Засіб для миття посуду та поверхнево-активні речовини

1.Вступ

З розвитком хімічної промисловості рівень життя людей постійно покращується. Хоча життя значно покращилося, це також спричинило серйозні екологічні проблеми, навіть поставивши під загрозу здоров'я та безпеку людини. Оскільки потреби людей у ​​здоров'ї постійно зростають, безпека хімічних продуктів, повсюдно присутніх у повсякденному житті, привернула широку увагу громадськості. Мийні засоби, як хімічні речовини, що широко використовуються у повсякденному житті та промисловому виробництві, викликали особливе занепокоєння громадськості щодо їхньої безпеки.

Безпека хімічної продукції колись переживає кризу довіри. Ця ситуація виникає, з одного боку, через значну залежність виробництва мийних засобів від традиційної сировини, а з іншого боку, через брак професійних знань громадськості про процеси хімічного виробництва.

На цьому тлі, керуючись основною концепцією зеленої хімії — «скорочення та усунення забруднення навколишнього середовища в джерелі» — це дослідження розробляє та розробляє новімиючий засібформулювання. Екологічно чистіповерхнево-активні речовиниа в цій рецептурі миючого засобу використовуються хімічні реагенти, здатні пригнічувати мікроорганізми у воді.

2.Поточний стан розвиткуМийні засоби

З моменту появи людства у цивілізованому суспільстві, прання завжди було невід'ємною частиною його життя. Близько 5000 років тому люди почали збирати натуральні речовини, корисні для прання, такі як плоди китайської акації та лужні компоненти в золі рослин, для прання. Триста років по тому люди штучно виробили поверхнево-активні речовини. Понад століття тому було винайдено мило. Відтоді мило, виготовлене з жиру, лугу, солі, спецій та пігментів, стало традиційним мийним засобом. Перший штучно синтетичний мийний засіб, алкілнафталінсульфонат, з'явився під час Першої світової війни. Він був розроблений німецькою компанією BASF у 1917 році та офіційно запущений у виробництво у 1925 році. Популяризація синтетичних мийних засобів відбулася після того, як між 1935 і 1939 роками були відкриті та офіційно запущені у виробництво алкілбензолсульфонат натрію та тетрапропіленалкілбензол.

3.Ефективні інгредієнти та механізм діїМийні засоби

3.1ПранняПринцип

Миття в загальному сенсі стосується процесу видалення бруду з поверхні носія. Під час миття дія миючого засобу послаблює або усуває взаємодію між брудом та носієм, перетворюючи зв'язуючий стан бруду та носія на зв'язуючий стан бруду та миючого засобу. Зрештою, бруд відокремлюється від носія за допомогою полоскання та інших методів. Основний процес миття можна виразити наступним простим співвідношенням:

Перевізник·Бруд + Мийний засіб → Перевізник + Бруд·Мийний засіб

Адгезія бруду до об'єктів поділяється на фізичну адгезію та хімічну адгезію. Фізична адгезія також включає механічну адгезію та електростатичну адгезію.

Хімічна адгезія головним чином стосується адгезії, що досягається за допомогою хімічних зв'язків. Наприклад, білкові плями та іржа, що прилипли до волокнистих виробів, належать до хімічної адгезії. Оскільки сила хімічної взаємодії цього типу адгезії, як правило, сильна, бруд міцно зв'язується з основою та його надзвичайно важко видалити, що вимагає спеціальних методів обробки.

Сила взаємодії між брудом, прикріпленим фізичною адгезією, та підкладкою є відносно слабкою, що полегшує його видалення порівняно з хімічною адгезією. Бруд з механічною адгезією легко видалити; його важко усунути лише тоді, коли частинки бруду малі (<0,1 мкм). Електростатична адгезія проявляється як взаємодія між зарядженими частинками бруду та протилежно зарядженими. Ця сила сильніша за механічну, що призводить до відносно складного видалення бруду.

Процес миття для видалення бруду зазвичай вважається таким, що включає такі етапи:

A. Адсорбція: Поверхнево-активні речовини в мийних засобах зазнають спрямованої адсорбції на межі розділу між брудом та носієм.

B. Змочування та проникнення: Завдяки спрямованій адсорбції поверхнево-активних речовин на межі поверхні, мийний засіб може проникати між брудом та носієм, змочувати носій та зменшувати силу адгезії між брудом та носієм.

C. Дисперсія та стабілізація бруду: Бруд, що відокремився від поверхні носія, диспергується, емульгується або розчиняється в розчині мийного засобу, що гарантує, що відокремлений бруд не прикріпиться повторно до очищеної поверхні.

3.1.1 Типи ґрунтів

Ґрунт – це жирні речовини, що прилипають до носіїв, а також клейкі речовини таких жирних речовин, що мають надзвичайно складний склад. За різними формами його можна умовно класифікувати на твердий ґрунт, рідкий ґрунт та спеціальний ґрунт.

До поширених твердих забруднень належать іржа, пил, частинки сажі тощо. Поверхні цих речовин зазвичай несуть негативні заряди, що робить їх схильними до прилипання до субстратів. Більшість твердих забруднень у вигляді частинок нерозчинні у воді, проте їх можна легко диспергувати у водних розчинах, що містять мийні засоби; більші тверді частинки легше видалити. Найпоширеніші рідкі забруднення розчинні в олії та можуть омилюватися лужними розчинами, що пояснює, чому більшість мийних засобів є лужними. Спеціальні забруднення в основному стосуються стійких плям, таких як плями крові, рослинний сік та людські виділення. Цей тип забруднень в основному видаляється відбілювачами, оскільки сильна окислювальна властивість відбілювачів може руйнувати їхні хромофорні групи.

3.2 Активні інгредієнти в мийних засобах

Поверхнево-активні речовини, також відомі як поверхнево-активні речовини, є основними функціональними компонентами мийних засобів. Вони швидко розчиняються у воді та демонструють чудові властивості, включаючи дезактивацію, піноутворення, солюбілізацію, емульгування, змочування та диспергування.

3.2.1 Поверхнево-активні речовини: походження та розвиток

Експерименти показали, що додавання певних речовин до води може змінити її поверхневий натяг, і різні речовини чинять різний вплив на поверхневий натяг води.

Щодо властивості зменшення поверхневого натягу, здатність розчинника знижувати поверхневий натяг визначається як поверхнева активність, а речовини з поверхневою активністю називаються поверхнево-активними речовинами. Речовини, які можуть суттєво змінювати стан поверхні розчинної системи при додаванні в невеликих кількостях, називаються поверхнево-активними речовинами.

Поверхнево-активна речовина (ПАР) – це речовина, яка при додаванні до розчинника в невеликій дозі може значно знизити поверхневий натяг розчинника та змінити стан міжфазної поверхні системи. Це призводить до виконання низки функцій, таких як змочування або зневоднення, емульгування або деемульгування, диспергування або флокуляція, піноутворення або піногасіння, солюбілізація, зволоження, стерилізація, пом'якшення, водовідштовхувальні властивості, антистатичні властивості та стійкість до корозії, для задоволення потреб практичного застосування.

Поверхнево-активні речовини на основі мила вперше з'явилися в Стародавньому Єгипті близько 2500 року до нашої ери, де стародавні єгиптяни виготовляли засоби для чищення із суміші баранячого жиру та рослинної золи. Близько 70 року нашої ери Пліній з Римської імперії створив перший брусок мила на баранячому жирі. Мило не здобуло широкої популярності до 1791 року, коли французький хімік Ніколя Леблан відкрив метод виробництва каустичної соди шляхом електролізу хлориду натрію. Продуктом другого етапу розвитку поверхнево-активних речовин є індича червона олія, також відома як сульфована касторова олія. Її синтезують шляхом реакції касторової олії з концентрованою сірчаною кислотою при низькій температурі з подальшою нейтралізацією гідроксидом натрію. Індича червона олія може похвалитися видатною емульгуючою здатністю, проникністю, змочуваністю та дифузійністю, а також перевершує мило за стійкістю до жорсткої води, кислот та солей металів.

3.2.2 Структура поверхневої активності

Унікальні властивості поверхнево-активних речовин зумовлені їхньою особливою молекулярною структурою. Поверхнево-активні речовини, як правило, є лінійними молекулами, що містять як гідрофільні полярні групи, так і ліпофільні неполярні гідрофобні групи.

Гідрофобні групи мають різноманітні структури, такі як прямі ланцюги, розгалужені ланцюги та циклічні структури. Найпоширенішими є вуглеводневі ланцюги, включаючи алкани, алкени, циклоалкани та ароматичні вуглеводні, з більшістю атомів вуглецю, що коливаються від 8 до 20. Інші гідрофобні групи включають жирні спирти, алкілфеноли та атомні групи, що містять фтор, кремній та інші елементи. Гідрофільні групи поділяються на аніонні, катіонні, амфотерні іонні та неіонні типи. Іонні поверхнево-активні речовини можуть іонізуватися у воді, переносячи електричні заряди, тоді як неіонні поверхнево-активні речовини не можуть іонізуватися у воді, але мають полярність та розчинність у воді.

3.2.3 Поширені шкідливі поверхнево-активні речовини

Поверхнево-активні речовини широко використовуються в повсякденному житті людини, проте вони безперечно є хімічними речовинами. Багато сировини для поверхнево-активних речовин мають певні токсичні та забруднюючі властивості. Неминуче вони завдають шкоди навколишньому середовищу; при контакті з людиною вони можуть подразнювати шкіру, а деякі навіть мають сильну токсичність та корозійну дію, завдаючи серйозної шкоди організму людини. Нижче наведено кілька поширених шкідливих поверхнево-активних речовин:

А. АПЕО

АПЕО – це поширений тип неіоногенної поверхнево-активної речовини, що складається з алкільного фрагмента та етокси фрагмента. Різна довжина вуглецевого ланцюга алкільної частини та різна кількість додавання етокси частини призводять до появи численних існуючих форм АПЕО зі значними відмінностями в продуктивності між різними формами. У процесі синтезу АПЕО основний продукт не є канцерогенним, але його побічні продукти є корозійними для шкіри та очей, а деякі навіть можуть спричинити рак у важких випадках. Хоча він не завдає безпосередньої шкоди організмам, АПЕО становить гормональну небезпеку для навколишнього середовища. Такі хімічні речовини потрапляють в організм людини різними шляхами, мають естрогеноподібний ефект, порушують нормальну секрецію людських гормонів та ще більше зменшують кількість чоловічих сперматозоїдів. Він шкідливий не тільки для людини; звіти свідчать про те, що його синтетична сировина NPEO також завдає значної шкоди рибі.

B. ПФОС

ПФОС, повна назва якої — перфтороктановий сульфонат, — це загальний термін для позначення класу перфторованих поверхнево-активних речовин. Вони мають вплив на навколишнє середовище. Завдяки своїм особливим фізичним та хімічним властивостям, ПФОС надзвичайно важко розкладається та вважається однією з найбільш стійких речовин. Після потрапляння в організм тварин та людини через харчовий ланцюг, вони накопичуються у великих кількостях та серйозно загрожують біологічному здоров'ю.

C. ЛАС

ЛАС – це основний органічний забруднювач, який завдає значної шкоди навколишньому середовищу. Він може змінювати фізичні та хімічні властивості ґрунту, такі як зміна значення pH ґрунту та вмісту води, тим самим пригнічуючи ріст рослин. Крім того, потрапляючи у водойми, ЛАС може поєднуватися з іншими забруднювачами, утворюючи дисперсні колоїдні частинки, та проявляє токсичність для молоді вищих та нижчих організмів.

D. Фторвуглецеві поверхнево-активні речовини

ПФОК та ПФОС – це два основні традиційні фторвуглецеві поверхнево-активні речовини. Відповідні дослідження показали, що такі сполуки мають високу токсичність, спричиняють стійке забруднення навколишнього середовища та масово накопичуються в організмах. Відповідно, у 2009 році Організація Об’єднаних Націй внесла їх до списку стійких органічних забруднювачів (СОЗ).

4 зелених та нових поверхнево-активних речовини

A. Поверхнево-активні речовини на основі амінокислот

Поверхнево-активні речовини на основі амінокислот переважно виготовляються з біомаси, джерела якої є великими. Вони характеризуються низькою токсичністю та побічними ефектами, м'якими властивостями, низьким подразненням організмів та чудовою біорозкладністю. Залежно від зарядових властивостей гідрофільних груп після іонізації у воді їх також можна класифікувати на чотири категорії: катіонні, аніонні, неіонні та амфотерні. До поширених типів належать N-алкільні амінокислоти, ефіри амінокислот та N-ацил-амінокислоти.

B. Поверхнево-активні речовини ферментів ананаса

Ферментні поверхнево-активні речовини ананаса виробляються шляхом ферментації шроту з насіння камелії та олійної макухи, що залишається після екстракції олії, шкірки ананаса разом з дріжджовим порошком, пектиназою та іншими мікроорганізмами. Хоча молекулярна структура їхніх активних інгредієнтів залишається неясною, експериментальні дані доводять, що вони мають сприятливу мийну ефективність.

C. ДСА

SAA – це похідна пальмової олії. Як продукт, виготовлений з відновлюваної рослинної сировини, він привернув широку увагу. Його виробничий процес є екологічно чистим. Більше того, у жорсткій воді з високим вмістом іонів кальцію та магнію він осаджує солі кальцію набагато повільніше, ніж зазвичай використовувані поверхнево-активні речовини, такі як LAS та AS, що означає, що він забезпечує видатну мийну здатність у практичному застосуванні.

5 Перспективи розвитку мийних засобів

На світовому ринку мийних засобів країни мають різні пріоритети та тенденції розвитку, проте загальний напрямок досліджень у галузі мийних засобів залишається незмінним. Концентрування та розрідження мийних засобів стали основними тенденціями, тоді як економія води, безпека, енергозбереження, професіоналізм, екологічність та багатофункціональність стали популярними напрямками розвитку. Поверхнево-активні речовини, основна сировина мийних засобів, розвиваються в напрямку м'якості, складних рецептур та екологічної сумісності. Ферментні препарати, що можуть похвалитися високою ефективністю, специфічністю та екологічністю, стали дослідницькою гарячою точкою в розробці мийних засобів. Загалом, тенденції розвитку галузі мийних засобів можна підсумувати наступним чином:

Диверсифікація, спеціалізація та сегментація мийних засобів. Мийні засоби можна розділити на тверді, порошкоподібні, рідкі та гелеві за формою; концентровані та звичайні за вмістом активних інгредієнтів; а також на різні категорії за упаковкою, кольором та ароматом.

Рідкі мийні засоби стануть найперспективнішою категорією продуктів. Порівняно з твердими мийними засобами, рідкі мийні засоби краще працюють при низькотемпературному пранні, мають гнучкішу формулу та простіші виробничі процеси. Вони також потребують менших інвестицій в обладнання та споживають менше енергії під час виробництва.

Поступова концентрація мийних засобів. З 2009 року концентровані мийні засоби поділяються на три основні категорії: концентрований пральний порошок, концентровані капсули для прання та концентрований рідкий мийний засіб. Концентровані мийні засоби мають значні переваги над традиційними продуктами, включаючи високий вміст активних речовин, сильну мийну здатність та енергозбереження. Крім того, вони економлять пакувальні матеріали, зменшують транспортні витрати та займають менше місця на складі завдяки своїй концентрованій формулі.

Орієнтація на безпеку людини. З покращенням рівня життя люди більше не оцінюють мийні засоби лише за ефективністю видалення плям. Безпека для людини, нетоксичність та незначна відсутність подразнення стали вирішальними критеріями вибору мийних засобів.

Розробка екологічно чистих продуктів. Евтрофікація, спричинена фосфорвмісними мийними засобами, та негативний вплив відбілювачів на навколишнє середовище викликали широке занепокоєння громадськості. У відповідь на вимоги зеленої хімії вибір сировини для мийних засобів поступово зміщується в бік екологічно чистих та м’яких варіантів.

Багатофункціональність. Багатофункціональність є панівною тенденцією розвитку різноманітних соціальних продуктів, а багатоцільові предмети першої необхідності стали поширеними в житті. У майбутньому мийні засоби поєднуватимуть видалення плям з такими функціями, як стерилізація, дезінфекція та відбілювання.