Detergent de vase și surfactanți

1.Introducere

Odată cu dezvoltarea industriei chimice, nivelul de trai al oamenilor s-a îmbunătățit continuu. Deși viața s-a îmbunătățit considerabil, aceasta a cauzat și probleme grave de mediu, punând în pericol chiar sănătatea și siguranța oamenilor. Pe măsură ce cerințele oamenilor pentru sănătate sunt în continuă creștere, siguranța produselor chimice omniprezente în viața de zi cu zi a atras atenția publicului larg. Detergenții, substanțe chimice utilizate pe scară largă în viața de zi cu zi și în producția industrială, au stârnit o îngrijorare publică deosebit de mare cu privire la siguranța lor.

Siguranța produselor chimice a intrat odată într-o criză de credibilitate. Această situație apare, pe de o parte, din dependența mare a producției de detergenți de materiile prime tradiționale, iar pe de altă parte, din lipsa de cunoștințe profesionale ale publicului despre procesele de producție chimică.

În acest context, ghidat de conceptul central al chimiei verzi - „reducerea și eliminarea poluării mediului la sursă” - acest studiu concepe și dezvoltă noi...detergentFormule ecologice.surfactanțiși în această formulare de detergent se adoptă reactivi chimici capabili să inhibe microorganismele din apă.

2.Starea actuală de dezvoltare aDetergenți

De când omenirea a intrat în societatea civilizată, activitățile de spălare au fost întotdeauna o parte indispensabilă a vieții umane. Acum aproximativ 5.000 de ani, oamenii au început să colecteze substanțe naturale prietenoase cu spălatul, cum ar fi fructele de salcâm chinezesc și componentele alcaline din cenușa plantelor, în scopuri de spălare. Trei sute de ani mai târziu, surfactanții au fost produși artificial de oameni. Acum mai bine de un secol, a fost inventat săpunul. De atunci, săpunul fabricat din grăsime, alcali, sare, condimente și pigmenți a devenit un detergent tradițional. Primul detergent sintetic artificial, alchil naftalin sulfonatul, a apărut în timpul Primului Război Mondial. A fost dezvoltat de BASF din Germania în 1917 și pus oficial în producție în 1925. Popularizarea detergenților sintetici a avut loc după ce alchilbenzen sulfonatul de sodiu și tetrapropilen alchil benzenul au fost descoperite și lansate oficial în producție între 1935 și 1939.

3.Ingrediente eficiente și mecanism de acțiune alDetergenți

3.1SpălatPrincipiu

Spălarea, în sens general, se referă la procesul de îndepărtare a murdăriei de pe suprafața unui suport. În timpul spălării, acțiunea detergentului slăbește sau elimină interacțiunea dintre murdărie și suport, transformând starea de legătură dintre murdărie și suport în starea de legătură dintre murdărie și detergent. În cele din urmă, murdăria este separată de suport prin clătire și alte metode. Procesul de bază al acțiunii de spălare poate fi exprimat prin următoarea relație simplă:

Purtător·Murdărie + Detergent → Purtător + Murdărie·Detergent

Aderența murdăriei la obiecte este împărțită în aderență fizică și aderență chimică. Aderența fizică include, de asemenea, aderența mecanică și aderența electrostatică.

Aderența chimică se referă în principal la aderența obținută prin legături chimice. De exemplu, petele de proteine ​​și rugina lipite de articolele din fibre aparțin aderenței chimice. Deoarece forța de interacțiune chimică a acestui tip de aderență este în general puternică, murdăria este strâns legată de substrat și extrem de dificil de îndepărtat, necesitând metode speciale de tratament.

Forța de interacțiune dintre murdăria atașată prin aderență fizică și substrat este relativ slabă, ceea ce face mai ușoară îndepărtarea acesteia în comparație cu aderența chimică. Murdăria cu aderență mecanică este ușor de îndepărtat; este dificil de eliminat doar atunci când particulele de murdărie sunt mici (<0,1 μm). Aderența electrostatică se manifestă ca interacțiunea dintre particulele de murdărie încărcate și sarcinile opuse. Această forță este mai puternică decât forța mecanică, rezultând o îndepărtare relativ dificilă a murdăriei.

Procesul de spălare pentru îndepărtarea murdăriei este, în general, considerat a include următoarele etape:

A. Adsorbție: Agenții tensioactivi din detergenți suferă o adsorbție direcțională la interfața dintre murdărie și purtător.

B. Umezire și penetrare: Datorită adsorbției direcționale interfaciale a agenților tensioactivi, detergentul poate pătrunde între murdărie și suport, poate umezi suportul și poate reduce forța de aderență dintre murdărie și suport.

C. Dispersia și stabilizarea murdăriei: Murdăria desprinsă de suprafața purtătoare este dispersată, emulsionată sau solubilizată în soluția de detergent, asigurându-se că murdăria desprinsă nu se va reatașa la suprafața curățată.

3.1.1 Tipuri de sol

Solul se referă la substanțele grase care aderă la purtători, precum și la adezivii acestor substanțe grase, având o compoziție extrem de complexă. Pe baza diferitelor forme, acesta poate fi clasificat aproximativ în sol solid, sol lichid și sol special.

Solurile solide comune includ rugina, praful, particulele de negru de fum și altele asemenea. Suprafețele acestor substanțe poartă de obicei sarcini negative, ceea ce le face predispuse la aderarea la substraturi. Majoritatea solurilor solide sub formă de particule sunt insolubile în apă, însă pot fi ușor dispersate în soluții apoase care conțin detergenți; particulele solide mai mari sunt mai ușor de îndepărtat. Cele mai comune soluri lichide sunt solubile în ulei și pot suferi saponificare cu soluții alcaline, ceea ce explică de ce majoritatea detergenților sunt alcalini. Solurile speciale se referă în principal la pete persistente, cum ar fi petele de sânge, seva plantelor și secrețiile umane. Acest tip de sol este îndepărtat în principal de către înălbitori, deoarece proprietatea puternic oxidantă a înălbitorilor poate distruge grupările lor cromofore.

3.2 Ingrediente active în detergenți

Agenții tensioactivi, cunoscuți și sub denumirea de substanțe tensioactive, sunt principalele componente funcționale ale detergenților. Aceștia se dizolvă rapid în apă și prezintă proprietăți excelente, inclusiv decontaminare, spumare, solubilizare, emulsionare, umectare și dispersare.

3.2.1 Surfactanți: Origine și dezvoltare

Experimentele au arătat că adăugarea anumitor substanțe în apă poate modifica tensiunea superficială a acesteia, iar diferite substanțe exercită efecte variate asupra tensiunii superficiale a apei.

În ceea ce privește proprietatea de reducere a tensiunii superficiale, capacitatea de a scădea tensiunea superficială a unui solvent este definită ca activitate superficială, iar substanțele cu activitate superficială se numesc substanțe tensioactive. Substanțele care pot modifica semnificativ starea interfacială a unui sistem de soluție atunci când sunt adăugate în cantități mici sunt denumite surfactanți.

Un surfactant este o substanță care, atunci când este adăugată la un solvent într-o doză mică, poate reduce semnificativ tensiunea superficială a solventului și poate modifica starea interfacială a sistemului. Acest lucru dă naștere unei serii de funcții, cum ar fi umectarea sau deumectarea, emulsificarea sau dezemulsificarea, dispersia sau flocularea, spumarea sau antispumarea, solubilizarea, hidratarea, sterilizarea, înmuierea, hidrorepelența, proprietățile antistatice și rezistența la coroziune, pentru a satisface cerințele aplicațiilor practice.

Surfactanții pe bază de săpun au apărut pentru prima dată în Egiptul antic în jurul anului 2500 î.Hr., unde egiptenii antici fabricau produse de curățare dintr-un amestec de grăsime de oaie și cenușă de plante. În jurul anului 70 d.Hr., Pliniu cel Mare din Imperiul Roman a creat prima bucată de săpun din grăsime de oaie. Săpunul nu a câștigat popularitate pe scară largă decât în ​​1791, când chimistul francez Nicolas Leblanc a descoperit metoda de producere a sodei caustice prin electroliza clorurii de sodiu. Un produs al celei de-a doua etape a dezvoltării surfactanților este uleiul roșu de curcan, cunoscut și sub numele de ulei de ricin sulfonat. Acesta este sintetizat prin reacția uleiului de ricin cu acid sulfuric concentrat la o temperatură scăzută, urmată de neutralizare cu hidroxid de sodiu. Uleiul roșu de curcan se mândrește cu o putere de emulsionare, permeabilitate, umectabilitate și difuzibilitate remarcabile și depășește săpunul în ceea ce privește rezistența la apa dură, acid și săruri metalice.

3.2.2 Structura activității de suprafață

Proprietățile unice ale surfactanților provin din structura lor moleculară specială. Surfactanții sunt în general molecule liniare care conțin atât grupări polare hidrofile, cât și grupări hidrofobe nepolare lipofile.

Grupările hidrofobe au structuri diverse, cum ar fi lanțuri liniare, lanțuri ramificate și structuri ciclice. Cele mai frecvente sunt lanțurile hidrocarbonate, inclusiv alcani, alchene, cicloalcani și hidrocarburi aromatice, cu majoritatea numerelor de atomi de carbon cuprinse între 8 și 20. Alte grupări hidrofobe includ alcooli grași, alchilfenoli și grupări atomice care conțin fluor, siliciu și alte elemente. Grupările hidrofile sunt clasificate în tipuri anionice, cationice, amfotere ionice și neionice. Agenții tensioactivi ionici se pot ioniza în apă pentru a transporta sarcini electrice, în timp ce agenții tensioactivi neionici nu se pot ioniza în apă, dar posedă polaritate și solubilitate în apă.

3.2.3 Surfactanți nocivi comuni

Agenții tensioactivi sunt utilizați pe scară largă în viața de zi cu zi a oamenilor, însă sunt, fără îndoială, substanțe chimice. Multe materii prime pentru surfactanți posedă anumite proprietăți de toxicitate și poluare. Inevitabil, aceștia dăunează mediului; la contactul cu oamenii, pot irita pielea, iar unii chiar prezintă o toxicitate și o corozivitate puternică, provocând daune grave organismului uman. Următoarele prezintă câțiva surfactanți nocivi comuni:

A. APEO

APEO este un tip comun de surfactant neionic, compus dintr-o grupare alchil și o grupare etoxi. Lungimile variabile ale lanțurilor de carbon ale părții alchil și cantitățile diferite de adaos ale părții etoxi au ca rezultat numeroase forme existente de APEO cu diferențe semnificative de performanță între diferite forme. În procesul de sinteză a APEO, produsul principal este non-cancerigen, dar produsele sale secundare sunt corozive pentru piele și ochi, iar unele pot chiar provoca cancer în cazuri grave. Deși nu dăunează direct organismelor, APEO prezintă un risc pentru hormonii de mediu. Astfel de substanțe chimice intră în corpul uman pe diverse căi, exercită efecte asemănătoare estrogenului, perturbă secreția normală de hormoni umani și reduc în continuare numărul de spermatozoizi masculini. Nu este dăunător doar oamenilor; rapoartele indică faptul că materia sa primă sintetică, NPEO, provoacă, de asemenea, daune substanțiale peștilor.

B. PFOS

PFOS, denumit complet sulfonat de perfluorooctan, este un termen general pentru o clasă de surfactanți perfluorinați. Are un efect de amplificare a mediului. Datorită proprietăților sale fizice și chimice speciale, PFOS este extrem de dificil de degradat și este considerat una dintre cele mai recalcitrante substanțe. După ce intră în organismul animalelor și al omului prin intermediul lanțului trofic, se acumulează în cantități mari și amenință grav sănătatea biologică.

C. LAS

LAS este un poluant organic major care provoacă daune mari mediului. Poate altera proprietățile fizice și chimice ale solului, cum ar fi schimbarea valorii pH-ului solului și a conținutului de apă, inhibând astfel creșterea plantelor. În plus, atunci când intră în corpurile de apă, LAS se poate combina cu alți poluanți pentru a forma particule coloidale dispersate și prezintă toxicitate pentru organismele superioare juvenile și organismele inferioare.

D. Agenți tensioactivi cu fluorocarburi

PFOA și PFOS sunt cei doi principali surfactanți fluorocarbonici tradiționali. Studiile relevante au arătat că acești compuși au o toxicitate ridicată, provoacă poluare persistentă a mediului și se acumulează masiv în organisme. Prin urmare, au fost incluși pe lista Națiunilor Unite ca poluanți organici persistenți (POP) în 2009.

4 surfactanți ecologici și de tip nou

A. Agenți tensioactivi pe bază de aminoacizi

Agenții tensioactivi pe bază de aminoacizi sunt fabricați în principal din materii prime din biomasă, provenite din surse abundente. Aceștia prezintă un nivel scăzut de toxicitate și efecte secundare, proprietăți blânde, iritații reduse pentru organisme și o biodegradabilitate excelentă. Conform proprietăților de sarcină ale grupărilor hidrofile după ionizare în apă, aceștia pot fi clasificați și în patru categorii: cationici, anionici, neionici și amfoteri. Tipurile comune includ aminoacizii de tip N-alchil, esterii de aminoacizi și aminoacizii de tip N-acil.

B. Agenți tensioactivi enzimatici pentru ananas

Surfactanții enzimatici ai ananasului sunt produși prin fermentarea făinii de semințe de camelie și a turtei de ulei rămase după extracția uleiului, a cojii de ananas, împreună cu pudra de drojdie, pectinază și alte microorganisme. Deși structura moleculară a ingredientelor lor active rămâne neclară, datele experimentale dovedesc că au performanțe de spălare favorabile.

C. SAA

SAA este un derivat din uleiul de palmier. Fiind un produs fabricat din materii prime vegetale regenerabile, a atras o atenție largă. Procesul său de producție este ecologic. Mai mult, în apa dură cu conținut ridicat de ioni de calciu și magneziu, precipită sărurile de calciu mult mai lent decât surfactanții utilizați în mod obișnuit, cum ar fi LAS și AS, ceea ce înseamnă că oferă o detergență remarcabilă în aplicații practice.

5 Perspective de dezvoltare a detergenților

Pe piața globală a detergenților, țările diferă în ceea ce privește prioritățile și tendințele de dezvoltare, însă direcția generală de cercetare pentru produsele detergente rămâne consistentă. Concentrarea și lichefierea detergenților au devenit tendințe principale, în timp ce conservarea apei, siguranța, economisirea energiei, profesionalismul, respectul pentru mediu și multifuncționalitatea au apărut ca direcții de dezvoltare populare. Agenții tensioactivi, materiile prime principale ale detergenților, evoluează către blândețe, formulări compuse și compatibilitate cu mediul. Preparatele enzimatice, care se mândresc cu eficiență ridicată, specificitate și respect față de mediu, au devenit un punct fierbinte de cercetare în dezvoltarea detergenților. Per total, tendințele de dezvoltare ale industriei detergenților sunt rezumate după cum urmează:

Diversificarea, specializarea și segmentarea produselor detergente. Detergenții pot fi împărțiți în tipuri solide, pudră, lichide și gel după formă; tip concentrat și tip obișnuit după conținutul de ingredient activ; și diverse categorii după ambalaj, culoare și parfum.

Detergenții lichizi vor deveni cea mai promițătoare categorie de produse. Comparativ cu detergenții solizi, detergenții lichizi au performanțe mai bune la spălarea la temperaturi scăzute, prezintă o formulă mai flexibilă și procese de producție mai simple. De asemenea, necesită investiții mai mici în echipamente și consumă mai puțină energie în timpul producției.

Concentrarea progresivă a produselor detergente. Din 2009, detergenții concentrați au evoluat în trei categorii principale: detergent de rufe concentrat, capsule de rufe concentrate și detergent lichid concentrat. Detergenții concentrați au avantaje remarcabile față de produsele tradiționale, inclusiv conținut ridicat de substanțe active, detergent puternic și economisire a energiei. În plus, economisesc materiale de ambalare, reduc costurile de transport și ocupă mai puțin spațiu de depozitare datorită formulei lor concentrate.

Orientare către siguranța umană. Odată cu îmbunătățirea nivelului de trai, oamenii nu mai evaluează detergenții doar în funcție de performanța de îndepărtare a petelor. Siguranța umană, non-toxicitatea și lipsa iritațiilor ușoare au devenit criterii cruciale pentru alegerea detergenților.

Dezvoltarea de produse ecologice. Eutrofizarea cauzată de detergenții care conțin fosfor și impactul negativ asupra mediului al agenților de albire au stârnit o îngrijorare publică pe scară largă. Ca răspuns la cerințele chimiei verzi, selecția materiilor prime pentru detergenți se îndreaptă treptat către opțiuni ecologice și blânde.

Multifuncționalizare. Multifuncționalitatea este o tendință de dezvoltare predominantă pentru diverse produse sociale, iar necesitățile zilnice multifuncționale au devenit comune în viață. În viitor, detergenții vor integra îndepărtarea petelor cu funcții precum sterilizarea, dezinfecția și albirea.