مواد شوینده

نگاه کلی

منظور از پاک کننده‌ها detergehts موادی هستند که ذره‌های چربی و چرک را از پارچه‌ها و یا اجسام دیگر بزدایند و در انواع مختلف تهیه می‌شوند. اولین ماده ای که به عنوان شوینده ساخته شد،صابون بوده است. از عمر صابون صدها سال می‌گذرد. آخرین دستگاههای صابون کشف شده، مربوط به 2000 سال پیش است، 700 سال است که صابون‌سازی بطور صنعتی و به مقادیر زیاد ساخته می‌شود و 200 سال است که ساخت آن، متحول گشته و به صورت کلاسیک و مدرن در آمدهاست. از آن زمان تا کنون، تعداد شوینده‌ها به حدی رسیده که قابل شمارش نیست، بطوری که امروزه در حجم انبوهی از شوینده‌ها، به همراه تبلیغات آنها مواجه شده‌ایم. در حال حاضر در برخی کشورها، تقریبا بیش از 80 درصد از مواد پاک کننده مصرفی از شوینده‌های سنتزی تهیه می‌شوند. لکن در مصارف عمومی واژه صابون، مشخص کننده یک نمک فلز قلیایی یا آمونیوم یک اسیدکربوکسیلیک راست زنجیر با تعداد 10-18 اتم کربن است و نام مواد شوینده به مواد صناعی با ساختمان مشابه اطلاق می‌شود. از این مواد، در مصارف عدیده ای از جمله برای پاک کردن، شستشو و در فرایندهای نساجی و غیره استفاده می‌گردد. از طرف دیگر، صابون‌های فلزی، کربوکسیلاتهای قلیایی خاکی یا فلزات سنگین با زنجیره طویل هستند. این صابون‌ها در آب نامحلول بوده و درسیستمهای غیر آلی، به عنوان مثال مواد افزودنی به روغنهای روان کننده، جلوگیری کننده از زنگ زدگی، ضد آب کردن مواد و سوختهای ژلاتین‌دار (مواد سوختنی مانندبنزین که با مواد غلیظ کننده ممزوج شده‌اند و از آنها در بمب‌های ناپالم و شعله افکن‌هااستفاده می‌شود)، قارچ‌کشها دارای کاربرد می‌باشد. خصوصیت قابل توجه ایناست که عدم توازن پلاریته (قطبیت) در داخل مولکول صابون‌ها و مواد شوینده و پاک کننده، موجب ابراز قابلیت انحلال و ماهیت فاز غیر معمول در حلالهای قطبی و غیر قطبی می‌شود. این رفتار، دقیقا باعث سودمندی چنین ترکیباتی در زمینه‌های خیس شوندگی، قابلیت انحلال، شویندگی (در مورد شستشو و خشک شویی بصورت ترامان)، رنگرزی و بسیاری از سایرفراورده‌های صنعتی و خانگی است. ترکیب اساسی ساختمان مولکولی پاک کننده‌هاموجب بوجود آمدن چنین صفاتی می‌گردد.

انواع مواد پاک کننده

صابون (Soap)
صابون‌ها را می‌توان ازهیدرولیزقلیایی چربیها و روغن‌های طبیعی(استراسیدهای چرب با گلیسرول) مانند پیه، روغن‌های نارگیل، زیتون، نخل و تالو تهیه کرد که این واکنش به نامفرایند صابونی شدنSaponification موسوم است:

C3H5(OOCR)3 + 3NaOH → 3NaOOCR+C3H5(OH)3

باید توجه داشت که در روشهای جدید، از هیدرولیز مستقیم چربی‌ها

بوسیله آب در دمای زیاد استفاده می شود. این موضوع، تصفیه و ایزولاسیون اسیدهای چرب را که به صابون‌ها خنثی می‌شوند، ممکن ساخته، اساس یک فرایند پیوسته را بوجود می‌آورد. ازنقطه نظر شیمیایی، صابون‌ها، نمکهای فلزی اسیدهای چرب (اسیدهای کربوکسیلیک) راست‌زنجیر با حدود 10-18 اتم کربن می‌باشند. با اینکه همه نمکهای فلزی اسیدهای چرب، صابون هستند، اما تنها نمکهای قلیایی مانند(سدیم و پتاسیم) در آب حل می‌شوند و خاصیت پاک‌کنندگی دارند. نمکهای فلزهای قلیایی خاکی(مانندکلسیم و منیزیم و... ) در آب حل نمی‌شوند. از این رو صابون‌های معمولی در آب سخت در مجاورت یون‌های کلسیم و منیزیم رسوب می‌کنند. به این ترتیب صابون خوب کف نمی کند و خاصیت پاککنندگی خود را از دست می‌دهد. نمکهای آلومینیوم اسیدها نیز در آب نامحلول ودر روغن‌ها محلول هستند و از این ماده، در چربی‌های نرم کننده، رنگ، روغن جلا وضد آب کردن مواد استفاده می‌شود. نمک اسیدهای فلزات سنگین مانندکبالت یا مس نیز بعنوان ماده خشک کننده در رنگهای ساختمانی و جوهر، قارچ کش ها و مواد ضد آب استفاده می‌شود. کیفیت و مرغوبیت صابون، به نوع چربی روغن بکار رفته بستگی دارد. لذا از خالصترین و بی‌بو ترین آنها استفاده می‌گردد. علاوه بر چربی و قلیامواد افزودنی دیگری هم در فرمولاسیون صابون وارد می‌شوند. این مواد عبارتند از:موادجلوگیری کننده از اکسیداسیون مثلتری اتانول آمین اولئات، مواد جلوگیری کننده از فساد صابون مانند دی سیانو دی آمیدو سدیم سولفانیلات، روغن‌های معطره برای ایجاد بوی خوب صابون و غیره.

پاک کننده های سنتزی (Synthetic detergents)

مواد شوینده سنتزی که امروزه بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند، مانند صابون، از یک زنجیر هیدروکربن متصل به نمک یک اسید محلول در آب تشکیل شده است. البته درتهیه این پاک کننده‌ها باید توجه داشت که طول زنجیر و نوع هیدروکربن مورد استفادهبطور مناسب انتخاب گردد. از گروههای قطبی مشتق شده ازاسیدسولفوریکدر حد بسیار عمومی برای جایگزینی کربوکسیلات استفاده می‌گردد. بعنوان مثال می‌توان به آلکیل سولفاتهاROSO3Na ، آلکان سولفوناتهاRSO3Na وآلکیل آریل سولفوناتها(R-C6H4-SO3Na) اشاره کرد و از مهمترین این مواد می‌توانسدیم لوریل (دودسیل) سولفات C12H25-OSNa وسدیم دودسیل بنزن سولفونات(C12H25-C6H4-SO3-Na)را که دارای قدرت پاک کنندگی بالایی هستند، نام برد. استرها و آمید اسیدهای چرب نیزکه از تورین(H2NCH2CH2SO3H) واسیدایزاتیونیک HOCH2CH2SO3H تهیه می‌شوند، از جمله اولین ترکیبات سنتزی تلقی می‌شوند. مضافا، آلکان فسفوناتهامعرف نوع دیگری از مواد صناعی آنیونی می‌باشد. از طرف دیگر احتمال دارد که تغییر و اصلاح گروههای قطبی بوسیله تغییر در علامت بار الکتریکی یون فعال در سطح مسیر شود. یک مثال بسیار معروف ازمواد شوینده کاتیونی (invert soaps) ملح آمونیوم نوع چهارم این طبقه بفرمولC16H33N(CH3)Brاست. در طبقه دیگر یعنی مواد شوینده غیر معدنی، گروه قطبی عبارت از گروه آب دوست غیر مجتمع شده می‌باشد که معمولا حاوی چند گانگی وظایف اکسیژن(اتر و الکل) است که درپیوندهیدروژنی با آب برگزیده شده است. مثالی در این مورد، استر تهیه شده از یک اسیدچرب و قند است. از انواع عمومی دیگر، می‌توان به پلیمریزاسیون تعدادی ازواحدهای اکسید اتیلن با یک الکل اشاره کرد که دارای فرمول عمومیR-O-(CH2CH2O)2Hمی‌باشد. همچنین اکسیدهای آمین مانندR-N(CHsub3)2→O و اکسیدهای فسفین منسوب آنها نیز تهیه شده‌اند. مهمترین شوینده های سنتزی عبارتند از:

صابون مایع

صابون مایع، در واقع از نظر مواد تشکیل دهنده، جزو صابون‌ها محسوب نمی‌شود و از پاک کننده‌ های سنتزی می‌باشد. البته اگر در ساختمان معمولی از روغن نارگیل زیاد و یا روغن هایی مثل روغن بزرک استفاده شود، می‌توان صابون را به صورت مایع در آورد. صابون‌های مایع، علاوه بر ماده اولیه و اصلی خود، دارای مواد دیگری مثل نرم کننده، پاک کننده و کف کننده، ضد باکتری و چرب کننده هستند.

شامپوها

شامپوها نیز از پاک کننده های سنتزی هستند. ماده اصلی تشکیل دهنده شامپوهاعبارتند از: عامل پاک کننده که خود شامل سه دستهمواد فعال سطحی آنیونی(مثلسدیم لوریل اتر سولفاتوتری اتانول آمین سولفات، آمفوتری(مثلبتائین کوکوآمیدوپروپیل) وغیر یونیهستند. عامل تقویت کنندهکف(مثلبتائین)، عامل حالت دهنده مووعامل نگهدارنده(موادضدعفونی کنندهو میکروب کش)، عامل صدفی کنندهمثلاتیلن گلیکولوعامل غلیظ کنندهمثلنمک طعاموعامل رنگ و بومثلعصاره گیاهان.

پودرهای لباسشویی

پودرها ماشین لباسشویی نسبت به پودرهای رختشویی چند ماده اضافه دارند که بر قدرت پاک کنندگی آنها می‌افزاید. یکی از این مواد، پر بورات است که از سفیدکننده ها و رنگ برهاست. اجزای اصلی پوردهای لباسشویی شامل موارد زیر هستند: ماده اصلی و فعال (مواد غیریونی و آنیونی) که عامل پاک کنندگی و جدا کردن چرک از لباس است، عامل قلیایی کننده (مثل سیلیکات ها) که از خوردگی بدنه لباسشویی جلوگیری می کند، عامل سفیدکننده و رنگ سرکه معمولا پربورات سدیم است، عامل کنترل کننده کف و پاک کننده کمکی، عامل کاهش سختی آب که به پاک کنندگی هم کمک می‌کند(مثل فسفات ها)، عامل جلوگیری از رسوب مجدد چرک مثل CMC از شستن دوباره چرک رویلباس جلوگیری می‌کند، اپتیکال براتیز که باعث درخشندگی پارچه می‌شود، مواد میکروب کش و ضدعفونی کننده.

سفید کننده ها و رنگ برها

بسیاری از لکه برها موادی هستند که از آنها به عنوان سفید کننده، ضدعفونی کننده و پاک کننده استفاده می‌شود. رایج ترین ماده ای که از آن به عنوان سفید کنندهاستفاده می‌شود،آبژاول است که خاصیت ضدعفونی کننده نیز دارد، زیرا یک سفید کننده کلردار است و ازسفید کننده های دیگر، پربورات سدیم است که از آن، بیشتر در خشک شویی‌ها و نیز درترکیب پودرهای ماشین لباسشویی استفاده می‌شود. قدرت سفیدکنندگی پربورات از آب ژاول کمتر است. آب اکسیژنه یا پراکسید هیدروژن هم یک ماده رنگ بر و سفید کنندهاست. علاوه بر مواد ذکر شده، موادی مثل الکل، آمونیاک، استن، اسید نیتریک، اسید اگزالیک، تربانیتن، جوش شیرین، کربنات سدیم، تتراکلریدکربن و غیره نیزخاصیت رنگ بری و پاک کنندگی دارند.

قیاس صابون و پاک کننده های سنتزی

صابون‌ها در هنگام واکنش با ناخالصیهای یونهای فلزی موجود در آبهای طبیعی، بویژه کلسیم و منیزیم، منجر به تشکیل نمکهای نامحلول در آب می‌شوند و به صورت رسوباز آب جدا می‌شوند. اما نمکهایفلزاتقلیایی خاکیو املاح فلزات سنگین مواد شوینده سنتزی در آب محلول هستند. لذا اینشوینده ها در آب سخت نیز پاک کنندگی خوبی دارند و رسوب جدید تشکیل نمی‌دهند. صابونهای کربوکسیلات در PH پایین، هیدرولیز شده و به صورت صابون اسیدی نامحلول راسب می‌شوند، ولی شوینده های سنتزی، پایداری زیادی در برابراسیدیته از خود نشان می‌دهند. زیرا پاک کننده های صابونی، نمکهایی هستند که آنیون تشکیل دهنده آنها، به اسیدهای ضعیف تعلق دارند و در محیط اسیدی به راحتی هیدرولیز می‌شوند. از دیگر تفاوتهای شوینده های سنتزی با صابونها، تغییر و اصلاح درساختار این مواد نسبت به مولکول صابون است که باعث ایجاد بهترین حالت تعادلی آب دوستی چربی دوستی و خصوصیات انحلال پذیری، اثر میکروب کشی و ایجاد نرمی در منسوجات و غیره می‌شود. پاک کننده های سنتزی به تنهایی از نظر قدرت پاک کنندگی باصابونها معادل نیستند، اما دو افزاینده مهم، قابلیت تخمیر کنندگی آنها را به نحوقابل ملاحظه ای افزایش می‌دهد. سدیم تری پلی فسفاتکه به عنوان یک سازنده بکار می‌رود، قابلیت شکستن و تعلیق برخی از خاکهای رسی، رنگها و سایر مواد جامدبسیار ریز محلول در آب را داراست. بعلاوه این جسم با تعداد زیادی از یونهای فلزی، کی‌لیت تشکیل می‌دهد. پاک کننده های خانگی، همچنین محتوی نیم تا یک درصدکربوکسی متیل سلولز CMC هستند که این جسم، از واکنش سلولز با کلرواستیک اسیددر محلول بازی تهیه می‌شود. این ماده پلیمری، قادر است که از رسوب مجدد جرم بر روی منسوجاتی که به وسیله پاک کننده ها پاک شدهاست، جلوگیری کند. سایر افزاینده های معمولی عبارتند از: مواد سفید کننده، مواد کفزا و یا سایر مواد تنظیم کننده می‌باشد.
علت اثرپاک کنندگی مواد پاککننده
ذره های چربی و چرک، جامدند و به پارچه یا بدن می‌چسبند و با شستشوی ساده و بوسیله آبزدوده نمی‌شوند، اما با صابون و دیگر شوینده ها شسته می‌شوند. اثر پاک کنندگی صابون و شوینده ها به این دلیل است که مولکول آنها از دو قسمت آبدوست (هیدروفیل) و آب گریزیا چربی دوست (هیدروفوب یا لیپوفیل) تشکیل شده است. قسمت آبدوست که همان سر نمکی صابون COO- یا گروه سولفات و دیگر گروههای قطبی در انتهای مولکول مواد شوینده است،مولکولهای آب را جذب می‌کند و در آب محلول می‌باشد و بوسیله حلالهای آلی دفع می‌شود. سر دیگر مولکولهای صابون و مواد شوینده سنتزی یک هیدروکربن با زنجیر طولانیاست که آب را از خود دفع می‌کند، ولی در حلالهای آلی حل می‌شود. پس از حلشدن مولکولهای صابون در آب از طریق قسمت یونی، از بهم پیوستن زنجیرهای هیدروکربنی آب گریز، مجموعه های بسیار کوچکی بوجود می‌آیند که سطح خارجی آن را آنیونهای آبدوست می‌پوشانند. این مجموعه های کوچک با مولکولهای آب، پیوندهیدروژنی تشکیل می‌دهند و به صورت ذره های شناور در آب باقی می‌مانند. بدین ترتیب مولکول صابون مانند پلی بین ذرات چربی و آب قرارگرفته، به واسطه انحلال ذرات چربی و چرک در ذره های شناور صابون از روی الیاف پارچه یا اجسام دیگر به داخل آب کشیده می‌شوند و با شستشو پاک می‌شوند. در شوینده های سنتزی نیز چربی ها و چرکها به زنجیر آلکیل می چسبند و گروه سولفونات سبب حل شدن آنها در آب شده، همراه با آب برده می‌شوند.

مواد پاک کننده وآلودگیمحیط زیست
مواد شیمیایی می توانند در چرخه های طبیعی وارد و در مرحله ای خاص بوسیله باکتری‌هاتجزیه شوند. به عنوان مثال چربی‌های موجود در طبیعت که مولکولهای آنها شاخه جانبی درزنجیره هیدروکربنی ندارند و صابون معمولی را از آنها می‌سازند، بوسیله باکتریهاتجزیه می‌شوند. تعدادی از شوینده های شنتزی، بویژهآلکیل بنزن سولفوناتهای مشتق شده از مواد شیمیایی نفت، دارای شاخه جانبی در زنجیره هیدروکربنی می‌باشند وتوسط باکتریها تجزیه می‌شوند. از این رو، باقی ماندن و تراکم این مواد غیر طبیعی ساخته دست بشر در طبیعت، سبب آلودگی روزافزون آبها و مخازن زیرزمینی می‌شود. برای جلوگیری از آلودگیهای روزافزون حاصل از این نوع پاک کننده ها، هم اکنون در بسیاری از کشورها، قوانین و مقررات ،اجازه استفاده از مواد شوینده مقاوم در برابر تجزیه بیولوژیکی (شوینده های سخت) را نمی‌دهد و کارخانجات بسوی تولید مواد شوینده نرم با ساختمانهای راست زنجیر سوق داده شده‌اند. اشکال اساسی دیگر شوینده های سنتزی، ترکیبهای فسفردار آنهاست که برای تنظیم PH و جلوگیری ازواکنش یونهای کلیسم و منیزیم موجود در آب سخت با ماده شوینده، به آن افزوده می‌شود. فسفاتها در اعماق رودخانه ها و دریاچه ها رسوخ کرده، سبب رشد غیر عادی قارچها و جلبکها می‌شوند و به این ترتیب با مصرف اکسیژن محلول در آب توسط این گیاهان، زندگی ماهی ها و دیگر آبزیان به خطر می‌افتد.

منابع :

www.export-forum.com/.../soap-gallery.htm

www.cavemanchemistry.com

www.global-b2b-network.com/b2b/13/14/727/liqu

http://www.chemengworld.blogfa.com

مواد شوینده

www.cavemanchemistry.com

مطالب مشابه :

مواد شوینده

ساخت مایع ظرفشویی :

شستشوی شیمیایی در صنعت و روش‌های انجام تست‌هاي كنترل كيفيت به همراه ده‌ها فرمول شوینده‌ی صنعتی

حباب بزرگ

طریقه ساخت پودر رختشویی