1.Pengenalan
Dengan perkembangan industri kimia, taraf hidup manusia telah terus bertambah baik. Walaupun kehidupan telah meningkat dengan ketara, ia juga telah menyebabkan masalah alam sekitar yang teruk, malah membahayakan kesihatan dan keselamatan manusia. Memandangkan permintaan manusia terhadap kesihatan terus meningkat, keselamatan produk kimia yang terdapat di mana-mana dalam kehidupan seharian telah menarik perhatian awam yang meluas. Detergen, sebagai bahan kimia yang digunakan secara meluas dalam kehidupan seharian dan pengeluaran perindustrian, telah menarik kebimbangan awam yang tinggi terhadap keselamatannya.
Keselamatan produk kimia pernah jatuh ke dalam krisis kredibiliti. Situasi ini timbul di satu pihak daripada pergantungan yang tinggi terhadap pengeluaran detergen pada bahan mentah tradisional, dan di pihak yang lain pula disebabkan oleh kurangnya pengetahuan profesional orang ramai tentang proses pengeluaran kimia.
Dengan latar belakang ini, berpandukan konsep teras kimia hijau — “mengurangkan dan menghapuskan pencemaran alam sekitar di puncanya” — kajian ini mereka bentuk dan membangunkan bahan baharudetergenformulasi. Mesra alam sekitarsurfaktandan reagen kimia yang mampu menghalang mikroorganisma dalam air digunakan dalam formulasi detergen ini.
2.Status Pembangunan SemasaDetergen
Sejak manusia memasuki masyarakat bertamadun, aktiviti mencuci sentiasa menjadi bahagian yang tidak terpisahkan dalam kehidupan manusia. Sekitar 5,000 tahun yang lalu, manusia mula mengumpul bahan-bahan semula jadi yang mesra pencucian seperti buah belalang madu Cina dan komponen alkali dalam abu tumbuhan untuk tujuan pencucian. Tiga ratus tahun kemudian, surfaktan dihasilkan secara buatan oleh manusia. Lebih daripada satu abad yang lalu, sabun dicipta. Sejak itu, sabun yang diperbuat daripada gris, alkali, garam, rempah ratus dan pigmen telah menjadi detergen tradisional. Detergen sintetik buatan pertama, alkil naftalena sulfonat, muncul semasa Perang Dunia I. Ia dibangunkan oleh BASF Jerman pada tahun 1917 dan secara rasminya mula dikeluarkan pada tahun 1925. Populariti detergen sintetik berlaku selepas natrium alkil benzena sulfonat dan tetrapropilena alkil benzena ditemui dan secara rasminya dilancarkan ke dalam pengeluaran antara tahun 1935 dan 1939.
3.Bahan-bahan Berkesan dan Mekanisme TindakanDetergen
3.1MencuciPrinsip
Mencuci dalam erti kata umum merujuk kepada proses menanggalkan kotoran dari permukaan pembawa. Semasa mencuci, tindakan detergen melemahkan atau menghapuskan interaksi antara kotoran dan pembawa, menukar keadaan ikatan kotoran dan pembawa kepada keadaan ikatan kotoran dan detergen. Akhirnya, kotoran diasingkan daripada pembawa melalui pembilasan dan kaedah lain. Proses asas tindakan pencucian boleh dinyatakan dengan hubungan mudah berikut:
Pembawa·Kotoran + Detergen → Pembawa + Kotoran·Detergen
Lekatan kotoran pada objek dibahagikan kepada lekatan fizikal dan lekatan kimia. Lekatan fizikal selanjutnya merangkumi lekatan mekanikal dan lekatan elektrostatik.
Lekatan kimia terutamanya merujuk kepada lekatan yang dicapai melalui ikatan kimia. Contohnya, kesan protein dan karat yang melekat pada artikel gentian tergolong dalam lekatan kimia. Oleh kerana daya interaksi kimia bagi jenis lekatan ini pada amnya kuat, kotoran akan melekat kuat pada substrat dan sangat sukar untuk ditanggalkan, memerlukan kaedah rawatan khas.
Daya interaksi antara kotoran yang dilekatkan oleh lekatan fizikal dan substrat agak lemah, menjadikannya lebih mudah untuk disingkirkan berbanding dengan lekatan kimia. Kotoran dengan lekatan mekanikal mudah disingkirkan; ia hanya sukar untuk disingkirkan apabila zarah kotoran kecil (<0.1 μm). Lekatan elektrostatik menjelma sebagai interaksi antara zarah kotoran yang bercas dan cas yang bertentangan. Daya ini lebih kuat daripada daya mekanikal, mengakibatkan penyingkiran kotoran yang agak sukar.
Proses pencucian untuk penyingkiran kotoran secara amnya dianggap merangkumi peringkat berikut:
A. Penjerapan: Surfaktan dalam detergen mengalami penjerapan berarah pada antara muka antara kotoran dan pembawa.
B. Pembasahan dan Penembusan: Disebabkan oleh penjerapan arah antara muka surfaktan, detergen boleh menembusi antara kotoran dan pembawa, membasahi pembawa, dan mengurangkan daya lekatan antara kotoran dan pembawa.
C. Penyebaran dan Penstabilan Kotoran: Kotoran yang terpisah dari permukaan pembawa disebarkan, diemulsi atau dilarutkan dalam larutan detergen, memastikan kotoran yang terpisah tidak akan melekat semula pada permukaan yang dibersihkan.
3.1.1 Jenis-jenis Tanah
Tanah merujuk kepada bahan berminyak yang melekat pada pembawa serta pelekat bahan berminyak tersebut, yang mempunyai komposisi yang sangat kompleks. Berdasarkan bentuk yang berbeza, ia boleh dikelaskan secara kasar kepada tanah pepejal, tanah cecair dan tanah khas.
Tanah pepejal yang biasa termasuk karat, habuk, zarah karbon hitam dan sebagainya. Permukaan bahan-bahan ini biasanya membawa cas negatif, menjadikannya mudah melekat pada substrat. Kebanyakan tanah pepejal zarah tidak larut dalam air, namun ia boleh tersebar dengan mudah dalam larutan akueus yang mengandungi detergen; zarah pepejal yang lebih besar lebih mudah disingkirkan. Kebanyakan tanah cecair yang biasa adalah larut dalam minyak dan boleh menjalani penyabunan dengan larutan alkali, yang menjelaskan mengapa kebanyakan detergen adalah alkali. Tanah khas terutamanya merujuk kepada kotoran degil seperti kotoran darah, getah tumbuhan dan rembesan manusia. Jenis tanah ini terutamanya disingkirkan oleh peluntur, kerana sifat pengoksidaan yang kuat pada peluntur boleh memusnahkan kumpulan kromofornya.
3.2 Bahan Aktif dalam Detergen
Surfaktan, juga dikenali sebagai bahan aktif permukaan, merupakan komponen berfungsi utama dalam detergen. Ia larut dengan cepat dalam air dan mempamerkan sifat-sifat cemerlang termasuk penyahkontaminasi, pembuih, pelarutan, pengemulsian, pembasahan dan penyebaran.
3.2.1 Surfaktan: Asal Usul dan Perkembangan
Eksperimen telah menunjukkan bahawa penambahan bahan tertentu ke dalam air boleh mengubah tegangan permukaannya, dan bahan yang berbeza memberikan kesan yang berbeza-beza terhadap tegangan permukaan air.
Dari segi sifat mengurangkan tegangan permukaan, keupayaan untuk menurunkan tegangan permukaan pelarut ditakrifkan sebagai aktiviti permukaan, dan bahan dengan aktiviti permukaan dipanggil bahan aktif permukaan. Bahan yang boleh mengubah keadaan antara muka sistem larutan dengan ketara apabila ditambah dalam jumlah yang kecil dirujuk sebagai surfaktan.
Surfaktan ialah bahan yang, apabila ditambah kepada pelarut dalam dos yang kecil, boleh mengurangkan tegangan permukaan pelarut dengan ketara dan mengubah keadaan antara muka sistem. Ini menimbulkan beberapa fungsi seperti pembasahan atau pengeringan, pengemulsian atau demulsifikasi, penyebaran atau penggumpalan, pembuih atau penyahbuih, pelarutan, pelembapan, pensterilan, pelembutan, penghalau air, sifat antistatik dan rintangan kakisan, untuk memenuhi permintaan aplikasi praktikal.
Surfaktan berasaskan sabun pertama kali muncul di Mesir purba sekitar 2500 SM, di mana orang Mesir purba membuat produk pembersihan daripada campuran lemak kambing dan abu tumbuhan. Sekitar 70 Masihi, Pliny dari Empayar Rom mencipta bar sabun lemak kambing yang pertama. Sabun tidak mendapat populariti yang meluas sehingga tahun 1791, apabila ahli kimia Perancis Nicolas Leblanc menemui kaedah menghasilkan soda kaustik melalui elektrolisis natrium klorida. Produk peringkat kedua pembangunan surfaktan ialah Minyak Merah Turki, juga dikenali sebagai Minyak Jarak Bersulfonasi. Ia disintesis dengan bertindak balas dengan minyak jarak dengan asid sulfurik pekat pada suhu rendah, diikuti dengan peneutralan dengan natrium hidroksida. Minyak Merah Turki mempunyai kuasa pengemulsi, kebolehtelapan, kebolehbasahan dan kebolehresapan yang luar biasa, dan mengatasi sabun dalam rintangan terhadap air keras, asid dan garam logam.
3.2.2 Struktur Aktiviti Permukaan
Sifat unik surfaktan berpunca daripada struktur molekul khasnya. Surfaktan pada amnya merupakan molekul linear yang mengandungi kedua-dua kumpulan kutub hidrofilik dan kumpulan hidrofobik bukan kutub lipofilik.
Kumpulan hidrofobik mempunyai pelbagai struktur seperti rantai lurus, rantai bercabang dan struktur siklik. Yang paling biasa ialah rantai hidrokarbon termasuk alkana, alkena, sikloalkana dan hidrokarbon aromatik, dengan kebanyakan nombor atom karbon antara 8 hingga 20. Kumpulan hidrofobik lain termasuk alkohol lemak, alkilfenol dan kumpulan atom yang mengandungi fluorin, silikon dan unsur lain. Kumpulan hidrofilik dikategorikan kepada jenis anionik, kationik, amfoterik ionik dan bukan ionik. Surfaktan ionik boleh mengion dalam air untuk membawa cas elektrik, manakala surfaktan bukan ionik tidak boleh mengion dalam air tetapi mempunyai kekutuban dan keterlarutan air.
3.2.3 Surfaktan Berbahaya Biasa
Surfaktan digunakan secara meluas dalam kehidupan seharian manusia, namun ia tidak dapat dinafikan sebagai bahan kimia. Banyak bahan mentah untuk surfaktan mempunyai sifat ketoksikan dan pencemaran tertentu. Sudah tentu, ia menyebabkan kemudaratan kepada alam sekitar; apabila bersentuhan dengan manusia, ia boleh merengsakan kulit, dan ada juga yang mempunyai ketoksikan dan sifat menghakis yang kuat, menyebabkan kerosakan teruk pada tubuh manusia. Berikut adalah beberapa surfaktan berbahaya yang biasa:
A. APEO
APEO ialah sejenis surfaktan bukan ionik yang biasa, yang terdiri daripada bahagian alkil dan bahagian etoksi. Panjang rantai karbon bahagian alkil yang berbeza-beza dan kuantiti tambahan bahagian etoksi yang berbeza menghasilkan pelbagai bentuk APEO yang sedia ada dengan perbezaan prestasi yang ketara antara bentuk yang berbeza. Dalam proses sintesis APEO, produk utama adalah bukan karsinogenik, tetapi hasil sampingannya menghakis kulit dan mata, dan ada juga yang boleh menyebabkan kanser dalam kes yang teruk. Walaupun ia tidak membahayakan organisma secara langsung, APEO menimbulkan risiko hormon persekitaran. Bahan kimia sedemikian memasuki tubuh manusia melalui pelbagai laluan, memberikan kesan seperti estrogen, mengganggu rembesan hormon manusia yang normal, dan seterusnya mengurangkan bilangan sperma lelaki. Ia bukan sahaja berbahaya kepada manusia; laporan menunjukkan bahawa bahan mentah sintetiknya, NPEO, juga menyebabkan kerosakan yang besar kepada ikan.
B. PFOS
PFOS, yang dinamakan sepenuhnya Perfluorooctane Sulfonate, ialah istilah umum untuk kelas surfaktan perfluorinated. Ia mempunyai kesan penguatan persekitaran. Disebabkan sifat fizikal dan kimianya yang istimewa, PFOS amat sukar untuk diurai dan dianggap sebagai salah satu bahan yang paling degil. Selepas memasuki haiwan dan tubuh manusia melalui rantaian makanan, ia terkumpul dalam kuantiti yang banyak dan mengancam kesihatan biologi dengan teruk.
C. LAS
LAS merupakan bahan pencemar organik utama yang menyebabkan kemudaratan besar kepada alam sekitar. Ia boleh mengubah sifat fizikal dan kimia tanah, seperti mengubah nilai pH tanah dan kandungan air, sekali gus menghalang pertumbuhan tumbuhan. Di samping itu, apabila memasuki badan air, LAS boleh bergabung dengan bahan pencemar lain untuk membentuk zarah koloid yang tersebar dan menunjukkan ketoksikan kepada organisma juvana yang lebih tinggi dan organisma rendah.
D. Surfaktan Fluorokarbon
PFOA dan PFOS merupakan dua surfaktan fluorokarbon tradisional utama. Kajian berkaitan telah menunjukkan bahawa sebatian sedemikian mempunyai ketoksikan yang tinggi, menyebabkan pencemaran alam sekitar yang berterusan dan terkumpul secara besar-besaran dalam organisma. Akibatnya, ia telah disenaraikan sebagai Bahan Pencemar Organik Berterusan (POP) oleh Pertubuhan Bangsa-Bangsa Bersatu pada tahun 2009.
4 Surfaktan Hijau dan Jenis Baharu
A. Surfaktan Berasaskan Asid Amino
Surfaktan berasaskan asid amino kebanyakannya diperbuat daripada bahan mentah biojisim dengan sumber yang banyak. Ia mempunyai kesan toksik dan sampingan yang rendah, sifat ringan, kerengsaan yang rendah terhadap organisma, dan kebolehuraian biologi yang sangat baik. Mengikut sifat cas kumpulan hidrofilik selepas pengionan dalam air, ia juga boleh dikelaskan kepada empat kategori: kationik, anionik, bukan ionik dan amfoterik. Jenis biasa termasuk jenis asid amino N-alkil, jenis ester asid amino dan jenis asid amino N-asil.
B. Surfaktan Enzim Nanas
Surfaktan enzim nanas dihasilkan dengan menapai tepung biji kamelia dan kek minyak yang tinggal selepas pengekstrakan minyak, kulit nanas, bersama-sama dengan serbuk yis, pektinase dan mikroorganisma lain. Walaupun struktur molekul bahan aktifnya masih tidak jelas, data eksperimen membuktikan ia mempunyai prestasi pencucian yang baik.
C. SAA
SAA ialah terbitan minyak sawit. Sebagai produk yang diperbuat daripada bahan mentah tumbuhan yang boleh diperbaharui, ia telah menarik perhatian meluas. Proses pengeluarannya mesra alam. Tambahan pula, dalam air keras dengan kandungan ion kalsium dan magnesium yang tinggi, ia memendakkan garam kalsium dengan lebih perlahan daripada surfaktan yang biasa digunakan seperti LAS dan AS, bermakna ia memberikan detergensi yang cemerlang dalam aplikasi praktikal.
5 Prospek Pembangunan Detergen
Merentasi pasaran detergen global, negara-negara berbeza dari segi keutamaan dan trend pembangunan, namun hala tuju penyelidikan umum untuk produk detergen kekal konsisten. Kepekatan dan pencairan detergen telah menjadi trend arus perdana, manakala penjimatan air, keselamatan, penjimatan tenaga, profesionalisme, keramahan alam sekitar dan pelbagai fungsi telah muncul sebagai hala tuju pembangunan yang popular. Surfaktan, bahan mentah teras detergen, sedang berkembang ke arah kelembutan, formulasi sebatian dan keserasian alam sekitar. Persediaan enzim, yang mempunyai kecekapan tinggi, kekhususan dan keramahan alam sekitar, telah menjadi tumpuan penyelidikan dalam pembangunan detergen. Secara keseluruhan, trend pembangunan industri detergen diringkaskan seperti berikut:
Kepelbagaian, pengkhususan dan segmentasi produk detergen. Detergen boleh dibahagikan kepada jenis pepejal, serbuk, cecair dan gel mengikut bentuk; jenis pekat dan jenis biasa mengikut kandungan bahan aktif; dan pelbagai kategori mengikut pembungkusan, warna dan wangian.
Detergen cecair akan menjadi kategori produk yang paling menjanjikan. Berbanding dengan detergen pepejal, detergen cecair berfungsi lebih baik dalam pencucian suhu rendah, mempunyai reka bentuk formula yang lebih fleksibel dan proses pengeluaran yang lebih ringkas. Ia juga memerlukan pelaburan peralatan yang lebih sedikit dan menggunakan kurang tenaga semasa pengeluaran.
Kepekatan produk detergen secara progresif. Sejak tahun 2009, detergen pekat telah berkembang kepada tiga kategori utama: serbuk pencuci pekat, pod dobi pekat dan detergen cecair pekat. Detergen pekat mempunyai kelebihan yang luar biasa berbanding produk tradisional, termasuk kandungan bahan aktif yang tinggi, detergen yang kuat dan penjimatan tenaga. Selain itu, ia menjimatkan bahan pembungkusan, mengurangkan kos pengangkutan dan menempati ruang pergudangan yang lebih sedikit kerana formula pekatnya.
Orientasi keselamatan manusia. Dengan peningkatan taraf hidup, orang ramai tidak lagi hanya menilai detergen berdasarkan prestasi penyingkiran kotoran. Keselamatan manusia, ketidaktoksikan dan ketidakrengsaan ringan telah menjadi kriteria penting untuk pemilihan detergen.
Pembangunan produk mesra alam. Eutrofikasi yang disebabkan oleh detergen yang mengandungi fosforus dan kesan buruk agen peluntur terhadap alam sekitar telah menarik perhatian orang ramai yang meluas. Sebagai tindak balas kepada keperluan kimia hijau, pemilihan bahan mentah untuk detergen secara beransur-ansur beralih kepada pilihan yang mesra alam dan ringan.
Pelbagai fungsi. Pelbagai fungsi merupakan trend pembangunan yang lazim untuk pelbagai produk sosial, dan keperluan harian pelbagai guna telah menjadi perkara biasa dalam kehidupan. Pada masa hadapan, detergen akan menggabungkan penyingkiran kotoran dengan fungsi seperti pensterilan, pembasmian kuman dan pelunturan.
Masa siaran: 15 Mei 2026