1.Строение мыла , его свойства
Мыла – это натриевые или калиевые соли высших жирных кислот (схема 1), гидролизующихся в водном растворе с образованием кислоты и щелочи.
Общая формула твердого мыла:
Cоли, образованные сильными основаниями щелочных металлов и слабыми карбоновыми кислотами, подвергаются гидролизу:
Образовавшаяся щелочь эмульгирует, частично разлагает жиры и освобождает таким образом прилипшую к ткани грязь. Карбоновые кислоты с водой образуют пену, которая захватывает частицы грязи. Калиевые соли по сравнению с натриевыми лучше растворимы в воде и поэтому обладают более сильным моющим свойством.
Гидрофобная часть мыла проникает в гидрофобное загрязняющее вещество, в результате поверхность каждой частицы загрязнения оказывается окруженной оболочкой гидрофильных групп. Они взаимодействуют с полярными молекулами воды. Благодаря этому ионы моющего средства вместе с загрязнением отрываются от поверхности ткани и переходят в водную среду. Так происходит очистка загрязненной поверхности моющим веществом.
1.1 Получение мыла
Известно несколько способов получения мыл.
Нейтрализация кислот углекислым натрием (кальцинированной содой)
Нейтрализация кислот гидроксидом натрия (каустической содой)
Жидкие калиевые мыла и твердые натриевые мыла получают растворением высших алифатических кислот в водных растворахедких щелочей:
Омыление триглицеридов гидроксидом натрия
Получение мыла основано на реакции омыления — кипячением животного сала либо растительного масла с гидроксидом натрия или калия (гидролиз сложных эфиров жирных кислот (т.е. жиров) в присутствии щелочей), в результате которого образуется трехатомный спирт глицерин и соли высших карбоновых кислот (мыло):
Прямой способ.
В специальных емкостях (варочных котлах) нагретые жиры омыляют едкой щёлочью (обычно гидроксидом натрия). Для гидролиза жира в щелочной среде берется немного топленого свиного сала, около 10 мл этилового спирта и 10 мл раствора щелочи.
В результате реакции в варочных котлах образуется однородная вязкая жидкость, густеющая при охлаждении — мыльный клей, состоящий из мыла и глицерина. Содержание жирных кислот в мыле, полученном непосредственно из мыльного клея обычно 40—60 %. Такой продукт имеет название «клеевого мыла».
Косвенный способ заключается в дальнейшей обработке мыльного клея.
Варку мыла заканчивают обработкой мыльного раствора (мыльного клея) избытком щелочи или раствором хлорида натрия. В результате этого на поверхность раствора всплывает концентрированный слой мыла, называемый ядром.
Он содержит не менее 60 % жирных кислот; нижний слой — подмыльный щёлок, раствор электролита с большим содержанием глицерина. (также содержит загрязняющие компоненты, содержавшиеся в исходном сырье).
Полученное мыло называют ядровым, а процесс его выделения из раствора – отсолкой или высаливанием.
Производство хозяйственного мыла заканчивают на стадии высаливания, при этом происходит очистка мыла от белковых, красящих и механических примесей. Производство туалетного мыла проходит все стадии механической обработки. Наиболее важной из них является шлифовка, т.е. переведение ядрового мыла в раствор кипячением с горячей водой и повторным высаливанием. При этом мыло получается особо чистым и светлым.
Для улучшения некоторых характеристик хозяйственного мыла, а также для удешевления в него вводят наполнители: некоторые натриевые соли, которые при растворении в воде приводят к подщелачиванию; клеи и крахмал – способствуют пенообразованию мыльного раствора и стойкости пены, однако моющей способностью не обладают.
Особое место среди наполнителей занимает сапонин, получаемый выщелачиванием некоторых растений и прежде всего мыльного корня. Он хорошо растворяется в воде и его растворы сильно пенятся. Сапонин применяют для дорогих сортов мыла.
При использовании в качестве щёлочи каустической соды получают твердое натриевое мыло. Мягкое или даже жидкое калиевое мыло образуется, когда применяется каустический поташ.
Главное условие красящих веществ, употребляемых для подкраски туалетного мыла, — это хорошее смешивание их с мылом и отсутствие вредного влияния на кожу.
Красный цвет для прозрачного мыла получают при помощи фуксина и эозина, для непрозрачного мыла используют киноварь и сурик. Желтый цвет мылу придает экстракт куркумы и пикриновая кислота. Для получения мыла зеленого цвета применяют зеленый анилин или хромовую зеленую краску. Коричневый цвет мыла образуется из светлой или темной коричневой анилиновой краски или жженого сахара.
В промышленности вместо щелочи применяют соду, а так как жиры являются одной из главных составляющих пищи человека, то за основу берут не животные жиры, а углеводороды, входящие в состав парафинов (нефти).
Мыла полученные из синтетических кислот аналогичны по своей химической природе обычным мылам.
2.Синтетические моющие средства
Синтетические моющие средства (СМС? детергенты) – это жидкие, пастообразные и порошкообразные вещества, которые содержат поверхностно-активные вещества, а также другие органические и неорганические вещества, повышающие эффективность поверхностно-активных веществ. Моющие средства являются продуктами повседневного использования человеком. В условиях рыночной экономики требования к ним постоянно возрастают. В узком (бытовом) смысле под синтетическими моющими средствами обычно понимают бытовые средства предназначенные для уборки в доме или иных помещениях, а так же для стирки белья и мытья посуды. При использовании синтетических средств белье стирается при той же температуре, что и с мылом, но требуется гораздо меньше времени, и это способствует увеличению срока службы белья. Искусственно созданные вещества в отличие от мыла не образуют налета на посуде, легко удаляются с тканей при ополаскивании, гораздо эффективней удаляют загрязнения с твердых поверхностей и способны очистить даже самые сложные загрязнения.
2.1 Классификация синтетических моющих средств
Все моющие средства будь то бытовые или специализированные можно разделить на несколько категорий: по виду средства, назначению, товарной форме и сфере применения.
Торговых сетях продаются СМС в следующих видах:
-Сыпучие (порошкообразные, хлопьевидные)
-В виде геля (густой субстанции)
-Жидкие
-Кусковые
-В виде пасты
Предназначение СМС:
-Для бытового назначения
-Для технического (гостиницы, общественные места, офисы)
-Для применения на производствах
Сфера применения (материал, который нужно очистить):
-Средства для стирки
-Средства для очистки поверхностей (ковры, линолеум, керамика, металлические поверхности, ламинат, стекло, фарфор и др.)
-Специальные моющие средства для удаления запахов
3 Типовые рецептуры синтетических моющих средств
В составе СМС используют различные виды ПАВ, чаще всего (50%) жирные масла, а также линейные алкилбензолсульфонаты (35%), этоксилаты жирных спиртов (14 %), разветвленные АБС (7 %), четвертичные аммонийные соли (7 %), этоксилаты алкилфенолов (7 %), сложные эфиры жирных кислот (7 %), сульфаты жирных спиртов (5 %), другие ПАВ (19 %). Создатели рецептур моющих средств стремятся к получению синергических (усиливающих действие) смесей ПАВ.
Кроме основного компонента, т.е. ПАВ, в состав моющих средств входят также: комплексообразователи, отбеливатели, активаторы отбеливания, структурообразователи, регуляторы рН, антиресорбенты, наполнители (сульфат натрия). Пример рецептуры приведён в табл. 2.
Следует отметить, что состав вспомогательных компонентов зависит от назначения СМС. Так, например, в МС, предназначенных для стирки шерсти и шелка отсутствуют компоненты, изменяющие за счёт гидролиза рН моющего раствора (пентанатрийфосфат, карбонат и силикат натрия).
2.2 СОСТАВ СИНТЕТИЧЕСКИХ МОЮЩИХ СРЕДСТВ
СМС – детергенты (от англ. – очищать) – это композиция различных органических и неорганических химических соединений.
- ПАВ – поверхностно-активные вещества. ПАВ, используемые для производства СМС, разделяются на ионогенные, диссициируюцие в водных растворах на ионы, и неионогенные. Наиболее распространенны анионоактивные вещества, которые распадаются в водных растворах на анионы и катионы. Все анионоактивные ПАВ представляют собой кристаллические вещества, растворимые в воде. Содержание их в СМС составляет от 10 до 40%. Основным исходным сырьем для их получения являются парафиновые углеводороды нефти.
Молекула ПАВ состоит из двух частей – гидрофильной («любящей воду») и гидрофобной («боящейся воды») и больше напоминает шарик с длинным хвостом.
Как правило, ПАВ — органические соединения, имеющие амфифильное строение, то есть их молекулы имеют в своём составе полярную часть, гидрофильный компонент (функциональные группы -ОН, -СООН, -SOOOH, -O- и т. п., или, чаще, их соли -ОNa, -СООNa, -SOOONa и т. п.) и неполярную (углеводородную) часть, гидрофобный компонент. ПАВ могут служить обычное мыло (смесь натриевых солей жирных карбоновых кислот — олеата, стеарата натрия и т. п.) и СМС (синтетические моющие средства), а также спирты, карбоновые кислоты, амины и т. п.
Существует 4 основных типа ПАВ.
У анионактивных ПАВ (АПАВ) поверхностной активностью обладают отрицательно заряженные ионы, которые образуются при попадании ПАВ в воду. Самое известное АПАВ – обыкновенное туалетное мыло, которое являет собой натриевые или калиевые соли жирных кислот. Другие представители этой группы – это также соли органических кислот. Они носят сложные имена –алкилсульфаты, алкилбензолсульфонаты и другие (печально известный лаурилсульфат натрия – тоже АПАВ). АПАВ – самые распространённые и самые эффективные в плане моющей способности (которая, однако, зависит от жёсткости воды и реакции среды), но могут оказывать раздражающее действие на кожу человека.
Катионактивные ПАВ (КПАВ) получают из азотсодержащих соединений, гидрофобная часть такой молекулы имеет положительный заряд. КПАВ обладают бактерицидными и антистатическими свойствами, но моющее действие у них слабое, они часто плохо совместимы с АПАВ, образуя с ними соли. КПАВ накапливаются на поверхностях, поэтому часто используются как умягчители и антистатики. Их можно встретить в составе таких товаров, как кондиционеры для белья, полироли, шампуни и ополаскиватели для волос.
Свойства амфотерных ПАВ зависят от реакции среды: в кислой они будут вести себя как анионактивные, в щелочной – как катионактивные. Это значит, что действовать они могут в разных растворах. Такая двойственность обусловлена строением молекулы, в которой имеются и кислотные, и основные группы. Комбинирование свойств молекул АПАВ и КПАВ в молекуле амфотерных ПАВ делает их более универсальным и эффективным моющим средством. Амфотерные ПАВ хорошо пенятся и хорошо растворимы в воде, их свойства не зависят от её жёсткости и температуры, они обладают бактерицидным действием и не раздражают кожу.
Неионогенные ПАВ (НПАВ) растворяются в воде без образования ионов. Их моющая способность не зависит ни от жёсткости воды, ни от реакции среды. Эти ПАВ плохо пенятся, что позволяет использовать их в качестве пеногасителей. Совместимы со всеми видами ПАВ, и в отличие от АПАВ и КПАВ обладают хорошей биоразлагаемостью.
- Энзимы – аналоги природных ферментов. Энзимы ускоряют распад белков и жиров, переводя их в водорастворимое состояние. Не рекомендуется стирать шерстяные и шёлковые вещи СМС с энзимами, т.к. они разрушают натуральные волокна белкового происхождения. Сами же энзимы не выносят высоких температур, при которых они просто-напросто разрушаются.
В производстве стиральных порошков используют следующие энзимы:
Щелочная протеаза. Этот фермент отвечает за разрушение всех протеинсодержащих загрязнений. С его помощью удаляют пятна от крови, молока, яиц, какао, травы, сливочного масла.
Эти частицы практически не растворяются в воде и быстро оседают на тканях. Связавшись с белком, они образуют пептиды, которые хорошо расщепляются моющим составом.
Щелочная липаза. Этот энзим отлично справляется с жирами и маслами. Именно они являются главными помощниками в борьбе с пятнами от пота и от жирной пищи.
Амилаза. Она отвечает за выведение с вещей загрязнений, содержащих крахмал, например, пятен от картофеля, детского питания, шоколада. Связавшись с молекулами, амилаза расщепляет их на сахарины и декстрины, которые хорошо растворяются в воде и вымываются из волокон ткани.
Целлюлоза. Этот фермент придает особую гладкость вещам, пошитым из хлопчатобумажной материи. Под ее влиянием волокна становятся эластичными, меньше электризуются. Благодаря такому эффекту удается избавиться от загрязнений, которые держались на топорщащихся ворсинках. В результате ткань становится светлее и приятнее на ощупь.
Щелочная пектиназа. Этот энзим используют для борьбы с пятнами от фруктов.
Кератиназы. Этот тип энзимов легко расщепляет остатки засохшего белка, обеспечивает качественное вымывание из волокон ткани отмерших клеток кожи.
- Отбеливатели в СМС, как правило, представлены двумя видами – кислородсодержащими и оптическими.
Оптические отбеливатели вещи белыми делают лишь визуально. Их принцип действия основан на поглощении невидимого человеком УФ-излучения и преобразовании его в видимую голубую часть спектра. Поэтому при дневном свете вещи будут выглядеть белыми и яркими, хотя фактически цвет ткани не изменяется.
Про кислородсодержащие отбеливатели необходимо сказать, что активны они при температуре от 30°С, а наибольшее количество ионов, которые, собственно, и будут отбеливать, образуется вообще при 60°С. Т.е. стирка в прохладной или холодной воде окажется неэффективной. И для того, чтобы при низких температурах всё-таки можно было удалить пятна, в состав СМС вводят активатор отбеливания – тетраацетилэтилендиамин (ТАЭД).
