Sapun për larjen e enëve dhe surfaktantë

1.Hyrje

Me zhvillimin e industrisë kimike, standardet e jetesës së njerëzve janë përmirësuar vazhdimisht. Ndërsa jeta është përmirësuar shumë, kjo ka shkaktuar edhe probleme të rënda mjedisore, duke rrezikuar madje shëndetin dhe sigurinë e njeriut. Ndërsa kërkesat e njerëzve për shëndet vazhdojnë të rriten, siguria e produkteve kimike të kudondodhura në jetën e përditshme ka tërhequr vëmendje të gjerë të publikut. Detergjentët, si substanca kimike të përdorura gjerësisht në jetën e përditshme dhe në prodhimin industrial, kanë tërhequr shqetësim veçanërisht të lartë publik për sigurinë e tyre.

Siguria e produkteve kimike dikur ka rënë në një krizë besueshmërie. Kjo situatë lind nga njëra anë nga mbështetja e madhe e prodhimit të detergjentëve në lëndët e para tradicionale, dhe nga ana tjetër nga mungesa e njohurive profesionale të publikut rreth proceseve të prodhimit kimik.

Në këtë sfond, i udhëhequr nga koncepti thelbësor i kimisë së gjelbër - "zvogëlimi dhe eliminimi i ndotjes mjedisore në burim" - ky studim harton dhe zhvillon metoda të reja.detergjentformulime. Miqësore me mjedisinsurfaktantëdhe në këtë formulë të detergjentit përdoren reagentë kimikë të aftë për të penguar mikroorganizmat në ujë.

2.Statusi aktual i zhvillimit tëDetergjentë

Që kur njerëzimi hyri në shoqërinë e civilizuar, aktivitetet e larjes kanë qenë gjithmonë një pjesë e domosdoshme e jetës njerëzore. Rreth 5,000 vjet më parë, njerëzit filluan të mbledhin substanca natyrale miqësore për larjen, siç janë frutat e mjaltit kinez dhe përbërësit alkaline në hirin e bimëve, për qëllime larjeje. Treqind vjet më vonë, surfaktantët u prodhuan artificialisht nga njerëzit. Më shumë se një shekull më parë, u shpik sapuni. Që atëherë, sapuni i bërë nga yndyra, alkali, kripa, erëzat dhe pigmentet është bërë një detergjent tradicional. Detergjenti i parë artificialisht sintetik, alkil naftalen sulfonati, u shfaq gjatë Luftës së Parë Botërore. Ai u zhvillua nga BASF e Gjermanisë në vitin 1917 dhe u vu zyrtarisht në prodhim në vitin 1925. Popullarizimi i detergjenteve sintetike ndodhi pasi alkil benzen sulfonati i natriumit dhe tetrapropilen alkil benzeni u zbuluan dhe u vunë zyrtarisht në prodhim midis viteve 1935 dhe 1939.

3.Përbërësit efektivë dhe mekanizmi i veprimit tëDetergjentë

3.1LarjeParimi

Larja në kuptimin e përgjithshëm i referohet procesit të heqjes së papastërtisë nga sipërfaqja e një bartësi. Gjatë larjes, veprimi i detergjentit dobëson ose eliminon bashkëveprimin midis papastërtisë dhe bartësit, duke e shndërruar gjendjen lidhëse të papastërtisë dhe bartësit në gjendjen lidhëse të papastërtisë dhe detergjentit. Përfundimisht, papastërtia ndahet nga bartësi nëpërmjet shpëlarjes dhe metodave të tjera. Procesi bazë i veprimit të larjes mund të shprehet me marrëdhënien e thjeshtë të mëposhtme:

Mbajtës·Papastërti + Detergjent → Mbajtës + Papastërti·Detergjent

Ngjitja e papastërtisë në objekte ndahet në ngjitje fizike dhe ngjitje kimike. Ngjitja fizike përfshin më tej ngjitjen mekanike dhe ngjitjen elektrostatike.

Ngjitja kimike i referohet kryesisht ngjitjes së arritur nëpërmjet lidhjeve kimike. Për shembull, njollat ​​e proteinave dhe ndryshku i ngjitur në artikujt me fibra i përkasin ngjitjes kimike. Meqenëse forca e bashkëveprimit kimik të këtij lloji të ngjitjes është përgjithësisht e fortë, papastërtia kombinohet fort me substratin dhe është jashtëzakonisht e vështirë për t'u hequr, duke kërkuar metoda të veçanta trajtimi.

Forca e bashkëveprimit midis papastërtisë së ngjitur me anë të ngjitjes fizike dhe substratit është relativisht e dobët, duke e bërë më të lehtë heqjen e saj krahasuar me ngjitjen kimike. Papastërtia me ngjitje mekanike është e lehtë për t'u hequr; është e vështirë të eliminohet vetëm kur grimcat e papastërtisë janë të vogla (<0.1 μm). Ngjitja elektrostatike manifestohet si bashkëveprim midis grimcave të ngarkuara të papastërtisë dhe ngarkesave të kundërta. Kjo forcë është më e fortë se forca mekanike, duke rezultuar në heqjen relativisht të vështirë të papastërtisë.

Procesi i larjes për heqjen e papastërtisë në përgjithësi konsiderohet të përfshijë fazat e mëposhtme:

A. Adsorbimi: Surfaktantët në detergjentë i nënshtrohen adsorbimit të drejtuar në ndërfaqen midis papastërtisë dhe bartësit.

B. Lagia dhe Depërtimi: Për shkak të adsorbimit të drejtuar ndërfaqësor të surfaktantëve, detergjenti mund të depërtojë midis papastërtisë dhe bartësit, ta lagë bartësin dhe të zvogëlojë forcën e ngjitjes midis papastërtisë dhe bartësit.

C. Shpërndarja dhe Stabilizimi i Papastërtisë: Papastërtia e shkëputur nga sipërfaqja bartëse shpërndahet, emulsifikohet ose tretet në tretësirën e detergjentit, duke siguruar që papastërtia e shkëputur të mos ngjitet përsëri në sipërfaqen e pastruar.

3.1.1 Llojet e Tokës

Dheu i referohet substancave yndyrore që ngjiten në bartës, si dhe ngjitësve të substancave të tilla yndyrore, të cilat kanë një përbërje jashtëzakonisht komplekse. Bazuar në forma të ndryshme, mund të klasifikohet përafërsisht në tokë të ngurtë, tokë të lëngshme dhe tokë të veçantë.

Tokat e ngurta të zakonshme përfshijnë ndryshkun, pluhurin, grimcat e zeza të karbonit dhe të ngjashme. Sipërfaqet e këtyre substancave zakonisht mbajnë ngarkesa negative, duke i bërë ato të prirura për t'u ngjitur në substrate. Shumica e tokave të ngurta grimcore janë të patretshme në ujë, megjithatë ato mund të shpërndahen lehtësisht në tretësira ujore që përmbajnë detergjentë; grimcat e ngurta më të mëdha janë më të lehta për t'u hequr. Shumica e tokave të lëngshme të zakonshme janë të tretshme në vaj dhe mund t'i nënshtrohen saponifikimit me tretësira alkaline, gjë që shpjegon pse shumica e detergjentëve janë alkaline. Tokat e veçanta i referohen kryesisht njollave kokëforta siç janë njollat ​​e gjakut, lëngjet e bimëve dhe sekrecionet njerëzore. Ky lloj toke hiqet kryesisht nga zbardhuesit, pasi vetia e fortë oksiduese e zbardhuesve mund të shkatërrojë grupet e tyre kromoforike.

3.2 Përbërësit aktivë në detergjentë

Surfaktantët, të njohur edhe si substanca sipërfaqësore aktive, janë përbërësit kryesorë funksionalë në detergjentë. Ata treten shpejt në ujë dhe shfaqin veti të shkëlqyera duke përfshirë dekontaminimin, shkumëzimin, tretjen, emulsifikimin, lagjen dhe shpërndarjen.

3.2.1 Surfaktantët: Origjina dhe Zhvillimi

Eksperimentet kanë treguar se shtimi i substancave të caktuara në ujë mund të ndryshojë tensionin sipërfaqësor të tij, dhe substanca të ndryshme ushtrojnë efekte të ndryshme në tensionin sipërfaqësor të ujit.

Për sa i përket vetisë së uljes së tensionit sipërfaqësor, aftësia për të ulur tensionin sipërfaqësor të një tretësi përkufizohet si aktivitet sipërfaqësor, dhe substancat me aktivitet sipërfaqësor quhen substanca sipërfaqësore aktive. Substancat që mund të ndryshojnë ndjeshëm gjendjen ndërfaqësore të një sistemi tretësire kur shtohen në sasi të vogla quhen surfaktantë.

Një surfaktant është një substancë që, kur i shtohet një tretësi në një dozë të vogël, mund ta zvogëlojë ndjeshëm tensionin sipërfaqësor të tretësit dhe të ndryshojë gjendjen ndërfaqësore të sistemit. Kjo çon në një sërë funksionesh të tilla si lagia ose heqja e lagështisë, emulsifikimi ose demulsifikimi, shpërndarja ose flokulimi, shkumëzimi ose heqja e shkumës, tretshmëria, hidratimi, sterilizimi, zbutja, largimi i ujit, vetitë antistatike dhe rezistenca ndaj korrozionit, për të përmbushur kërkesat e aplikimit praktik.

Surfaktantët me bazë sapuni u shfaqën për herë të parë në Egjiptin e lashtë rreth vitit 2500 p.e.s., ku egjiptianët e lashtë bënin produkte pastrimi nga një përzierje e dhjamit të deles dhe hirit të bimëve. Rreth vitit 70 pas Krishtit, Plini i Perandorisë Romake krijoi sapunin e parë me yndyrë deleje. Sapuni nuk fitoi popullaritet të gjerë deri në vitin 1791, kur kimisti francez Nicolas Leblanc zbuloi metodën e prodhimit të sodës kaustike nëpërmjet elektrolizës së klorurit të natriumit. Një produkt i fazës së dytë të zhvillimit të surfaktantëve është Vaji i Kuq i Gjelit të Detit, i njohur edhe si Vaj Ricini i Sulfonuar. Ai sintetizohet duke reaguar vajin e ricinit me acid sulfurik të përqendruar në një temperaturë të ulët, e ndjekur nga neutralizimi me hidroksid natriumi. Vaji i Kuq i Gjelit të Detit krenohet me fuqi të jashtëzakonshme emulsifikuese, përshkueshmëri, lagështi dhe përhapje, dhe tejkalon sapunin në rezistencën ndaj ujit të fortë, acidit dhe kripërave metalike.

3.2.2 Struktura e aktivitetit sipërfaqësor

Vetitë unike të surfaktantëve rrjedhin nga struktura e tyre e veçantë molekulare. Surfaktantët janë përgjithësisht molekula lineare që përmbajnë si grupe polare hidrofile ashtu edhe grupe hidrofobe jopolare lipofile.

Grupet hidrofobike kanë struktura të larmishme si zinxhirë të drejtë, zinxhirë të degëzuar dhe struktura ciklike. Më të zakonshmet janë zinxhirët hidrokarbure duke përfshirë alkanet, alkenet, cikloalkanet dhe hidrokarburet aromatike, me shumicën e numrave të atomeve të karbonit që variojnë nga 8 në 20. Grupe të tjera hidrofobike përfshijnë alkoolet yndyrore, alkilfenolet dhe grupet atomike që përmbajnë fluor, silic dhe elementë të tjerë. Grupet hidrofile kategorizohen në lloje anionike, kationike, amfoterike, jonike dhe jo-jonike. Surfaktantët jonikë mund të jonizohen në ujë për të mbajtur ngarkesa elektrike, ndërsa surfaktantët jo-jonikë nuk mund të jonizohen në ujë, por kanë polaritet dhe tretshmëri në ujë.

3.2.3 Surfaktantë të dëmshëm të zakonshëm

Surfaktantët përdoren gjerësisht në jetën e përditshme të njeriut, megjithatë, ata janë padyshim substanca kimike. Shumë lëndë të para për surfaktantë kanë veti të caktuara toksiciteti dhe ndotjeje. Në mënyrë të pashmangshme, ato shkaktojnë dëme në mjedis; në kontakt me njerëzit, ato mund të irritojnë lëkurën, dhe disa madje kanë toksicitet dhe gërryerje të fortë, duke shkaktuar dëme të rënda në trupin e njeriut. Më poshtë prezantohen disa surfaktantë të dëmshëm të zakonshëm:

A. APEO

APEO është një lloj i zakonshëm i surfaktantit jo-jonik, i përbërë nga një pjesë alkil dhe një pjesë etoksi. Gjatësitë e ndryshme të zinxhirit të karbonit të pjesës alkil dhe sasitë e ndryshme të shtimit të pjesës etoksi rezultojnë në forma të shumta ekzistuese të APEO me ndryshime të konsiderueshme në performancë midis formave të ndryshme. Në procesin e sintezës së APEO, produkti kryesor nuk është kancerogjen, por nënproduktet e tij janë gërryese për lëkurën dhe sytë, dhe disa madje mund të shkaktojnë kancer në raste të rënda. Megjithëse nuk dëmton drejtpërdrejt organizmat, APEO paraqet një rrezik hormonal mjedisor. Substanca të tilla kimike hyjnë në trupin e njeriut përmes rrugëve të ndryshme, ushtrojnë efekte të ngjashme me estrogjenin, prishin sekretimin normal të hormoneve njerëzore dhe zvogëlojnë më tej numrin e spermatozoideve mashkullore. Nuk është vetëm i dëmshëm për njerëzit; raportet tregojnë se lënda e tij e parë sintetike NPEO shkakton gjithashtu dëme të konsiderueshme te peshqit.

B. PFOS

PFOS, me emrin e plotë Perfluorooctane Sulfonate, është një term i përgjithshëm për një klasë të surfaktantëve të perfluorizuar. Ai ka një efekt amplifikimi mjedisor. Për shkak të vetive të tij të veçanta fizike dhe kimike, PFOS është jashtëzakonisht i vështirë për t'u degraduar dhe konsiderohet si një nga substancat më rezistente. Pasi hyn në kafshë dhe në trupin e njeriut nëpërmjet zinxhirit ushqimor, ai grumbullohet në sasi të mëdha dhe kërcënon rëndë shëndetin biologjik.

C. LAS

LAS është një ndotës i madh organik që shkakton dëme të mëdha në mjedis. Ai mund të ndryshojë vetitë fizike dhe kimike të tokës, siç është ndryshimi i vlerës së pH-it të tokës dhe përmbajtjes së ujit, duke penguar kështu rritjen e bimëve. Përveç kësaj, kur hyn në trupat ujorë, LAS mund të kombinohet me ndotës të tjerë për të formuar grimca koloidale të shpërndara dhe shfaq toksicitet ndaj organizmave të lartë të mitur dhe organizmave të ulët.

D. Surfaktantë fluorokarbon

PFOA dhe PFOS janë dy surfaktantët kryesorë tradicionalë fluorokarbonikë. Studime përkatëse kanë treguar se komponime të tilla kanë toksicitet të lartë, shkaktojnë ndotje të vazhdueshme mjedisore dhe grumbullohen masivisht në organizma. Si pasojë, ato u listuan si Ndotes Organikë të Qëndrueshëm (POP) nga Kombet e Bashkuara në vitin 2009.

4 Surfaktantë të Gjelbër dhe të Tipit të Ri

A. Surfaktantë me bazë aminoacidesh

Surfaktantët me bazë aminoacidesh prodhohen kryesisht nga lëndë të para biomase me burime të bollshme. Ato kanë toksicitet të ulët dhe efekte anësore, veti të buta, irritueshmëri të ulët ndaj organizmave dhe biodegradueshmëri të shkëlqyer. Sipas vetive të ngarkesës së grupeve hidrofile pas jonizimit në ujë, ato mund të klasifikohen edhe në katër kategori: kationike, anionike, jojonike dhe amfoterike. Llojet e zakonshme përfshijnë llojin e aminoacideve N-alkil, llojin e esterit të aminoacideve dhe llojin e aminoacideve N-acil.

B. Surfaktantë enzimatikë të ananasit

Surfaktantët enzimatikë të ananasit prodhohen duke fermentuar miellin e farave të kamellës dhe tortën e vajit të mbetur pas nxjerrjes së vajit, lëkurën e ananasit, së bashku me pluhurin e majasë, pektinazën dhe mikroorganizma të tjerë. Edhe pse struktura molekulare e përbërësve të tyre aktivë mbetet e paqartë, të dhënat eksperimentale vërtetojnë se ato kanë performancë të favorshme larjeje.

C. MSA

SAA është një derivat i vajit të palmës. Si një produkt i bërë nga lëndë të para bimore të rinovueshme, ai ka tërhequr vëmendje të gjerë. Procesi i prodhimit të tij është miqësor me mjedisin. Për më tepër, në ujë të fortë me përmbajtje të lartë të joneve të kalciumit dhe magnezit, ai precipiton kripërat e kalciumit shumë më ngadalë sesa surfaktantët e përdorur zakonisht si LAS dhe AS, që do të thotë se ofron detergjent të jashtëzakonshëm në aplikimet praktike.

5 Perspektiva e Zhvillimit të Detergjentëve

Në të gjithë tregun global të detergjentëve, vendet ndryshojnë në prioritetet dhe trendet e zhvillimit, megjithatë drejtimi i përgjithshëm i kërkimit për produktet e detergjentëve mbetet i qëndrueshëm. Përqendrimi dhe lëngëzimi i detergjentëve janë bërë trendet kryesore, ndërsa ruajtja e ujit, siguria, kursimi i energjisë, profesionalizmi, mirëdashësia mjedisore dhe shumëfunksionaliteti janë shfaqur si drejtime të njohura zhvillimi. Surfaktantët, lëndët e para kryesore të detergjentëve, po evoluojnë drejt butësisë, formulimit të përbërjeve dhe pajtueshmërisë mjedisore. Përgatitjet enzimatike, të cilat ofrojnë efikasitet të lartë, specifikë dhe mirëdashësi mjedisore, janë bërë një pikë e nxehtë kërkimore në zhvillimin e detergjentëve. Në përgjithësi, trendet e zhvillimit të industrisë së detergjentëve përmblidhen si më poshtë:

Diversifikimi, specializimi dhe segmentimi i produkteve të detergjentëve. Detergjentët mund të ndahen në lloje të ngurta, pluhur, të lëngshëm dhe xhel sipas formës; llojit të koncentruar dhe llojit të rregullt sipas përmbajtjes së përbërësit aktiv; dhe kategori të ndryshme sipas paketimit, ngjyrës dhe aromës.

Detergjentët e lëngshëm do të bëhen kategoria më premtuese e produkteve. Krahasuar me detergjentët e ngurtë, detergjentët e lëngshëm performojnë më mirë në larjen me temperaturë të ulët, kanë një formulë më fleksibile dhe procese prodhimi më të thjeshta. Ato gjithashtu kërkojnë më pak investime në pajisje dhe konsumojnë më pak energji gjatë prodhimit.

Përqendrim progresiv i produkteve detergjente. Që nga viti 2009, detergjentët e koncentruar kanë evoluar në tre kategori kryesore: pluhur larës i koncentruar, kapsula të koncentruara rrobash dhe detergjent i lëngshëm i koncentruar. Detergjentët e koncentruar kanë avantazhe të jashtëzakonshme ndaj produkteve tradicionale, duke përfshirë përmbajtje të lartë të substancës aktive, detergjent të fortë dhe kursim të energjisë. Përveç kësaj, ato kursejnë materiale paketimi, ulin kostot e transportit dhe zënë më pak hapësirë ​​magazinimi për shkak të formulës së tyre të koncentruar.

Orientimi drejt sigurisë njerëzore. Me përmirësimin e standardeve të jetesës, njerëzit nuk i vlerësojnë më detergjentët vetëm nga performanca e heqjes së njollave. Siguria njerëzore, mostoksiciteti dhe mosirritimi i lehtë janë bërë kritere thelbësore për përzgjedhjen e detergjentëve.

Zhvillimi i produkteve miqësore me mjedisin. Eutrofikimi i shkaktuar nga detergjentët që përmbajnë fosfor dhe ndikimet negative mjedisore të agjentëve zbardhues kanë tërhequr shqetësim të gjerë publik. Në përgjigje të kërkesave të kimisë së gjelbër, përzgjedhja e lëndëve të para për detergjentët po zhvendoset gradualisht drejt opsioneve miqësore me mjedisin dhe të buta.

Multifunksionalizimi. Multifunksionaliteti është një trend mbizotërues zhvillimi për produkte të ndryshme shoqërore, dhe nevojat e përditshme shumëfunksionale janë bërë të zakonshme në jetë. Në të ardhmen, detergjentët do të integrojnë heqjen e njollave me funksione të tilla si sterilizimi, dezinfektimi dhe zbardhja.