1.Увод
Развојем хемијске индустрије, животни стандард људи се континуирано побољшавао. Иако је живот знатно побољшан, он је такође изазвао озбиљне еколошке проблеме, чак угрожавајући људско здравље и безбедност. Како захтеви људи за здрављем стално расту, безбедност хемијских производа свеприсутних у свакодневном животу привукла је широку пажњу јавности. Детерџенти, као хемијске супстанце које се широко користе у свакодневном животу и индустријској производњи, изазвали су посебно велику забринутост јавности због њихове безбедности.
Безбедност хемијских производа је једном запала у кризу кредибилитета. Ова ситуација настаје с једне стране због великог ослањања производње детерџената на традиционалне сировине, а с друге стране због недостатка стручног знања јавности о процесима хемијске производње.
У том контексту, вођена основним концептом зелене хемије — „смањење и елиминисање загађења животне средине на извору“ — ова студија дизајнира и развија новедетерџентформулације. Еколошки прихватљивосурфактантии хемијски реагенси способни да инхибирају микроорганизме у води се користе у овој формулацији детерџента.
2.Тренутни статус развојаДетерџенти
Од када је човечанство ушло у цивилизовано друштво, прање је увек било неопходан део људског живота. Пре око 5.000 година, људи су почели да сакупљају природне супстанце које су погодне за прање, као што су плодови кинеског аквара и алкалне компоненте у биљном пепелу, у сврху прања. Триста година касније, људи су вештачки производили сурфактанте. Пре више од једног века, изумен је сапун. Од тада, сапун направљен од масти, алкалија, соли, зачина и пигмената постао је традиционални детерџент. Први вештачки синтетички детерџент, алкил нафтален сулфонат, појавио се током Првог светског рата. Развио га је немачки БАСФ 1917. године, а званично је пуштен у производњу 1925. године. Популаризација синтетичких детерџената догодила се након што су откривени натријум алкилбензен сулфонат и тетрапропилен алкилбензен и званично пуштени у производњу између 1935. и 1939. године.
3.Ефикасни састојци и механизам деловањаДетерџенти
3.1ПрањеПринцип
Прање у општем смислу односи се на процес уклањања прљавштине са површине носача. Током прања, дејство детерџента слаби или елиминише интеракцију између прљавштине и носача, претварајући стање везивања прљавштине и носача у стање везивања прљавштине и детерџента. На крају, прљавштина се одваја од носача испирањем и другим методама. Основни процес прања може се изразити следећим једноставним односом:
Носач·Прљавштина + Детерџент → Носач + Прљавштина·Детерџент
Адхезија прљавштине на предмете се дели на физичку адхезију и хемијску адхезију. Физичка адхезија даље укључује механичку адхезију и електростатичку адхезију.
Хемијска адхезија се углавном односи на адхезију постигнуту хемијским везама. На пример, протеинске мрље и рђа залепљене за влакнасте предмете спадају у хемијску адхезију. Пошто је сила хемијске интеракције ове врсте адхезије генерално јака, прљавштина се чврсто спаја са подлогом и изузетно ју је тешко уклонити, што захтева посебне методе третмана.
Сила интеракције између прљавштине причвршћене физичком адхезијом и подлоге је релативно слаба, што је чини лакшом за уклањање у поређењу са хемијском адхезијом. Прљавштина са механичком адхезијом се лако уклања; тешко ју је елиминисати само када су честице прљавштине мале (<0,1 μm). Електростатичка адхезија се манифестује као интеракција између наелектрисаних честица прљавштине и супротних наелектрисања. Ова сила је јача од механичке силе, што резултира релативно тешким уклањањем прљавштине.
Процес прања за уклањање прљавштине се генерално сматра да укључује следеће фазе:
А. Адсорпција: Сурфактанти у детерџентима подлежу усмереној адсорпцији на граници између прљавштине и носача.
Б. Квашење и пенетрација: Због међуповршинске усмерене адсорпције сурфактаната, детерџент може да продре између прљавштине и носача, да накваси носач и смањи силу адхезије између прљавштине и носача.
C. Дисперзија и стабилизација прљавштине: Прљавштина одвојена од површине носача се диспергује, емулгује или раствара у раствору детерџента, осигуравајући да се одвојена прљавштина неће поново причврстити за очишћену површину.
3.1.1 Врсте земљишта
Земљиште се односи на масне супстанце које се лепе за носаче, као и на лепкове таквих масних супстанци, који имају изузетно сложен састав. На основу различитих облика, може се грубо класификовати на чврсто земљиште, течно земљиште и специјално земљиште.
Уобичајена чврста прљавштина укључује рђу, прашину, честице чађи и слично. Површине ових супстанци обично носе негативно наелектрисање, што их чини склоним приањању на подлоге. Већина честичних чврстих прљавштина је нерастворљива у води, али се може лако дисперговати у воденим растворима који садрже детерџенте; веће чврсте честице се лакше уклањају. Већина уобичајених течних прљавштина је растворљива у уљу и може се сапонификацити алкалним растворима, што објашњава зашто је већина детерџената алкална. Посебна прљавштина се углавном односи на тврдокорне мрље као што су мрље од крви, биљни сок и људски секрети. Ова врста прљавштине се првенствено уклања избељивачима, јер јако оксидационо својство избељивача може уништити њихове хромофорне групе.
3.2 Активни састојци у детерџентима
Сурфактанти, познати и као површински активне супстанце, су главне функционалне компоненте у детерџентима. Брзо се растварају у води и показују одлична својства, укључујући деконтаминацију, пењење, растварање, емулгирање, влажење и дисперзију.
3.2.1 Сурфактанти: Порекло и развој
Експерименти су показали да додавање одређених супстанци у воду може променити њен површински напон, а различите супстанце имају различите ефекте на површински напон воде.
У смислу својства смањења површинске напетости, способност смањења површинске напетости растварача дефинише се као површинска активност, а супстанце са површинском активношћу називају се површински активне супстанце. Супстанце које могу значајно променити стање међуповршинске површине система раствора када се додају у малим количинама називају се сурфактанти.
Сурфактант је супстанца која, када се дода растварачу у малој дози, може значајно смањити површински напон растварача и променити стање међуповршинске површине система. Ово доводи до низа функција као што су влажење или одвлаживање, емулгирање или деемулгирање, дисперзија или флокулација, пењење или одпењивање, солубилизација, хидратација, стерилизација, омекшавање, водоодбојност, антистатичка својства и отпорност на корозију, како би се задовољили практични захтеви примене.
Сурфактанти на бази сапуна први пут су се појавили у старом Египту око 2500. године пре нове ере, где су стари Египћани правили средства за чишћење од мешавине овчије масти и биљног пепела. Око 70. године нове ере, Плиније из Римског царства створио је први комад сапуна од овчије масти. Сапун није стекао широку популарност све до 1791. године, када је француски хемичар Никола Леблан открио метод производње каустичне соде електролизом натријум хлорида. Производ друге фазе развоја сурфактанта је ћуреће црвено уље, познато и као сулфоновано рицинусово уље. Синтетише се реакцијом рицинусовог уља са концентрованом сумпорном киселином на ниској температури, након чега следи неутрализација натријум хидроксидом. Ћуреће црвено уље се може похвалити изузетном емулгаторском моћи, пропустљивошћу, квашењем и дифузијом, и надмашује сапун у отпорности на тврду воду, киселине и металне соли.
3.2.2 Структура површинске активности
Јединствена својства сурфактанта произилазе из њихове посебне молекуларне структуре. Сурфактанти су генерално линеарни молекули који садрже и хидрофилне поларне групе и липофилне неполарне хидрофобне групе.
Хидрофобне групе имају различите структуре као што су прави ланци, разгранати ланци и цикличне структуре. Најчешћи су угљоводонични ланци, укључујући алкане, алкене, циклоалкане и ароматичне угљоводонике, са већином бројева атома угљеника у распону од 8 до 20. Остале хидрофобне групе укључују масне алкохоле, алкилфеноле и атомске групе које садрже флуор, силицијум и друге елементе. Хидрофилне групе се категоришу у анјонске, катјонске, амфотерне јонске и нејонске типове. Јонски сурфактанти могу јонизовати у води да би носили електрично наелектрисање, док нејонски сурфактанти не могу јонизовати у води, али поседују поларност и растворљивост у води.
3.2.3 Уобичајени штетни сурфактанти
Сурфактанти се широко користе у свакодневном животу људи, али су несумњиво хемијске супстанце. Многе сировине за сурфактанте поседују одређена својства токсичности и загађења. Неизбежно је да штете животној средини; након контакта са људима могу иритирати кожу, а неки чак показују јаку токсичност и корозивност, наносећи озбиљну штету људском телу. У наставку је представљено неколико уобичајених штетних сурфактанта:
А. АПЕО
АПЕО је уобичајена врста нејонског сурфактанта, састављеног од алкилног дела и етокси дела. Различите дужине угљеничног ланца алкилног дела и различите количине додатог етокси дела резултирају бројним постојећим облицима АПЕО са значајним разликама у перформансама међу различитим облицима. У процесу синтезе АПЕО, главни производ није канцероген, али његови нуспроизводи су корозивни за кожу и очи, а неки чак могу изазвати рак у тешким случајевима. Иако директно не штети организмима, АПЕО представља хормонски ризик по животну средину. Такве хемијске супстанце улазе у људско тело на различите начине, имају ефекте сличне естрогену, ремете нормално лучење људских хормона и додатно смањују број мушких сперматозоида. Није штетан само за људе; извештаји указују да његова синтетичка сировина НПЕО такође узрокује значајну штету рибама.
Б. ПФОС
ПФОС, пуним називом Перфлуорооктан сулфонат, је општи назив за класу перфлуорованих сурфактаната. Има ефекат појачавања утицаја на животну средину. Због својих посебних физичких и хемијских својстава, ПФОС је изузетно тешко разградити и сматра се једном од најотпорнијих супстанци. Након уласка у тело животиња и људи путем ланца исхране, акумулира се у великим количинама и озбиљно угрожава биолошко здравље.
Ц. ЛАС
ЛАС је главни органски загађивач који наноси велику штету животној средини. Може да промени физичка и хемијска својства земљишта, као што је промена pH вредности земљишта и садржаја воде, чиме инхибира раст биљака. Поред тога, када уђе у водене површине, ЛАС се може комбиновати са другим загађивачима и формирати дисперговане колоидне честице и показује токсичност за младе више и ниже организме.
D. Флуороугљенични сурфактанти
ПФОА и ПФОС су два главна традиционална флуороугљенична сурфактанта. Релевантне студије су показале да таква једињења имају високу токсичност, изазивају трајно загађење животне средине и масовно се акумулирају у организмима. Сходно томе, Уједињене нације су их 2009. године сврстале на листу трајних органских загађивача (ПОП).
4 зелена и нова типа сурфактанта
А. Сурфактанти на бази аминокиселина
Сурфактанти на бази аминокиселина углавном се праве од биомасе из обилних извора. Одликују се ниском токсичношћу и нежељеним ефектима, благим својствима, ниском иритацијом за организме и одличном биоразградивошћу. Према својствима наелектрисања хидрофилних група након јонизације у води, могу се класификовати и у четири категорије: катјонске, анјонске, нејонске и амфотерне. Уобичајени типови укључују тип N-алкил аминокиселина, тип естара аминокиселина и тип N-ацил аминокиселина.
Б. Ензимски сурфактанти ананаса
Ензимски сурфактанти ананаса производе се ферментацијом брашна од семена камелије и уљане погаче која остаје након екстракције уља, коре ананаса, заједно са прахом квасца, пектиназом и другим микроорганизмима. Иако молекуларна структура њихових активних састојака остаје нејасна, експериментални подаци доказују да имају повољне перформансе прања.
Ц. ССП
SAA је дериват палминог уља. Као производ направљен од обновљивих биљних сировина, привукао је широку пажњу. Његов производни процес је еколошки прихватљив. Штавише, у тврдој води са високим садржајем јона калцијума и магнезијума, таложи калцијумове соли много спорије него уобичајено коришћени сурфактанти као што су LAS и AS, што значи да пружа изванредну детерџентну снагу у практичним применама.
5 Перспектива развоја детерџената
Широм глобалног тржишта детерџената, земље се разликују у приоритетима и трендовима развоја, али општи правац истраживања производа за детерџенте остаје доследан. Концентрација и утечњавање детерџената постали су главни трендови, док су уштеда воде, безбедност, уштеда енергије, професионализам, еколошка прихватљивост и мултифункционалност постали популарни правци развоја. Сурфактанти, основне сировине детерџената, развијају се ка благости, једињењу и еколошкој компатибилности. Ензимски препарати, који се могу похвалити високом ефикасношћу, специфичношћу и еколошком прихватљивошћу, постали су жариште истраживања у развоју детерџената. Генерално, трендови развоја индустрије детерџената су сумирани на следећи начин:
Диверзификација, специјализација и сегментација детерџентних производа. Детерџенти се могу поделити на чврсте, прашкасте, течне и гел типове према облику; концентровани тип и обичан тип према садржају активног састојка; и различите категорије према паковању, боји и мирису.
Течни детерџенти ће постати најперспективнија категорија производа. У поређењу са чврстим детерџентима, течни детерџенти боље функционишу при прању на ниским температурама, имају флексибилнији дизајн формуле и једноставније производне процесе. Такође захтевају мање улагања у опрему и троше мање енергије током производње.
Прогресивна концентрација детерџената. Од 2009. године, концентровани детерџенти су еволуирали у три главне категорије: концентровани прашак за прање веша, концентроване капсуле за веш и концентровани течни детерџент. Концентровани детерџенти имају изузетне предности у односу на традиционалне производе, укључујући висок садржај активних супстанци, снажно детерџентно дејство и уштеду енергије. Поред тога, штеде материјал за паковање, смањују трошкове транспорта и заузимају мање складишног простора захваљујући својој концентрованој формули.
Оријентација на људску безбедност. Са побољшањем животног стандарда, људи више не процењују детерџенте само на основу учинка уклањања мрља. Безбедност за људе, нетоксичност и благо одсуство иритације постали су кључни критеријуми за избор детерџента.
Развој еколошки прихватљивих производа. Еутрофикација изазвана детерџентима који садрже фосфор и негативни утицаји средстава за избељивање на животну средину изазвали су широку забринутост јавности. Као одговор на захтеве зелене хемије, избор сировина за детерџенте се постепено помера ка еколошки прихватљивим и благим опцијама.
Мултифункционалност. Мултифункционалност је преовлађујући тренд развоја разних друштвених производа, а вишенаменске свакодневне потрепштине постале су уобичајене у животу. У будућности, детерџенти ће интегрисати уклањање мрља са функцијама као што су стерилизација, дезинфекција и избељивање.
Време објаве: 15. мај 2026.