1.Uvod
Z razvojem kemične industrije se je življenjski standard ljudi nenehno izboljševal. Čeprav se je življenje močno izboljšalo, je to povzročilo tudi resne okoljske težave, ki so celo ogrozile zdravje in varnost ljudi. Ker se zahteve ljudi po zdravju nenehno povečujejo, je varnost kemičnih izdelkov, ki so vseprisotni v vsakdanjem življenju, pritegnila široko pozornost javnosti. Detergenti kot kemične snovi, ki se pogosto uporabljajo v vsakdanjem življenju in industrijski proizvodnji, so vzbudili še posebej veliko zaskrbljenost javnosti glede njihove varnosti.
Varnost kemičnih izdelkov je nekoč zapadla v krizo verodostojnosti. Ta situacija izhaja po eni strani iz velike odvisnosti proizvodnje detergentov od tradicionalnih surovin, po drugi strani pa iz pomanjkanja strokovnega znanja javnosti o kemijskih proizvodnih procesih.
Glede na to, in vodena s temeljnim konceptom zelene kemije – »zmanjševanje in odpravljanje onesnaževanja okolja pri viru« – ta študija oblikuje in razvija novedetergentformulacije. Okolju prijaznopovršinsko aktivne snoviin v tej formulaciji detergenta so uporabljeni kemični reagenti, ki lahko zavirajo mikroorganizme v vodi.
2.Trenutno stanje razvojaDetergenti
Odkar je človeštvo vstopilo v civilizirano družbo, je pranje perila nepogrešljiv del človeškega življenja. Pred približno 5000 leti so ljudje začeli zbirati naravne snovi, ki so prijazne do pranja, kot so plodovi kitajske rožice in alkalne sestavine v rastlinskem pepelu, za namene pranja. Tristo let pozneje so ljudje umetno proizvajali površinsko aktivne snovi. Pred več kot stoletjem so izumili milo. Od takrat je milo, narejeno iz maščobe, alkalij, soli, začimb in pigmentov, postalo tradicionalni detergent. Prvi umetno sintetični detergent, alkil naftalen sulfonat, se je pojavil med prvo svetovno vojno. Razvil ga je nemški BASF leta 1917 in ga uradno začel proizvajati leta 1925. Popularizacija sintetičnih detergentov se je zgodila po odkritju in uradni proizvodnji natrijevega alkil benzen sulfonata in tetrapropilen alkil benzena med letoma 1935 in 1939.
3.Učinkovite sestavine in mehanizem delovanjaDetergenti
3.1PranjeNačelo
Pranje v splošnem smislu se nanaša na postopek odstranjevanja umazanije s površine nosilca. Med pranjem delovanje detergenta oslabi ali odpravi interakcijo med umazanijo in nosilcem, s čimer se vezno stanje umazanije in nosilca pretvori v vezno stanje umazanije in detergenta. Sčasoma se umazanija z izpiranjem in drugimi metodami loči od nosilca. Osnovni postopek pranja lahko opišemo z naslednjim preprostim razmerjem:
Nosilec·Umazanija + Detergent → Nosilec + Umazanija·Detergent
Oprijem umazanije na predmete se deli na fizikalno in kemično oprijem. Fizična oprijemljivost vključuje tudi mehansko in elektrostatično oprijemljivost.
Kemična adhezija se nanaša predvsem na adhezijo, doseženo s kemičnimi vezmi. Na primer, beljakovinski madeži in rja, ki se oprimejo vlaknenih izdelkov, spadajo v kemično adhezijo. Ker je sila kemične interakcije te vrste adhezije običajno močna, se umazanija trdno veže na podlago in jo je izjemno težko odstraniti, kar zahteva posebne metode obdelave.
Interakcijska sila med umazanijo, ki se nanjo oprime s fizično adhezijo, in podlago je relativno šibka, zato jo je lažje odstraniti v primerjavi s kemično adhezijo. Umazanijo z mehansko adhezijo je enostavno odstraniti; težko jo je odstraniti le, če so delci umazanije majhni (<0,1 μm). Elektrostatična adhezija se kaže kot interakcija med nabitimi delci umazanije in nasprotnimi naboji. Ta sila je močnejša od mehanske sile, zaradi česar je odstranjevanje umazanije relativno težko.
Postopek pranja za odstranjevanje umazanije na splošno vključuje naslednje faze:
A. Adsorpcija: Površinsko aktivne snovi v detergentih se usmerjeno adsorpcijo vežejo na vmesnik med umazanijo in nosilcem.
B. Omočenje in prodiranje: Zaradi usmerjene adsorpcije površinsko aktivnih snovi na površini lahko detergent prodre med umazanijo in nosilcem, ga zmoči in zmanjša oprijemno silo med umazanijo in nosilcem.
C. Disperzija in stabilizacija umazanije: Umazanija, ki se loči od nosilne površine, se dispergira, emulgira ali raztopi v raztopini detergenta, s čimer se zagotovi, da se ločena umazanija ne bo ponovno pritrdila na očiščeno površino.
3.1.1 Vrste tal
Tla se nanašajo na mastne snovi, ki se oprimejo nosilcev, pa tudi na lepila teh mastnih snovi, ki imajo izjemno kompleksno sestavo. Glede na različne oblike jih lahko v grobem razdelimo na trdna tla, tekoča tla in posebna tla.
Med pogoste trdne umazanije spadajo rja, prah, delci saj in podobno. Površine teh snovi običajno nosijo negativne naboje, zaradi česar so nagnjene k oprijemanju na podlage. Večina trdnih delcev umazanije je netopnih v vodi, vendar jih je mogoče enostavno dispergirati v vodnih raztopinah, ki vsebujejo detergente; večje trdne delce je lažje odstraniti. Večina pogostih tekočih umazanij je topnih v olju in se lahko umili z alkalnimi raztopinami, kar pojasnjuje, zakaj je večina detergentov alkalnih. Posebne umazanije se nanašajo predvsem na trdovratne madeže, kot so krvni madeži, rastlinski sok in človeški izločki. To vrsto umazanije odstranjujejo predvsem belila, saj lahko močna oksidacijska lastnost belil uniči njihove kromoforne skupine.
3.2 Aktivne sestavine v detergentih
Površinsko aktivne snovi, znane tudi kot površinsko aktivne snovi, so glavne funkcionalne sestavine detergentov. Hitro se raztopijo v vodi in kažejo odlične lastnosti, vključno z dekontaminacijo, penjenjem, solubilizacijo, emulgiranjem, omočenjem in disperzijo.
3.2.1 Površinsko aktivne snovi: izvor in razvoj
Poskusi so pokazali, da lahko dodajanje določenih snovi vodi spremeni njeno površinsko napetost, različne snovi pa imajo različne učinke na površinsko napetost vode.
Glede na lastnost zmanjševanja površinske napetosti je sposobnost znižanja površinske napetosti topila opredeljena kot površinska aktivnost, snovi s površinsko aktivnostjo pa se imenujejo površinsko aktivne snovi. Snovi, ki lahko bistveno spremenijo medfazno stanje raztopinskega sistema, če jih dodamo v majhnih količinah, imenujemo površinsko aktivne snovi.
Površinsko aktivna snov je snov, ki lahko, če jo dodamo topilu v majhnem odmerku, znatno zmanjša površinsko napetost topila in spremeni stanje medfazne površine sistema. To povzroči vrsto funkcij, kot so omočenje ali razmočevanje, emulgiranje ali deemulgiranje, disperzija ali flokulacija, penjenje ali odstranjevanje penjenja, solubilizacija, vlaženje, sterilizacija, mehčanje, vodoodbojnost, antistatične lastnosti in odpornost proti koroziji, da se izpolnijo praktične zahteve uporabe.
Površinsko aktivne snovi na osnovi mila so se prvič pojavile v starem Egiptu okoli leta 2500 pr. n. št., kjer so stari Egipčani izdelovali čistila iz mešanice ovčje masti in rastlinskega pepela. Okoli leta 70 n. št. je Plinij iz rimskega cesarstva ustvaril prvo milo iz ovčje masti. Milo ni pridobilo široke priljubljenosti vse do leta 1791, ko je francoski kemik Nicolas Leblanc odkril metodo za proizvodnjo kavstične sode z elektrolizo natrijevega klorida. Produkt druge faze razvoja površinsko aktivnih snovi je puranje rdeče olje, znano tudi kot sulfonirano ricinusovo olje. Sintetizira se z reakcijo ricinusovega olja s koncentrirano žveplovo kislino pri nizki temperaturi, ki ji sledi nevtralizacija z natrijevim hidroksidom. Puranje rdeče olje se ponaša z izjemno emulgirajočo močjo, prepustnostjo, omočljivostjo in difuznostjo ter prekaša milo v odpornosti na trdo vodo, kisline in kovinske soli.
3.2.2 Struktura površinske aktivnosti
Edinstvene lastnosti površinsko aktivnih snovi izhajajo iz njihove posebne molekularne strukture. Površinsko aktivne snovi so običajno linearne molekule, ki vsebujejo tako hidrofilne polarne skupine kot lipofilne nepolarne hidrofobne skupine.
Hidrofobne skupine imajo različne strukture, kot so ravne verige, razvejane verige in ciklične strukture. Najpogostejše so ogljikovodikove verige, vključno z alkani, alkeni, cikloalkani in aromatskimi ogljikovodiki, pri čemer ima večina števil ogljikovih atomov od 8 do 20. Druge hidrofobne skupine vključujejo maščobne alkohole, alkilfenole in atomske skupine, ki vsebujejo fluor, silicij in druge elemente. Hidrofilne skupine so razvrščene v anionske, kationske, amfoterne ionske in neionske tipe. Ionske površinsko aktivne snovi lahko ionizirajo v vodi in prenašajo električni naboj, medtem ko neionske površinsko aktivne snovi ne morejo ionizirati v vodi, vendar imajo polarnost in so topne v vodi.
3.2.3 Pogoste škodljive površinsko aktivne snovi
Površinsko aktivne snovi se pogosto uporabljajo v vsakdanjem življenju ljudi, vendar so nedvomno kemične snovi. Številne surovine za površinsko aktivne snovi imajo določene toksične in onesnaževalne lastnosti. Neizogibno škodujejo okolju; ob stiku s človekom lahko dražijo kožo, nekatere pa so celo močno toksične in jedke, kar povzroči resno škodo človeškemu telesu. V nadaljevanju je predstavljenih nekaj pogostih škodljivih površinsko aktivnih snovi:
A. APEO
APEO je pogosta vrsta neionske površinsko aktivne snovi, sestavljena iz alkilnega in etoksi dela. Različne dolžine ogljikovih verig alkilnega dela in različne količine dodanega etoksi dela povzročajo številne obstoječe oblike APEO z znatnimi razlikami v delovanju med različnimi oblikami. V procesu sinteze APEO glavni produkt ni rakotvoren, vendar so njegovi stranski produkti jedki za kožo in oči, nekateri pa lahko v hujših primerih celo povzročijo raka. Čeprav neposredno ne škoduje organizmom, APEO predstavlja tveganje za okoljske hormone. Takšne kemične snovi vstopajo v človeško telo po različnih poteh, imajo estrogenu podobne učinke, motijo normalno izločanje človeških hormonov in dodatno zmanjšujejo število moških semenčic. Ni škodljiv le za ljudi; poročila kažejo, da njegova sintetična surovina NPEO povzroča tudi znatno škodo ribam.
B. PFOS
PFOS, s polnim imenom perfluorooktan sulfonat, je splošni izraz za razred perfluoriranih površinsko aktivnih snovi. Ima učinek ojačanja okolja. Zaradi svojih posebnih fizikalnih in kemijskih lastnosti je PFOS izjemno težko razgradljiv in velja za eno najbolj odpornih snovi. Po vstopu v telo živali in ljudi prek prehranjevalne verige se kopiči v velikih količinah in resno ogroža biološko zdravje.
C. LAS
LAS je pomemben organski onesnaževalec, ki povzroča veliko škodo okolju. Lahko spremeni fizikalne in kemijske lastnosti tal, kot sta sprememba pH vrednosti tal in vsebnosti vode, s čimer zavira rast rastlin. Poleg tega se LAS ob vstopu v vodna telesa lahko združi z drugimi onesnaževali in tvori razpršene koloidne delce, kar kaže na toksičnost za mlade višje in nižje organizme.
D. Fluoroogljikove površinsko aktivne snovi
PFOA in PFOS sta dve glavni tradicionalni fluoroogljikovi površinsko aktivni snovi. Ustrezne študije so pokazale, da so te spojine zelo toksične, povzročajo trajno onesnaževanje okolja in se množično kopičijo v organizmih. Zato so jih Združeni narodi leta 2009 uvrstili na seznam obstojnih organskih onesnaževal (POP).
4 zelene in nove površinsko aktivne snovi
A. Površinsko aktivne snovi na osnovi aminokislin
Površinsko aktivne snovi na osnovi aminokislin so večinoma narejene iz biomase z bogatimi viri. Odlikujejo jih nizka toksičnost in stranski učinki, blage lastnosti, nizko draženje organizmov in odlična biorazgradljivost. Glede na lastnosti naboja hidrofilnih skupin po ionizaciji v vodi jih lahko razvrstimo tudi v štiri kategorije: kationske, anionske, neionske in amfoterne. Med pogoste vrste spadajo N-alkil aminokislina, ester aminokislin in N-acil aminokislina.
B. Površinsko aktivne snovi encimov ananasa
Ananasovi encimski surfaktanti se proizvajajo s fermentacijo moke iz kamelijevih semen in oljne pogače, ki ostanejo po ekstrakciji olja, ananasove lupine, skupaj s kvasnim prahom, pektinazo in drugimi mikroorganizmi. Čeprav molekularna struktura njihovih aktivnih sestavin ostaja nejasna, eksperimentalni podatki dokazujejo, da imajo ugodno pralno učinkovitost.
C. SAA
SAA je derivat palmovega olja. Kot izdelek, izdelan iz obnovljivih rastlinskih surovin, je pritegnil široko pozornost. Njegov proizvodni postopek je okolju prijazen. Poleg tega v trdi vodi z visoko vsebnostjo kalcijevih in magnezijevih ionov izloča kalcijeve soli veliko počasneje kot običajno uporabljene površinsko aktivne snovi, kot sta LAS in AS, kar pomeni, da v praktični uporabi zagotavlja izjemno detergentnost.
5 Možnosti razvoja detergentov
Na svetovnem trgu detergentov se države razlikujejo po razvojnih prioritetah in trendih, vendar splošna smer raziskav na področju detergentov ostaja dosledna. Koncentriranje in utekočinjanje detergentov sta postala glavna trenda, medtem ko so se varčevanje z vodo, varnost, varčevanje z energijo, profesionalnost, okolju prijaznost in večfunkcionalnost izkazale za priljubljene razvojne smeri. Površinsko aktivne snovi, glavne surovine detergentov, se razvijajo v smeri blagosti, sestavljenih formulacij in okoljske združljivosti. Encimski pripravki, ki se ponašajo z visoko učinkovitostjo, specifičnostjo in okolju prijaznostjo, so postali raziskovalna vroča točka pri razvoju detergentov. Na splošno so razvojni trendi industrije detergentov povzeti takole:
Diverzifikacija, specializacija in segmentacija detergentov. Detergente lahko glede na obliko razdelimo na trdne, praškaste, tekoče in gelske; glede na vsebnost aktivnih sestavin na koncentrirane in običajne; ter v različne kategorije glede na embalažo, barvo in vonj.
Tekoči detergenti bodo postali najbolj obetavna kategorija izdelkov. V primerjavi s trdnimi detergenti se tekoči detergenti bolje obnesejo pri pranju pri nizkih temperaturah, imajo bolj prilagodljivo formulo in enostavnejše proizvodne procese. Prav tako zahtevajo manj naložb v opremo in porabijo manj energije med proizvodnjo.
Postopna koncentracija detergentov. Od leta 2009 so se koncentrirani detergenti razvili v tri glavne kategorije: koncentrirani pralni prašek, koncentrirane kapsule za pranje perila in koncentrirani tekoči detergent. Koncentrirani detergenti imajo izjemne prednosti pred tradicionalnimi izdelki, vključno z visoko vsebnostjo aktivnih snovi, močnim detergentnim učinkom in varčevanjem z energijo. Poleg tega zaradi koncentrirane formule prihranijo embalažni material, zmanjšajo stroške prevoza in zavzamejo manj skladiščnega prostora.
Usmerjenost k varnosti ljudi. Z izboljšanjem življenjskega standarda ljudje detergentov ne ocenjujejo več zgolj po učinkovitosti odstranjevanja madežev. Varnost za ljudi, netoksičnost in blago nedraženje so postala ključna merila za izbiro detergenta.
Razvoj okolju prijaznih izdelkov. Evtrofikacija, ki jo povzročajo detergenti, ki vsebujejo fosfor, in škodljivi vplivi belil na okolje so vzbudili široko zaskrbljenost javnosti. Zaradi zahtev zelene kemije se izbira surovin za detergente postopoma preusmerja k okolju prijaznejšim in blagim možnostim.
Večnamenskost. Večnamenskost je prevladujoč razvojni trend za različne družbene izdelke, večnamenske dnevne potrebščine pa so postale običajne v življenju. V prihodnosti bodo detergenti združevali odstranjevanje madežev s funkcijami, kot so sterilizacija, dezinfekcija in beljenje.
Čas objave: 15. maj 2026