Diskmedel och tensider

1.Introduktion

Med utvecklingen av den kemiska industrin har människors levnadsstandard kontinuerligt förbättrats. Samtidigt som livet har förbättrats avsevärt har det också orsakat allvarliga miljöproblem, till och med äventyrat människors hälsa och säkerhet. I takt med att människors krav på hälsa fortsätter att öka har säkerheten hos kemiska produkter som är allestädes närvarande i vardagen väckt stor allmänhetens uppmärksamhet. Tvättmedel, som kemiska ämnen som används flitigt i vardagen och industriell produktion, har väckt särskilt stor allmänhetens oro över deras säkerhet.

Säkerheten hos kemiska produkter har en gång hamnat i en trovärdighetskris. Denna situation uppstår å ena sidan på grund av det starka beroendet av traditionella råvaror vid tvättmedelsproduktion, och å andra sidan på grund av allmänhetens brist på professionell kunskap om kemiska produktionsprocesser.

Mot denna bakgrund, vägledd av kärnkonceptet grön kemi – ”att minska och eliminera miljöföroreningar vid källan” – utformar och utvecklar denna studie nyarengöringsmedelformuleringar. Miljövänligtensideroch kemiska reagens som kan hämma mikroorganismer i vatten används i denna rengöringsmedelsformulering.

2.Nuvarande utvecklingsstatus förTvättmedel

Ända sedan mänskligheten intog det civiliserade samhället har tvättaktiviteter alltid varit en oumbärlig del av mänskligt liv. För cirka 5 000 år sedan började människor samla in naturliga tvättvänliga ämnen som kinesiska johannesbrödfrukter och alkaliska komponenter i växtaska för tvättändamål. Trehundra år senare producerades tensider artificiellt av människor. För mer än ett sekel sedan uppfanns tvål. Sedan dess har tvål gjord av fett, alkali, salt, kryddor och pigment blivit ett traditionellt tvättmedel. Det första artificiellt syntetiska tvättmedlet, alkylnaftalensulfonat, uppstod under första världskriget. Det utvecklades av tyska BASF 1917 och sattes officiellt i produktion 1925. Populariseringen av syntetiska tvättmedel skedde efter att natriumalkylbensensulfonat och tetrapropylenalkylbensen upptäcktes och officiellt lanserades i produktion mellan 1935 och 1939.

3.Effektiva ingredienser och verkningsmekanism förTvättmedel

3.1TvättningPrincip

Tvätt i allmän bemärkelse avser processen att avlägsna smuts från ytan på ett bärarmaterial. Under tvätt försvagar eller eliminerar tvättmedlets verkan interaktionen mellan smuts och bärarmaterial, vilket omvandlar bindningstillståndet mellan smuts och bärarmaterial till bindningstillståndet mellan smuts och tvättmedel. Slutligen separeras smutsen från bärarmaterial genom sköljning och andra metoder. Den grundläggande processen för tvättverkan kan uttryckas med följande enkla förhållande:

Bärare·Smuts + Tvättmedel → Bärare + Smuts·Tvättmedel

Smuts vidhäftning till föremål delas in i fysisk vidhäftning och kemisk vidhäftning. Fysisk vidhäftning inkluderar vidare mekanisk vidhäftning och elektrostatisk vidhäftning.

Kemisk vidhäftning avser huvudsakligen vidhäftning som uppnås genom kemiska bindningar. Till exempel tillhör proteinfläckar och rost som fästs på fiberartiklar kemisk vidhäftning. Eftersom den kemiska interaktionskraften vid denna typ av vidhäftning generellt är stark, är smutsen hårt sammanfogad med underlaget och extremt svår att ta bort, vilket kräver speciella behandlingsmetoder.

Samverkanskraften mellan smuts som fästs genom fysisk vidhäftning och underlaget är relativt svag, vilket gör den lättare att avlägsna jämfört med kemisk vidhäftning. Smuts med mekanisk vidhäftning är lätt att avlägsna; den är bara svår att eliminera när smutspartiklarna är små (<0,1 μm). Elektrostatisk vidhäftning manifesterar sig som interaktionen mellan laddade smutspartiklar och motsatta laddningar. Denna kraft är starkare än mekanisk kraft, vilket resulterar i relativt svår smutsborttagning.

Tvättprocessen för smutsborttagning anses generellt omfatta följande steg:

A. Adsorption: Tensider i tvättmedel genomgår riktad adsorption vid gränssnittet mellan smuts och bäraren.

B. Vätning och penetration: På grund av den riktade adsorptionen av tensider i gränssnittet kan rengöringsmedlet tränga in mellan smuts och bäraren, väta bäraren och minska vidhäftningskraften mellan smuts och bäraren.

C. Dispersion och stabilisering av smuts: Smuts som lossnat från bärarytan dispergeras, emulgeras eller löses upp i rengöringslösningen, vilket säkerställer att den lossnade smutsen inte återfästs på den rengjorda ytan.

3.1.1 Jordtyper

Jord avser feta ämnen som vidhäftar till bärare såväl som lim till sådana feta ämnen, med en extremt komplex sammansättning. Baserat på olika former kan den grovt klassificeras i fast jord, flytande jord och specialjord.

Vanliga fasta smutsar inkluderar rost, damm, kimrökspartiklar och liknande. Ytorna på dessa ämnen har vanligtvis negativa laddningar, vilket gör dem benägna att vidhäfta till substrat. De flesta partikelformiga fasta smutsar är vattenolösliga, men de kan lätt dispergeras i vattenlösningar som innehåller tvättmedel; större fasta partiklar är lättare att ta bort. De flesta vanliga flytande smutsar är oljelösliga och kan förtvålas med alkaliska lösningar, vilket förklarar varför de flesta tvättmedel är alkaliska. Speciella smutsar syftar främst på envisa fläckar som blodfläckar, växtsaft och mänskliga sekret. Denna typ av smuts avlägsnas främst med blekmedel, eftersom blekmedlens starka oxiderande egenskaper kan förstöra deras kromofora grupper.

3.2 Aktiva ingredienser i tvättmedel

Tensider, även kända som ytaktiva ämnen, är de primära funktionella komponenterna i tvättmedel. De löses snabbt upp i vatten och uppvisar utmärkta egenskaper, inklusive dekontaminering, skumbildning, solubilisering, emulgering, vätning och dispersion.

3.2.1 Tensider: Ursprung och utveckling

Experiment har visat att tillsats av vissa ämnen till vatten kan förändra dess ytspänning, och olika ämnen har varierande effekter på vattnets ytspänning.

När det gäller egenskapen att minska ytspänning definieras förmågan att sänka ytspänningen hos ett lösningsmedel som ytaktivitet, och ämnen med ytaktivitet kallas ytaktiva ämnen. Ämnen som avsevärt kan förändra gränsytans tillstånd i ett lösningssystem när de tillsätts i små mängder kallas tensider.

Ett ytaktivt ämne är ett ämne som, när det tillsätts till ett lösningsmedel i en liten dos, markant kan minska lösningsmedlets ytspänning och förändra systemets gränsyta. Detta ger upphov till en rad funktioner såsom vätning eller avvätning, emulgering eller demulgering, dispersion eller flockulering, skumning eller skumdämpning, solubilisering, återfuktning, sterilisering, mjukgöring, vattenavvisande förmåga, antistatiska egenskaper och korrosionsbeständighet, för att möta praktiska tillämpningskrav.

Tvålbaserade tensider dök först upp i det antika Egypten omkring 2500 f.Kr., där forntida egyptier tillverkade rengöringsprodukter av en blandning av fårfett och växtaska. Omkring år 70 e.Kr. skapade Plinius i Romarriket den första tvålen av fårfett. Tvål fick inte stor popularitet förrän 1791, då den franske kemisten Nicolas Leblanc upptäckte metoden att framställa kaustiksoda via elektrolys av natriumklorid. En produkt från det andra steget av utvecklingen av tensider är Turkiets röda olja, även känd som sulfonerad ricinolja. Den syntetiseras genom att ricinolja reagerar med koncentrerad svavelsyra vid låg temperatur, följt av neutralisering med natriumhydroxid. Turkiets röda olja har enastående emulgeringskraft, permeabilitet, vätbarhet och diffusionsförmåga, och överträffar tvål i resistens mot hårt vatten, syra och metallsalter.

3.2.2 Strukturen av ytaktivitet

De unika egenskaperna hos tensider härrör från deras speciella molekylstruktur. Tensider är i allmänhet linjära molekyler som innehåller både hydrofila polära grupper och lipofila opolära hydrofoba grupper.

Hydrofoba grupper har olika strukturer såsom raka kedjor, grenade kedjor och cykliska strukturer. De vanligaste är kolvätekedjor inklusive alkaner, alkener, cykloalkaner och aromatiska kolväten, med de flesta kolatomantal från 8 till 20. Andra hydrofoba grupper inkluderar fettalkoholer, alkylfenoler och atomgrupper innehållande fluor, kisel och andra element. Hydrofila grupper kategoriseras i anjoniska, katjoniska, amfotära joniska och nonjoniska typer. Joniska tensider kan jonisera i vatten för att bära elektriska laddningar, medan nonjoniska tensider inte kan jonisera i vatten men har polaritet och vattenlöslighet.

3.2.3 Vanliga skadliga tensider

Tensider används flitigt i människors dagliga liv, men de är onekligen kemiska ämnen. Många råvaror för tensider har vissa toxiska och förorenande egenskaper. De orsakar oundvikligen skador på miljön; vid kontakt med människor kan de irritera huden, och vissa har till och med stark toxicitet och frätande effekt, vilket orsakar allvarliga skador på människokroppen. Följande presenterar flera vanliga skadliga tensider:

A. APEO

APEO är en vanlig typ av nonjoniskt tensid, bestående av en alkyldel och en etoxidel. Varierande kolkedjelängder i alkyldelen och olika tillsatta mängder av etoxidelen resulterar i ett flertal existerande former av APEO med betydande prestandaskillnader mellan olika former. I syntesprocessen av APEO är huvudprodukten icke-cancerframkallande, men dess biprodukter är frätande för hud och ögon, och vissa kan till och med orsaka cancer i allvarliga fall. Även om det inte direkt skadar organismer, utgör APEO en miljöhormonrisk. Sådana kemiska ämnen kommer in i människokroppen via olika vägar, utövar östrogenliknande effekter, stör normal mänsklig hormonsekretion och minskar ytterligare manligt spermieantal. Det är inte bara skadligt för människor; rapporter tyder på att dess syntetiska råmaterial NPEO också orsakar betydande skador på fisk.

B. PFOS

PFOS, fullständigt benämnt perfluoroktansulfonat, är en allmän term för en klass av perfluorerade tensider. Det har en miljöförstärkande effekt. På grund av sina speciella fysikaliska och kemiska egenskaper är PFOS extremt svår att bryta ner och anses vara ett av de mest motståndskraftiga ämnena. Efter att ha kommit in i djur och människokroppen via näringskedjan ackumuleras det i stora mängder och hotar allvarligt den biologiska hälsan.

C. LAS

LAS är ett allvarligt organiskt föroreningsämne som orsakar stor skada på miljön. Det kan förändra jordens fysikaliska och kemiska egenskaper, såsom att ändra jordens pH-värde och vattenhalt, vilket hämmar växttillväxt. Dessutom kan LAS, när det kommer in i vattendrag, kombineras med andra föroreningar för att bilda dispergerade kolloidala partiklar och uppvisa toxicitet för unga högre och lägre organismer.

D. Fluorkarbontensider

PFOA och PFOS är de två huvudsakliga traditionella fluorkoltensiderna. Relevanta studier har visat att sådana föreningar har hög toxicitet, orsakar ihållande miljöföroreningar och ackumuleras massivt i organismer. Följaktligen listades de som långlivade organiska föroreningar (POP) av FN år 2009.

4 gröna och nya typer av tensider

A. Aminosyrabaserade tensider

Aminosyrabaserade tensider tillverkas huvudsakligen av råmaterial från biomassa med rikliga källor. De har låg toxicitet och biverkningar, milda egenskaper, låg irritation för organismer och utmärkt biologisk nedbrytbarhet. Beroende på laddningsegenskaperna hos hydrofila grupper efter jonisering i vatten kan de också klassificeras i fyra kategorier: katjoniska, anjoniska, nonjoniska och amfotära. Vanliga typer inkluderar N-alkylaminosyratyp, aminosyraestertyp och N-acylaminosyratyp.

B. Ananasenzymtensider

Ananasenzymtensider framställs genom att fermentera kameliafrömjöl och oljekaka som blir kvar efter oljeextraktion, ananasskal, tillsammans med jästpulver, pektinas och andra mikroorganismer. Även om den molekylära strukturen hos deras aktiva ingredienser fortfarande är oklar, visar experimentella data att de har gynnsamma tvättegenskaper.

C. SAA

SAA är ett palmoljederivat. Som en produkt tillverkad av förnybara växtråvaror har den väckt stor uppmärksamhet. Dess produktionsprocess är miljövänlig. Dessutom fäller den ut kalciumsalter mycket långsammare i hårt vatten med högt innehåll av kalcium- och magnesiumjoner än vanligt förekommande tensider som LAS och AS, vilket innebär att den ger enastående rengöringsförmåga i praktiska tillämpningar.

5 Utsikter för utveckling av tvättmedel

På den globala tvättmedelsmarknaden skiljer sig länderna åt i utvecklingsprioriteringar och trender, men den allmänna forskningsinriktningen för tvättmedelsprodukter förblir konsekvent. Koncentration och flytandegöring av tvättmedel har blivit vanliga trender, medan vattenbesparing, säkerhet, energibesparing, professionalism, miljövänlighet och multifunktionalitet har framstått som populära utvecklingsinriktningar. Tensider, de viktigaste råvarorna i tvättmedel, utvecklas mot mildhet, blandad formulering och miljökompatibilitet. Enzympreparat, med hög effektivitet, specificitet och miljövänlighet, har blivit ett forskningsfokus inom tvättmedelsutveckling. Sammantaget sammanfattas utvecklingstrenderna inom tvättmedelsindustrin enligt följande:

Diversifiering, specialisering och segmentering av tvättmedel. Tvättmedel kan delas in i fasta, pulver-, flytande och geltyper efter form; koncentrerad typ och vanlig typ efter innehåll av aktiva ingredienser; och olika kategorier efter förpackning, färg och doft.

Flytande tvättmedel kommer att bli den mest lovande produktkategorin. Jämfört med fasta tvättmedel presterar flytande tvättmedel bättre vid tvättning vid låg temperatur, har en mer flexibel formula och enklare produktionsprocesser. De kräver också mindre investeringar i utrustning och förbrukar mindre energi under produktionen.

Progressiv koncentration av tvättmedel. Sedan 2009 har koncentrerade tvättmedel utvecklats till tre huvudkategorier: koncentrerat tvättpulver, koncentrerade tvättkapslar och koncentrerat flytande tvättmedel. Koncentrerade tvättmedel har anmärkningsvärda fördelar jämfört med traditionella produkter, inklusive högt innehåll av aktiva substanser, stark tvättförmåga och energibesparing. Dessutom sparar de förpackningsmaterial, minskar transportkostnader och tar upp mindre lagerutrymme tack vare sin koncentrerade formel.

Säkerhetsfokus för människor. I takt med att levnadsstandarden förbättras utvärderar människor inte längre bara tvättmedel utifrån fläckborttagningsförmåga. Säkerhet för människor, giftfrihet och mild icke-irritation har blivit avgörande kriterier för val av tvättmedel.

Miljövänlig produktutveckling. Eutrofiering orsakad av fosforhaltiga tvättmedel och negativa miljöpåverkan från blekmedel har väckt stor oro hos allmänheten. Som svar på kraven inom grön kemi övergår valet av råmaterial för tvättmedel gradvis till miljövänliga och milda alternativ.

Multifunktionalisering. Multifunktionalitet är en rådande utvecklingstrend för olika sociala produkter, och mångsidiga dagliga nödvändigheter har blivit vanliga i livet. I framtiden kommer tvättmedel att integrera fläckborttagning med funktioner som sterilisering, desinfektion och blekning.