1.Ievads
Līdz ar ķīmiskās rūpniecības attīstību cilvēku dzīves līmenis ir nepārtraukti uzlabojies. Lai gan dzīve ir ievērojami uzlabojusies, tā ir radījusi arī nopietnas vides problēmas, pat apdraudot cilvēku veselību un drošību. Tā kā cilvēku prasības pēc veselības aprūpes nepārtraukti pieaug, ķīmisko produktu, kas ir visuresoši ikdienas dzīvē, drošība ir piesaistījusi plašu sabiedrības uzmanību. Mazgāšanas līdzekļi kā ķīmiskās vielas, ko plaši izmanto ikdienas dzīvē un rūpnieciskajā ražošanā, ir izraisījuši īpaši lielas sabiedrības bažas par to drošību.
Ķīmisko produktu drošība reiz ir nonākusi uzticamības krīzē. Šī situācija, no vienas puses, rodas no mazgāšanas līdzekļu ražošanas lielās atkarības no tradicionālajām izejvielām, no otras puses, no sabiedrības profesionālo zināšanu trūkuma par ķīmiskās ražošanas procesiem.
Ņemot vērā iepriekš minēto, vadoties pēc zaļās ķīmijas pamatkoncepcijas — “vides piesārņojuma samazināšana un novēršana tā avotā” —, šajā pētījumā tiek izstrādāti un attīstīti jauni…mazgāšanas līdzeklisformulas. Videi draudzīgsvirsmaktīvās vielasŠajā mazgāšanas līdzekļa formulā ir izmantoti ķīmiskie reaģenti, kas spēj nomākt mikroorganismus ūdenī.
2.Pašreizējais attīstības statussMazgāšanas līdzekļi
Kopš cilvēces ienākšanas civilizētā sabiedrībā mazgāšanas aktivitātes vienmēr ir bijušas neaizstājama cilvēka dzīves sastāvdaļa. Apmēram pirms 5000 gadiem cilvēki mazgāšanas nolūkos sāka vākt dabiskas mazgāšanai draudzīgas vielas, piemēram, ķīniešu medus sēnes augļus un augu pelnu sārmainus komponentus. Trīssimt gadus vēlāk cilvēki mākslīgi ražoja virsmaktīvās vielas. Pirms vairāk nekā gadsimta tika izgudrotas ziepes. Kopš tā laika ziepes, kas izgatavotas no taukiem, sārmiem, sāls, garšvielām un pigmentiem, ir kļuvušas par tradicionālu mazgāšanas līdzekli. Pirmais mākslīgi sintētiskais mazgāšanas līdzeklis, alkilnaftalīna sulfonāts, parādījās Pirmā pasaules kara laikā. To 1917. gadā izstrādāja Vācijas uzņēmums BASF, un oficiāli ražošana tika uzsākta 1925. gadā. Sintētisko mazgāšanas līdzekļu popularizēšanās notika pēc tam, kad laikā no 1935. līdz 1939. gadam tika atklāts un oficiāli uzsākta ražošana ar nātrija alkilbenzolsulfonātu un tetrapropilēnalkilbenzolu.
3.Efektīvās sastāvdaļas un darbības mehānismsMazgāšanas līdzekļi
3.1MazgāšanaPrincips
Mazgāšana vispārīgā nozīmē attiecas uz netīrumu noņemšanas procesu no nesēja virsmas. Mazgāšanas laikā mazgāšanas līdzekļa darbība vājina vai novērš netīrumu un nesēja mijiedarbību, pārveidojot netīrumu un nesēja saistīšanās stāvokli netīrumu un mazgāšanas līdzekļa saistīšanās stāvoklī. Galu galā netīrumi tiek atdalīti no nesēja, skalojot un izmantojot citas metodes. Mazgāšanas pamatprocesu var izteikt ar šādu vienkāršu sakarību:
Nesējmašīnu·Netīrumi + Mazgāšanas līdzeklis → Nesējmašīnu + Netīrumi·Mazgāšanas līdzeklis
Netīrumu saķere ar priekšmetiem tiek iedalīta fizikālajā saķerē un ķīmiskajā saķerē. Fiziskā saķere ietver arī mehānisko saķeri un elektrostatisko saķeri.
Ķīmiskā adhēzija galvenokārt attiecas uz adhēziju, kas panākta ar ķīmisko saišu palīdzību. Piemēram, olbaltumvielu traipi un rūsa, kas pielipuši pie šķiedru izstrādājumiem, pieder pie ķīmiskās adhēzijas. Tā kā šāda veida adhēzijas ķīmiskās mijiedarbības spēks parasti ir spēcīgs, netīrumi ir cieši saistīti ar substrātu un tos ir ārkārtīgi grūti noņemt, tāpēc ir nepieciešamas īpašas apstrādes metodes.
Mijiedarbības spēks starp netīrumiem, kas piestiprināti ar fizisku adhēziju, un substrātu ir relatīvi vājš, tāpēc tos ir vieglāk noņemt salīdzinājumā ar ķīmisko adhēziju. Netīrumus ar mehānisku adhēziju ir viegli noņemt; tos ir grūti likvidēt tikai tad, ja netīrumu daļiņas ir mazas (<0,1 μm). Elektrostatiskā adhēzija izpaužas kā mijiedarbība starp lādētām netīrumu daļiņām un pretējiem lādiņiem. Šis spēks ir spēcīgāks par mehānisko spēku, kā rezultātā netīrumus ir relatīvi grūti noņemt.
Netīrumu noņemšanas mazgāšanas process parasti ietver šādus posmus:
A. Adsorbcija: mazgāšanas līdzekļu virsmaktīvās vielas tiek pakļautas virzītai adsorbcijai netīrumu un nesēja saskarnē.
B. Mitrināšana un iesūkšanās: virsmaktīvo vielu virziena adsorbcijas dēļ starp virsmām mazgāšanas līdzeklis var iekļūt starp netīrumiem un nesēju, samitrināt nesēju un samazināt adhēzijas spēku starp netīrumiem un nesēju.
C. Netīrumu dispersija un stabilizācija: No nesēja virsmas atdalītie netīrumi tiek disperģēti, emulģēti vai izšķīdināti mazgāšanas līdzekļa šķīdumā, nodrošinot, ka atdalītie netīrumi atkārtoti nepieķersies notīrītajai virsmai.
3.1.1 Augsnes veidi
Ar augsni saprot taukainas vielas, kas pielipušas pie nesējiem, kā arī šādu taukainu vielu līmvielas, kurām ir ārkārtīgi sarežģīts sastāvs. Pamatojoties uz dažādajām formām, tās var aptuveni klasificēt kā cietas augsnes, šķidras augsnes un īpašas augsnes.
Bieži sastopami cieti traipi ir rūsa, putekļi, kvēpu daļiņas un tamlīdzīgi. Šo vielu virsmām parasti ir negatīvi lādiņi, tāpēc tās mēdz pielipt pie substrātiem. Lielākā daļa daļiņu cieto traipu nešķīst ūdenī, tomēr tos var viegli izkliedēt ūdens šķīdumos, kas satur mazgāšanas līdzekļus; lielākas cietās daļiņas ir vieglāk noņemt. Lielākā daļa izplatītāko šķidro traipu šķīst eļļā un var tikt pārziepoti ar sārmainiem šķīdumiem, kas izskaidro, kāpēc lielākā daļa mazgāšanas līdzekļu ir sārmaini. Īpaši traipi galvenokārt attiecas uz grūti tīrāmiem traipiem, piemēram, asins traipiem, augu sulu un cilvēku sekrētiem. Šāda veida traipus galvenokārt noņem ar balinātājiem, jo balinātāju spēcīgā oksidējošā īpašība var iznīcināt to hromoforās grupas.
3.2 Aktīvās sastāvdaļas mazgāšanas līdzekļos
Virsmaktīvās vielas, kas pazīstamas arī kā virsmaktīvās vielas, ir galvenās mazgāšanas līdzekļu funkcionālās sastāvdaļas. Tās ātri šķīst ūdenī un tām piemīt izcilas īpašības, tostarp dekontaminācija, putošana, šķīdināšana, emulgācija, mitrināšana un disperģēšana.
3.2.1 Virsmaktīvās vielas: izcelsme un attīstība
Eksperimenti ir parādījuši, ka noteiktu vielu pievienošana ūdenim var mainīt tā virsmas spraigumu, un dažādas vielas atšķirīgi ietekmē ūdens virsmas spraigumu.
Runājot par spēju samazināt virsmas spraigumu, spēju pazemināt šķīdinātāja virsmas spraigumu definē kā virsmas aktivitāti, un vielas ar virsmas aktivitāti sauc par virsmaktīvajām vielām. Vielas, kas nelielā daudzumā var būtiski mainīt šķīduma sistēmas saskarnes stāvokli, sauc par virsmaktīvajām vielām.
Virsmaktīvā viela ir viela, kas, pievienojot šķīdinātājam nelielā devā, var ievērojami samazināt šķīdinātāja virsmas spraigumu un mainīt sistēmas saskarnes stāvokli. Tas rada virkni funkciju, piemēram, mitrināšanu vai atūdeņošanu, emulgāciju vai deemulsifikāciju, dispersiju vai flokulāciju, putošanu vai putu noņemšanu, šķīdināšanu, mitrināšanu, sterilizāciju, mīkstināšanu, ūdens atgrūšanu, antistatiskas īpašības un izturību pret koroziju, lai apmierinātu praktiskās pielietojuma prasības.
Virsmaktīvās vielas uz ziepju bāzes pirmo reizi parādījās Senajā Ēģiptē ap 2500. gadu p.m.ē., kur senie ēģiptieši gatavoja tīrīšanas līdzekļus no aitas tauku un augu pelnu maisījuma. Ap 70. gadu mūsu ērā Romas impērijas valdnieks Plīnijs radīja pirmo aitas tauku ziepju gabaliņu. Ziepes neguva plašu popularitāti līdz 1791. gadam, kad franču ķīmiķis Nikolā Leblāns atklāja kaustiskās sodas ražošanas metodi, izmantojot nātrija hlorīda elektrolīzi. Virsmaktīvās vielas izstrādes otrā posma produkts ir tītara sarkanā eļļa, kas pazīstama arī kā sulfonēta rīcineļļa. Tā tiek sintezēta, rīcineļļai reaģējot ar koncentrētu sērskābi zemā temperatūrā, kam seko neitralizācija ar nātrija hidroksīdu. Tītara sarkanajai eļļai piemīt izcila emulgācijas spēja, caurlaidība, mitrināmība un difūzijas spēja, un tā pārspēj ziepes izturības pret cietu ūdeni, skābēm un metālu sāļiem ziņā.
3.2.2 Virsmas aktivitātes struktūra
Virsmaktīvās vielas unikālās īpašības izriet no to īpašās molekulārās struktūras. Virsmaktīvās vielas parasti ir lineāras molekulas, kas satur gan hidrofilas polāras grupas, gan lipofilas nepolāras hidrofobas grupas.
Hidrofobām grupām ir dažādas struktūras, piemēram, taisnas ķēdes, sazarotas ķēdes un cikliskas struktūras. Visizplatītākās ir ogļūdeņražu ķēdes, tostarp alkāni, alkēni, cikloalkāni un aromātiskie ogļūdeņraži, kuru oglekļa atomu skaits vairumā gadījumu ir no 8 līdz 20. Citas hidrofobās grupas ietver taukspirtus, alkilfenolus un atomu grupas, kas satur fluoru, silīciju un citus elementus. Hidrofilās grupas iedala anjonu, katjonu, amfotēru jonu un nejonu tipos. Jonu virsmaktīvās vielas var jonizēties ūdenī, lai pārnestu elektriskos lādiņus, savukārt nejonu virsmaktīvās vielas nevar jonizēties ūdenī, bet tām piemīt polaritāte un šķīdība ūdenī.
3.2.3 Bieži sastopamas kaitīgas virsmaktīvās vielas
Virsmaktīvās vielas tiek plaši izmantotas cilvēku ikdienas dzīvē, tomēr tās neapšaubāmi ir ķīmiskas vielas. Daudzām virsmaktīvo vielu izejvielām piemīt noteiktas toksicitātes un piesārņojuma īpašības. Tās neizbēgami kaitē videi; nonākot saskarē ar cilvēkiem, tās var kairināt ādu, un dažām pat ir spēcīga toksicitāte un kodīgums, nodarot nopietnu kaitējumu cilvēka organismam. Turpmāk ir aprakstītas vairākas izplatītas kaitīgas virsmaktīvās vielas:
A. APEO
APEO ir izplatīts nejonu virsmaktīvās vielas veids, kas sastāv no alkildaļas un etoksidaļas. Dažādi alkildaļas oglekļa ķēdes garumi un dažādi etoksidaļas pievienošanas daudzumi rada daudzas esošas APEO formas ar ievērojamām veiktspējas atšķirībām starp dažādām formām. APEO sintēzes procesā galvenais produkts nav kancerogēns, bet tā blakusprodukti ir kodīgi ādai un acīm, un daži smagos gadījumos var pat izraisīt vēzi. Lai gan tas tieši nekaitē organismiem, APEO rada vides hormonu risku. Šādas ķīmiskās vielas nonāk cilvēka organismā pa dažādiem ceļiem, rada estrogēniem līdzīgu iedarbību, traucē normālu cilvēka hormonu sekrēciju un vēl vairāk samazina vīriešu spermatozoīdu skaitu. Tas ir kaitīgs ne tikai cilvēkiem; ziņojumi liecina, ka tā sintētiskā izejviela NPEO nodara ievērojamu kaitējumu arī zivīm.
B. PFOS
PFOS, pilnībā saukts par perfluoroktānsulfonātu, ir vispārīgs apzīmējums perfluorētu virsmaktīvo vielu klasei. Tam piemīt vides pastiprinoša iedarbība. Pateicoties tā īpašajām fizikālajām un ķīmiskajām īpašībām, PFOS ir ārkārtīgi grūti noārdāms, un to uzskata par vienu no nepakļāvīgākajām vielām. Pēc nonākšanas dzīvnieku un cilvēku organismā caur barības ķēdi tas uzkrājas lielos daudzumos un nopietni apdraud bioloģisko veselību.
C. LAS
LAS ir nozīmīgs organiskais piesārņotājs, kas nodara lielu kaitējumu videi. Tas var mainīt augsnes fizikālās un ķīmiskās īpašības, piemēram, augsnes pH vērtību un ūdens saturu, tādējādi kavējot augu augšanu. Turklāt, nonākot ūdenstilpēs, LAS var mijiedarboties ar citiem piesārņotājiem, veidojot izkliedētas koloīdas daļiņas, un tas ir toksisks gan augstāku, gan zemāku organismu mazuļiem.
D. Fluorogļūdeņraža virsmaktīvās vielas
PFOA un PFOS ir divas galvenās tradicionālās fluorogļūdeņraža virsmaktīvās vielas. Attiecīgie pētījumi liecina, ka šādiem savienojumiem ir augsta toksicitāte, tie rada pastāvīgu vides piesārņojumu un ievērojami uzkrājas organismos. Tāpēc Apvienoto Nāciju Organizācija 2009. gadā tos iekļāva noturīgo organisko piesārņotāju (POP) sarakstā.
4 Zaļās un jaunā tipa virsmaktīvās vielas
A. Aminoskābju bāzes virsmaktīvās vielas
Aminoskābju bāzes virsmaktīvās vielas galvenokārt tiek izgatavotas no biomasas izejvielām ar bagātīgiem avotiem. Tām ir zema toksicitāte un blakusparādības, vieglas īpašības, zems kairinājums organismiem un lieliska bioloģiskā noārdīšanās spēja. Atkarībā no hidrofilo grupu lādiņa īpašībām pēc jonizācijas ūdenī tās var iedalīt arī četrās kategorijās: katjonu, anjonu, nejonu un amfotēru. Izplatītākie veidi ir N-alkilaminoskābju tips, aminoskābju estera tips un N-acilaminoskābju tips.
B. Ananāsu enzīmu virsmaktīvās vielas
Ananāsu enzīmu virsmaktīvās vielas tiek ražotas, fermentējot kamēlijas sēklu miltus un eļļas raušus, kas paliek pēc eļļas ekstrakcijas, ananāsu mizu kopā ar rauga pulveri, pektināzi un citiem mikroorganismiem. Lai gan to aktīvo vielu molekulārā struktūra joprojām nav skaidra, eksperimentālie dati pierāda, ka tām ir labvēlīga mazgāšanas veiktspēja.
C. SAA
SAA ir palmu eļļas atvasinājums. Kā produkts, kas ražots no atjaunojamām augu izejvielām, tas ir piesaistījis plašu uzmanību. Tā ražošanas process ir videi draudzīgs. Turklāt cietā ūdenī ar augstu kalcija un magnija jonu saturu tas nogulsnē kalcija sāļus daudz lēnāk nekā parasti izmantotās virsmaktīvās vielas, piemēram, LAS un AS, kas nozīmē, ka tas praktiski nodrošina izcilu mazgāšanas spēju.
5. Mazgāšanas līdzekļa attīstības perspektīva
Visā pasaules mazgāšanas līdzekļu tirgū valstu attīstības prioritātes un tendences atšķiras, tomēr vispārējais mazgāšanas līdzekļu pētniecības virziens paliek nemainīgs. Mazgāšanas līdzekļu koncentrācija un sašķidrināšana ir kļuvusi par galvenajām tendencēm, savukārt ūdens taupīšana, drošība, enerģijas taupīšana, profesionalitāte, videi draudzīgums un daudzfunkcionalitāte ir kļuvušas par populāriem attīstības virzieniem. Virsmaktīvās vielas, mazgāšanas līdzekļu galvenās izejvielas, attīstās, virzoties uz maigumu, saliktu formulu un vides saderību. Enzīmu preparāti, kam raksturīga augsta efektivitāte, specifiskums un videi draudzīgums, ir kļuvuši par pētniecības centru mazgāšanas līdzekļu izstrādē. Kopumā mazgāšanas līdzekļu nozares attīstības tendences var apkopot šādi:
Mazgāšanas līdzekļu dažādošana, specializācija un segmentācija. Mazgāšanas līdzekļus var iedalīt cietos, pulverveida, šķidros un želejveida veidos pēc formas; koncentrētos un parastos veidos pēc aktīvās vielas satura; un dažādās kategorijās pēc iepakojuma, krāsas un smaržas.
Šķidrie mazgāšanas līdzekļi kļūs par daudzsološāko produktu kategoriju. Salīdzinot ar cietajiem mazgāšanas līdzekļiem, šķidrie mazgāšanas līdzekļi labāk darbojas mazgāšanā zemā temperatūrā, tiem ir elastīgāka formula un vienkāršāki ražošanas procesi. Tie arī prasa mazākus ieguldījumus iekārtās un patērē mazāk enerģijas ražošanas laikā.
Pakāpeniska mazgāšanas līdzekļu koncentrācija. Kopš 2009. gada koncentrētie mazgāšanas līdzekļi ir attīstījušies trīs galvenajās kategorijās: koncentrēts veļas pulveris, koncentrētas veļas kapsulas un koncentrēts šķidrais mazgāšanas līdzeklis. Koncentrētiem mazgāšanas līdzekļiem ir ievērojamas priekšrocības salīdzinājumā ar tradicionālajiem produktiem, tostarp augsts aktīvo vielu saturs, spēcīga mazgāšanas spēja un enerģijas taupīšana. Turklāt tie ietaupa iepakojuma materiālus, samazina transportēšanas izmaksas un aizņem mazāk vietas noliktavā, pateicoties to koncentrētajai formulai.
Orientācija uz cilvēku drošību. Uzlabojoties dzīves līmenim, cilvēki vairs nevērtē mazgāšanas līdzekļus tikai pēc traipu tīrīšanas spējas. Cilvēku drošība, netoksicitāte un viegla nekairinoša iedarbība ir kļuvuši par izšķirošiem kritērijiem mazgāšanas līdzekļu izvēlē.
Videi draudzīgu produktu izstrāde. Fosforu saturošu mazgāšanas līdzekļu izraisītā eitrofikācija un balinātāju nelabvēlīgā ietekme uz vidi ir izraisījusi plašas sabiedrības bažas. Reaģējot uz zaļās ķīmijas prasībām, mazgāšanas līdzekļu izejvielu izvēle pakāpeniski mainās, dodot priekšroku videi draudzīgām un maigām alternatīvām.
Daudzfunkcionalitāte. Daudzfunkcionalitāte ir dominējoša attīstības tendence dažādiem sociālajiem produktiem, un daudzfunkcionālas ikdienas vajadzības ir kļuvušas par ierastu parādību dzīvē. Nākotnē mazgāšanas līdzekļi integrēs traipu tīrīšanu ar tādām funkcijām kā sterilizācija, dezinfekcija un balināšana.
Publicēšanas laiks: 2026. gada 15. maijs