Моющие средства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

МОЮЩИЕ СРЕДСТВА (детергенты) - вещества, усиливающие моющее действие воды. Первыми детергентами были мыла, полученные из встречающихся в природе веществ. Но сейчас под детергентами обычно понимают синтетические вещества, по моющему действию сходные с мылом. Синтетические моющие средства используются в быту, в промышленности их применяют для отбеливания текстиля, при крашении и аппретировании тканей, на стадиях очистки и травления металлов, для стерилизации оборудования в пищевой промышленности, а также в производстве косметики. Наиболее распространенные синтетические моющие средства - сульфонаты натрия. Существуют их многочисленные разновидности, несколько различающиеся по свойствам. Для специальных целей используются и другие соединения. Использование мыла всегда осложняется, если вода жесткая. При стирке в ней приходится расходовать много мыла, чтобы достичь ощущения "мылкости". Это объясняется присутствием в воде солей типа гидрокарбоната кальция, которые реагируют с мылом, образуя нерастворимые соединения. Лишь после того как растворенные соли удалены реакцией с мылом, прибавление дополнительных количеств мыла приводит к проявлению его моющих свойств. Если после стирки мылом прополоскать ткань в жесткой воде, на ней осаждается нерастворимое и трудно удалимое "кальциевое мыло", которое портит ее вид. Поэтому в районах с жесткой водой в прачечных приходится устанавливать оборудование для умягчения воды. Громадное преимущество почти всех синтетических моющих средств перед мылом состоит в том, что в жесткой воде они действуют не хуже, чем в мягкой. Производство синтетических моющих средств, предназначенных для текстильной промышленности, начиналось в основном в Германии.

Моющие средства для стирки и домашнего хозяйства

Имеющиеся в продаже моющие средства редко представляют собой чистые вещества. Обычно они содержат и другие компоненты, например, умягчители воды и отбеливатели, которые увеличивают их эффективность. Кусок "мыла" для мытья лица и рук может быть действительно мылом, а может быть и синтетическим моющим средством или сочетанием того и другого. Для мытья посуды предназначаются относительно мягкие детергенты, поскольку при этом приходится погружать руки в моющий раствор. В посудомоечной машине можно использовать более сильные средства. Для усиления действия моющих средств применяют различные фосфаты, силикаты и бораты. В моющих средствах для стирки белья, помимо собственно детергента, используют еще два рода веществ. Одни из них - отбеливатели - окисляют и тем самым разрушают некоторые виды загрязнителей и красящих веществ. Классическим окислителем для этих целей служит хлор. В современных стиральных порошках используют более избирательные отбеливатели, основанные на броме, пероксиборате (часто называемом перборатом) и монопероксисульфате.

Другие - так называемые усилители белизны или осветлители - делают выстиранное белье буквально "белее белого". Известно, что предмет является совершенно белым, если отражает весь свет, падающий на него. Поэтому в стиральные порошки добавляют "бесцветный краситель", который обеспечивает не только полное отражение видимого света, но и частичное превращение ультрафиолетового (невидимого) света в белый или голубоватый. В результате ткань становится "ослепительно белой". Для удаления грязи с кухонной раковины также применяется моющий порошок. Он содержит сильные моющие средства, отбеливатели и абразивы. Для очистки непригорающих сковород, покрытых тефлоном, используют моющие порошки с низкой абразивностью. Особо эффективные смеси, содержащие сильные щелочи, предназначены для удаления пригара в печах. Жесткая вода создает серьезные проблемы и при мытье волос. В этом случае полезными оказываются синтетические моющие средства сульфатного типа - алкилсульфаты C12H25OSO3Na, которые смывают природные жиры.

Действие детергентов

Мыло известно уже тысячи лет, но только относительно недавно химики поняли, почему оно обладает моющими свойствами. Механизм удаления грязи в сущности один и тот же для мыла и синтетических моющих средств. Рассмотрим его на примере поваренной соли, обычного мыла и алкилбензолсульфоната натрия, одного из первых синтетических детергентов. При растворении в воде поваренная соль диссоциирует на положительно заряженные ионы натрия и отрицательно заряженные хлорид-ионы. Мыло, т.е. стеарат натрия (I), сходные с ним вещества, а также алкилбензолсульфонат натрия (II) ведут себя подобным же образом: они образуют положительно заряженные ионы натрия, но их отрицательные ионы, в отличие от хлорид-иона, состоят примерно из пятидесяти атомов.

Мыло (I) можно представить формулой Na+ и C17H35COO-, где 17 атомов углерода с присоединенными к ним атомами водорода вытянуты в извилистую цепочку. Алкилбензолсульфонат натрия (Na+ C12H25C6H4SO3-) имеет примерно столько же атомов углерода и водорода. Однако расположены они не в виде извилистой цепочки, как в мыле, а в виде разветвленной структуры. Значение этого различия станет ясно позднее. Для моющего действия важно то, что углеводородная часть отрицательного иона нерастворима в воде. Однако она растворима в жирах и маслах, а ведь именно благодаря жиру грязь прилипает к вещам; и если поверхность полностью очищена от жира, грязь не задерживается на ней. Как показано на рисунке, отрицательные ионы (анионы) мыла и алкилбензолсульфоната склонны концентрироваться на поверхности раздела воды и жира. Водорастворимый отрицательно заряженный конец остается в воде, тогда как углеводородная часть погружена в жир. Чтобы поверхность раздела была наибольшей, жир должен присутствовать в виде мельчайших капелек. В результате образуется эмульсия - взвесь капелек жира (масла) в воде (III).

Если на твердой поверхности имеется пленка жира, то при контакте с водой, содержащей детергент, жир покидает поверхность и переходит в воду в виде мельчайших капель. Анионы мыла и алкилбензолсульфоната находятся одним концом в воде, а другим - в жире. Грязь, удерживаемая пленкой жира, удаляется при полоскании. Так в упрощенном виде можно представить себе действие моющих средств. Любое вещество, склонное собираться на поверхности раздела масло - вода, называют поверхностно-активным веществом. Все поверхностно-активные вещества являются эмульгаторами, потому что способствуют образованию эмульсии масла в воде, т.е. "смешению" масла и воды; все они обладают моющими свойствами и образуют пену - ведь пена является как бы эмульсией воздушных пузырьков в воде. Но не все эти свойства выражены у них одинаково. Есть поверхностно-активные вещества, которые обильно образуют пену, но являются слабыми моющими средствами; есть и такие, которые почти не пенятся, но представляют собой прекрасные моющие средства. Синтетические детергенты - это синтетические поверхностно-активные вещества с особо высокой моющей способностью. В промышленности термин "синтетическое моющее средство", как правило, означает композицию, включающую поверхностно-активный компонент, отбеливатели и другие добавки. Мыло, алкилбензолсульфонаты и многие другие моющие средства, где именно анион растворяется в жирах, называют анионоактивными. Имеются также поверхностно-активные вещества, в которых жирорастворимым является катион. Их называют катионоактивными. Типичный катионный детергент, хлорид алкилдиметилбензиламмония (IV)

является солью четвертичного аммония, содержащей азот, связанный с четырьмя группами. Хлорид-анион всегда остается в воде, поэтому его называют гидрофильным; углеводородные группы, связанные с положительно заряженным азотом, являются липофильными. Одна из этих групп, C14H29, похожа на длинную углеводородную цепочку в мыле и алкилбензолсульфонате, но она присоединена к положительному иону. Такие вещества называют "обратными мылами". Некоторые из катионоактивных детергентов обладают сильным антимикробным действием; их применяют в составе моющих средств, предназначенных не только для мытья, но и для дезинфекции. Однако если они вызывают раздражение глаз, то при их использовании в аэрозольных составах это обстоятельство должно быть отражено в инструкции на этикетке. Еще один тип моющих средств - неионные детергенты. Жирорастворимая группа в детергенте (V) представляет собой нечто вроде жирорастворимых групп в алкилбензолсульфонатах и мылах, а остаток - это длинная цепь, содержащая множество кислородных атомов и OH-группу на конце, которые являются гидрофильными. Обычно неионные синтетические моющие средства проявляют высокую моющую способность, но слабо образуют пену.

В конце 1950-х годов обнаружено неожиданное и неприятное явление. Во многих промышленных населенных пунктах канализация стала переполняться пеной. Облака грязной пены громоздились над стоками, ветер разносил хлопья пены по окрестностям. Это создавало угрозу здоровью, поскольку пена из канализации могла быть источником инфекции. Более того, во многих странах (в США - особенно на Лонг-Айленде) что-то случилось с подземными водами, используемыми для водоснабжения: водопроводная вода стала пениться. Было очевидно, что причина в синтетических моющих средствах: после 1953 их стали покупать больше, чем мыло. Но остался вопрос: почему же ничего подобного не случалось раньше? Были обнаружены почвенные бактерии, способные "переваривать" молекулы мыла, но синтетические моющие средства бактерии не могли метаболизировать. Липофильная часть молекулы мыла (I) представляет собой неразветвленную цепочку углеродных атомов, каждый из которых связан только с двумя соседними атомами углерода. А в алкилбензолсульфонате натрия (II) липофильная часть имеет разветвленную цепь углеродных атомов. Стирке это не мешает, но в природных жирах, из которых делают мыло, такая структура не встречается. Поэтому-то бактерии не могли с ней справиться. Проблема была решена путем замены разветвленной цепи в алкилбензолсульфонате на неразветвленную. Такой детергент (VI) поддается биодеградации, т.е. расщепляется микроорганизмами. По своей структуре он достаточно близок к линейной цепи мыла, и бактерии могут с ним справиться. Таким образом, линейный алкилбензолсульфонат помог решить неприятную проблему.

Последние успехи в разработке моющих средств для стирки связаны с применением ферментов. Ферменты - это вещества, производимые живыми организмами, которые способны катализировать биохимические реакции, т.е. они ускоряют реакцию, но сами при этом не изменяются. Определенные ферменты катализируют реакции, подобные тем, которые идут при переваривании пищи, поэтому они очень эффективны для удаления пятен от травы, яиц, молока, шоколада, детской пищи и соусов. Ферменты, используемые в составе моющих средств, безвредны и применяются в очень малых количествах. В конце 1960-х - начале 1970-х годов возникла новая проблема, отчасти связанная с широким использованием моющих средств. Речь идет об эвтрофикации, или старении, озер. Эвтрофикацию обычно относят к загрязнениям окружающей среды, хотя процесс этот естественный. Если под загрязнением окружающей среды понимается выброс в водоемы, атмосферу или почву веществ, вредных для растительного и животного мира, то эвтрофикация, напротив, вызывает избыточное накопление необходимых для жизни веществ, например нитратов и фосфатов. Фосфаты, используемые в моющих средствах, участвуют в питании растений. Когда богатые фосфатами сточные воды попадают в озеро, начинается ускоренный рост водорослей и других водных растений. При этом расходуется кислород, растворенный в водоеме. Озеро "задыхается", и от недостатка кислорода может погибнуть рыба. Отходы жизнедеятельности человека и животных также способствуют эвтрофикации водоемов. Основной же вклад вносят удобрения, смываемые с сельскохозяйственных угодий. Моющие средства не единственный источник фосфатов в озерах, а фосфаты - не единственная причина эвтрофикации, тем не менее, предпринимаются усилия по замене фосфатов в составе детергентов, в частности, нитрилтриацетатом.

Химия стирки

Давайте разберемся, из каких веществ состоит "жидкий порошок".

ПАВ. Поверхностно-активные вещества (сокращенно ПАВ) составляют около 20% любого стирального порошка (в жидких моющих средствах доля ПАВ может быть повышена и до 50%). Обычно на поверхности загрязнения вода собирается в капельки, которые притягиваются друг к другу, вместо того, чтобы проникать в структуру загрязнения. Основная задача ПАВ состоит в том, что обеспечить смачивание загрязненной ткани моющим раствором и ослабить связь загрязнения и ткани. Вторая задача ПАВ -- удержать удаленные частички грязи в растворе, не давая им повторно осесть на ткань. Эффективность действия ПАВ увеличивается с повышением температуры, то есть стирка при 60°С более эффективна, чем при 40°С .

Фосфаты. Фосфаты устраняют жесткость воды, нейтрализуя соли магния и кальция (чем больше солей, тем жестче вода). С уменьшением жесткости увеличивается эффективность действия ПАВ и обеспечивается мягкость тканей после стирки. Помимо этого фосфаты защищают спираль стиральной машины от накипи. Именно фосфаты составляют основу всех присутствующих на рынке средств для защиты спиралей стиральных и посудомоечных машин от накипи, наиболее известны из которых Calgon, Kristall-fix и другие. Однако столь важные компоненты стирального порошка, как фосфаты, имеют один серьезный недостаток -- они вредят окружающей среде, попадая через канализацию в естественные водоемы. Выход из положения -- использовать нерастворимые в воде, а следовательно, экологически безвредные цеолиты. Правда, и тут есть одно "но" -- частички цеолитов могут оставаться после стирки на ткани, делая ее грубой (поэтому цеолиты не используют в порошках для детского белья) или осаждаться в канализационных трубах, забивая их.

Оптические отбеливатели. Оптический отбеливатель не только не отбеливает, как многие думают, он вообще не влияет на качество стирки! Он только создает эффект белоснежности белья. Частички оптического отбеливателя являются флуоресцирующими веществами, которые осаждаются на ткани во время стирки и не удаляются при полоскании (поэтому они не должны входить в состав детских порошков). Далее они поглощают падающий свет и излучают свет в видимом диапазоне спектра -- в синих и голубых цветах. Именно это дает вам ощущение, что белье стало белоснежным (однако это оптический обман).

Энзимы. Энзимы (или биодобавки, или ферменты) -- это биологически активные вещества, входящие в состав хороших дорогих моющих средств. Каждая группа энзимов выполняет определенные функции, однако, как правило, в состав средств входит некоторая комбинация энзимов, которые взаимно усиливают действие друг друга. Наиболее распространены энзимы 5 групп. Щелочные протеазы расщепляют белковые загрязнения, амилазы -- крахмальные, липазы -- жировые. Энзимы целлюлазы освежают цвет и предотвращают появление катышков, кератиназы способствуют удалению остатков затвердевшего белка. Большая часть энзимов эффективна при температуре 40--60°С, хотя в последнее время появляются и термостойкие энзимы, которые выдерживают температуру до 80°С .

Отдушки. Отдушки, входящие в состав моющих средств, во-первых, нейтрализуют неприятный запах, выделяющийся при стирке грязного белья, а во-вторых, придают приятный запах выстиранному белью. Кроме того, приятный запах отдушки может сыграть свою роль и при покупке, в то время как сильный (и порой удушающий) может оттолкнуть потенциального покупателя. Качество отдушки на эффективность стирки не влияет.

Пеногасители. Пеногасители (или стабилизаторы пены) входят в состав порошков-автоматов. Пеногасители препятствуют образованию избыточной пены при стирке, защищая машины от поломок.

Полимеры. В состав жидких моющих средств, особенно предназначенных для стирки цветных тканей, должны входить добавки, препятствующие переносу красителей. Таким образом, моющее средство не должно снимать краситель, а если уж сняло, то удерживать его в растворе, не давая повторно осесть на другие вещи -- препятствовать линьке. Во избежание порчи вещей все производители рекомендуют стирать белое белье отдельно от цветного, если температура стирки высока или же вы не уверены в стойкости красителя. Еще одна функция полимеров -- удерживать в растворе расщепленные загрязнения и не давать им оседать на ткань.

Балласт. Рецептура жидких моющих средств с биодобавками имеет свою специфику. Введение энзимов влечет за собой добавление в состав веществ (балласт или полезная основа), которые увеличивают стоимость на жидкие средства до 50--150 рублей. Для поддержания энзимов в работоспособном состоянии требуется введение стабилизаторов, использование которых налагает свои требования на состав жидкого порошка.

СУЩНОСТЬ МОЮЩЕГО ПРОЦЕССА

моющий средство грязь вода

Моющее действие обусловлено способностью моющих веществ адсорбироваться на поверхностях воды и твердых тел, повышать их смачиваемость, образовывать пену и устойчивые взвеси частиц в воде.

Чтобы отделить (оторвать) загрязнение, моющая жидкость должна обладать хорошей смачиваемой способностью (содержать мыло или другое поверхностно-активное моющее средство). Моющая жидкость легко проникает в поры тканей и других материалов, в трещинки грязевых частиц, а также между загрязнениями и отстирываемой поверхностью. Частицы грязи набухают, дробятся, обволакиваются пленкой мыла, при этом уменьшается сцепление частиц грязи между собой и очищаемой поверхностью (рис. 4). При небольшом механическом воздействии (перетирании руками или в стиральной машине) частицы загрязнений легко отделяются и переходят в раствор, где находятся во взвешенном состоянии.

В процессе отрыва загрязнений от очищаемой поверхности происходит одновременно их измельчение, эмульгирование (перевод жировой части загрязнения в раствор) и суспензирование (распределение твердых частиц загрязнений в моющем растворе).

Выше было сказано, что моющие средства находятся в растворе в виде молекул и агрегатов. Агрегаты образуют более прочные пленки вокруг переведенных в моющий раствор частиц грязи, что предотвращает слипание частиц грязи и повторное осаждение их на материале.

В процессе стирки в моющий раствор попадает большое количество пузырьков воздуха. При этом они обволакиваются пленкой мыла. Пузырьки воздуха, заключенные в мыльную пленку, как имеющие малый удельный вес, стремятся всплыть на поверхность.

При всплывании на поверхность мыльного раствора прочность пленок вокруг пузырьков воздуха увеличивается, так как они покрываются вторым слоем молекул мыла, расположенным на границе раздела воды и воздуха. Сталкиваясь, они образуют пену. Концентрация мыла в пленке вследствие накопления молекул мыла выше, чем в моющем растворе. Пена способствует механическому уносу загрязнений. Моющий раствор хорошо смачивает загрязнение, облегчая их набухание, измельчение и перевод во взвешенное состояние в раствор. Механическое воздействие, повышенная температура и пена облегчают осуществление моющего процесса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Моющие средства являются многофункциональными составами. Благодаря высокой активности они проявляют моющую способность, т.е. обеспечивают отделение и удаление загрязнений с поверхности очищаемого материала, восстанавливая тем самым белизну и чистоту продукции. Одновременно они являются эмульгирующими, суспензирующими и диспергирующими веществами.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Товароведение и организация торговли непродовольственными товарами: Учеб. для нач. проф. образования/ Под ред. А.Н. Неверова, Т.И. Чалых. - Мн.: ИРПО; Изд. Центр «Академия», 2000.

2. Товароведение хозяйственных товаров. Общий курс: Учеб. пособие/ под общ. ред. Н.М. Ильина. - Мн.: БГЭУ, 2004.

3. Товароведение промышленных товаров: (Общий курс): Учеб. для товаровед. отд-ний техникумов сов. торговли/ З.В.Козлова, С.Г.Кривенко, Н.И. Яременко и др. - М.: Экономика, 1979.

4. Товароведение непродовольственных товаров. Уч. пособие под ред. В.Е. Сыцко. - Мн: В. шк., 1999.

5. Козюлина Н.С. Товароведение непродовольственных товаров: Учеб. пособие для студентов экономических колледжей и средних специальных учебных заведений. - М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и Ко», 2оо2

6. Кутянин Г.И. Пластические массы и бытовые химические товары: Учеб. для студентов вузов, обуч. по спец.: Экономика, 1988.

7. Шейхет Ф.И. Материаловедение химикатов, красителей и моющих средств. - М., «Легкая индустрия», 1969.

Размещено на Allbest.ru