1.Введение
Развитие химической промышленности привело к постоянному улучшению уровня жизни населения. Хотя качество жизни значительно улучшилось, это также вызвало серьезные экологические проблемы, даже угрожающие здоровью и безопасности человека. Поскольку требования людей к здоровью постоянно растут, безопасность химических продуктов, повсеместно используемых в повседневной жизни, привлекает широкое внимание общественности. Моющие средства, как химические вещества, широко используемые в повседневной жизни и промышленном производстве, вызывают особенно сильную обеспокоенность общественности по поводу их безопасности.
Безопасность химической продукции в очередной раз оказалась в кризисе доверия. Эта ситуация возникает, с одной стороны, из-за чрезмерной зависимости производства моющих средств от традиционного сырья, а с другой — из-за недостатка профессиональных знаний населения о процессах химического производства.
На этом фоне, руководствуясь ключевой концепцией «зеленой химии» — «сокращение и устранение загрязнения окружающей среды в источнике» — в рамках данного исследования разрабатываются и создаются новые технологии.моющее средствоСоставы. Экологически чистые.поверхностно-активные веществаВ состав данного моющего средства входят химические реагенты, способные подавлять микроорганизмы в воде.
2.Текущее состояние разработкиМоющие средства
С момента появления цивилизованного общества стирка всегда была неотъемлемой частью человеческой жизни. Около 5000 лет назад люди начали собирать природные вещества, благоприятные для стирки, такие как плоды китайской медоносной акации и щелочные компоненты в золе растений. Триста лет спустя люди начали искусственно производить поверхностно-активные вещества. Более века назад было изобретено мыло. С тех пор мыло, изготовленное из жира, щелочи, соли, специй и пигментов, стало традиционным моющим средством. Первое искусственно созданное моющее средство, алкилнафталенсульфонат, появилось во время Первой мировой войны. Оно было разработано немецкой компанией BASF в 1917 году и официально запущено в производство в 1925 году. Популяризация синтетических моющих средств произошла после открытия и официального запуска в производство алкилбензолсульфоната натрия и тетрапропиленалкилбензола в период с 1935 по 1939 год.
3.Эффективные ингредиенты и механизм действияМоющие средства
3.1СтиркаПринцип
В общем смысле, стирка — это процесс удаления загрязнений с поверхности носителя. Во время стирки действие моющего средства ослабляет или устраняет взаимодействие между грязью и носителем, преобразуя состояние сцепления грязи и носителя в состояние сцепления грязи и моющего средства. В конечном итоге, грязь отделяется от носителя посредством полоскания и других методов. Основной процесс стирки можно выразить следующим простым соотношением:
Носитель·Грязь + Моющее средство → Носитель + Грязь·Моющее средство
Адгезия загрязнений к объектам подразделяется на физическую и химическую. Физическая адгезия, в свою очередь, включает механическую и электростатическую адгезию.
Химическая адгезия в основном относится к адгезии, достигаемой за счет химических связей. Например, белковые пятна и ржавчина, прилипшие к волокнистым изделиям, относятся к химической адгезии. Поскольку сила химического взаимодействия при этом типе адгезии, как правило, велика, загрязнения прочно прикрепляются к основанию и их чрезвычайно трудно удалить, что требует специальных методов обработки.
Сила взаимодействия между загрязнениями, прикрепленными физическим путем, и подложкой относительно слаба, что облегчает их удаление по сравнению с химическим прилипанием. Загрязнения, прикрепленные механическим путем, легко удаляются; трудности возникают только при малых размерах частиц (<0,1 мкм). Электростатическое прилипание проявляется как взаимодействие между заряженными частицами загрязнений и противоположно заряженными частицами. Эта сила сильнее механической, что приводит к относительно трудному удалению загрязнений.
Процесс удаления загрязнений путем промывки обычно включает следующие этапы:
А. Адсорбция: Поверхностно-активные вещества в моющих средствах подвергаются направленной адсорбции на границе раздела между загрязнением и носителем.
B. Смачивание и проникновение: Благодаря направленной адсорбции поверхностно-активных веществ на границе раздела фаз, моющее средство может проникать между грязью и носителем, смачивать носитель и уменьшать силу адгезии между грязью и носителем.
C. Диспергирование и стабилизация загрязнений: Загрязнения, отделившиеся от поверхности носителя, диспергируются, эмульгируются или растворяются в растворе моющего средства, что гарантирует, что отделившиеся загрязнения не прилипнут повторно к очищенной поверхности.
3.1.1 Типы почв
Почва — это жирные вещества, прилипшие к носителям и связующим веществам таких жирных веществ, обладающие чрезвычайно сложным составом. В зависимости от формы её можно условно разделить на твёрдую почву, жидкую почву и особую почву.
К распространенным твердым загрязнениям относятся ржавчина, пыль, частицы сажи и тому подобное. Поверхности этих веществ обычно несут отрицательный заряд, что делает их склонными к прилипанию к субстратам. Большинство твердых загрязнений в виде частиц нерастворимы в воде, однако они легко диспергируются в водных растворах, содержащих моющие средства; более крупные твердые частицы удаляются легче. Большинство распространенных жидких загрязнений растворимы в масле и могут подвергаться омылению в щелочных растворах, что объясняет, почему большинство моющих средств имеют щелочную реакцию. К особым загрязнениям относятся в основном стойкие пятна, такие как пятна крови, растительный сок и человеческие выделения. Этот тип загрязнений в основном удаляется отбеливателями, поскольку сильные окислительные свойства отбеливателей могут разрушать их хромофорные группы.
3.2 Активные ингредиенты в моющих средствах
Поверхностно-активные вещества, также известные как ПАВ, являются основными функциональными компонентами моющих средств. Они быстро растворяются в воде и обладают превосходными свойствами, включая обеззараживание, пенообразование, растворение, эмульгирование, смачивание и диспергирование.
3.2.1 Поверхностно-активные вещества: происхождение и разработка
Эксперименты показали, что добавление определенных веществ в воду может изменять ее поверхностное натяжение, причем разные вещества оказывают различное воздействие на поверхностное натяжение воды.
С точки зрения свойства снижения поверхностного натяжения, способность снижать поверхностное натяжение растворителя определяется как поверхностная активность, а вещества, обладающие поверхностной активностью, называются поверхностно-активными веществами. Вещества, которые при добавлении в небольших количествах могут существенно изменять межфазное состояние раствора, называются поверхностно-активными веществами.
Поверхностно-активное вещество — это вещество, которое при добавлении к растворителю в очень малой дозировке может значительно снизить поверхностное натяжение растворителя и изменить межфазное состояние системы. Это приводит к ряду функций, таких как смачивание или осушение, эмульгирование или деэмульгирование, диспергирование или флокуляция, пенообразование или депенизация, растворение, увлажнение, стерилизация, размягчение, водоотталкивающие свойства, антистатические свойства и коррозионная стойкость, что отвечает требованиям практического применения.
Поверхностно-активные вещества на основе мыла впервые появились в Древнем Египте около 2500 года до нашей эры, где древние египтяне изготавливали чистящие средства из смеси бараньего жира и растительной золы. Около 70 года нашей эры Плиний из Римской империи создал первый брусок мыла на основе бараньего жира. Мыло не получило широкого распространения до 1791 года, когда французский химик Николя Леблан открыл метод получения каустической соды путем электролиза хлорида натрия. Продуктом второго этапа разработки поверхностно-активных веществ является турецкое красное масло, также известное как сульфированное касторовое масло. Оно синтезируется путем реакции касторового масла с концентрированной серной кислотой при низкой температуре с последующей нейтрализацией гидроксидом натрия. Турецкое красное масло обладает выдающимися эмульгирующими свойствами, проницаемостью, смачиваемостью и диффузионной способностью, а также превосходит мыло по устойчивости к жесткой воде, кислотам и солям металлов.
3.2.2 Структура поверхностной активности
Уникальные свойства поверхностно-активных веществ обусловлены их особой молекулярной структурой. Поверхностно-активные вещества, как правило, представляют собой линейные молекулы, содержащие как гидрофильные полярные группы, так и липофильные неполярные гидрофобные группы.
Гидрофобные группы имеют разнообразные структуры, такие как прямые цепи, разветвленные цепи и циклические структуры. Наиболее распространены углеводородные цепи, включая алканы, алкены, циклоалканы и ароматические углеводороды, причем число атомов углерода в большинстве случаев колеблется от 8 до 20. К другим гидрофобным группам относятся жирные спирты, алкилфенолы и атомные группы, содержащие фтор, кремний и другие элементы. Гидрофильные группы подразделяются на анионные, катионные, амфотерные, ионные и неионогенные. Ионные поверхностно-активные вещества могут ионизироваться в воде, перенося электрические заряды, тогда как неионогенные поверхностно-активные вещества не могут ионизироваться в воде, но обладают полярностью и растворимостью в воде.
3.2.3 Распространенные вредные поверхностно-активные вещества
Поверхностно-активные вещества (ПАВ) широко используются в повседневной жизни человека, однако они, несомненно, являются химическими веществами. Многие сырьевые материалы для производства ПАВ обладают определенной токсичностью и загрязняющими свойствами. Неизбежно, они наносят вред окружающей среде; при контакте с человеком они могут вызывать раздражение кожи, а некоторые даже обладают сильной токсичностью и коррозионными свойствами, нанося серьезный вред организму человека. Ниже представлены несколько распространенных вредных ПАВ:
А. АПЕО
АПЭО — это распространённый тип неионогенного поверхностно-активного вещества, состоящего из алкильной и этоксильной групп. Различная длина углеродной цепи алкильной части и различное количество этоксильной части приводят к появлению многочисленных форм АПЭО со значительными различиями в их характеристиках. В процессе синтеза АПЭО основной продукт не является канцерогенным, но его побочные продукты вызывают коррозию кожи и глаз, а некоторые в тяжёлых случаях могут даже вызывать рак. Хотя АПЭО не наносит прямого вреда организмам, он представляет собой гормональный риск для окружающей среды. Такие химические вещества попадают в организм человека различными путями, оказывают эстрогеноподобное действие, нарушают нормальную секрецию гормонов человека и дополнительно снижают количество сперматозоидов у мужчин. Он вреден не только для человека; отчёты указывают на то, что его синтетическое сырье НПЭО также наносит существенный вред рыбе.
Б. ПФОС
PFOS, полное название — перфтороктансульфонат, — это общее название класса перфторированных поверхностно-активных веществ. Он обладает эффектом усиления воздействия на окружающую среду. Благодаря своим особым физико-химическим свойствам, PFOS чрезвычайно трудно разлагается и считается одним из наиболее стойких веществ. Попадая в организм животных и человека через пищевую цепь, он накапливается в больших количествах и представляет серьезную угрозу для здоровья человека.
С. ЛАС
ЛАС — это основной органический загрязнитель, наносящий огромный вред окружающей среде. Он может изменять физические и химические свойства почвы, такие как изменение значения pH и содержания воды, тем самым подавляя рост растений. Кроме того, попадая в водоемы, ЛАС может соединяться с другими загрязнителями, образуя диспергированные коллоидные частицы, и проявляет токсичность для молодых высших и низших организмов.
D. Фторуглеродные поверхностно-активные вещества
PFOA и PFOS — два основных традиционных фторсодержащих поверхностно-активных вещества. Соответствующие исследования показали, что эти соединения обладают высокой токсичностью, вызывают стойкое загрязнение окружающей среды и накапливаются в организмах в больших количествах. Вследствие этого в 2009 году Организация Объединенных Наций включила их в список стойких органических загрязнителей (СОЗ).
4. Зеленые и новые типы поверхностно-активных веществ
А. Поверхностно-активные вещества на основе аминокислот
Поверхностно-активные вещества на основе аминокислот в основном изготавливаются из биомассы, доступной в больших количествах. Они отличаются низкой токсичностью и побочными эффектами, мягкими свойствами, низкой раздражающей способностью для организмов и отличной биоразлагаемостью. В зависимости от зарядовых свойств гидрофильных групп после ионизации в воде их также можно классифицировать на четыре категории: катионные, анионные, неионогенные и амфотерные. К распространенным типам относятся N-алкиламинокислотные, аминокислотные эфирные и N-ациламинокислотные.
В. Ферментные поверхностно-активные вещества из ананаса
Ферментные поверхностно-активные вещества на основе ананаса получают путем ферментации жмыха семян камелии и жмыха, оставшегося после экстракции масла, кожуры ананаса, а также дрожжевого порошка, пектиназы и других микроорганизмов. Хотя молекулярная структура их активных ингредиентов остается неясной, экспериментальные данные доказывают их хорошие моющие свойства.
С. САА
SAA — это производное пальмового масла. Как продукт, изготовленный из возобновляемого растительного сырья, он привлек широкое внимание. Процесс его производства экологичен. Более того, в жесткой воде с высоким содержанием ионов кальция и магния он осаждает соли кальция гораздо медленнее, чем обычно используемые поверхностно-активные вещества, такие как LAS и AS, что означает, что он обеспечивает превосходные моющие свойства в практическом применении.
5. Перспективы развития производства моющих средств
На мировом рынке моющих средств приоритеты и тенденции развития различаются в зависимости от страны, однако общее направление исследований в области моющих средств остается неизменным. Концентрирование и разжижение моющих средств стали основными тенденциями, в то время как водосбережение, безопасность, энергосбережение, профессионализм, экологичность и многофункциональность стали популярными направлениями развития. Поверхностно-активные вещества, являющиеся основным сырьем для моющих средств, развиваются в сторону большей мягкости, сложных составов и экологической совместимости. Ферментные препараты, отличающиеся высокой эффективностью, специфичностью и экологичностью, стали одним из наиболее актуальных направлений исследований в разработке моющих средств. В целом, тенденции развития индустрии моющих средств можно суммировать следующим образом:
Диверсификация, специализация и сегментация моющих средств. Моющие средства можно разделить на твердые, порошковые, жидкие и гелеобразные по форме; концентрированные и обычные по содержанию активных ингредиентов; а также различные категории по упаковке, цвету и аромату.
Жидкие моющие средства станут наиболее перспективной категорией продукции. По сравнению с твердыми моющими средствами, жидкие моющие средства лучше справляются со стиркой при низких температурах, отличаются более гибкой формулой и более простыми производственными процессами. Кроме того, они требуют меньших инвестиций в оборудование и потребляют меньше энергии в процессе производства.
Постепенное увеличение концентрации моющих средств. С 2009 года концентрированные моющие средства разделились на три основные категории: концентрированный стиральный порошок, концентрированные капсулы для стирки и концентрированное жидкое моющее средство. Концентрированные моющие средства обладают значительными преимуществами перед традиционными продуктами, включая высокое содержание активных веществ, высокую моющую способность и энергосбережение. Кроме того, благодаря концентрированной формуле они позволяют экономить упаковочные материалы, снижать транспортные расходы и занимать меньше складских площадей.
Ориентация на безопасность для человека. С повышением уровня жизни люди перестали оценивать моющие средства только по их способности удалять пятна. Безопасность для человека, нетоксичность и мягкое воздействие, не вызывающее раздражения, стали важнейшими критериями при выборе моющих средств.
Разработка экологически чистых продуктов. Эвтрофикация, вызванная моющими средствами, содержащими фосфор, и негативное воздействие отбеливающих веществ на окружающую среду вызывают широкую обеспокоенность общественности. В ответ на требования «зеленой химии» выбор сырья для моющих средств постепенно смещается в сторону экологически чистых и щадящих вариантов.
Многофункциональность. Многофункциональность — это преобладающая тенденция развития различных товаров повседневного спроса, и многофункциональные предметы первой необходимости стали обычным явлением в жизни. В будущем моющие средства будут сочетать в себе удаление пятен с такими функциями, как стерилизация, дезинфекция и отбеливание.
Дата публикации: 15 мая 2026 г.