1.Úvod
S rozvojom chemického priemyslu sa životná úroveň ľudí neustále zlepšuje. Hoci sa život výrazne zlepšil, spôsobil aj vážne environmentálne problémy, ktoré dokonca ohrozili ľudské zdravie a bezpečnosť. Vzhľadom na neustále rastúce nároky ľudí na zdravie si bezpečnosť chemických výrobkov, ktoré sú všadeprítomné v každodennom živote, získala širokú pozornosť verejnosti. Čistiace prostriedky ako chemické látky široko používané v každodennom živote a priemyselnej výrobe vyvolávajú obzvlášť veľké obavy verejnosti o ich bezpečnosť.
Bezpečnosť chemických výrobkov sa kedysi ocitla v kríze dôveryhodnosti. Táto situácia vyplýva na jednej strane z veľkej závislosti výroby čistiacich prostriedkov od tradičných surovín a na druhej strane z nedostatku odborných znalostí verejnosti o procesoch chemickej výroby.
Na tomto pozadí, vedená základnou koncepciou zelenej chémie – „zníženie a odstránenie znečistenia životného prostredia pri zdroji“ – táto štúdia navrhuje a vyvíja novéprací prostriedokzloženia. Šetrné k životnému prostrediupovrchovo aktívne látkya v tomto zložení detergentu sa používajú chemické činidlá schopné inhibovať mikroorganizmy vo vode.
2.Aktuálny stav vývojaČistiace prostriedky
Odkedy ľudstvo vstúpilo do civilizovanej spoločnosti, pranie je vždy neoddeliteľnou súčasťou ľudského života. Približne pred 5 000 rokmi začali ľudia zbierať prírodné látky vhodné na pranie, ako sú plody čínskeho agátu a alkalické zložky v rastlinnom popole, na pracie účely. O tristo rokov neskôr si ľudia umelo vyrobili povrchovo aktívne látky. Pred viac ako storočím bolo vynájdené mydlo. Odvtedy sa mydlo vyrobené z tuku, zásad, soli, korenín a pigmentov stalo tradičným pracím prostriedkom. Prvý umelo syntetický prací prostriedok, alkylnaftalénsulfonát, sa objavil počas prvej svetovej vojny. Vyvinula ho nemecká spoločnosť BASF v roku 1917 a oficiálne bol uvedený do výroby v roku 1925. Popularizácia syntetických pracích prostriedkov nastala po objavení a oficiálnom uvedení do výroby alkylbenzénsulfonátu sodného a tetrapropylénalkylbenzénu v rokoch 1935 až 1939.
3.Účinné zložky a mechanizmus účinkuČistiace prostriedky
3.1UmývaniePrincíp
Pranie vo všeobecnom zmysle označuje proces odstraňovania nečistôt z povrchu nosiča. Počas prania pôsobenie čistiaceho prostriedku oslabuje alebo eliminuje interakciu medzi nečistotami a nosičom, čím sa premieňa spojovací stav nečistôt a nosiča na spojovací stav nečistôt a čistiaceho prostriedku. Nakoniec sa nečistoty od nosiča oddelia oplachovaním a inými metódami. Základný proces prania možno vyjadriť nasledujúcim jednoduchým vzťahom:
Nosič·Nečistoty + Čistiaci prostriedok → Nosič + Nečistoty·Čistiaci prostriedok
Priľnavosť nečistôt k predmetom sa delí na fyzikálnu adhéziu a chemickú adhéziu. Fyzikálna adhézia ďalej zahŕňa mechanickú adhéziu a elektrostatickú adhéziu.
Chemická adhézia sa vzťahuje najmä na adhéziu dosiahnutú chemickými väzbami. Napríklad škvrny od bielkovín a hrdza priľnuté k vláknitým výrobkom patria k chemickej adhézii. Keďže sila chemickej interakcie tohto typu adhézie je vo všeobecnosti silná, nečistoty sa pevne spoja so substrátom a je mimoriadne ťažké ich odstrániť, čo si vyžaduje špeciálne metódy úpravy.
Interakčná sila medzi nečistotami prichytenými fyzickou adhéziou a podkladom je relatívne slabá, čo uľahčuje ich odstránenie v porovnaní s chemickou adhéziou. Nečistoty s mechanickou adhéziou sa ľahko odstraňujú; je ťažké ich odstrániť iba vtedy, ak sú častice nečistôt malé (<0,1 μm). Elektrostatická adhézia sa prejavuje ako interakcia medzi nabitými časticami nečistôt a opačnými nábojmi. Táto sila je silnejšia ako mechanická sila, čo má za následok relatívne ťažké odstránenie nečistôt.
Proces umývania na odstránenie nečistôt sa všeobecne považuje za zahŕňajúci nasledujúce kroky:
A. Adsorpcia: Povrchovo aktívne látky v detergentoch podliehajú smerovej adsorpcii na rozhraní medzi nečistotami a nosičom.
B. Zmáčanie a penetrácia: Vďaka smerovej adsorpcii povrchovo aktívnych látok na rozhraní môže detergent preniknúť medzi nečistoty a nosič, zmáčať nosič a znižovať adhéznu silu medzi nečistotami a nosičom.
C. Disperzia a stabilizácia nečistôt: Nečistoty oddelené od povrchu nosiča sa dispergujú, emulgujú alebo rozpúšťajú v roztoku čistiaceho prostriedku, čím sa zabezpečí, že oddelené nečistoty sa opäť neprichytia na čistený povrch.
3.1.1 Typy pôdy
Pôda sa vzťahuje na mastné látky priľnuté k nosičom, ako aj na lepidlá takýchto mastných látok, ktoré sa vyznačujú mimoriadne zložitým zložením. Na základe rôznych foriem ju možno zhruba rozdeliť na pevnú pôdu, tekutú pôdu a špeciálnu pôdu.
Medzi bežné pevné nečistoty patrí hrdza, prach, častice čierneho uhlíka a podobne. Povrchy týchto látok zvyčajne nesú záporný náboj, vďaka čomu sú náchylné na priľnutie k podkladom. Väčšina pevných nečistôt vo forme častíc je nerozpustná vo vode, no možno ich ľahko dispergovať vo vodných roztokoch obsahujúcich detergenty; väčšie pevné častice sa ľahšie odstraňujú. Väčšina bežných kvapalných nečistôt je rozpustná v oleji a môže podliehať saponifikácii alkalickými roztokmi, čo vysvetľuje, prečo je väčšina detergentov alkalická. Špeciálne nečistoty sa vzťahujú najmä na odolné škvrny, ako sú krvné škvrny, rastlinná miazga a ľudské sekréty. Tento typ nečistôt sa odstraňuje predovšetkým bielidlami, pretože silná oxidačná vlastnosť bielidiel môže zničiť ich chromoforické skupiny.
3.2 Účinné látky v detergentoch
Povrchovo aktívne látky, známe aj ako povrchovo aktívne látky, sú hlavnými funkčnými zložkami detergentov. Rýchlo sa rozpúšťajú vo vode a vykazujú vynikajúce vlastnosti vrátane dekontaminácie, penenia, solubilizácie, emulgácie, zmáčania a disperzie.
3.2.1 Povrchovo aktívne látky: Pôvod a vývoj
Experimenty ukázali, že pridanie určitých látok do vody môže zmeniť jej povrchové napätie a rôzne látky majú rôzne účinky na povrchové napätie vody.
Pokiaľ ide o vlastnosť znižovania povrchového napätia, schopnosť znižovať povrchové napätie rozpúšťadla sa definuje ako povrchová aktivita a látky s povrchovou aktivitou sa nazývajú povrchovo aktívne látky. Látky, ktoré môžu po pridaní malých množstiev významne zmeniť stav rozhrania roztokového systému, sa označujú ako povrchovo aktívne látky.
Povrchovo aktívna látka je látka, ktorá po pridaní do rozpúšťadla v malej dávke môže výrazne znížiť povrchové napätie rozpúšťadla a zmeniť stav rozhrania systému. To vedie k sérii funkcií, ako je zmáčanie alebo odmáčanie, emulgácia alebo deemulgácia, disperzia alebo flokulácia, penenie alebo odpeňovanie, solubilizácia, zvlhčovanie, sterilizácia, zmäkčovanie, vodoodpudivosť, antistatické vlastnosti a odolnosť voči korózii, aby sa splnili požiadavky praktickej aplikácie.
Povrchovo aktívne látky na báze mydla sa prvýkrát objavili v starovekom Egypte okolo roku 2500 pred Kristom, kde starí Egypťania vyrábali čistiace prostriedky zo zmesi baranieho tuku a rastlinného popola. Okolo roku 70 n. l. Plínius z Rímskej ríše vytvoril prvú kocku mydla z baranieho tuku. Mydlo získalo širokú popularitu až v roku 1791, keď francúzsky chemik Nicolas Leblanc objavil metódu výroby hydroxidu sodného elektrolýzou chloridu sodného. Produktom druhej fázy vývoja povrchovo aktívnych látok je morčací červený olej, známy aj ako sulfónovaný ricínový olej. Syntetizuje sa reakciou ricínového oleja s koncentrovanou kyselinou sírovou pri nízkej teplote, po ktorej nasleduje neutralizácia hydroxidom sodným. Morčací červený olej sa pýši vynikajúcou emulgačnou silou, priepustnosťou, zmáčateľnosťou a difúznosťou a prekonáva mydlo v odolnosti voči tvrdej vode, kyselinám a kovovým soliam.
3.2.2 Štruktúra povrchovej aktivity
Unikátne vlastnosti povrchovo aktívnych látok vyplývajú z ich špeciálnej molekulárnej štruktúry. Povrchovo aktívne látky sú vo všeobecnosti lineárne molekuly, ktoré obsahujú hydrofilné polárne skupiny aj lipofilné nepolárne hydrofóbne skupiny.
Hydrofóbne skupiny majú rôzne štruktúry, ako sú priame reťazce, rozvetvené reťazce a cyklické štruktúry. Najbežnejšie sú uhľovodíkové reťazce vrátane alkánov, alkénov, cykloalkánov a aromatických uhľovodíkov, pričom väčšina atómov uhlíka má počet atómov od 8 do 20. Medzi ďalšie hydrofóbne skupiny patria mastné alkoholy, alkylfenoly a atómové skupiny obsahujúce fluór, kremík a ďalšie prvky. Hydrofilné skupiny sa delia na aniónové, katiónové, amfotérne iónové a neiónové typy. Iónové povrchovo aktívne látky môžu ionizovať vo vode a niesť elektrické náboje, zatiaľ čo neiónové povrchovo aktívne látky nemôžu ionizovať vo vode, ale majú polaritu a sú rozpustné vo vode.
3.2.3 Bežné škodlivé povrchovo aktívne látky
Povrchovo aktívne látky sa v každodennom živote ľudí hojne používajú, no nepopierateľne ide o chemické látky. Mnohé suroviny na výrobu povrchovo aktívnych látok majú určité toxické a znečisťujúce vlastnosti. Nevyhnutne poškodzujú životné prostredie; pri kontakte s ľuďmi môžu dráždiť pokožku a niektoré dokonca vykazujú silnú toxicitu a žieravosť, čo spôsobuje vážne poškodenie ľudského tela. Nasleduje niekoľko bežných škodlivých povrchovo aktívnych látok:
A. APEO
APEO je bežný typ neiónovej povrchovo aktívnej látky, ktorá sa skladá z alkylovej a etoxyskupiny. Rôzne dĺžky uhlíkového reťazca alkylovej časti a rôzne pridané množstvá etoxyskupiny vedú k mnohým existujúcim formám APEO s významnými rozdielmi vo výkonnosti medzi rôznymi formami. V procese syntézy APEO nie je hlavný produkt karcinogénny, ale jeho vedľajšie produkty sú korozívne pre pokožku a oči a niektoré môžu v závažných prípadoch dokonca spôsobiť rakovinu. Hoci priamo nepoškodzuje organizmy, APEO predstavuje environmentálne hormonálne riziko. Takéto chemické látky vstupujú do ľudského tela rôznymi cestami, majú estrogénové účinky, narúšajú normálnu sekréciu ľudských hormónov a ďalej znižujú počet mužských spermií. Nie je škodlivý len pre ľudí; správy naznačujú, že jeho syntetická surovina NPEO spôsobuje značné škody aj rybám.
B. PFOS
PFOS, celým názvom perfluóroktánsulfonát, je všeobecný termín pre triedu perfluórovaných povrchovo aktívnych látok. Má environmentálny zosilňujúci účinok. Vďaka svojim špeciálnym fyzikálnym a chemickým vlastnostiam je PFOS mimoriadne ťažko degradovateľná a považuje sa za jednu z najodolnejších látok. Po vstupe do tela zvierat a ľudí prostredníctvom potravinového reťazca sa hromadí vo veľkých množstvách a vážne ohrozuje biologické zdravie.
C. LAS
LAS je významný organický polutant, ktorý spôsobuje veľké škody na životnom prostredí. Môže zmeniť fyzikálne a chemické vlastnosti pôdy, ako je zmena hodnoty pH pôdy a obsahu vody, čím inhibuje rast rastlín. Okrem toho sa LAS pri vstupe do vodných útvarov môže kombinovať s inými znečisťujúcimi látkami za vzniku dispergovaných koloidných častíc a prejavuje toxicitu pre juvenilné vyššie a nižšie organizmy.
D. Fluórované uhľovodíkové povrchovo aktívne látky
PFOA a PFOS sú dve hlavné tradičné fluórované uhľovodíkové povrchovo aktívne látky. Relevantné štúdie ukázali, že tieto zlúčeniny majú vysokú toxicitu, spôsobujú pretrvávajúce znečistenie životného prostredia a masívne sa akumulujú v organizmoch. V dôsledku toho ich Organizácia Spojených národov v roku 2009 zaradila na zoznam perzistentných organických znečisťujúcich látok (POP).
4 zelené a nové povrchovo aktívne látky
A. Povrchovo aktívne látky na báze aminokyselín
Povrchovo aktívne látky na báze aminokyselín sa vyrábajú prevažne z biomasy s bohatými zdrojmi. Vyznačujú sa nízkou toxickosťou a vedľajšími účinkami, miernymi vlastnosťami, nízkou iritáciou organizmov a vynikajúcou biologickou odbúrateľnosťou. Podľa vlastností náboja hydrofilných skupín po ionizácii vo vode ich možno tiež rozdeliť do štyroch kategórií: katiónové, aniónové, neiónové a amfotérne. Medzi bežné typy patrí typ N-alkylaminokyselín, typ esterov aminokyselín a typ N-acylaminokyselín.
B. Povrchovo aktívne látky s enzýmami z ananásu
Povrchovo aktívne látky s enzýmami z ananásu sa vyrábajú fermentáciou múčky z kamélie a olejových výliskov, ktoré zostanú po extrakcii oleja, ananásovej šupky spolu s drožďovým práškom, pektinázou a ďalšími mikroorganizmami. Hoci molekulárna štruktúra ich účinných látok zostáva nejasná, experimentálne údaje dokazujú, že majú priaznivý prací účinok.
C. DSP
SAA je derivát palmového oleja. Ako produkt vyrobený z obnoviteľných rastlinných surovín si získal širokú pozornosť. Jeho výrobný proces je ekologický. Navyše v tvrdej vode s vysokým obsahom iónov vápnika a horčíka zráža vápenaté soli oveľa pomalšie ako bežne používané povrchovo aktívne látky, ako sú LAS a AS, čo znamená, že v praktických aplikáciách poskytuje vynikajúci detergentný účinok.
5 Perspektíva vývoja detergentov
Na globálnom trhu s detergentmi sa krajiny líšia v prioritách a trendoch vývoja, no všeobecný smer výskumu v oblasti detergentov zostáva konzistentný. Koncentrácia a skvapalňovanie detergentov sa stali hlavnými trendmi, zatiaľ čo šetrenie vody, bezpečnosť, úspora energie, profesionalita, šetrnosť k životnému prostrediu a multifunkčnosť sa stali populárnymi smermi vývoja. Povrchovo aktívne látky, základné suroviny detergentov, sa vyvíjajú smerom k jemnosti, zloženiam a environmentálnej kompatibilite. Enzýmové prípravky, ktoré sa môžu pochváliť vysokou účinnosťou, špecifickosťou a šetrnosťou k životnému prostrediu, sa stali výskumným bodom vo vývoji detergentov. Celkovo možno trendy vývoja v priemysle detergentov zhrnúť takto:
Diverzifikácia, špecializácia a segmentácia detergentov. Detergenty možno rozdeliť na pevné, práškové, tekuté a gélové podľa formy; koncentrované a bežné podľa obsahu účinných látok; a rôzne kategórie podľa balenia, farby a vône.
Tekuté pracie prostriedky sa stanú najsľubnejšou kategóriou produktov. V porovnaní s pevnými pracími prostriedkami dosahujú tekuté pracie prostriedky lepšie výsledky pri praní pri nízkych teplotách, vyznačujú sa flexibilnejším zložením a jednoduchšími výrobnými procesmi. Vyžadujú si tiež menšie investície do zariadení a spotrebúvajú menej energie počas výroby.
Postupná koncentrácia pracích prostriedkov. Od roku 2009 sa koncentrované pracie prostriedky vyvinuli do troch hlavných kategórií: koncentrovaný prací prášok, koncentrované pracie kapsuly a koncentrovaný tekutý prací prostriedok. Koncentrované pracie prostriedky majú oproti tradičným produktom pozoruhodné výhody vrátane vysokého obsahu účinných látok, silného pracieho účinku a úspory energie. Okrem toho vďaka svojmu koncentrovanému zloženiu šetria obalové materiály, znižujú náklady na prepravu a zaberajú menej skladovacieho priestoru.
Orientácia na bezpečnosť ľudí. So zlepšením životnej úrovne ľudia už nehodnotia pracie prostriedky iba podľa účinnosti odstraňovania škvŕn. Kľúčovými kritériami pre výber pracích prostriedkov sa stali bezpečnosť pre ľudí, netoxicita a mierna nedráždivosť.
Vývoj ekologických produktov. Eutrofizácia spôsobená detergentmi obsahujúcimi fosfor a nepriaznivé vplyvy bieliacich činidiel na životné prostredie vyvolali rozsiahle obavy verejnosti. V reakcii na požiadavky zelenej chémie sa výber surovín pre detergenty postupne posúva smerom k ekologickým a šetrným možnostiam.
Multifunkčnosť. Multifunkčnosť je prevládajúcim trendom vývoja rôznych spoločenských produktov a viacúčelové predmety dennej potreby sa stali bežnými v živote. V budúcnosti budú pracie prostriedky kombinovať odstraňovanie škvŕn s funkciami, ako je sterilizácia, dezinfekcia a bielenie.
Čas uverejnenia: 15. mája 2026