бір кездері сенімділік дағдарысына ұшыраған болатын. Бұл жағдай бір жағынан жуғыш заттар өндірісінің дәстүрлі шикізатқа қатты тәуелділігінен, ал екінші жағынан қоғамның химиялық өндіріс процестері туралы кәсіби білімінің жетіспеушілігінен туындайды.

Осыған байланысты, жасыл химияның негізгі тұжырымдамасын – «қоршаған ортаның ластануын бастапқы көзінде азайту және жоюды» басшылыққа ала отырып, бұл зерттеу жаңа жобаларды әзірлейді және әзірлейді.жуғыш затҚоршаған ортаға зиянсызбеттік белсенді заттаржәне осы жуғыш зат құрамына судағы микроорганизмдерді тежеуге қабілетті химиялық реагенттер қолданылады.

2.Қазіргі даму мәртебесіЖуғыш заттар

Адамзат өркениетті қоғамға енгеннен бері, жуу қызметі әрқашан адам өмірінің ажырамас бөлігі болды. Шамамен 5000 жыл бұрын адамдар жуу мақсатында қытай шегіртке жемістері мен өсімдік күліндегі сілтілі компоненттер сияқты табиғи жууға қолайлы заттарды жинай бастады. Үш жүз жылдан кейін адамдар беттік белсенді заттарды жасанды түрде өндірді. Бір ғасырдан астам уақыт бұрын сабын ойлап табылды. Содан бері майдан, сілтіден, тұздан, дәмдеуіштерден және пигменттерден жасалған сабын дәстүрлі жуғыш затқа айналды. Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде алғашқы жасанды синтетикалық жуғыш зат, алкилнафталин сульфонаты пайда болды. Оны 1917 жылы Германияның BASF компаниясы жасап шығарды және 1925 жылы ресми түрде өндіріске енгізді. Синтетикалық жуғыш заттардың танымал болуы натрий алкилбензол сульфонаты мен тетрапропилен алкилбензолы табылып, 1935 және 1939 жылдар аралығында ресми түрде өндіріске енгізілгеннен кейін болды.

3.Тиімді ингредиенттер және әсер ету механизміЖуғыш заттар

3.1ЖууПринцип

Жалпы мағынада жуу тасымалдаушының бетінен кірді кетіру процесін білдіреді. Жуу кезінде жуғыш заттың әсері кір мен тасымалдаушы арасындағы өзара әрекеттесуді әлсіретеді немесе жояды, кір мен тасымалдаушының байланыс күйін кір мен жуғыш заттың байланыс күйіне айналдырады. Ақырында, кір шаю және басқа әдістер арқылы тасымалдаушыдан бөлінеді. Жуу әрекетінің негізгі процесін келесі қарапайым қатынаспен көрсетуге болады:

Тасымалдаушы·Кір + Жуғыш зат → Тасымалдаушы + Кір·Кір жуғыш зат

Кірдің заттарға жабысуы физикалық адгезия және химиялық адгезия болып бөлінеді. Физикалық адгезияға механикалық адгезия және электростатикалық адгезия да кіреді.

Химиялық адгезия негізінен химиялық байланыстар арқылы қол жеткізілетін адгезияны білдіреді. Мысалы, талшықты бұйымдарға жабысқан ақуыз дақтары мен тот химиялық адгезияға жатады. Адгезияның бұл түрінің химиялық өзара әрекеттесу күші әдетте күшті болғандықтан, кір негізбен тығыз байланысады және оны кетіру өте қиын, бұл арнайы өңдеу әдістерін қажет етеді.

Физикалық адгезия арқылы бекітілген кір мен негіз арасындағы өзара әрекеттесу күші салыстырмалы түрде әлсіз, бұл химиялық адгезиямен салыстырғанда оны кетіруді жеңілдетеді. Механикалық адгезиясы бар кірді кетіру оңай; оны тек кір бөлшектері кішкентай болғанда ғана кетіру қиын (<0,1 мкм). Электростатикалық адгезия зарядталған кір бөлшектері мен қарама-қарсы зарядтардың өзара әрекеттесуі ретінде көрінеді. Бұл күш механикалық күшке қарағанда күштірек, бұл кірді кетіруді салыстырмалы түрде қиындатады.

Кірді кетіру процесі әдетте келесі кезеңдерді қамтиды деп саналады:

A. Адсорбция: Жуғыш заттардағы беттік белсенді заттар кір мен тасымалдаушы арасындағы шекарада бағытта адсорбцияланады.

B. Ылғалдандыру және ену: Беттік белсенді заттардың беттік бағыттағы адсорбциясына байланысты жуғыш зат кір мен тасымалдаушының арасына еніп, тасымалдаушыны сулап, кір мен тасымалдаушы арасындағы адгезия күшін азайта алады.

C. Кірдің дисперсиясы және тұрақтануы: Тасымалдаушы бетінен бөлінген кір жуғыш зат ерітіндісінде дисперсияланады, эмульсияланады немесе ерітіледі, бұл бөлінген кірдің тазартылған бетке қайта жабысып қалмауын қамтамасыз етеді.

3.1.1 Топырақ түрлері

Топырақ дегеніміз - өте күрделі құрамға ие, тасымалдаушыларға жабысатын майлы заттар, сондай-ақ осындай майлы заттардың желімдері. Әртүрлі формаларына байланысты оны шамамен қатты топырақ, сұйық топырақ және арнайы топырақ деп жіктеуге болады.

Қатты топырақтарға тот, шаң, көміртегі қара бөлшектері және сол сияқтылар жатады. Бұл заттардың беттері әдетте теріс зарядтарға ие, бұл оларды субстраттарға жабыстыруға бейім етеді. Көптеген қатты бөлшектер суда ерімейді, бірақ оларды жуғыш заттары бар сулы ерітінділерде оңай таратуға болады; үлкенірек қатты бөлшектерді кетіру оңайырақ. Көп таралған сұйық топырақтар майда ериді және сілтілі ерітінділермен сабындануға ұшырауы мүмкін, бұл жуғыш заттардың көпшілігінің сілтілі болуын түсіндіреді. Арнайы топырақтар негізінен қан дақтары, өсімдік шырыны және адам секрециялары сияқты қиын дақтарды білдіреді. Бұл топырақ түрі негізінен ағартқыштармен жойылады, себебі ағартқыштардың күшті тотықтырғыш қасиеті олардың хромофорлық топтарын бұзуы мүмкін.

3.2 Жуғыш заттардың құрамындағы белсенді ингредиенттер

Беттік белсенді заттар, сондай-ақ беттік белсенді заттар деп те аталады, жуғыш заттардың негізгі функционалды компоненттері болып табылады. Олар суда тез ериді және залалсыздандыру, көбіктену, еріту, эмульсиялау, ылғалдандыру және дисперсиялау сияқты тамаша қасиеттерге ие.

3.2.1 Беттік белсенді заттар: шығу тегі және дамуы

Тәжірибелер көрсеткендей, суға белгілі бір заттарды қосу оның беттік керілуін өзгерте алады, ал әртүрлі заттар судың беттік керілуіне әртүрлі әсер етеді.

Беттік керілуді төмендету қасиеті тұрғысынан еріткіштің беттік керілуін төмендету қабілеті беттік белсенділік ретінде анықталады, ал беттік белсенділігі бар заттар беттік белсенді заттар деп аталады. Аз мөлшерде қосылған кезде ерітінді жүйесінің беттік күйін айтарлықтай өзгерте алатын заттар беттік белсенді заттар деп аталады.

Беттік белсенді зат - еріткішке аз мөлшерде қосылған кезде еріткіштің беттік керілуін айтарлықтай төмендетіп, жүйенің беттік күйін өзгерте алатын зат. Бұл практикалық қолдану талаптарын қанағаттандыру үшін ылғалдандыру немесе құрғату, эмульсиялау немесе деэмульсиялау, дисперсиялау немесе флокуляциялау, көбіктену немесе көбіктену, еріту, ылғалдандыру, стерилизациялау, жұмсарту, суды итеру, антистатикалық қасиет және коррозияға төзімділік сияқты бірқатар функцияларды тудырады.

Сабын негізіндегі беттік белсенді заттар алғаш рет біздің заманымызға дейінгі 2500 жылы ежелгі Египетте пайда болды, онда ежелгі мысырлықтар қой майы мен өсімдік күлінің қоспасынан тазартқыш заттар жасаған. Біздің заманымыздың 70-ші жылдары Рим империясының Плинийі қой майының алғашқы сабынын жасады. Сабын 1791 жылы француз химигі Николя Леблан натрий хлоридінің электролизі арқылы каустикалық соданы алу әдісін ашқанға дейін кең таралмады. Беттік белсенді заттардың дамуының екінші кезеңінің өнімі - күркетауық қызыл майы, ол сульфондалған кастор майы деп те аталады. Ол кастор майын төмен температурада концентрлі күкірт қышқылымен әрекеттесу, содан кейін натрий гидроксидімен бейтараптандыру арқылы синтезделеді. Күркетауық қызыл майы керемет эмульгаторлық күшімен, өткізгіштігімен, ылғалдануымен және диффузиялануымен мақтана алады және қатты суға, қышқылға және металл тұздарына төзімділігі жағынан сабыннан асып түседі.

3.2.2 Беттік белсенділіктің құрылымы

Беттік белсенді заттардың ерекше қасиеттері олардың ерекше молекулалық құрылымынан туындайды. Беттік белсенді заттар, әдетте, гидрофильді полярлық топтар мен липофильді полярлы емес гидрофобты топтарды қамтитын сызықтық молекулалар болып табылады.

Гидрофобты топтардың түзу тізбектер, тармақталған тізбектер және циклдік құрылымдар сияқты әртүрлі құрылымдары бар. Ең көп таралғандары - алкандар, алкендер, циклоалкандар және хош иісті көмірсутектерді қамтитын көмірсутек тізбектері, олардың көпшілігінде көміртек атомдарының саны 8-ден 20-ға дейін. Басқа гидрофобты топтарға майлы спирттер, алкилфенолдар және фтор, кремний және басқа элементтерді қамтитын атомдық топтар жатады. Гидрофильді топтар аниондық, катиондық, амфотерлі иондық және иондық емес түрлерге жіктеледі. Иондық беттік белсенді заттар электр зарядтарын тасымалдау үшін суда иондала алады, ал иондық емес беттік белсенді заттар суда иондала алмайды, бірақ полярлығы мен суда ерігіштігі бар.

3.2.3 Жалпы зиянды беттік белсенді заттар

Беттік-белсенді заттар адамның күнделікті өмірінде кеңінен қолданылады, бірақ олар сөзсіз химиялық заттар. Беттік-белсенді заттардың көптеген шикізаттары белгілі бір уыттылық және ластау қасиеттеріне ие. Сөзсіз, олар қоршаған ортаға зиян келтіреді; адамдармен жанасқан кезде олар теріні тітіркендіруі мүмкін, ал кейбіреулері тіпті күшті уыттылық пен коррозиялық қасиеттерге ие, бұл адам ағзасына ауыр зиян келтіреді. Төменде бірнеше кең таралған зиянды беттік-белсенді заттар келтірілген:

A. APEO

APEO - алкил бөлігінен және этокси бөлігінен тұратын иондық емес беттік белсенді заттың кең таралған түрі. Алкил бөлігінің көміртегі тізбегінің әртүрлі ұзындықтары және этокси бөлігінің әртүрлі қосу мөлшері әртүрлі формалар арасында айтарлықтай өнімділік айырмашылықтары бар APEO-ның көптеген түрлерінің пайда болуына әкеледі. APEO синтезі процесінде негізгі өнім канцерогенді емес, бірақ оның қосалқы өнімдері тері мен көзге коррозия тудырады, ал кейбіреулері тіпті ауыр жағдайларда қатерлі ісікке әкелуі мүмкін. Ол организмдерге тікелей зиян келтірмесе де, APEO қоршаған орта гормондарына қауіп төндіреді. Мұндай химиялық заттар адам ағзасына әртүрлі жолдармен енеді, эстрогенге ұқсас әсер етеді, адам гормондарының қалыпты секрециясын бұзады және еркек сперматозоидтарының санын одан әрі азайтады. Бұл тек адамдарға ғана зиянды емес; есептер оның синтетикалық шикізаты NPEO балықтарға да айтарлықтай зиян келтіретінін көрсетеді.

B. ПФОС

Толық атауы перфтороктан сульфонаты бар PFOS - перфторланған беттік белсенді заттар класының жалпы атауы. Оның қоршаған ортаға күшейту әсері бар. Ерекше физикалық және химиялық қасиеттеріне байланысты PFOS ыдырауы өте қиын және ең бағынбайтын заттардың бірі болып саналады. Жануарлар мен адам ағзасына қоректік тізбек арқылы енгеннен кейін ол көп мөлшерде жиналып, биологиялық денсаулыққа қатты қауіп төндіреді.

C. LAS

LAS қоршаған ортаға үлкен зиян келтіретін негізгі органикалық ластаушы зат болып табылады. Ол топырақтың физикалық және химиялық қасиеттерін, мысалы, топырақтың рН мәнін және су құрамын өзгертуі, осылайша өсімдіктердің өсуін тежеуі мүмкін. Сонымен қатар, су айдындарына түскен кезде LAS басқа ластаушы заттармен бірігіп, дисперсті коллоидты бөлшектер түзуі мүмкін және жас жоғары және төменгі организмдерге уыттылық көрсетеді.

D. Фторкөмірсутекті беттік белсенді заттар

PFOA және PFOS екі негізгі дәстүрлі фторкөміртек беттік белсенді заттар болып табылады. Тиісті зерттеулер мұндай қосылыстардың жоғары уыттылыққа ие екенін, қоршаған ортаның тұрақты ластануын тудыратынын және организмдерде көп мөлшерде жиналатынын көрсетті. Нәтижесінде, олар 2009 жылы Біріккен Ұлттар Ұйымының Тұрақты Органикалық Ластағыштар (ТОР) тізіміне енгізілді.

4 Жасыл және жаңа типті беттік белсенді заттар

A. Аминқышқылдарына негізделген беттік белсенді заттар

Аминқышқылдарына негізделген беттік белсенді заттар негізінен биомасса шикізатынан мол қоректік заттардан жасалады. Олардың улылығы төмен және жанама әсерлері, әлсіз қасиеттері, организмдерге тітіркендіргіштігі төмен және биологиялық ыдырауы өте жақсы. Суда иондаудан кейінгі гидрофильді топтардың зарядтық қасиеттеріне сәйкес оларды төрт санатқа бөлуге болады: катиондық, аниондық, иондық емес және амфотерлік. Кең таралған түрлеріне N-алкил аминқышқылы түрі, аминқышқылының эфир түрі және N-ацил аминқышқылы түрі жатады.

B. Ананас ферменттерінің беттік белсенді заттары

Ананас ферментті беттік белсенді заттар май экстракциясынан кейін қалған камелия тұқымының ұнын және майлы тортты, ананас қабығын ашытқы ұнтағымен, пектиназамен және басқа да микроорганизмдермен бірге ашыту арқылы алынады. Олардың белсенді ингредиенттерінің молекулалық құрылымы әлі күнге дейін түсініксіз болса да, тәжірибелік деректер олардың жуу тиімділігінің жақсы екенін дәлелдейді.

C. SAA

SAA - пальма майының туындысы. Жаңартылатын өсімдік шикізатынан жасалған өнім ретінде ол кеңінен назар аударды. Оны өндіру процесі экологиялық таза. Сонымен қатар, кальций мен магний иондарының мөлшері жоғары қатты суда ол LAS және AS сияқты жиі қолданылатын беттік белсенді заттарға қарағанда кальций тұздарын әлдеқайда баяу тұндырады, бұл практикалық қолдануда тамаша жуғыш зат береді дегенді білдіреді.

5 Жуғыш заттарды әзірлеудің болашағы

Әлемдік жуғыш заттар нарығында елдердің даму басымдықтары мен үрдістері әртүрлі, бірақ жуғыш заттарға арналған жалпы зерттеу бағыты тұрақты болып қала береді. Жуғыш заттардың концентрациясы мен сұйылту негізгі үрдістерге айналды, ал суды үнемдеу, қауіпсіздік, энергия үнемдеу, кәсібилік, қоршаған ортаға зиянсыздық және көп функциялылық танымал даму бағыттары ретінде пайда болды. Жуғыш заттардың негізгі шикізаты болып табылатын беттік белсенді заттар жұмсақтыққа, қосылыс құрамына және қоршаған ортаға үйлесімділікке қарай дамып келеді. Жоғары тиімділігімен, ерекшелігімен және экологиялық тазалығымен мақтана алатын ферменттік препараттар жуғыш заттарды әзірлеудегі зерттеудің басты нүктесіне айналды. Жалпы алғанда, жуғыш заттар өнеркәсібінің даму үрдістері келесідей қорытындыланады:

Жуғыш заттардың әртараптандырылуы, мамандандырылуы және сегменттелуі. Жуғыш заттарды пішіні бойынша қатты, ұнтақ, сұйық және гель түрлеріне; белсенді ингредиенттің құрамы бойынша концентрлі және кәдімгі түрлеріне; ал қаптамасы, түсі және хош иісі бойынша әртүрлі санаттарға бөлуге болады.

Сұйық жуғыш заттар ең перспективалы өнім санатына айналады. Қатты жуғыш заттармен салыстырғанда, сұйық жуғыш заттар төмен температурада жууда жақсы нәтиже көрсетеді, икемді формула дизайнымен және қарапайым өндіріс процестерімен ерекшеленеді. Олар сондай-ақ жабдыққа аз инвестиция салуды қажет етеді және өндіріс кезінде аз энергия тұтынады.

Жуғыш заттардың прогрессивті концентрациясы. 2009 жылдан бастап концентрацияланған жуғыш заттар үш негізгі санатқа бөлінді: концентрацияланған кір жуғыш ұнтақ, концентрацияланған кір жуғыш заттар және концентрацияланған сұйық жуғыш заттар. Концентрацияланған жуғыш заттардың дәстүрлі өнімдерге қарағанда айтарлықтай артықшылықтары бар, соның ішінде белсенді заттардың жоғары мөлшері, күшті жуғыш заттар және энергияны үнемдеу. Сонымен қатар, олар қаптама материалдарын үнемдейді, тасымалдау шығындарын азайтады және концентрацияланған формуласының арқасында қойма орнын аз алады.

Адам қауіпсіздігіне бағдарлану. Өмір сүру деңгейінің жақсаруымен адамдар жуғыш заттарды тек дақ кетіру өнімділігімен ғана бағаламайды. Адам қауіпсіздігі, уыттылығы жоқтығы және аздап тітіркендіргіштік тудырмауы жуғыш затты таңдаудың маңызды критерийлеріне айналды.

Экологиялық таза өнімді әзірлеу. Фосфор құрамдас жуғыш заттардың әсерінен туындаған эвтрофикация және ағартқыш заттардың қоршаған ортаға тигізетін жағымсыз әсері қоғамның кеңінен алаңдаушылығын тудырды. Жасыл химия талаптарына жауап ретінде жуғыш заттардың шикізат таңдауы біртіндеп экологиялық таза және жұмсақ нұсқаларға ауысуда.

Көп функциялылық. Көп функциялылық әртүрлі әлеуметтік өнімдердің басым даму үрдісі болып табылады, ал көп мақсатты күнделікті қажеттіліктер өмірде кең таралған. Болашақта жуғыш заттар дақтарды кетіруді зарарсыздандыру, дезинфекциялау және ағарту сияқты функциялармен біріктіреді.