stringtranslate.com

Моющее средство

Моющие средства

Моющее средство — это поверхностно-активное вещество или смесь поверхностно-активных веществ, обладающих очищающими свойствами в разбавленных растворах . [1] Существует большое разнообразие моющих средств, распространенным семейством которых являются алкилбензолсульфонаты , представляющие собой мылоподобные соединения, которые лучше растворяются в жесткой воде , поскольку полярный сульфонат (моющих средств) менее склонен связываться с кальцием и другими ионами, содержащимися в жесткой воде, чем полярный карбоксилат (мыла).

Определения

Слово детергент происходит от латинского прилагательного detergens , от глагола detergere , означающего вытирать или полировать. Детергент можно определить как поверхностно-активное вещество или смесь поверхностно-активных веществ с очищающими свойствами в разбавленных растворах . [1] Однако традиционно детергент используется для обозначения синтетических чистящих соединений, в отличие от мыла (соли натуральной жирной кислоты ), хотя мыло также является детергентом в истинном смысле. [2] В бытовом контексте термин детергент относится к бытовым чистящим средствам, таким как стиральный порошок или средство для мытья посуды , которые на самом деле представляют собой сложные смеси различных соединений, не все из которых сами по себе являются детергентами.

Моющая способность — это способность удалять нежелательные вещества, называемые «загрязнениями», с поверхности (например, одежды). [3]

Структура и свойства

Моющие средства представляют собой группу соединений с амфифильной структурой, где каждая молекула имеет гидрофильную (полярную) головку и длинный гидрофобный (неполярный) хвост. Гидрофобная часть этих молекул может быть углеводородами с прямой или разветвленной цепью , или может иметь стероидную структуру. Гидрофильная часть более разнообразна, они могут быть ионными или неионными и могут иметь простую или относительно сложную структуру. [4] Моющие средства являются поверхностно-активными веществами, поскольку они могут снижать поверхностное натяжение воды. Их двойственная природа облегчает смешивание гидрофобных соединений (таких как масло и жир) с водой. Поскольку воздух не является гидрофильным, моющие средства также являются пенообразующими агентами в различной степени.

Структура мицеллы

Молекулы моющего средства объединяются в мицеллы , что делает их растворимыми в воде. Гидрофобная группа моющего средства является основной движущей силой образования мицелл, ее агрегация формирует гидрофобное ядро ​​мицелл. Мицелла может удалять жир, белок или загрязняющие частицы. Концентрация, при которой начинают образовываться мицеллы, называется критической концентрацией мицеллообразования (ККМ), а температура, при которой мицеллы далее объединяются, разделяя раствор на две фазы, называется точкой помутнения, когда раствор становится мутным, а моющая способность оптимальна. [4]

Моющие средства работают лучше в щелочной среде. Свойства моющих средств зависят от молекулярной структуры мономера . Способность к пенообразованию может определяться головной группой, например, анионные поверхностно-активные вещества являются сильнопенящимися, в то время как неионные поверхностно-активные вещества могут быть непенящимися или слабопенящимися. [5]

Химическая классификация моющих средств

Моющие средства подразделяются на четыре основные группы в зависимости от электрического заряда поверхностно-активных веществ. [6]

Анионные моющие средства

Типичные анионные детергенты — алкилбензолсульфонаты . Алкилбензольная часть этих анионов липофильная, а сульфонат — гидрофильная. Были популяризированы две разновидности: с разветвленными алкильными группами и с линейными алкильными группами. Первые были в значительной степени выведены из обращения в экономически развитых обществах, поскольку они плохо поддаются биологическому разложению. [7]

Анионные моющие средства являются наиболее распространенной формой моющих средств, и, по оценкам, ежегодно для внутреннего рынка производится около 6 миллиардов килограммов анионных моющих средств.

Желчные кислоты , такие как дезоксихолевая кислота (ДОК), представляют собой анионные детергенты, вырабатываемые печенью для содействия перевариванию и усвоению жиров и масел.

Три вида анионных моющих средств: разветвленный додецилбензолсульфонат натрия, линейный додецилбензолсульфонат натрия и мыло.

Катионные моющие средства

Катионные детергенты похожи на анионные, но четвертичный аммоний заменяет гидрофильную анионную сульфонатную группу. Центр сульфата аммония заряжен положительно. [7] Катионные поверхностно-активные вещества обычно обладают плохой моющей способностью.

Неионогенные моющие средства

Неионные моющие средства характеризуются своими незаряженными гидрофильными головными группами. Типичные неионные моющие средства основаны на полиоксиэтилене или гликозиде . Распространенными примерами первых являются Tween , Triton и Brij series. Эти материалы также известны как этоксилаты или PEGylates и их метаболиты, nonylphenol . Гликозиды имеют сахар в качестве своей незаряженной гидрофильной головной группы. Примерами являются октилтиоглюкозид и мальтозиды . Моющие средства серий HEGA и MEGA похожи, имея сахарный спирт в качестве головной группы.

Амфотерные моющие средства

Амфотерные или цвиттерионные детергенты имеют цвиттерионы в определенном диапазоне pH и обладают чистым нулевым зарядом, возникающим из-за наличия равного количества заряженных химических групп +1 и −1. Примерами являются CHAPS .

История

Известно , что мыло использовалось в качестве поверхностно-активного вещества для стирки одежды со времен Шумеров в 2500 году до нашей эры [8] В Древнем Египте сода использовалась в качестве добавки к моющим средствам. В 19 веке начали создавать синтетические поверхностно-активные вещества, например, из оливкового масла. [9] Силикат натрия (жидкое стекло) использовался в мыловарении в Соединенных Штатах в 1860-х годах, [10] а в 1876 году компания Henkel продала продукт на основе силиката натрия, который можно было использовать с мылом и продавать как «универсальное моющее средство» ( Universalwaschmittel ) в Германии. Затем соду смешивали с силикатом натрия, чтобы получить первое в Германии моющее средство под торговой маркой Bleichsoda. [11] В 1907 году компания Henkel также добавила отбеливатель перборат натрия , чтобы выпустить первое «самодействующее» моющее средство для стирки Persil , чтобы исключить трудоемкую ручную стирку белья. [12]

Во время Первой мировой войны ощущалась нехватка масел и жиров, необходимых для производства мыла. Чтобы найти альтернативу мылу, в Германии химики производили синтетические моющие средства с использованием сырья, полученного из каменноугольной смолы. [13] [14] [9] Однако эти ранние продукты не обеспечивали достаточной моющей способности. В 1928 году эффективное моющее средство было получено путем сульфатирования жирного спирта , но крупномасштабное производство было невозможно, пока в начале 1930-х годов не стали доступны недорогие жирные спирты. [15] Созданное синтетическое моющее средство было более эффективным и с меньшей вероятностью образовывало пену, чем мыло в жесткой воде, а также могло устранять кислотные и щелочные реакции и разлагать грязь. Коммерческие моющие средства с сульфатами жирных спиртов начали продаваться, первоначально в 1932 году в Германии компанией Henkel . [15] В Соединенных Штатах моющие средства продавались в 1933 году компанией Procter & Gamble ( Dreft ), в основном в районах с жесткой водой. [14] Однако продажи в США росли медленно, пока в начале 1940-х годов не появились «встроенные» моющие средства с добавлением эффективного фосфатного структурообразователя . [14] Структурообразователь улучшает эффективность поверхностно-активных веществ, смягчая воду посредством хелатирования ионов кальция и магния, помогая поддерживать щелочной pH, а также диспергируя и удерживая загрязняющие частицы в растворе. [16] Развитие нефтехимической промышленности после Второй мировой войны также дало материал для производства ряда синтетических поверхностно-активных веществ, и алкилбензолсульфонаты стали наиболее важными используемыми моющими поверхностно-активными веществами. [17] К 1950-м годам стиральные порошки получили широкое распространение и в значительной степени заменили мыло для стирки одежды в развитых странах. [15]

За прошедшие годы было разработано множество типов моющих средств для различных целей, например, моющие средства с низким пенообразованием для использования в стиральных машинах с фронтальной загрузкой, сверхмощные моющие средства, эффективные для удаления жира и грязи, универсальные моющие средства и специальные моющие средства. [14] [18] Они стали включаться в различные продукты, не связанные со стиркой, например, в моющие средства для посудомоечных машин , шампуни, зубную пасту, промышленные очистители, а также в смазочные материалы и топливо для уменьшения или предотвращения образования шлама или отложений. [19] Формула моющих средств может включать отбеливатель , ароматизаторы, красители и другие добавки. Однако использование фосфатов в моющих средствах привело к опасениям по поводу загрязнения питательными веществами и необходимости внесения изменений в формулу моющих средств. [20] Также были высказаны опасения по поводу использования поверхностно-активных веществ, таких как разветвленный алкилбензолсульфонат (тетрапропиленбензолсульфонат), который задерживается в окружающей среде, что привело к их замене поверхностно-активными веществами, которые являются более биоразлагаемыми, такими как линейный алкилбензолсульфонат. [15] [17] Разработки на протяжении многих лет включали использование ферментов , заменителей фосфатов, таких как цеолит А и NTA , TAED в качестве активатора отбеливателя , поверхностно-активных веществ на основе сахара, которые являются биоразлагаемыми и более мягкими для кожи, и других экологически чистых продуктов, а также изменения в форме доставки, такие как таблетки, гели и капсулы . [21] [22]

Основные области применения моющих средств

Капсулы со стиральным порошком .

Уборка дома

Одной из самых больших областей применения моющих средств является уборка в домашних условиях и в магазинах, включая мытье посуды и стирку белья . Эти моющие средства обычно доступны в виде порошков или концентрированных растворов, а их формулы часто представляют собой сложные смеси различных химикатов, помимо поверхностно-активных веществ, что отражает разнообразные требования к применению и высококонкурентный потребительский рынок. Эти моющие средства могут содержать следующие компоненты: [21]

Топливные присадки

Как карбюраторы, так и компоненты топливных инжекторов двигателей внутреннего сгорания выигрывают от моющих присадок в топливе для предотвращения загрязнения . Концентрации составляют около 300 ppm . Типичные моющие присадки — это длинноцепочечные амины и амиды, такие как полиизобутенамин и полиизобутенамид/ сукцинимид . [23]

Биологический реагент

Детергенты реактивной степени очистки используются для выделения и очистки интегральных мембранных белков, обнаруженных в биологических клетках . [24] Для солюбилизации бислоев клеточных мембран требуется детергент, который может проникать во внутренний монослой мембраны . [25] Достижения в области чистоты и сложности детергентов облегчили структурную и биофизическую характеристику важных мембранных белков, таких как ионные каналы, а также разрушающие мембрану путем связывания липополисахарида , [26] транспортеры , сигнальные рецепторы и фотосистема II . [27]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab IUPAC , Compendium of Chemical Terminology , 2nd ed. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) «detergent». doi :10.1351/goldbook.D01643
  2. ^ NIIR Board of Consultants Engineers (2013). Полная технологическая книга по моющим средствам (2-е пересмотренное издание). Niir Project Consultancy Services. стр. 1. ISBN 9789381039199– через Google Книги.
  3. ^ Арно Кан, ред. (2003). 5-я всемирная конференция по детергентам. Американское общество нефтехимиков. стр. 154. ISBN 9781893997400– через Google Книги.
  4. ^ ab Neugebauer, Judith M. (1990). "[18] Детергенты: обзор". Детергенты: обзор . Методы в энзимологии. Т. 182. С. 239–253. doi :10.1016/0076-6879(90)82020-3. ISBN 9780121820831. PMID  2314239.
  5. ^ Niir Board (1999). Справочник по мылам, моющим средствам и кислотным суспензиям (3-е пересмотренное издание). Asia Pacific Business Press. стр. 270. ISBN 9788178330938– через Google Книги.
  6. ^ Мехретеаб, Аммануэль (1999). Гай Брозе (ред.). Справочник по моющим средствам, часть А. Тейлор и Фрэнсис. стр. 133–134. ISBN 9781439833322– через Google Книги.
  7. ^ ab Эдуард Смолдерс, Вольфганг Рыбински, Эрик Сунг, Вильфред Рэзе, Йозеф Стебер, Фредерика Вибель, Анетт Нордског, «Средства для стирки» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана 2002, Wiley-VCH, Вайнхайм. дои : 10.1002/14356007.a08_315.pub2
  8. ^ Юрген Фальбе, изд. (2012). Поверхностно-активные вещества в потребительских товарах. Спрингер-Верлаг. стр. 1–2. ISBN 9783642715457– через Google Книги.
  9. ^ ab Paul Sosis, Uri Zoller, ed. (2008). Справочник по моющим средствам, часть F. CRC Press. стр. 5. ISBN 9781420014655.
  10. ^ Афталион, Фред (2001). История международной химической промышленности. Chemical Heritage Press. стр. 82. ISBN 9780941901291.
  11. ^ Уорд, Джеймс; Лёр (2020). Совершенство скрепки. Atria Books. стр. 190. ISBN 9781476799872.
  12. ^ Якоби, Гюнтер; Лёр, Альбрехт (2012). Моющие средства и стирка текстиля. Спрингер-Верлаг. стр. 3–4. ISBN 9780895736864.
  13. ^ «Мыла и моющие средства: история (с 1900-х годов до наших дней)». Американский институт уборки.Получено 6 января 2015 г.
  14. ^ abcd Дэвид О. Уиттен; Бесси Эмрик Уиттен (1 января 1997 г.). Справочник по истории американского бизнеса: добывающие отрасли, производство и услуги. Greenwood Publishing Group. стр. 221–222. ISBN 978-0-313-25199-3– через Google Книги.
  15. ^ abcd Юрген Фальбе, ред. (2012). Поверхностно-активные вещества в потребительских товарах. Springer-Verlag. стр. 3–5. ISBN 9783642715457– через Google Книги.
  16. ^ Урбан, Дэвид Г. (2003). Как формулировать и компаундировать промышленные моющие средства. Дэвид Г. Урбан. С. 4–5. ISBN 9781588988683.
  17. ^ ab Paul Sosis, Uri Zoller, ed. (2008). Справочник по моющим средствам, часть F. CRC Press. стр. 6. ISBN 9781420014655.
  18. ^ Пол Сосис, Ури Цоллер, ред. (2008). Справочник по моющим средствам, часть F. стр. 497. ISBN 9781420014655.
  19. ^ Ури Золлер, изд. (2008). Справочник по моющим средствам, Часть E: Применение. Тейлор и Фрэнсис. п. 331. ИСБН 9781574447576.
  20. ^ Дэвид О. Уиттен; Бесси Эмрик Уиттен (1999). Справочник по моющим средствам, часть A. Тейлор и Фрэнсис. стр. 3. ISBN 9781439833322– через Google Книги.
  21. ^ ab Middelhauve, Birgit (2003). Arno Cahn (ред.). 5-я всемирная конференция по детергентам. Американское общество нефтехимиков. стр. 64–67. ISBN 9781893997400.
  22. ^ Лонг, Хизер. "История стирального порошка". Люблю знать .
  23. ^ Вернер Дабельштейн, Арно Реглицки, Андреа Шютце, Клаус Редерс «Автомобильное топливо» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2002, Wiley-VCH, Weinheim doi : 10.1002/14356007.a16_719.pub2
  24. ^ Koley D, Bard AJ (2010). «Влияние концентрации Triton X-100 на проницаемость мембраны одиночной клетки HeLa с помощью сканирующей электрохимической микроскопии (SECM)». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 107 (39): 16783–7. Bibcode : 2010PNAS..10716783K. doi : 10.1073/pnas.1011614107 . PMC 2947864. PMID  20837548 . 
  25. ^ Lichtenberg D, Ahyayauch H, Goñi FM (2013). «Механизм детергентной солюбилизации липидных бислоев». Biophysical Journal . 105 (2): 289–299. Bibcode :2013BpJ...105..289L. doi :10.1016/j.bpj.2013.06.007. PMC 3714928 . PMID  23870250. 
  26. ^ Doyle, DA; Morais Cabral, J; Pfuetzner, RA; Kuo, A; Gulbis, JM; Cohen, SL; Chait, BT; MacKinnon, R (1998). «Структура калиевого канала: молекулярная основа проводимости и селективности K+». Science . 280 (5360): 69–77. Bibcode :1998Sci...280...69D. doi :10.1126/science.280.5360.69. PMID  9525859.
  27. ^ Umena, Yasufumi; Kawakami, Keisuke; Shen, Jian-Ren; Kamiya, Nobuo (2011). «Кристаллическая структура фотосистемы II, выделяющей кислород, при разрешении 1,9 A» (PDF) . Nature . 473 (7345): 55–60. Bibcode :2011Natur.473...55U. doi :10.1038/nature09913. PMID  21499260. S2CID  205224374.

Внешние ссылки