Моющее средство представляет собой поверхностно-активное вещество или смесь поверхностно-активных веществ, обладающих очищающими свойствами в разбавленном растворе . [1] Существует большое разнообразие моющих средств, общей группой которых являются алкилбензолсульфонаты , которые представляют собой мылоподобные соединения, которые лучше растворяются в жесткой воде , поскольку полярный сульфонат (моющих средств) менее эффективен, чем полярный карбоксилат ( из моющих средств). мыло) для связывания кальция и других ионов, содержащихся в жесткой воде.
Слово «моющее средство» происходит от латинского прилагательного « моющие средства » и глагола «detergere» , что означает «вытирать» или «полировать». Моющее средство можно определить как поверхностно-активное вещество или смесь поверхностно-активных веществ с очищающими свойствами в разбавленном растворе . [1] Однако традиционно под моющим средством подразумевают синтетические чистящие составы, а не мыло (соль натуральной жирной кислоты ), хотя мыло также является моющим средством в истинном смысле этого слова. [2] В бытовом контексте термин « моющее средство» 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 моющими средствами.
Моющие свойства – это способность удалять нежелательные вещества, называемые «загрязнениями», с подложки (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 представлять собой углеводороды с прямой или разветвленной цепью или может иметь стероидную структуру. Гидрофильные части более разнообразны, они могут быть ионными или неионогенными и могут иметь как простую, так и относительно сложную структуру. [4] Моющие средства являются поверхностно-активными веществами, поскольку они могут снижать поверхностное натяжение воды. Их двойная природа облегчает смешивание гидрофобных соединений (таких как масло и жир) с водой. Поскольку воздух не гидрофильен, моющие средства в той или иной степени также являются пенообразователями .
Молекулы моющего средства объединяются, образуя мицеллы , что делает их растворимыми в воде. Гидрофобная группа детергента является основной движущей силой мицеллообразования, ее агрегация образует гидрофобное ядро мицелл. Мицелла может удалять жир, белок или частицы загрязнений. Концентрация, при которой начинают образовываться мицеллы, является критической концентрацией мицелл (ККМ), а температура, при которой мицеллы далее объединяются, разделяя раствор на две фазы, является точкой помутнения, когда раствор становится мутным и моющая способность становится оптимальной. [4]
Моющие средства работают лучше при щелочном pH. Свойства моющих средств зависят от молекулярной структуры мономера . Способность к пенообразованию может определяться головной группой, например, анионные поверхностно-активные вещества являются высокопенящимися, тогда как неионогенные поверхностно-активные вещества могут быть непенящимися или низкопенящимися. [5]
Моющие средства подразделяются на четыре большие группы в зависимости от электрического заряда поверхностно-активных веществ. [6]
Типичными анионными моющими средствами являются алкилбензолсульфонаты . Алкилбензольная часть этих анионов липофильна , а сульфонат - гидрофильна. Были популяризированы две разновидности: с разветвленными алкильными группами и с линейными алкильными группами. Первые были в значительной степени прекращены 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 (DOC), представляют собой анионные детергенты, вырабатываемые печенью и способствующие перевариванию и усвоению жиров и масел.
Катионные моющие средства аналогичны анионным, но гидрофильная анионная сульфонатная группа заменяется четвертичным аммонием . Центр сульфата аммония заряжен положительно. [7] Катионные поверхностно-активные вещества обычно обладают плохой моющей способностью.
Неионогенные моющие средства характеризуются незаряженными гидрофильными головными группами. Типичные неионные моющие средства основаны на полиоксиэтилене или гликозиде . Типичные примеры первых включают Tween , Triton и серию Brij. Эти материалы также известны как этоксилаты или ПЭГилаты и их метаболиты, нонилфенол . Гликозиды имеют сахар в качестве незаряженной гидрофильной головной группы. Примеры включают октилтиоглюкозид и мальтозиды . Моющие средства серий HEGA и MEGA схожи, в них в качестве головной группы содержится сахарный спирт.
Амфотерные или цвиттерионные моющие средства имеют цвиттер-ионы в определенном диапазоне pH и обладают нулевым зарядом, возникающим из-за присутствия равного количества химических групп с зарядом +1 и -1. Примеры включают CHAPS .
Известно, что мыло использовалось в качестве поверхностно-активного вещества для стирки одежды еще с шумерских времен в 2500 году до нашей эры . [8] В Древнем Египте в качестве добавки для стирки использовалась сода . В 19 веке начали создавать синтетические ПАВ, например, из оливкового масла. [9] Силикат натрия (жидкое стекло) использовался в мыловарении в США в 1860-х годах, [10] а в 1876 году компания Henkel продавала продукт на основе силиката натрия, который можно использовать с мылом, и продавала его как «универсальное средство». моющее средство» ( Universalwaschmittel ) в Германии. Затем соду смешали с силикатом натрия, чтобы получить первое в Германии моющее средство под торговой маркой Bleichsoda. [11] В 1907 году компания Henkel также добавила в отбеливатель перборат натрия , чтобы выпустить первый «самодействующий» стиральный порошок Persil , позволяющий исключить трудоемкое трение белья вручную. [12]
Во время Первой мировой войны ощущался дефицит масел и жиров, необходимых для изготовления мыла. Чтобы найти альтернативу мылу, в Германии химики производили синтетические моющие средства из сырья, полученного из каменноугольной смолы. [13] [14] [9] Однако эти ранние продукты не обеспечивали достаточных моющих свойств. В 1928 году эффективное моющее средство было получено путем сульфатирования жирных спиртов , но крупномасштабное производство было невозможно до тех пор, 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 накипь, 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 США моющие средства продавались в 1933 году компанией Procter & Gamble ( Dreft ) преимущественно 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 модификатора . [14] Активатор улучшает эффективность поверхностно-активных веществ, смягчая воду за счет хелатирования ионов кальция и магния, помогая поддерживать щелочной уровень pH, а также диспергируя и удерживая частицы загрязнения в растворе. [16] Развитие нефтехимической промышленности после Второй мировой войны также дало материал для производства ряда синтетических поверхностно-активных веществ, а 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 чистки одежды в развитых странах. [15]
За прошедшие годы было разработано множество типов моющих средств для самых разных целей, например, моющие средства с низким пенообразованием для использования в стиральных машинах с фронтальной загрузкой, моющие средства для тяжелых условий эксплуатации, эффективные для удаления жира и грязи, универсальные моющие средства и специальные моющие средства. моющие средства. [14] [18] Они включаются в различные продукты, не предназначенные для стирки, например, в моющие средства для посудомоечных машин , шампуни, зубные пасты, промышленные чистящие средства, а также в смазочные материалы и топливо для уменьшения или предотвращения образования осадка или отложений. [19] В состав моющих средств могут входить отбеливатели , ароматизаторы, красители и другие добавки. Однако использование фосфатов в моющих средствах вызвало опасения по поводу загрязнения питательными веществами и потребовало внесения изменений в рецептуру 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 более биоразлагаемы, 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 отбеливания , поверхностно-активных веществ на основе сахара, которые являются биоразлагаемыми и более мягкими для кожи, и других экологически чистых продуктов, а также изменения в формах доставки, таких как таблетки, гели и капсулы . [21] [22]
Одним из наиболее распространенных применений моющих средств является уборка дома и магазинов, включая мытье посуды и стирку белья . Эти моющие средства обычно доступны в виде порошков или концентрированных растворов, а составы этих моющих средств часто представляют собой сложные смеси различных химических веществ, помимо поверхностно-активных веществ, что отражает разнообразные требования применения и высококонкурентного потребительского рынка. Эти моющие средства могут содержать следующие компоненты: [21]
И карбюраторы, и компоненты топливных форсунок двигателей внутреннего сгорания выигрывают от наличия в топливе моющих присадок для предотвращения загрязнения . Концентрации составляют около 300 ppm . Типичными детергентами являются амины и амиды с длинной цепью, такие как полиизобутенамин и полиизобутенамид/ сукцинимид . [23]
Моющие средства реагентного класса используются для выделения и очистки интегральных мембранных белков , обнаруженных в биологических клетках . [24] Для растворения бислоев клеточных мембран требуется детергент, который может проникать во внутренний монослой мембраны . [25] Достижения в области чистоты и сложности детергентов облегчили структурные и биофизические характеристики важных мембранных белков, таких как ионные каналы , а также разрушают мембраны путем связывания липополисахаридов , [26] транспортеров , сигнальных рецепторов и фотосистемы II . [27]
