Синтетические моющие средства

Синтетические моющие средства

Синтетические моющие средства (CMC, детергенты), многокомпонентные композиции, применяемые в водных растворах для интенсификации удаления загрязнений с различных твердых поверхностей - тканей, волокон, металлов, стекла, керамики. В более узком смысле под синтетическими моющими средствами обычно понимают бытовые средства для стирки белья и одежды.

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

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

 

Синтетические моющие средства представляют собой составы на основе синтетических  моющих веществ. Обычно они содержат 10—40% синтетических моющих веществ  и добавки, повышающие моющую способность  средства, обеспечивающие их выпуск с  учетом свойств отстирываемых материалов. Моющие средства можно разделить  по назначению, консистенции,  видам моющего вещества и содержанию.

По консистенции различают моющие средства твердые (кусковые, гранулированные, порошковые), мазеобразные (пасты) и жидкие. Наиболее широкое применение нашли порошковые средства. Удобны моющие средства в виде гранул и паст. Жидкие средства легко растворяются, хорошо дозируются. Они эффективны для стирки текстильных изделий и мытья посуды, автомашин, стекла и т. д. Выпуск жидких средств будет увеличиваться. Их изготовление проще и дешевле (отпадает процесс сушки), они не пылят, подобно порошкам, легче дозируются.

В зависимости от вида моющего вещества моющие средства разделяют на мыла и синтетические моющие средства. Содержание моющего вещества в средстве колеблется от 5 до 85%. Большинство моющих средств хозяйственного назначения содержат 10—75% моющего вещества.  В производстве мыл используют твердые жиры животные (говяжий, бараний, свиной и др.), жидкие растительные жиры (масло подсолнечное, хлопковое и др.), саломас (сало из масла) — твердый жир, полученный гидрогенизацией (насыщением водородом по месту двойных связей) растительных жидких масел, соапсток (побочный продукт очистки растительных масел).

По назначению моющие средства делят на хозяйственные, туалетные, специальные (медицинские, технические и др.).

Хозяйственные в свою очередь делятся на:

- средства для стирки изделий из хлопковых и льняных волокон содержат 20—40% моющего вещества (обычно сульфонола)— до 55% щелочных солей (триполифосфата, соды кальцинированной, силиката натрия), 10—15% сульфата натрия, небольшое количество душистых веществ (отдушки), отбеливающих веществ и карбоксиметилцеллюлозы. Эти средства образуют сильнощелочныё моющие растворы (рН 10—11);

- средства для стирки изделий из шерстяных и шелковых волокон содержат 35% алкилсульфата, до 55% нейтральных солей (сульфата натрия), небольшое количество щелочных электролитов, отбеливатели, отдушку. В моющем растворе эти средства создают среду, близкую к нейтральной (рН 7,3—8,5);

- средства для стирки изделий из синтетических волокон также образуют среду, близкую к нейтральной. По составу они напоминают средства, предназначенные для стирки шерстяных и шелковых тканей, но содержат повышенное количество карбоксиметилцеллюлозы и электролитов;

- средства для стирки изделий из шерсти, шелка и синтетических волокон обычно не содержат активных щелочей типа карбонатов и силикатов натрия;

- универсальные средства рекомендуют для стирки изделий из растительных, животных и химических волокон. Эти средства не содержат сильнощелочных солей (соды кальцинированной), в результате чего моющий раствор имеет умеренно щелочную реакцию (рН 8—9,5). Универсальные средства бывают без отбеливателя (обычного типа) и с перекисным отбеливателем;

- средства для мытья посуды, раковин, ванн и других предметов домашнего обихода представляют собой составы, которые должны хорошо смачивать поверхности, обладать высокой эмульгирующей, растворяющей и пенообразующей способностью. Эти средства обычно взаимодействуют с загрязнениями на очищаемой поверхности. В состав средств входят моющие вещества (синтетические и мыла), органические растворители, щелочные и другие химические соединения;

- средства для мытья стекол (оконных, зеркал, хрусталя) содержат дополнительно восстановитель блеска (красители типа метилен голубой и др.);

- средства для мытья (очистки) ковров, обивки мебели, искусственного меха, кожи содержат компоненты, способствующие образованию обильной пены, которая обволакивает и размягчает загрязнение, при удалении пены удаляется и загрязнение, а изделие не успевает промокнуть. Средства для мытья посуды, ванн и раковин могут содержать также антисептики, обладающие бактерицидными свойствами.

 

 

Химический состав синтетических моющих средств

Основные ингредиенты  синтетических моющих средств и  их назначение, приведены в таблице.

Ингредиенты	Назначение
Основные компоненты: поверхностно-активные вещества (ПАВ)	Моющее действие. Анионактивные ПАВ лучше моют в щелочной среде. Катионактивные ПАВ используют так же как ингибиторы коррозии (для защиты стиральных машин), антистатики, эмульгаторы; обладают дезинфицирующим действием
Вспомогательные вещества: щелочные соли — карбонат и силикат натрия	Замедляет коррозию металлических  частей стиральных машин, усиливает антирезорбционную способность и уменьшает гигроскопичность порошкообразных СМС
Нейтральные соли — сульфат и  фосфат натрия	Для улучшения сыпучести порошка  и растворимости его в воде, увеличивает моющую способность  СМС. Фосфорные соли используют для  снижения щелочности моющих растворов до рН " 7. Полифосфаты устраняют налет на тканях, образованный малорастворимыми соединениями, снижают зольность тканей
Карбоксиметилцеллюлоза	Для предотвращения резорбции грязи  в составах СМС для льняных  и хлопчатобумажных тканей
Поливинилпирролидон	Для предотвращения резорбции грязи  в составах СМС для шерстяных  и шелковых тканей
Химические отбеливатели (персоли)	Для отбеливания хлопчато-бумажных и льняных тканей. При нагревании выделяется атомарный кислород
Химические отбеливатели (перекись водорода)	Для отбеливания шерстяных и  шелковых тканей
Физические (оптические) отбелива-тели — флуоресци-рующие соедине-ния	Для придания эффекта белизны за счет преобразования падающего света  и отражение от ткани в голубой  области спектра
Адсорбционные красители (ультрамарин, индиго, синтетические органические пигменты)	Действие основано на оптическом эффекте  — адсорбция на поверхности тканей без химического воздействия. Ткань  приобретает яркость за счет голубого или розового оттенков
Биодобавки — ферменты (липазы, протеазы и др.)	Для удаления загрязнений и пятен  жирового происхождения (липиды) и белковых веществ (протеины): следы крови и  др.
Отдушки	Для ароматизации белья
Антистатики	Для снятия статического электричества

 

Моющие вещества составляют основу всех СМС и определяют их свойства; это мицеллообразующие поверхностно-активные вещества, благодаря которым растворы обладают моющей способностью. Моющие вещества делятся на два класса: ионогенные вещества, диссоциирующие в воде на ионы, и неионогенные — не подверженные электролитической диссоциации. Ионогенные моющие вещества называются анионактивными, если поверхностно-активные ионы несут отрицательный заряд, и катионактивными, если поверхностно-активные положительно заряженные ионы имеют отрицательный заряд в щелочной среде и положительный — в кислой. Анионактивные моющие вещества получили наиболее широкое распространение. На их основе получают все жировые мыла и большинство синтетических моющих средств. Для производства товарных жировых мыл служат главным образом натриевые или калиевые соли высших жирных кислот, изготавливаемые из масел растительных и жиров животных.  Важную роль играют органические компоненты моющих средств: карбоксиметилцеллюлоза, предотвращающая ресорбцию — повторное отложение загрязнений из моющего раствора на отмытую поверхность; оптические отбеливатели (красители), применяемые для устранения жёлтого оттенка неокрашенных тканей; так называемые гидротропы, увеличивающие растворимость и ускоряющие растворение моющих веществ в воде. Некоторые моющие средства содержат ферменты, обеспечивающие удаление нерастворимых белковых загрязнений, органические бактерициды (гексахлорофен, трихлоркарбанилид и др.), стабилизаторы пены (например, алкилоламиды) или пеногасители; во многие моющие средства добавляют душистые вещества (отдушки). Большая часть (80—90%) поступающих в продажу синтетических моющих средств — порошки; выпускаются также таблетки, «вермишель», чешуйки, хлопья, пасты и жидкости.

Синтетические моющие средства, попадая  в окружающую среду (водоемы), изменяют её кислотно-щелочной баланс. Водные организмы  приспособлены к определенной величине рН. Когда значение рН снижается до 4,5 – 5,0 может исчезнуть значительное количество водных организмов, составляющих основу пищевой цепи. Это, в свою очередь, сказывается на птицах, рыбах, пресмыкающихся и млекопитающих, которым погибшие виды служат источником питания. При величине рН более 9,0 вода тоже становится непригодной для большинства водных организмов. Особенно чувствительны к изменению кислотности икра и мальки рыб.   Уменьшение величины рН может также способствовать переходу в воду ионов металлов, содержащихся в донных отложениях, которые в обычных условиях осаждаются на дно с частицами взвеси и погребаются в толще донных отложений.

 

Принцип работы СМС.

В состав СМС входят ПАВ, которые  выполняют главную работу. ПАВ имеют два полюса – гидрофильный, то есть, тот, который любит воду, и гидрофобный, то есть, тот, который отталкивается водой, но легко соединяется с её противоположностью – с жирами.

Эффективность ПАВ состоит в  том, что, связавшись с одним веществом, они повышают растворимость этого  вещества в другом веществе, в котором  ранее первое вещество не растворялось. Пример с синтетическими моющими  средствами: гидрофобными группами эти  средства соединяются с жирами. А  гидрофильные части средств позволяют  расщеплять жиры и в большей степени  растворять их в воде, тогда как  жиры сами по себе в воде не растворяются. Результат взаимодействия поверхностно активных синтетических (и не синтетических) моющих средств с жирами и водой – создание эмульсии. Эмульсия – это смесь двух жидкостей. СМС делают эмульсию жиров и воды устойчивой, жиры образуют очень–очень маленькие капли. В общем–то, это происходит каждый раз, когда вы моете жирную посуду с применением моющего средства. Обычно, при мытье посуды, большая часть моющих средств пропадает бесцельно. На удаление жиров идёт едва ли десятая часть моющего средства. Остальная часть СМС остаётся активным, способным к подавлению рыб и прочих водных животных. И эту часть нужно удалять.

 

Загрязнение окружающей среды  синтетическими моющими средствами

Одна из наиболее актуальных проблем  на сегодня - защита окружающей среды  от различных загрязнений - отходов  производства и продуктов жизнедеятельности  людей. К главным источникам загрязнений  имеют непосредственное отношение  предприятия службы быта, например прачечные, использующие моющие средства, важнейшими из которых являются синтетические  моющие средства.    Отработанные стоки прачечных, сбрасываемые в канализацию, содержат все химические соединения, входящие в состав синтетических моющих средств, а также загрязнения (переходящие в процессе стирки с очищаемой поверхности одежды грязевые частицы - сажа, различные минерально-масляные и жировые загрязнения, волокна стираемых изделий). В зависимости от вида и количества щелочных солей, входящих в состав СМС, рН сточных вод составляет 7-10 ед. Таким образом, стоки прачечных сложны по составу, имеют щелочную среду и в значительной степени загрязнены органическими веществами, ПАВ и грязевыми частицами.

Недостатком большинства CMC является их трудная биоусвояемость (перевариваемость) в сточных водах микроорганизмами, так как фактически для них это яды. Поэтому сточные воды, содержащие синтетические моющие средства, сильно загрязняют водоемы (реки, озера). Попадание ПАВ в водоемы неблагоприятно влияет на органолептические (цвет, запах, вкус) и бактериологические показатели воды. Это происходит не только за счет свойств обозначенных веществ, а в основном в результате стабилизации в воде других соединений, которая возможна вследствие способности ПАВ к солюбилизации и эмульгированию. Таким образом, недопустимо сбрасывать в водоемы сточные воды прачечных без предварительной очистки.

Состав наиболее часто  используемых стиральных порошков

Название стирального  порошка	Состав
«Tide»	Фосфаты, цеолиты, лимонная кислота
«Ariel»	5%-15% анионные ПАВ, кислородосодержащий отбеливатель, фосфаты, <5% катионные ПАВ, неионогенные ПАВ, поликарбоксилаты, энзимы.
«Пемос»	<5% поликарбоксилаты, 5%-15% анионные ПАВ, оптический отбеливатель, отдушка.

 

Состав наиболее часто  используемых средств для мытья посуды

Название средства для  мытья посуды	Состав
«Капля»	Вода, ПАВ, хлорид натрия, консервант, парфюмерная композиция, лимонная кислота, C. I. 19140
«Fairy»	Фосфаты 5-15%, фосфонаты - <5%, поликарбоксилаты - <5%, нитрилотриацетатная кислота - <5%, PH: 12,5_+0,5

 

 

Заключение

Сейчас во всем мире очень остро  стоят экологические проблемы, и  в частности  проблема охраны окружающей среды от вредного воздействия бытовых химических средств. Поскольку каждый человек следит за своей гигиеной,  пользуется моющими средствами, стирая свои вещи, моя посуду, то эта  тема касается каждого. 

В последнее время в пробах природной  воды все чаще обнаруживаются фосфаты. Виновник – человек. Мы используем стиральные порошки, которые содержат фосфаты, добавляемые для снижения жесткости воды при стирке. А в  нашей стране пока нет технологии, позволяющей в требуемой степени  очищать стоки от фосфатов. Неочищенные  стоки, после очистных сооружений, сливаются  в реки.

 

Литература

1. Габриелян О.С. Химия. 10 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений (базовый уровень) / О.С.Габриелян. – М: Дрофа, 2010. – 230 с.

2. Неволин Ф. В., Химия и технология синтетических моющих средств, 2 изд., М., 1971.-с.71