Синтетические моющие средства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

на тему “Синтетические моющие средства”

Подготовил:

Коноплев Максим

Ученик 11 «б» кл.

Синтетические моющие средства

Синтетические моющие средства - это натриевые соли кислых сложных эфиров высших спиртов и серной кислоты:

химический отбеливатель белковый гидротроп

R-CH2-OH + H-O-SO2-OH R-CH2-O-SO2-OH + H2O

R-CH2-O-SO2-OH + NaOH R-CH2-O-SO2-ONa + H2O

В последние годы производство синтетических моющих средств (СМС) в мире стало исчисляться уже десятками миллионов тонн в год. Однако их большую часть (70%) потребляют только жители наиболее развитых стран, составляющие всего около 20%. Около 70% потребляемых населением СМС расходуется на так называемую общую стирку (в США и Англии ее называют “тяжелой”), которая производится раз в 3-7 дней. Эту стирку, при которой стирают постельное, столовое и нательное белье, проводят чаще всего в стиральных машинах. Около 20% СМС расходуется на “легкую” стирку малозагрязненных изделий из тонких тканей вручную в теплой воде. СМС для легкой стирки не должны оказывать раздражающего действия на кожу рук, должны создавать обильную пену и хорошо стирать при температуре воды 25-45 С.

Несмотря на то, что наступила эпоха СМС, мыло еще полностью не сдало свои позиции: его рекомендуется использовать для ручной стирки изделий из хлопчатобумажных и льняных тканей.

Хозяйственное твердое мыло является смесью натриевых солей природных и синтетических жирных кислот. В зависимости от способа переработки твердое хозяйственное мыло подразделяют на пилированное (перетертое на вальцах), содержащее 72% натриевых солей жирных кислот, и обычное, содержащее 60 и 70% натриевых солей жирных кислот. Пилированное мыло имеет светло-желтый цвет, 70%-е обычное - желтый и темно-желтый, 60%-е, получаемое на основе жирового сырья с добавками нафтеновых кислот, - темно-коричневый (применяется главным образом для технических целей).

Из твердого хозяйственного мыла механическим путем в небольших объемах изготавливают мыльные порошки, гранулы, стружку. Так, для получения порошка смесь мыла и соды распыляют в среде холодного воздуха.

А теперь давайте немного поговорим о составе, компонентах синтетических моющих средств и о функциях, которые выполняет каждый из них.

Мы уже говорили о том, что люди пользовались мылом на протяжении многих веков, но только в XVIII - XIX веках предприняли попытки объяснить, почему оно отмывает грязь. Было показано, что мыло моет потому, что является поверхностно-активным веществом. Естественно, что при создании СМС поверхностно-активные вещества (ПАВ) стали их основными компонентами. Что же из себя представляют ПАВ? Какова их роль в процессе стирки? Известно, что ношенное более недели белье увеличивает свою массу почти на 5%: столько собирается на нем грязи. При стирке необходимо, чтобы грязь перешла с ткани в моющий раствор, в воду. Однако многие загрязнения (если не большинство) в воде не растворяются. Как же “оторвать” плохо смачиваемые частички грязи от волокна, удержать их в растворе и не дать им повторно осесть на ткань? Для смачивания ткани и частичек загрязнений, диспергирования и эмульгирования их и применяют ПАВ.

Но если частицы загрязнений в виде суспензий или эмульсий и перешли в моющий раствор, - это ещё не всё: они должны там остаться и не оседать снова на стираемом белье. Чтобы предотвратить такое повторное загрязнение белья, в моющие средства добавляют специальные антиресорбенты (карбоксиметилцеллюлозу, казеин и др.).

В пресной воде в растворенном состоянии всегда содержатся различные соли, в основном кальция и магния. Мыла и некоторые ПАВ образуют с этими солями нерастворимые соединения, которые оседают на ткани, затрудняют полоскание, придают ей жесткость.

В домашних условиях можно определить, жесткая или мягкая у вас вода. Для этого в горячей воде растворяют измельченное мыло: если после охлаждения раствор остается прозрачным - вода мягкая, раствор в жесткой воде при охлаждении покрывается пленкой. Ещё можно определить жесткость воды, пытаясь взбить мыльную пену: в жесткой воде она не образуется. При стирке в жесткой воде в стиральный раствор надо добавлять больше моющего средства, чем указано на упаковке.

Для связывания солей жесткости в состав СМС вводят специальные добавки: полифосфаты, силикаты, кальцинированную соду, некоторые другие соли. Напомним, что при стирке хозяйственным мылом эти добавки в моющий раствор вы должны вводить сами. В этом случае можно воспользоваться нашатырным спиртом, тринатрийфосфатом и кальцинированной содой. Следовательно, преимущество СМС заключается в том, что их кальциевые соли растворимы в воде. Поэтому в отличие от обычного мыла они не утрачивают моющее действие и в жесткой воде.

Моющие средства содержат также и щелочные добавки (в частности, кальцинированную соду), которые способствуют разрушению жировых загрязнений. В некоторые средства для стирки хлопка и льна вводят химические отбеливатели, в большинстве случаев перборат натрия. При температуре выше 65оС это соединение выделяет кислород, который обесцвечивает и окисляет органические соединения, одновременно дезинфицируя изделие.

Некоторые загрязнения белкового происхождения (кровь, пот, молоко, соусы, яйца) отстирываются особенно трудно. Молекулы белка прочно скрепляются с волокнами ткани и удерживают жир, углеводы, механические загрязнения, причем прочность этих связей со временем возрастает (поэтому грязное белье не должно лежать долго в ожидании стирки). При стирке в горячей воде белок свертывается и еще прочнее скрепляется с волокнами, а горячий утюг довершает дело. Для удаления загрязнений белкового происхождения существуют особые стиральные средства, содержащие ферменты - вещества биологического происхождения, которые при температуре не выше 40оС разрушают белки. После замачивания грязного белья в растворах моющих средств, содержащих ферменты, белковые загрязнения легче удаляются при последующей стирке. О наличии в моющих средствах ферментов всегда сообщается на упаковке; на это часто указывает и наличие в названии моющего средства приставки “био”.

Эти средства предназначены для стирки изделий из льняных, хлопчатобумажных, искусственных и синтетических волокон. Их нельзя применять для стирки шерстяных и шёлковых тканей - вместе с белковыми загрязнениями может быть съедена и сама ткань. Необходимо помнить о том, что повышенная (выше 60*C) температура убивает ферменты, так что ни замачивать бельё, ни стирать его в горячей воде нельзя.

Таким образом, поверхностно-активные вещества, щёлочные добавки, химические отбеливатели и ферменты - это основные вещества, разрушающие загрязнения и удаляющие их с ткани, т.е. основные компоненты современных СМС.

Кроме указанных веществ СМС могут содержать ещё ряд полезных добавок. Так, чтобы бельё выглядело белоснежным, а окрашенные вещи -яркими, в состав моющих средств вводят оптические отбеливатели - флуоресцирующие вещества (так называемые белые красители), оседающие на ткани при стирке, но не разрушающие её. Они поглощают из солнечного спектра невидимые ультрафиолетовые лучи и “переводят” их в лучи видимые, причем такого цвета (синего или фиолетового), который, складываясь с жёлтым цветом, даёт белый, другими словами, обработанная поверхность отражает видимого света больше, чем поглощает, - она становится источником видимого света, приобретает кроме белизны особую яркость.

Чтобы у выстиранного белья был приятный запах, во все моющие средства вводят парфюмерные отдушки.

Некоторые вещества способствуют образованию в моющем растворе обильной пены; их вводят в моющие средства, предназначенные главным образом для ручной стирки. Введение в состав СМС таких веществ - в большинстве случаем дань вкусам прошлого, когда стирали мылом и при этом считалось, сто в моющем растворе должно быть много пены.

Моющая способность современных СМС не определяется обилием пены. Более того, есть поверхностно-активные вещества, вовсе не дающие пены и тем не менее превосходно удаляющие загрязнения. Практически пена нужна лишь при ручной стирке вещей из тонкой ткани, вязаных вещей и некоторых других, которые стирают, не смачивая сильно, чтобы при сушке они не потеряли формы. Обильная и устойчивая пена в моющих растворах резко осложняет стирку в стиральных машинах. Во-первых, из-за пены снижается механическое воздействие на ткань, необходимое для удаления грязи, во-вторых, при обильной пене моющий раствор может переливаться через край. Поэтому для стирки в стиральных машинах выпускаются малопенящиеся средства, содержащие стабилизаторы пены. При стирке такими средствами количество пены невелико и, главное, мало зависит от температуры (а как известно, при использовании многих обычных моющих средств пены тем больше, чем выше температуры стирального раствора).

К названию отечественных моющих средств, предназначенных для стирки в стиральных машинах, часто добавляют слово “автомат” (например, “Эра-автомат”, “Лотос-автомат”). Ими можно стирать, конечно, и вручную.

Существуют и другие функциональные добавки: активаторы разложения химического отбеливателя, гидротропы - вещества, улучшающие растворимость компонентов, комлексоны - вещества, связывающие соли железа, и т. д.

Итак, поступающие в продажу моющие средства различных по свойствам, назначению, могут быть порошкообразными, жидкими, в виде паст. Из всего многообразия этих средств надо выбрать то, которое вас больше устраивает.

Преимущества порошков очевидны - они быстро растворяются в воде, ими можно стирать в воде любой жёсткости благодаря большому содержанию триполифосфатов (или их заменителей), во многие порошки введено два или более ПАВ, что значительно улучшает их качество. Однако порошки при дозировании пылят, а некоторые люди плохо переносят эту пыль, раздражающие органы дыхания. Кроме того, порошки труднее дозировать.

Моющие пасты не пылят и очень компактны. В их состав иногда входят такие поверхностно-активные вещества, которые в силу ряда технологических причин нельзя ввести в порошки. Паста более мягко действуют на кожу рук. Однако они растворяются в воде медленнее и содержат в 1,5 - 2 раза меньше триполифосфатов, чем порошки. Поэтому стирать ими можно лишь в относительно мягкой воде.

Жидкие моющие средства, пожалуй, обладают всеми преимуществами и порошкообразных, и пастообразных. Хозяйкам, у которых кожа чувствительна к действию моющих средств, необходимо подобрать такой препарат, который не вызывает раздражения, и стараться постоянно им пользоваться. Кроме того, не следует стирать вручную СМС, предназначенными для хлопчатобумажных и льняных тканей, так как они содержат много щелочных добавок, плохо действующих на кожу, и средствами, содержащими ферменты. Лучше всего пользоваться универсальными СМС, содержащими щелочные добавки в меньшем количестве.

Универсальными моющими средствами можно стирать ткани всех видов, но не очень сильно загрязнённые. Тонкие синтетические, шерстяные и шёлковые ткани всё-таки лучше стирать жидкими моющими средствами.

После стирки полоскание рекомендуется начинать в тёплой воде, а заканчивать обязательно в холодной. Между полосканиями изделия нужно тщательно отжимать: чем лучше они отжаты, тем меньше требуется полосканий. Считается, что пятикратного полоскания достаточно для полной отмывки моющих средств.

И ещё: внимательно прочитайте всё, что написано на упаковке, и соблюдайте эти рекомендации при стирке.

CMC, детергенты

Многокомпонентные композиции, применяемые в водных р-рах для интенсификации удаления загрязнений с разл. твердых пов-стей-тканей, волокон, металлов, стекла, керамики. В более узком смысле под синтетическими моющими средствами обычно понимают бытовые ср-ва для стирки белья и одежды.

По товарной форме синтетические моющие средства разделяют на сыпучие (порошкообразные, хлопьевидные), пастообразные, жидкие и кусковые; по назначению-на бытовые и техн. назначения; по сфере применения и специфике отмываемого субстрата-на универсальные ср-ва для стирки, ср-ва для машинной стирки сильно загрязненного белья, стирки изделий из тонких, чувствительных к повреждению и усадке тканей, стирки и отбеливания с кипячением, для предварит, замачивания, ср-ва с ферментами для низкотемпературной стирки, ср-ва с противоусадочным, мягчительным, антистатич., освежающим цвет или иным эффектом, специальные синтетические моющие средства для детского белья и т.д.

Синтетические моющие средства обычно включают мицеллообразующие поверхностно-активные вещества (ПАВ), обладающие моющим, смачивающим и антистатич. действием, разл. электролиты, комплексоны, добавки, обеспечивающие антиресорбц. действие (предотвращают повторное отложение частиц загрязнения), парфюм. отдушку, маскирующую специфич. запах композиции и ароматизирующую белье, а также всевозможные спец. добавки: оптич. и пероксидные отбеливатели, ферменты, активаторы и стабилизаторы, р-рители, гидротропы, ингибиторы коррозии, консерванты, пеногасители, красители, пигменты, антиоксиданты, наполнители-связую-щие (в кусковых синтетических моющих средствах) и др.

Основа многих синтетических моющих средств - анионные ПАВ, напр. алкилбен-золсулъфонаты (преим. линейные, обладающие хорошей биоразлагаемостью), алкилсульфаты, алкилэтоксисульфа-ты, мыла, алкансулъфонаты, a-олефинсульфонаты натрия.

В связи с общемировой тенденцией к снижению т-ры стирки и использованию синтетических моющих средств с ферментами и катионными мягчи-телями-антистатиками повысилась роль неионогенных ПАВ-оксиэтилированных спиртов, оксиэтилированных ал-килфенолов, оксиэтилированных алкиламинов. В качестве вспомогат. ПАВ, усиливающих тот или иной эффект и смягчающих нежелательное дерматологич. действие, в синтетические моющие средства могут вводиться в небольших кол-вах алкил- и алкилэток-сифосфаты, таураты, сульфосукцинаты, соли a-сульфокар-боновых к-т, эфирокарбоксилаты, оксиалкиламиды жирных кислот и их этоксилаты, N-оксиды третичных аминов, блоксополимеры алкиленоксидов, амфогерные производные аминокислот, имидазолина и бетаина. Нек-рое распространение (особенно в США) получили синтетические моющие средства на базе анионных и(или) неионогенных ПАВ с добавками катионных ПАВ или полимеров, способные в процессе полоскания вследствие адсорбции на волокнах снижать электростатич. заряд и усадку ткани, а также улучшать ее гриф. Примеры таких катионных ПАВ-диалкилдиметиламмонийхлорид, 1-(2-ал-киламидоэтил)-2-алкил-3-метилимидазолинийметилсуль-фат, катионное производное гидроксиэтилцеллюлозы. Оп-тим. моющим действием при 25-35 °С обычно обладают ПАВ с алкильной цепью С12-С14, с ростом т-ры стирки оптимум отмечается у гомологов С14-С16.

При составлении рецептур синтетических моющих средств часто используют сочетания 2-3 ПАВ -синергетиков, различающихся р-римостью, устойчивостью к солям жесткости и моющей эффективностью в отношении твердых, жировых и белковых загрязнений. Кол-во ПАВ разл. типов в синтетических моющих средствах достигает 35% по массе.

Хорошее моющее действие анионных и неионогенных ПАВ обычно достигается в щелочной области рН и в при-сут. разл. электролитов. Практически все порошкообразные синтетические моющие средства содержат минер. соли, из к-рых наиб. применяемы фосфаты: триполисфосфат Na, тринатрийфосфат, тетрака-лийпирофосфат и др., способные образовывать комплексы с поливалентными катионами. В жидких рецептурах преим. используют тринатрийфосфат, триполифосфат К и хлорированный тринатрийфосфат (в дезинфицирующих моющих ср-вах для посуды), в фермент-содержащих - неболъпюе кол-во солей Са или Mg. Полностью или частично ф-цию фосфатов в синтетических моющих средствах могут выполнять комплексоны - Na-соли нитрилотриуксусной к-ты (трилон А) и этилендиаминтетра-уксусной к-ты (трилон Б), соли этилидендифосфоновой и лимонной к-т (см. Комплексоны), а также цеолиты. Использование эффективных заменителей фосфатов в синтетических моющих средствах весьма актуально в связи с загрязнением водоемов биогенными элементами. Кол-во комплексообразователей в синтетических моющих средствах составляет до 40% по массе.

В качестве электролитов-активаторов моющего действия в стиральные порошки вводят Na2SO4, Na2CO3 и Na2SiO3 (или жидкое стекло). Последние два (в кол-ве до 10% по массе) обеспечивают щелочную среду; Na2SiO3, кроме того, ингибирует корродирующее действие моющей композиции.

Пероксидные отбеливатели, напр. пероксоборат (пербо-рат) Na, вводят только в порошкообразные синтетические моющие средства в кол-ве 15-30%. При стирке синтетич. тканей ярких расцветок используют активаторы отбеливателей, напр. тетрааце-тилэтилендиамин, пентаацетилглюкозу. Все они, взаимодействуя в р-ре с перборатом, образуют надуксусную к-ту, к-рая фактически является низкотемпературным отбеливателем. Как альтернативу перборату применяют также ста-билизир. товарные формы дипероксидодекандикарбоновой к-ты, гексагидрата пероксифталата Mg, алкилдипероксиян-тарной к-ты и др. дипероксидикарбоновых к-т, пероксокар-бонат и пероксосульфат Na. Эффективность низкотемпературного отбеливания повышается в присут. бромидов и иодидов.

Оптич. (флуоресцентные) отбеливатели, широко используемые во всех видах синтетических моющих средств,- гл. обр. производные стиль-бена, пиразолона, кумарина, бензимидазола. Кол-во таких отбеливателей в рецептурах синтетических моющих средств не превышает 1%.

В качестве антиресорбентов в синтетических моющих средствах обычно используют карбоксиметилцеллюлозу, полимеры или сополимеры акриловой к-ты в кол-ве от 0,5 до 2% по массе.

Жидкие синтетические моющие средства могут, кроме того, содержать до 10-15% по массе орг. р-рителей (низшие спирты, гликоли, их эфиры, алканоламины) и гидротропов, к-рые снижают точки помутнения р-ров и улучшают совместимость компонентов.

Жидкие композиции с высоким содержанием растворенных или суспендир. электролитов служат для интенсивной машинной стирки, как правило, с регулируемым пенообра-зованием, достигающимся введением мыла, силиконового пеног асителя и(или) специально подобранного неионогенно-го ПАВ, напр. оксиэтилированных и оксипропилированных спиртов. Жидкие синтетические моющие средства с низким содержанием электролитов используют для ручной стирки тонких тканей; они хорошо пенятся и в зависимости от назначения дополнительно могут включать антистатики, водорастворимые полимеры, консерванты и др. компоненты.

В табл. представлен состав нек-рых промышленных синтетических моющих средств для стирки.

Ср-ва для ручного мытья посуды имеют примерно тот же состав, что и синтетические моющие средства для стирки; однако к вводимым в такие ср-ва ПАВ предъявляются повыш. гигиенич. требования -отсутствие токсичного и раздражающего действия. Ср-ва-для поточной автоматизир. мойки посуды содержат, как правило, низкопенные неионогенные ПАВ с высокой обезжиривающей способностью и, наряду с обычным набором электролитов, дезинфектанты - хлоризоцианураты, хлорированный триполифосфат Na (сыпучие ср-ва), гипохлорит Na и др.

Эффективность низкотемпературной стирки повышается введением в синтетические моющие средства ферментов-щелочной протеазы или протеазы в сочетании с амилазой. Ведутся поиски экономически доступных способов получения и введения в синтетические моющие средства липаз, расщепляющих жировые загрязнения. Для порошкообразных синтетических моющих средств разработаны стабилизир. непылящие товарные формы ферментов, к-рые вводят в порошки сухим смешением в виде гранул, агломератов или р-римых в воде капсул. Введение ферментов в жидкие синтетические моющие средства встречает затруднения, обусловленные денатурацией и постепенной утратой их активности.

Синтетические моющие средства для стирки детского белья базируются в осн. на мылах из натур. жирных к-т. Кусковые моющие ср-ва в отличие от порошкообразных содержат больше мыла, включают пластификаторы и связующие компоненты.

Мыла и моющие средства

Мыло было известно человеку до новой эры летоисчисления. Ученые не располагают информацией о начале приготовления мыла в арабских странах и Китае. Самое раннее письменное упоминание о мыле в европейских странах встречается у римского писателя и ученого Плиния Старшего (23...79 гг.). В трактате «Естественная история» (в 37 томах), который, по существу, был энциклопедией естественно-научных знаний античности, Плиний писал о способах приготовления мыла омылением жиров. Мало того, он писал о твердом и мягком мыле, получаемом с использованием соды и поташа соответственно. Раньше для стирки одежды использовали щелок, получающийся от обработки золы водой. Скорее всего это было до того, как стало известно, что зола от сжигания топлива растительного происхождения содержит поташ.

Развитию мыловарения способствовало наличие сырьевых источников. Например, марсельская мыловаренная промышленность, известная с эпохи раннего средневековья, располагала оливковым маслом и содой. Оливковое масло получают простым холодным прессованием плодов масличных деревьев. Масло, получаемое после первых двух прессовок, употребляли для пищевых целей, а после третьей - использовали для переработки на мыло. Марсельское мыло было важным товаром торговли уже в IX в. Оно уступило свое место международной торговле венецианскому мылу лишь с конца средних веков (XIV в.) Кроме Франции, мыловарение в Европе развивалось в Италии, Греции, Испании, на Кипре, т.е. в районах, культивирующих оливковые деревья. Первые германские мыловарни были основаны в XIV столетии.

Несмотря на то что в конце эпохи средневековья в разных странах существовала довольно развитая мыловаренная промышленность, химическая сущность процессов, конечно, была не ясна. Лишь на рубеже XVIII и XIX вв. была выяснена химическая природа жиров и внесена ясность в реакцию их омыления. В 1779 г. шведский химик Шееле показал, что при взаимодействии оливкового масла с оксидом свинца и водой образуется сладкое и растворимое в воде вещество. Решающий шаг на пути изучения химической природы жиров был сделан французским химиком Шеврелем. Он открыл стеариновую, пальмитиновую и олеиновую кислоты, как продукты разложения жиров при их омылении водой и щелочами. Сладкое вещество, полученное Шееле, было Шеврелем названо глицерином. Сорок лет спустя Бертло установил природу глицерина и объяснил химическое строение жиров. Глицерин - трехатомный спирт. Жиры - сложные эфиры глицерина (глицериды) тяжелых одноосновных карбоновых кислот, преимущественно пальмитиновой CH3(CH2)14COOH, стеариновой CH3(CH2)16COOH и олеиновой CH3(CH2)7CH = CH(CH2)7COOH. Их формулу и реакцию гидролиза можно описать следующим образом:

В состав различных жиров входят в различных соотношениях пальмитиновая, стеариновая, олеиновая и другие кислоты. В растительных (жидких) жирах преобладают непредельные кислоты (содержащие этиленовые связи), а в животных (твердых) - предельные кислоты, т.е. не содержащие двойных связей. Потребности в твердых животных жирах большие, чем в растительных. Поэтому жидкие растительные жиры переводят в твердые каталитической гидрогенизацией. В этом процессе остатки непредельных кислот в глицеридах превращаются (присоединением водорода) в остатки предельных кислот. Например:

CH3(CH2)7CH = CH(CH2)7COOH

|

[катализатор 190...240°C]

v

CH3(CH2)7CH2 - CH2(CH2)7COOH

Именно так получают кулинарные жиры, масло для обжаривания, салатное масло, а также жиры, идущие на производство маргарина. Гидрированные жиры называют саломаслами (сало из масла).

Важно то, что среди остатков различных кислот в глицеридах (жирах) присутствует остаток линолевой кислоты CH3(CH2)4CH = CHCH2CH2CH = CH(CH2)7COOH. В отличие от других эта кислота не синтезируется в организме человека, а вводится только с пищей. В настоящее время существует утвердившееся мнение, что линолевая кислота необходима для предотвращения атеросклероза - распространенной болезни, служащей одной из главных причин потери трудоспособности и преждевременной смерти. Необходимо отметить, что линолевая кислота непредельная, а значит, она входит в состав главным образом растительных жиров.

В быту, не говоря о промышленности, мойке подвергают разные предметы и объекты. Загрязняющие вещества бывают самые разнообразные, но чаще всего они малорастворимы или нерастворимы в воде. Такие вещества, как правило, являются гидрофобными, поскольку водой не смачиваются и с водой не взаимодействуют. Поэтому нужны и различные моющие средства.

Если попытаться дать определение, то мытьем можно назвать очистку загрязненной поверхности жидкостью, содержащей моющее вещество или систему моющих веществ. В качестве жидкости в быту используют главным образом воду. Хорошая моющая система должна выполнять двойную функцию: удалять загрязнение с очищаемой поверхности и переводить его в водный раствор. Значит, моющее средство также должно обладать двойной функцией: способностью взаимодействовать с загрязняющим веществом и переводить его в воду или водный раствор. Следовательно, молекула моющего вещества должна иметь гидрофобную и гидрофильную части. Фобос - по-гречески означает страх, боязнь. Значит, гидрофобность означает боящийся, избегающий воду. Филео - по-гречески - люблю, а гидрофильность - любящий, удерживающий воду. Гидрофобная часть молекулы моющего вещества обладает способностью взаимодействовать с поверхностью гидрофобного загрязняющего вещества. Гидрофильная часть моющего вещества взаимодействует с водой, проникает в воду и увлекает с собой частицу загрязняющего вещества, присоединенную к гидрофобному концу.

Таким образом, моющие вещества должны обладать способностью адсорбироваться на пограничной поверхности, т.е. обладать поверхностной активностью. Их называют поверхностно-активными веществами (ПАВ).

Соли тяжелых карбоновых кислот, например CH3(CH2)14COONa, являются типичными поверхностно-активными веществами. Они содержат гидрофильную часть (в данном случае - карбоксильную группу) и гидрофобную часть (углеводородный радикал).

Животные жиры - древнее и весьма ценное сырье мыловаренной промышленности. Они содержат до 40% (насыщенных) жирных кислот. Искусственные, т.е. синтетические, жирные кислоты получают из парафина нефти каталитическим окислением кислородом воздуха. В упрощенном виде реакцию можно описать следующим уравнением:

CH3(CH2)mCH2 - CH2(CH2)nCH3 + 2,5O2

v

CH3(CH2)mCOOH + CH3(CH2)nCOOH + H2О

Молекула парафина при окислении разрывается в разных местах и потому получается смесь кислот, которые разделяются на фракции. При производстве мыла используют две фракции: C10-C16 и C17-C20. В хозяйственное мыло синтетические кислоты вводят в количестве 35...40%. Для производства мыла также применяют нафтеновые кислоты, выделяемые при очистке нефтепродуктов (бензина, керосина и др.). С этой целью нефтепродукты обрабатывают раствором гидроксида натрия и получают водный раствор натриевых солей нафтеновых кислот (монокарбоновые кислоты ряда циклопентана и циклогексана). Этот раствор упаривают и обрабатывают поваренной солью, в результате чего на поверхность раствора всплывает мазеобразная масса темного цвета - мылонафт. Для очистки мылонафт обрабатывают серной кислотой, т.е. вытесняют из солей сами нафтеновые кислоты. Этот нерастворимый в воде продукт называют асидолом или асидол-мылонафтом. Непосредственно из асидола можно изготавливать только жидкое или, в крайнем случае, мягкое мыло. Оно имеет нефтяной запах, но зато обладает бактерицидными свойствами.

В производстве мыла давно используют канифоль, которую получают при переработке живицы хвойных деревьев. Канифоль состоит из смеси смоляных кислот, содержащих в цепи около 20 углеродных атомов. В рецептуру хозяйственного мыла обычно вводят 12...15% канифоли от массы жирных кислот, а в рецептуру туалетных мыл - не более 10%. Введение канифоли в больших количествах делает мыло мягким и липким.

Процесс производства мыла состоит из химической и механической стадий. На первой стадии (варка мыла) получают водный раствор солей натрия (реже калия) жирных кислот или их заменителей (нафтеновых, смоляных). На второй стадии проводят механическую обработку этих солей - охлаждение, сушку, смешивание с различными добавками, отделку и упаковку.

Варку мыла заканчивают обработкой мыльного раствора (мыльного клея) избытком щелочи (NaOH) или раствором NaCl. В результате этого на поверхность раствора всплывает концентрированный слой мыла, называемый ядром. Полученное таким образом мыло называют ядровым, а процесс его выделения из раствора - отсолкой или высаливанием. При высаливании происходит повышение концентрации мыла и его очистка от белковых, красящих и механических примесей - так получают хозяйственное мыло.

Если мыло варилось из животных или растительных жиров, то из раствора после отделения ядра выделяют образующийся в результате омыления глицерин. Он находит широкое и разнообразное применение: в производстве взрывчатых веществ (тринитроглицерина) и полимерных смол; в качестве умягчителя тканей и кожи; для парфюмерных, косметических и медицинских препаратов; при производстве кондитерских изделий и ликеров. Последним он придает вязкую консистенцию.

Для получения особо чистого и светлого мыла его очищают (шлифуют) переведением снова в раствор кипячением с горячей водой и повторным высаливанием. В результате шлифования мыло приобретает большую однородность, низкую вязкость и надлежащую пластичность. Для изготовления туалетного мыла в очищенном ядровом мыле снижают содержание воды от 30 до 12%. Затем в него вводят парфюмерные отдушки, отбеливатели типа TiO2, красители и др. Хорошие сорта туалетного мыла содержат до 50% мыла, полученного из импортного кокосового или пальмового масла. Кокосовое масло хорошо растворяется в холодной воде и характеризуется высоким пенообразованием. Иногда туалетное мыло содержит до 10% свободных жирных кислот. Самое дорогое туалетное мыло целиком изготавливают из кокосового масла.

Для улучшения некоторых характеристик хозяйственного мыла (иногда и туалетного), а также для удешевления в него вводят наполнители. К ним относятся некоторые натриевые соли (Na2CO3, Na2B4O7, Na5P3O10, жидкое стекло), которые при растворении в воде приводят к подщелачиванию, клеи (казеин, казеиновый студень), углеводы (крахмал). Клеи и крахмал способствуют пенообразованию мыльного раствора и стойкости пены, однако моющей способностью не обладают. Для получения паст в жидкое хозяйственное мыло вводят тонкоизмельченный песок, толченый кирпич, жирные глины. Они способствуют механической очистке. Такие мыла применяют для чистки кухонной посуды, некрашеной мебели, полов и т.д.

Особое место среди наполнителей занимает сапонин, получаемый выщелачиванием некоторых растений и прежде всего мыльного корня. Он хорошо растворяется в воде и его растворы сильно пенятся. Поэтому сапонин используют для улучшения пенообразования и применяют для дорогих сортов мыл.

Следует отметить, что замена натрия на калий приводит к изменению консистенции мыла. Из твердого оно становится мягким или мазеобразным.

Ионы кальция и магния образуют с анионами тяжелых карбоновых кислот малорастворимые соли. Этот процесс можно выразить уравнениями:

2RCOONa + Ca(HCO3)2 = Ca(RCOO)2 + 2NaHCO3

2RCOONa + MgCl2 = Mg(RCOO)2 + 2NaCl

Поэтому при стирке белья в жесткой воде, содержащей эти ионы, расход мыла повышается на 25...30%. Малорастворимые соли кальция и магния оседают на ткани, забивают поры и потому делают ткань грубой, менее эластичной, с плохой воздухо- и влагопроницаемостью. Такие ткани приобретают сероватый оттенок, а окраска становится блеклой. Кроме того, осевшие на ткани известковые мыла приводят к снижению ее прочности. Это происходит потому, что анионы ненасыщенных карбоновых кислот при сушке тканей окисляются кислородом воздуха с образованием веществ пероксидного характера. Они же окисляют целлюлозу, из которой состоят ткани. Для устранения вредных последствий жесткой воды в мыла вводят натрийтрифосфат Na5P3O10. Анион P3O510- связывает ионы Ca2+ и Mg2+ в прочные, но растворимые в воде соединения. По существу они играют роль умягчителя воды. С этой же целью натрийтрифосфат и другие полифосфатные анионы добавляют и в стиральные порошки.

Кроме использования мыла в качестве моющего средства оно широко применяется при отделке тканей, в производстве косметических средств, для изготовления полировочных составов и водоэмульсионных красок. Имеется и не столь безобидное его применение. Алюминиевое мыло (алюминиевые соли смеси жирных и нафтеновых кислот) применяют в США для получения некоторых видов напалма - самовоспламеняющегося состава, используемого в огнеметах и зажигательных авиабомбах. Само слово напалм происходит от начальных слогов нафтеновой и пальмитиновой кислот. Состав напалма довольно простой - это бензин, загущенный алюминиевым мылом.

В настоящее время химическая промышленность выпускает большое количество различных синтетических моющих средств (стиральных порошков). Наибольшее практическое значение имеют соединения, содержащие насыщенную углеводородную цепь из 10...15 атомов углерода, так или иначе связанную с сульфатной или сульфонатной группой, например

Производство синтетических моющих средств основано на дешевой сырьевой базе, а точнее на продуктах переработки нефти и газа. Они, как правило, не образуют малорастворимых в воде солей кальция и магния.

Следовательно, многие из синтетических моющих средств одинаково хорошо моют как в мягкой, так и в жесткой воде. Некоторые средства пригодны даже для стирки в морской воде. Синтетические моющие средства действуют не только в горячей воде, как это характерно для хозяйственного мыла, но и в воде при сравнительно низких температурах, что важно при стирке тканей из искусственных волокон. Наконец, концентрация синтетических моющих веществ даже в мягкой воде может быть гораздо ниже, чем мыла, полученного из жиров. Синтетические моющие средства обычно представляют довольно сложную композицию, поскольку в них входят различные добавки: оптические отбеливатели, химические отбеливатели, ферменты, пенообразователи, смягчители Рассмотрим вкратце каждую из них.

Оптические отбеливатели

После нескольких стирок изделия из белых тканей желтеют или сереют. Для устранения появляющихся оттенков и вводят в синтетические моющие средства оптические отбеливатели. Их действие заключается в том, что они поглощают ультрафиолетовый свет (с длиной волны ~360 нм) и вновь испускают поглощенную энергию путем флуоресценции в синей области видимого спектра (при 430...440 нм). Возникающее при этом «посинение» изделия компенсирует пожелтение и делает изделие визуально более белым. Действие оптических отбеливателей напоминает действие синьки, с давних пор использовавшейся при полоскании белья после стирки. Бытовая синька или ультрамарин - природный минерал лазурит, называемый также ляпис-лазурью. В монолитном виде он используется как поделочный камень, а его очень тонкий порошок в далеком прошлом применялся в качестве синьки. В 1828 г. ультрамарин был получен искусственно в лабораторных условиях. Для этого смесь каолина, соды и серы прокаливалась в сильной струе воздуха. Состав ультрамарина выражают формулой Na6Al4Si6S4O24, однако его строение до сих пор не выяснено. Заменителем ультрамарина в быту является порошок белой глины (каолина) или мела с предварительно нанесенным на их поверхность органическими красителями синего цвета (органические синьки).

Химические отбеливатели

При стирке тканей необходимо не только удалить загрязнения, но и разрушить окрашенные соединения. Часто ими являются природные красители от ягод или вин. Эту функцию выполняют химические отбеливатели. Наиболее распространенным отбеливателем является перборат натрия. Его химическую формулу условно записывают в виде NaBO2·H2O2·3H2О. Из формулы видно, что отбеливающим началом служит пероксид водорода, который образуется в результате гидролиза пербората. Этот химический отбеливатель эффективно действует при 70°C и выше.

Отбеливающие ферменты

Пятна белковых веществ и крови трудно отстирываются и плохо обесцвечиваются химическими отбеливателями. Для их устранения применяют специальные ферменты, которые вводят в качестве добавки к моющим системам. Ферменты действуют при замачивании изделий в холодной воде перед стиркой горячей водой. Однако они могут быть эффективны и непосредственно в процессе стирки.

Пенообразователи

Среди домохозяек бытует устаревшее мнение, что для успешного отстирывания тканей необходима обильная пена. Однако это представление справедливо лишь для порошков на основе мыла. В случае синтетических моющих средств прямой связи между отстирывающей и пенообразующей способностью нет. Существуют составы, которые обладают хорошими отстирывающими свойствами, но пены почти не дают. При использовании стиральных машин обильная пена иногда и нежелательна. Поэтому существуют пенообразователи на любой вкус. К усилителям пенообразования относят аминоспирт C11H23CONHCH2CH2OH и оксид амина

Смягчители

При стирке синтетическими моющими средствами и последующей сушке изделия из тканей (полотенца, пеленки и др.) могут стать жесткими на ощупь. Для ее устранения применяют смягчители. Это достигается полосканием в воде с добавкой специальных составов. Наиболее известными смягчителями являются соединения четвертичных аммониевых оснований.

В состав смягчителей, которые выпускаются в виде раствора или пасты, входят также оптические отбеливатели и отдушка. Стирка и химическая чистка изделий из тканей являются химическими процессами. Химик должен знать их условные обозначения, а также допустимые температуры глажки и условия сушки.

Размещено на Allbest.ru