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