1.Introduksjon
Med utviklingen av den kjemiske industrien har folks levestandard blitt kontinuerlig forbedret. Selv om livet har blitt betraktelig forbedret, har det også forårsaket alvorlige miljøproblemer, til og med truet menneskers helse og sikkerhet. Etter hvert som folks krav til helse fortsetter å øke, har sikkerheten til kjemiske produkter som er allestedsnærværende i dagliglivet, fått bred offentlig oppmerksomhet. Vaskemidler, som kjemiske stoffer som er mye brukt i dagliglivet og industriell produksjon, har vakt særlig stor offentlig bekymring for deres sikkerhet.
Sikkerheten til kjemiske produkter har en gang havnet i en troverdighetskrise. Denne situasjonen oppstår på den ene siden på grunn av den store avhengigheten av tradisjonelle råvarer i produksjonen av vaskemidler, og på den andre siden på grunn av offentlighetens mangel på fagkunnskap om kjemiske produksjonsprosesser.
Mot denne bakgrunnen, veiledet av kjernekonseptet grønn kjemi – «å redusere og eliminere miljøforurensning ved kilden» – designer og utvikler denne studien nyevaskemiddelformuleringer. Miljøvennligoverflateaktive stofferog kjemiske reagenser som er i stand til å hemme mikroorganismer i vann, brukes i denne vaskemiddelformuleringen.
2.Nåværende utviklingsstatus forVaskemidler
Helt siden menneskeheten ble en del av det siviliserte samfunnet, har vaskeaktiviteter alltid vært en uunnværlig del av menneskelivet. For rundt 5000 år siden begynte mennesker å samle naturlige vaskevennlige stoffer som kinesisk honninggresshoppefrukt og alkaliske komponenter i planteaske til vaskeformål. For tre hundre år senere ble overflateaktive stoffer kunstig produsert av mennesker. For mer enn et århundre siden ble såpe oppfunnet. Siden den gang har såpe laget av fett, alkali, salt, krydder og pigmenter blitt et tradisjonelt vaskemiddel. Det første kunstig syntetiske vaskemiddelet, alkylnaftalensulfonat, dukket opp under første verdenskrig. Det ble utviklet av Tysklands BASF i 1917 og offisielt satt i produksjon i 1925. Populariseringen av syntetiske vaskemidler fant sted etter at natriumalkylbenzensulfonat og tetrapropylenalkylbenzen ble oppdaget og offisielt lansert i produksjon mellom 1935 og 1939.
3.Effektive ingredienser og virkningsmekanisme forVaskemidler
3.1VaskingPrinsipp
Vasking i generell forstand refererer til prosessen med å fjerne smuss fra overflaten av et bærerstoff. Under vask svekker eller eliminerer vaskemiddelets virkning samspillet mellom smuss og bærerstoff, og omdanner bindingstilstanden mellom smuss og bærerstoff til bindingstilstanden mellom smuss og vaskemiddel. Til slutt skilles smusset fra bæreren gjennom skylling og andre metoder. Den grunnleggende vaskeprosessen kan uttrykkes ved følgende enkle forhold:
Bæremiddel·Smuss + Vaskemiddel → Bæremiddel + Smuss·Vaskemiddel
Vedheft av smuss til gjenstander er delt inn i fysisk vedheft og kjemisk vedheft. Fysisk vedheft omfatter videre mekanisk vedheft og elektrostatisk vedheft.
Kjemisk adhesjon refererer hovedsakelig til adhesjon oppnådd gjennom kjemiske bindinger. For eksempel tilhører proteinflekker og rust som fester seg til fiberartikler kjemisk adhesjon. Siden den kjemiske interaksjonskraften til denne typen adhesjon generelt er sterk, er smusset tett bundet til underlaget og ekstremt vanskelig å fjerne, noe som krever spesielle behandlingsmetoder.
Samspillet mellom smuss festet ved fysisk adhesjon og underlaget er relativt svakt, noe som gjør det lettere å fjerne sammenlignet med kjemisk adhesjon. Smuss med mekanisk adhesjon er lett å fjerne; det er bare vanskelig å eliminere når smusspartiklene er små (<0,1 μm). Elektrostatisk adhesjon manifesterer seg som samspillet mellom ladede smusspartikler og motsatte ladninger. Denne kraften er sterkere enn mekanisk kraft, noe som resulterer i relativt vanskelig fjerning av smuss.
Vaskeprosessen for fjerning av smuss anses generelt å omfatte følgende trinn:
A. Adsorpsjon: Surfaktanter i vaskemidler gjennomgår retningsbestemt adsorpsjon ved grenseflaten mellom smuss og bærerstoff.
B. Fukting og penetrasjon: På grunn av den retningsbestemte adsorpsjonen av overflateaktive stoffer i grenseflaten, kan vaskemiddelet trenge inn mellom smuss og bæreren, fukte bæreren og redusere vedheftingskraften mellom smuss og bæreren.
C. Dispergering og stabilisering av smuss: Smuss som løsner fra bæreroverflaten dispergeres, emulgeres eller løses opp i vaskemiddelløsningen, slik at det løsnede smusset ikke fester seg til den rengjorte overflaten igjen.
3.1.1 Jordtyper
Jord refererer til fettholdige stoffer som fester seg til bærere samt klebemidler til slike fettholdige stoffer, med en ekstremt kompleks sammensetning. Basert på ulike former kan det grovt sett klassifiseres i fast jord, flytende jord og spesialjord.
Vanlige faste smusstyper inkluderer rust, støv, karbonrøykpartikler og lignende. Overflatene til disse stoffene har vanligvis negative ladninger, noe som gjør dem tilbøyelige til å feste seg til underlag. Mest partikkelformet fast smuss er vannuløselig, men det kan lett dispergeres i vandige løsninger som inneholder vaskemidler. Større faste partikler er lettere å fjerne. Mest vanlig flytende smuss er oljeløselig og kan forsåpning med alkaliske løsninger, noe som forklarer hvorfor de fleste vaskemidler er alkaliske. Spesielt smuss refererer hovedsakelig til gjenstridige flekker som blodflekker, plantesaft og menneskelige sekreter. Denne typen smuss fjernes primært av blekemidler, ettersom blekemidlenes sterke oksiderende egenskap kan ødelegge deres kromofore grupper.
3.2 Aktive ingredienser i vaskemidler
Surfaktanter, også kjent som overflateaktive stoffer, er de primære funksjonelle komponentene i vaskemidler. De løses raskt opp i vann og viser utmerkede egenskaper, inkludert dekontaminering, skumming, oppløselighet, emulgering, fukting og dispersjon.
3.2.1 Surfaktanter: Opprinnelse og utvikling
Eksperimenter har vist at tilsetning av visse stoffer til vann kan endre overflatespenningen, og forskjellige stoffer har ulik effekt på vannoverflatespenningen.
Når det gjelder egenskapen til å redusere overflatespenning, defineres evnen til å senke overflatespenningen til et løsningsmiddel som overflateaktivitet, og stoffer med overflateaktivitet kalles overflateaktive stoffer. Stoffer som kan endre grenseflatetilstanden til et løsningssystem betydelig når de tilsettes i små mengder, kalles overflateaktive stoffer.
Et overflateaktivt middel er et stoff som, når det tilsettes et løsningsmiddel i en liten dose, kan redusere løsningsmiddelets overflatespenning markant og endre systemets grenseflatetilstand. Dette gir opphav til en rekke funksjoner som fukting eller avfukting, emulgering eller demulgering, dispersjon eller flokkulering, skumming eller skumdemping, oppløselighet, fuktighetsgivende, sterilisering, mykgjøring, vannavstøtende egenskaper, antistatiske egenskaper og korrosjonsbestandighet, for å møte praktiske krav til anvendelse.
Såpebaserte overflateaktive stoffer dukket først opp i det gamle Egypt rundt 2500 f.Kr., hvor de gamle egypterne laget rengjøringsprodukter av en blanding av fårefett og planteaske. Rundt år 70 e.Kr. skapte Plinius av Romerriket den første stangen med fårefettsåpe. Såpe fikk ikke utbredt popularitet før i 1791, da den franske kjemikeren Nicolas Leblanc oppdaget metoden for å produsere kaustisk soda via elektrolyse av natriumklorid. Et produkt fra det andre trinnet i utviklingen av overflateaktive stoffer er kalkunrødolje, også kjent som sulfonert ricinusolje. Den syntetiseres ved å reagere ricinusolje med konsentrert svovelsyre ved lav temperatur, etterfulgt av nøytralisering med natriumhydroksid. Kalkunrødolje kan skryte av enestående emulgeringsevne, permeabilitet, fuktbarhet og diffusjonsevne, og overgår såpe i motstand mot hardt vann, syre og metallsalter.
3.2.2 Strukturen til overflateaktivitet
De unike egenskapene til overflateaktive stoffer stammer fra deres spesielle molekylstruktur. Overflateaktive stoffer er generelt lineære molekyler som inneholder både hydrofile polare grupper og lipofile ikke-polare hydrofobe grupper.
Hydrofobe grupper har forskjellige strukturer som rette kjeder, forgrenede kjeder og sykliske strukturer. De vanligste er hydrokarbonkjeder, inkludert alkaner, alkener, cykloalkaner og aromatiske hydrokarboner, med et antall karbonatomer fra 8 til 20. Andre hydrofobe grupper inkluderer fettalkoholer, alkylfenoler og atomgrupper som inneholder fluor, silisium og andre elementer. Hydrofile grupper er kategorisert i anioniske, kationiske, amfotere ioniske og ikke-ioniske typer. Ioniske overflateaktive stoffer kan ionisere i vann for å bære elektriske ladninger, mens ikke-ioniske overflateaktive stoffer ikke kan ionisere i vann, men har polaritet og vannløselighet.
3.2.3 Vanlige skadelige overflateaktive stoffer
Surfaktanter brukes mye i menneskers daglige liv, men de er utvilsomt kjemiske stoffer. Mange råvarer for overflateaktive stoffer har visse giftige og forurensende egenskaper. De forårsaker uunngåelig skade på miljøet; ved kontakt med mennesker kan de irritere huden, og noen har til og med sterk giftighet og etsende virkning, noe som forårsaker alvorlig skade på menneskekroppen. Følgende introduserer flere vanlige skadelige overflateaktive stoffer:
A. APEO
APEO er en vanlig type ikke-ionisk overflateaktivt middel, sammensatt av en alkyldel og en etoksydel. Varierende karbonkjedelengder i alkyldelen og forskjellige tilsatte mengder av etoksydelen resulterer i en rekke eksisterende former for APEO med betydelige ytelsesforskjeller mellom forskjellige former. I synteseprosessen av APEO er hovedproduktet ikke-kreftfremkallende, men biproduktene er etsende for hud og øyne, og noen kan til og med forårsake kreft i alvorlige tilfeller. Selv om det ikke direkte skader organismer, utgjør APEO en miljøhormonrisiko. Slike kjemiske stoffer kommer inn i menneskekroppen gjennom forskjellige ruter, utøver østrogenlignende effekter, forstyrrer normal menneskelig hormonsekresjon og reduserer ytterligere mannlig sædkvalitet. Det er ikke bare skadelig for mennesker; rapporter indikerer at det syntetiske råmaterialet NPEO også forårsaker betydelig skade på fisk.
B. PFOS
PFOS, fullt navngitt perfluoroktansulfonat, er en generell betegnelse for en klasse perfluorerte overflateaktive stoffer. Det har en miljøforsterkende effekt. På grunn av sine spesielle fysiske og kjemiske egenskaper er PFOS ekstremt vanskelig å bryte ned og regnes som et av de mest gjenstridige stoffene. Etter å ha kommet inn i dyr og menneskekroppen via næringskjeden, akkumuleres det i store mengder og truer den biologiske helsen alvorlig.
C. LAS
LAS er et stort organisk miljøgifter som forårsaker stor skade på miljøet. Det kan endre jordens fysiske og kjemiske egenskaper, som å endre jordens pH-verdi og vanninnhold, og dermed hemme plantevekst. I tillegg kan LAS, når det kommer inn i vannforekomster, kombineres med andre forurensende stoffer for å danne spredte kolloidale partikler og være giftige for unge høyerestående organismer og laverestående organismer.
D. Fluorkarbonoverflateaktive stoffer
PFOA og PFOS er de to viktigste tradisjonelle fluorkarbon-overflateaktive stoffene. Relevante studier har vist at slike forbindelser har høy toksisitet, forårsaker vedvarende miljøforurensning og akkumuleres massivt i organismer. Følgelig ble de oppført som persistente organiske miljøgifter (POP-er) av FN i 2009.
4 grønne og nye typer overflateaktive stoffer
A. Aminosyrebaserte overflateaktive stoffer
Aminosyrebaserte overflateaktive stoffer er hovedsakelig laget av biomasseråvarer med rikelig med kilder. De har lav toksisitet og bivirkninger, milde egenskaper, lav irritasjon for organismer og utmerket biologisk nedbrytbarhet. I henhold til ladningsegenskapene til hydrofile grupper etter ionisering i vann, kan de også klassifiseres i fire kategorier: kationiske, anioniske, ikke-ioniske og amfotere. Vanlige typer inkluderer N-alkylaminosyretype, aminosyreestertype og N-acylaminosyretype.
B. Ananasenzymoverflateaktive stoffer
Ananas-enzymoverflateaktive stoffer produseres ved å fermentere kameliamel og oljekake som er igjen etter oljeutvinning, ananasskall, sammen med gjærpulver, pektinase og andre mikroorganismer. Selv om den molekylære strukturen til de aktive ingrediensene fortsatt er uklar, viser eksperimentelle data at de har gunstig vaskeevne.
C. SAA
SAA er et palmeoljederivat. Som et produkt laget av fornybare planteråvarer har det fått bred oppmerksomhet. Produksjonsprosessen er miljøvennlig. Dessuten utfeller det kalsiumsalter mye saktere i hardt vann med høyt kalsium- og magnesiumioninnhold enn vanlige overflateaktive stoffer som LAS og AS, noe som betyr at det gir enestående vaskeevne i praktiske anvendelser.
5 Utsikter for utvikling av vaskemidler
På tvers av det globale vaskemiddelmarkedet varierer landene i utviklingsprioriteringer og trender, men den generelle forskningsretningen for vaskemiddelprodukter forblir konsistent. Konsentrasjon og flytendegjøring av vaskemidler har blitt vanlige trender, mens vannsparing, sikkerhet, energisparing, profesjonalitet, miljøvennlighet og multifunksjonalitet har dukket opp som populære utviklingsretninger. Surfaktanter, de viktigste råvarene i vaskemidler, utvikler seg mot mildhet, sammensatt formulering og miljøkompatibilitet. Enzympreparater, som kan skryte av høy effektivitet, spesifisitet og miljøvennlighet, har blitt et forskningsfokus innen vaskemiddelutvikling. Samlet sett er utviklingstrendene i vaskemiddelindustrien oppsummert som følger:
Diversifisering, spesialisering og segmentering av vaskemidler. Vaskemidler kan deles inn i faste, pulver-, flytende og geltyper etter form; konsentrert type og vanlig type etter innhold av aktive ingredienser; og ulike kategorier etter emballasje, farge og duft.
Flytende vaskemidler vil bli den mest lovende produktkategorien. Sammenlignet med faste vaskemidler yter flytende vaskemidler bedre ved vask ved lav temperatur, har mer fleksibel formeldesign og enklere produksjonsprosesser. De krever også mindre utstyrsinvesteringer og bruker mindre energi under produksjonen.
Progressiv konsentrasjon av vaskemidler. Siden 2009 har konsentrerte vaskemidler utviklet seg til tre hovedkategorier: konsentrert vaskepulver, konsentrerte tøykapsler og konsentrert flytende vaskemiddel. Konsentrerte vaskemidler har bemerkelsesverdige fordeler i forhold til tradisjonelle produkter, inkludert høyt innhold av aktive stoffer, sterk vaskeevne og energibesparelse. I tillegg sparer de emballasjematerialer, reduserer transportkostnader og tar opp mindre lagerplass på grunn av den konsentrerte formelen.
Menneskesikkerhetsorientering. Med forbedret levestandard vurderer ikke lenger folk vaskemidler bare etter flekkfjerningsevne. Menneskesikkerhet, giftfrihet og mild ikke-irritasjon har blitt avgjørende kriterier for valg av vaskemiddel.
Miljøvennlig produktutvikling. Eutrofiering forårsaket av fosforholdige vaskemidler og negative miljøpåvirkninger fra blekemidler har vakt utbredt offentlig bekymring. Som svar på kravene til grønn kjemi, endres valg av råvarer for vaskemidler gradvis mot miljøvennlige og milde alternativer.
Multifunksjonalisering. Multifunksjonalitet er en rådende utviklingstrend for ulike sosiale produkter, og flerbruksprodukter i hverdagen har blitt vanlige. I fremtiden vil vaskemidler integrere flekkfjerning med funksjoner som sterilisering, desinfeksjon og bleking.
Publiseringstid: 15. mai 2026