Средства для стирки: состав, история и современные компоненты.

Введение

Тип моющего средства, используемого для стирки белья. Моющее средство для стирки белья – это тип моющего средства (очистителя), используемого для очистки грязного белья (одежды). Моющие средства для стирки выпускаются в виде порошка (стирального порошка) и жидкости. Хотя по стоимости порошкообразные и жидкие моющие средства занимают примерно равные доли на мировом рынке средств для стирки белья, по объему порошкообразных моющих средств продается в два раза больше, чем жидких.

История

С древнейших времен химические добавки применялись для облегчения механической очистки текстильных волокон водой. Самые ранние известные свидетельства производства веществ, подобных мылу, относятся к периоду около 2800 года до нашей эры в Древнем Вавилоне.

Почвы

Мытье белья включает удаление смешанных загрязнений с поверхности волокон. С химической точки зрения, загрязнения можно разделить на следующие группы:

Водорастворимые загрязнения, такие как сахара, неорганические соли, мочевина и пот. Твердые частичные загрязнения, такие как ржавчина, оксиды металлов, сажа (технический углерод), карбонаты, силикаты и гумус. Гидрофобные загрязнения, такие как животные жиры, растительные масла, кожное сало, минеральное масло и смазка. Белки, такие как кровь, яйца, молоко и кератин кожи. Для их удаления требуются ферменты, тепло или щелочи для гидролиза и денатурации на более мелкие фрагменты, прежде чем они смогут быть удалены поверхностно-активными веществами. Пятна, поддающиеся отбеливанию, такие как вино, кофе, чай, фруктовые и овощные соки. Отбеливание – это окислительная реакция, в результате которой окрашивающее вещество превращается в бесцветное, которое либо остается на ткани, либо легче вымывается. Загрязнения, которые трудно удалить, включают пигменты и красители, жиры, смолы, деготь, воски и денатурированные белки.

Строители

Строители (также называемые хелатирующими или секвестрирующими агентами) – это смягчители воды. Большинство систем бытового водоснабжения содержат растворенные минералы, особенно в районах с жесткой водой. Металлические катионы, присутствующие в этих растворенных минералах, в частности ионы кальция и магния, могут реагировать с поверхностно-активными веществами, образуя нерастворимый мыльный осадок, который менее эффективен для очистки и может выпадать в осадок на ткани и компоненты стиральной машины. Строители удаляют минеральные ионы, ответственные за жесткость воды, посредством осаждения, хелатирования или ионного обмена. Кроме того, они способствуют удалению загрязнений путем диспергирования. Первыми строителями были карбонат натрия (кальцинированная сода) и силикат натрия (жидкое стекло). В 1930-х годах были введены фосфаты (фосфаты натрия) и полифосфаты (гексаметафосфат натрия), а затем фосфонаты (HEDP, ATMP, EDTMP). Хотя эти соединения на основе фосфора обычно не токсичны, сейчас известно, что они вызывают эвтрофикацию, которая может иметь серьезные экологические последствия. В связи с этим они были запрещены во многих странах, что привело к разработке беcфосфорных агентов, таких как поликарбоксилаты (EDTA, NTA), цитраты (тринатрия цитрат), силикаты (силикат натрия), глюконовая кислота и полиакриловая кислота, или ионообменные агенты, такие как цеолиты. Щелочные строители также могут повысить эффективность стирки, изменяя pH раствора. Гидрофильные волокна, такие как хлопок, естественным образом имеют отрицательный поверхностный заряд в воде, в то время как синтетические волокна относительно нейтральны. Отрицательный заряд усиливается адсорбцией анионных поверхностно-активных веществ. С увеличением pH загрязнения и волокна приобретают более отрицательный заряд, что приводит к увеличению взаимного отталкивания. Оптимальный диапазон pH для хорошей моющей способности составляет 9–10,5. Щелочи также могут повысить эффективность стирки за счет омыления жиров. Строители и поверхностно-активные вещества действуют синергетически для удаления загрязнений, и моющий эффект строителя может превосходить эффект поверхностно-активного вещества. С гидрофильными волокнами, такими как хлопок, шерсть, полиамид и полиакрилонитрил, триполифосфат натрия удаляет загрязнения более эффективно, чем поверхностно-активное вещество в одиночку. Ожидается, что при стирке гидрофобных волокон, таких как полиэстеры и полиолефины, эффективность поверхностно-активного вещества превзойдет эффективность строителя, однако это не так.

Builders (also called chelating or sequestering agents) are water softeners. Most domestic water supplies contain some dissolved minerals, especially in hard water areas. The metal cations present in these dissolved minerals, particularly calcium and magnesium ions, can react with surfactants to form soap scum which is much less effective for cleaning and can precipitate onto both fabric and washing machine components. Builders remove mineral ions responsible for hard water through precipitation, chelation, or ion exchange. In addition, they help remove soil by dispersion. The earliest builders were sodium carbonate (washing soda) and sodium silicate (waterglass). In the 1930s phosphates (sodium phosphates) and polyphosphates (sodium hexametaphosphate) were introduced, continuing with the introduction of phosphonates (HEDP, ATMP, EDTMP). While these phosphorus based agents are generally non toxic they are now known to cause nutrient pollution, which can have serious environmental consequences. As such they have been banned in many countries, leading to the development of phosphorus free agents, such as polycarboxylates (EDTA, NTA), citrates (trisodium citrate), silicates (sodium silicate), gluconic acid and polyacrylic acid; or ion exchange agents like zeolites. Alkali builders may also enhance performance by changing the pH of the wash. Hydrophilic fibers like cotton will naturally have a negative surface charge in water, whereas synthetic fibers are comparatively neutral. The negative charge is further increased by the adsorption of anionic surfactants. With increasing pH, soil and fibers become more negatively charged, resulting in increased mutual repulsion. The optimum pH range for good detergency is 9–10.5. Alkalis may also enhance wash performance via the saponification of fats. Builder and surfactant work synergistically to achieve soil removal, and the washing effect of the builder may exceed that of the surfactant. With hydrophilic fibers like cotton, wool, polyamide and polyacrylonitrile, sodium triphosphate removes soil more effectively than a surfactant alone. It is expected that when washing hydrophobic fibers like polyesters and polyolefins, the effectiveness of the surfactant surpasses that of the builder, however this is not the case.

Плотноактивные вещества

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) отвечают за большую часть моющей способности стиральных порошков и жидкостей. Они обеспечивают это за счет абсорбции и эмульгирования загрязнений в воде, а также снижения поверхностного натяжения воды для улучшения смачивания. Стиральные средства содержат преимущественно анионные и неионные ПАВ. Катионные ПАВ обычно несовместимы с анионными моющими средствами и обладают низкой моющей эффективностью; они применяются только для определенных специальных целей, таких как смягчители ткани, антистатики и биоциды. Звиттерионные ПАВ редко используются в стиральных средствах, главным образом из-за их высокой стоимости. Большинство моющих средств используют комбинацию различных ПАВ для достижения сбалансированной эффективности. До 1950-х годов мыло было основным ПАВ в стиральных средствах. К концу 1950-х годов так называемые "синтетические моющие средства" (синдеты), такие как разветвленные алкилбензолсульфонаты, в значительной степени заменили мыло в развитых странах. Из-за плохой биоразлагаемости эти разветвленные алкилбензолсульфонаты были заменены линейными алкилбензолсульфонатами (LAS) в середине 1960-х годов. С 1980-х годов алкилсульфаты, такие как SDS, стали все шире использоваться в ущерб LAS. С 1970-х годов неионные ПАВ, такие как алкилполигликозиды, увеличили свою долю в стиральных средствах. В 1990-х годах глюкамиды стали использоваться в качестве со-ПАВ, а алкилполигликозиды применялись в специализированных моющих средствах для деликатных тканей. Фосфаты повышают эффективность стирки, но также вызывают эвтрофикацию, особенно при недостаточной очистке сточных вод. Академическое исследование 2013 года ароматизированных средств для стирки выявило "более 25 летучих органических соединений (ЛОС), выделяемых из вентиляционных отверстий сушильных машин, с наибольшей концентрацией ацетальдегида, ацетона и этанола. Семь из этих ЛОС классифицируются как опасные загрязнители воздуха (ВПВ), а два – как канцерогенные ВПВ (ацетальдегид и бензол)". Директива EEC 73/404/EEC устанавливает среднюю степень биоразлагаемости не менее 90% для всех типов ПАВ, используемых в моющих средствах. Содержание фосфатов в моющих средствах регулируется во многих странах, в том числе в Австрии, Германии, Италии, Нидерландах, Норвегии, Швеции, Швейцарии, Соединенных Штатах, Канаде и Японии.

Surfactants are responsible for most of the cleaning performance in laundry detergent. They provide this by absorption and emulsification of soil into the water and also by reducing the water's surface tension to improve wetting. Laundry detergents contain mostly anionic and non ionic surfactants. Cationic surfactants are normally incompatible with anionic detergents and have poor cleaning efficiency; they are employed only for certain special effects, as fabric softeners, antistatic agents, and biocides. Zwitterionic surfactants are rarely employed in laundry detergents mainly for cost reasons. Most detergents use a combination of various surfactants to balance their performance. Until the 1950s, soap was the predominant surfactant in laundry detergents. By the end of the 1950s so called "synthetic detergents" (syndets) like branched alkylbenzene sulfonates had largely replaced soap in developed countries. Due to their poor biodegradability these branched alkylbenzenesulfonates were replaced with linear alkylbenzenesulfonates (LAS) in the mid 1960s. Since the 1980s, alkyl sulfates such as SDS have found increasing application at the expense of LAS. Since the 1970s, nonionic surfactants like alcohol ethoxylates have acquired a higher share in laundry detergents. In the 1990s, glucamides appeared as co surfactants, and alkyl polyglycosides have been used in specialty detergents for fine fabrics. Phosphates make laundry cleaner but also cause eutrophication, particularly with poor wastewater treatment. A 2013 academic study of fragranced laundry products found "more than 25 VOCs emitted from dryer vents, with the highest concentrations of acetaldehyde, acetone, and ethanol. Seven of these VOCs are classified as hazardous air pollutants (HAPs) and two as carcinogenic HAPs (acetaldehyde and benzene)". The EEC Directive 73/404/EEC stipulates an average biodegradability of at least 90% for all types of surfactants used in detergents. The phosphate content of detergents is regulated in many countries, e. g., Austria, Germany, Italy, the Netherlands, Norway, Sweden, Switzerland, United States, Canada, and Japan.