какие компоненты обязательно присутствуют в синтетических моющих средствах

Состав и технология производства синтетических моющих средств

Современные CMC представляют собой сложные по составу многокомпонентные смеси (табл.). Основным компонентом являются синтетические моющие вещества и их смеси, которые уменьшают поверхностное натяжение воды, улучшают смачиваемость ткани, повышают эмульгирующую и пенообразующую способность CMC. В качестве основного компонента используются анионоактивные, катионоактивные, амфотерные и неионогенные поверхностно-активные вещества.

Анионоактивные ПАВ в воде диссоциируют на гидрофобный анион, обладающий моющим действием, и неорганический катион, не оказывающий моющего действия, но придающий CMC растворимость в воде. Это наиболее часто применяемая в производстве группа ПАВ. Практическое применение нашли также олефинсульфонаты, обладающие отличным моющим действием, в том числе в жесткой воде, что особенно важно для бесфосфатных моющих средств; гидроксиолефинсульфонаты; сульфонаты эфира жирной кислоты; алкилсульфаты и сульфаты оксиэтилированного жирного спирта. Они обладают отличным моющим действием и 100%-ной биоразлагаемостью. Широко применяются в рецептурах в Европе, США, Японии. В типичных российских составах применения не находят.

Катионоактивные ПАВ по объему производства значительно уступают анионоактивным и неионогенным, но благодаря своим ценным свойствам эффективно используются во многих областях, поэтому их выпуск возрастает. Наибольшее практическое применение (более 80 % выпуска) получили четвертичные аммониевые основания. Катионоактивные ПАВ используются как ингибиторы коррозии, антистатики, гидрофобизаторы, эмульгаторы, дезинфектанты. В сочетании с неионогенными ПАВ находят применение в моющих средствах, обладающих бактерицидным действием.

Типичные рецептуры CMC по данным Groups/ESA на 2000 г. (массовая доля, %)

Источник

Какие компоненты обязательно присутствуют в синтетических моющих средствах

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.

Их производство основано на дешевой сырьевой базе – продуктах переработки нефти.

Синтетические моющие средства – натриевые соли синтетических кислот (сульфокислот — RSO₃H), сложных эфиров высших спиртов и серной кислоты — алкилсульфаты — ROSO₂OН).

Синтетические моющие средства в основном состоят из алкилсульфатных солей натрия RO-SO₂-ONa.

Как синтетическое мыло, так и мыло, получаемое из жиров, плохо моет в жесткой воде. Взаимодействуя с ионами кальция и магния, которые содержатся в жесткой воде, мыла образуют нерастворимые кальциевые и магниевые соли:

В результате этого мыло образует вместо пены пленку на поверхности воды и расходуется бесполезно.

Видеоопыт «Образование нерастворимых кальциевых солей жирных кислот»

Малорастворимые соли кальция и магния оседают на ткани, забивают поры, делают ткань грубой, менее эластичной, с плохой воздухо- и влагопроницаемостью. Такие ткани приобретают сероватый оттенок, а окраска становится блеклой. А осевшие на ткани известковые мыла приводят к снижению ее прочности.

Этого недостатка лишены синтетические моющие средства. Они характеризуются более высокой моющей способностью, доступностью сырья для их производства.

Алкилсульфаты — соли сложных эфиров высших спиртов и серной кислоты. В общем виде образование таких солей можно изобразить уравнениями:

Эти соли содержат в молекуле от 12 до 14 углеродных атомов и обладают очень хорошими моющими свойствами. Кальциевые и магниевые соли растворимы в воде, а потому такие мыла моют и в жесткой воде. Алкилсульфаты содержатся во многих стиральных порошках

Распространенными синтетическими моющими средствами являются алкилбензолсульфонаты. Алкилбензолсульфонат натрия – основной компонент многих детергентов (стиральных порошков):

В отличие от нерастворимых стеаратов кальция и магния, которые образуются при стирке в жесткой воде и осаждаются на ткани, кальциевые и магниевые соли синтетических моющих средств растворимы в воде. Поэтому СМС моют как в мягкой, так и в жесткой воде, обладают высокой смачивающей способностью.

Расход СМС по сравнению с мылом гораздо меньше (около 25% мыла идет на связывание ионов кальция и магния).

Синтетические моющие средства высвобождают сотни тысяч тонн пищевого сырья – растительных масел и жиров.

Повсеместное использование СМС создает свои проблемы. СМС в отличие от мыла трудно поддаются биологическому разложению и, попадая со сточными водами в реки и озера, загрязняют окружающую среду и оказывают вредное воздействие на живые организмы.

Мыла, полученные из жиров, содержат неразветвленные углеводородные цепи, которые разрушаются бактериями. В то же время в состав некоторых СМС входят алкилсульфаты или алкил(арил)сульфонаты с углеводородными цепями, имеющими разветвленное или ароматическое строение. Такие соединения бактерии разрушить не могут.

Типичный стиральный порошок содержит приблизительно 70% синтетического моющего средства и около 30% неорганических фосфатов.

Фосфаты удаляют растворимые соли кальция. Но, эти фосфаты попадают в сточные воды. Загрязнение фосфатами рек, озер приводит к размножению зеленых и сине-зеленых водорослей (цветение воды), особенно в замкнутых водоемах. Зеленые растения поглощают кислород, содержащийся в воде, в результате чего происходит постепенная гибель водных растений и животных и их разложение.

Недостатки мыла и их устранение

1. Плохая моющая способность в жесткой воде, содержащей растворимые соли кальция и магния.

Взаимодействуя с ионами кальция и магния, которые содержатся в жесткой воде, мыла образуют нерастворимые кальциевые и магниевые соли. Для этого требуется большой расход мыла.

Способы устранения

В состав мыла вводят вещества-комплексообразователи, способствующие смягчению воды (натриевые соли этилендиамин-тетрауксусной кислоты – ЭДТА, ЭДТА-Na₂, химическая формула — C₁₀H₁₄N₂Na₂O₈

2. Мыло сушит кожу, способствует расщеплению кожного сала и его удалению, понижает защитную реакцию кожи (способствует проникновению болезнетворных бактерий).

В водных растворах мыло частично гидролизуется (взаимодействует с водой).

При этом образуется определенное количество щелочи, которая способствует расщеплению кожного сала и его удалению.

Калиевые соли высших карбоновых кислот (жидкое мыло) лучше растворяются в воде и поэтому обладают более сильным моющим действием.

Но в тоже время мыло оказывает вредное воздействие на кожу рук и тела.

Это связано с тем, что верхний тончайший слой кожи имеет слабокислую реакцию (рН =5,5) и за счет этого препятствует проникновению болезнетворных бактерий в более глубокие слои кожи.

Умывание мылом приводит к нарушению рН, (реакция становится слабощелочная), раскрываются поры кожи, что приводит к понижению естественной защитной реакции.

При слишком частом использовании мыла кожа сохнет, иногда воспаляется.

Способы устранения

Для уменьшения данного негативного воздействия в современные сорта мыла добавляют:

Эксперимент

Можно сравнить мыла и СМС (стиральный порошок) проверив с помощью индикаторов, какая среда характерна для наших моющих средств.

При добавлении лакмуса в раствор мыла и в раствор СМС он приобретает синий цвет, а фенолфталеин – малиновый, то есть реакция среды щелочная. Кстати, если моющее средство предназначено для стирки хлопчатобумажных тканей, то реакция среды должна быть щелочной, а если для шелковых и шерстяных тканей – нейтральной.

А что происходит с мылом и СМС в жесткой воде?

Добавим в одну пробирку раствор мыла, а в другую раствор СМС, взболтаем их. Что вы наблюдаете? В эти же пробирки добавим хлорид кальция и взболтаем содержимое пробирок. Что вы наблюдаете теперь? Раствор СМС пенится, а в растворе мыла образуются нерастворимые соли:

Источник

Состав синтетических моющих средств (СМС)

Состав СМС для человека, далёкого от химии, – это куча непонятных ингредиентов. Что это, и как влияет на моющие способности, – об этом речь пойдёт ниже.

ПАВ

ПАВ – основной компонент СМС. Думаю, что расшифровка «поверхностно-активные вещества» знакома всем. ПАВ накапливаются и действуют на границе разных по химической природе веществ, например, ПАВ способны соединить несмешивающиеся вещества, образуя эмульсию.

Молекула ПАВ состоит из двух частей – гидрофильной («любящей воду») и гидрофобной («боящейся воды») и больше напоминает шарик с длинным хвостом.

Молекулы жирового загрязнения отталкивают воду, поэтому просто взять и смыть его нельзя. Если же мы воспользуемся моющим средством, нам на помощь придут ПАВ. При попадании ПАВ в раствор их гидрофобные хвостики притягиваются к загрязнению, и окружают его наподобие оболочки. Гидрофильная часть молекулы при этом оказывается снаружи. В итоге получаются особые частицы, т.н. мицеллы. Гидрофильная часть в растворе соединяется с молекулой воды, поэтому загрязнение не оседает обратно на поверхности вещества, и теперь мы легко его можем смыть.

Схематичное изображение принципа действия ПАВ

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

Если ПАВ хорошо справляются с жировым загрязнением, то отмыть белковое загрязнение помогут энзимы, иначе – ферменты. 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.

Умягчители

В жёсткой воде, т.е. с повышенным содержанием ионов кальция и магния, моющие свойства некоторых ПАВ ухудшаются. Ведь вместо того, чтобы вступать в реакцию с загрязнением, ПАВ реагируют с ионами кальция и магния, образуя нерастворимый осадок. И мыло, например, не будет мылиться и пениться до тех пор, пока все ионы кальция и магния не окажутся связанными. Поэтому, в состав СМС вводят вещества, которые вступают в реакцию с ионами жёсткости, переводя их в водорастворимую форму. Самыми распространёнными умягчителями являются фосфаты – соли фосфорных кислот (триполифосфат натрия) и фосфонаты – производные фосфорсодержащих органических кислот. Однако ввиду отрицательного их воздействия на водоёмы, фосфорные умягчители заменяют на другие вещества. К таковым относятся

Цеолиты – группа минералов, обладающих особым строением, благодаря которому они способны избирательно поглощать и отдавать ионы различных веществ. В обезвоженном состоянии в цеолитах на молекулярном уровне образуются полости, куда охотно встраиваются молекулы и ионы, в т.ч. и катионы жёсткости. Поэтому цеолиты широко применяются в качестве адсорбентов и не только в СМС.

Поликарбоксилаты – полимерные вещества, которые в СМС выполняют несколько функций: 1) умягчение воды – они связывают ионы жёсткости, препятствуя их отложению на ТЭНах стиральных и посудомоечных машин; 2) антиресорбция – предотвращение повторного осаждения на поверхность ткани загрязнения из раствора. Этим же свойством обладают карбоксиметилцеллюлоза и поливинилпирролидон, которые тоже встречаются в списке компонентов СМС.

ЭДТА (динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, трилон Б) также обладает хорошей способностью связывать ионы кальция и магния, позволяя ПАВ действовать по назначению.

Цитрат натрия используют в качестве умягчителя чаще в жидких СМС.

Кальцинированная сода (или карбонат натрия) помимо умягчения воды ещё создаёт щелочную среду, в которой наиболее хорошо проявляются моющие свойства АПАВ и НПАВ.

Отбеливатели

Отбеливатели в СМС, как правило, представлены двумя видами – кислородсодержащими и оптическими. И если с первыми более-менее понятно (выделяющийся в водной среде кислород окисляет загрязнение и тем самым его разрушает), то вторые требуют пояснения. 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).

Ароматизаторы

Для создания приятной отдушки в СМС применяются такие вещества, как лимонен, линалоол, гесилкоричный альдегид (гексилциннамаль), бутилфенил метилпропиональ, альфа-изометилионон, бензилсалицилат, амилциннамаль.

Прочие компоненты

Роль наполнителей – равномерное распределение активных компонентов и создание однородной структуры СМС. Это как бы основа, в которую добавляют остальные компоненты. В порошкообразных СМС наполнителем служат сульфат натрия, хлорид натрия, в жидких – вода. Кстати, именно сульфаты обеспечивают порошку рассыпчатость и отсутствие комков.

Силикаты в СМС помимо создания щелочной среды, выполняют функцию антиресорбентов, гранулообразователей (способствуя сохранению порошкообразной структуры) и антикоррозийных компонентов.

Пеногасители (антивспениватели) добавляют в средства для стирки в машинах-автоматах, где нежелательно сильное пенообразование.

Источник

Исследование синтетических моющих средств и влияние их на биологические объекты

ВВЕДЕНИЕ.

В последние годы охране окружающей среды во всех странах мира уделяется большое внимание. Большой процент всех загрязнений водоемов приходится на синтетические моющие средства (СМС), что связано с большими темпами развития производства моющих средств. Бытовая химия окружает нас везде. Начиная с самого утра, заходя в ванную, мы чистим зубы пастой, моем руки, посуду, стираем, и так продолжается весь день. Включая телевизор, мы снова сталкиваемся с информацией о бытовой химии. Представители различных фирм рекламируют нам свою продукцию, убеждая в том, что именно она самая лучшая и самая надежная, гарантируя ее безопасность и качество. Люди приходят в магазины и, руководствуясь рекламой, покупают то или иное моющее средство. Часто бывает так, что покупатели обращают внимание только на ярку красивую упаковку, и даже не интересуются составом продукта.

На красивой упаковке написано многое, но правда ли это? Неужели производитель станет писать о вреде своего товара? Приведем, к примеру, стиральный порошок. Подумайте о том, что Вы делаете, когда вы стираете свое белье токсичными химикатами. Конечно, не все эти химикаты смываются, поэтому, поскольку вы носите одежду целый день, вы впитываете их в себя понемногу через кожу. Потом вы спите на простынях и подушках всю ночь и впитываете еще больше химикатов, кроме того, вы еще и вдыхаете их испарения.

В условиях постоянного увеличения количества новых химических веществ, поступающих в обращение, актуальной проблемой является их изучение в целях получения информации о потенциальной опасности веществ и разработки профилактических мероприятий, предусматривающих предотвращение неблагоприятного воздействия на организм человека и окружающую среду. Среди комплекса факторов окружающей среды, подлежащих гигиеническому контролю, большого внимания заслуживают товары бытовой химии (ТБХ) в связи с их массовым производством и использованием, разнообразием компонентов, входящих в состав рецептур, а также с возможным прямым воздействием на организм человека. Как известно, после использования все химикаты попадают в окружающую среду и пагубно на нее влияют, но мы об этом не задумываемся. Поэтому мы решили посвятить нашу работу именно бытовой химии и, изучив состав некоторых из них, определить, насколько безопасно их использование.

Первые моющие средства появились более 5000 лет назад на Ближнем Востоке. Но их роль в нашей жизни не изменилась до сих пор. СМС в настоящее время употребляют для удаления различных видов загрязнений: пятна на одежде, ржавчина, грязная посуда и т. д. Опасность состоит в том, что растворы СМС после стирки содержат все химические элементы, входящие в их состав. Сточные воды сбрасываются в канализацию и попадают в водоемы. Здесь свойство СМС понижать поверхностное натяжение воды приводит к разрушению тонкой водяной пленки и, как следствие, к гибели личинок комаров, некоторых жуков, различных улиток, живущих и размножающихся на поверхности воды. Кроме того, фосфаты, входящие в состав СМС, вызывают эвтрофикацию – водоемы “задыхаются” от недостатка кислорода, поэтому гибнут все подводные обитатели. Стоит ли говорить, что качество такой воды (вкус, цвет, запах) оставляет желать лучшего. С потерей консументов различных порядков пищевых цепей разрушается весь биоценоз, что означает наступление биогеологической катастрофы.

В современном мире хорошей хозяйке совсем не обязательно использовать песок и кипяток для мытья посуды. Её выбору предоставляется огромное количество специально разработанных средств, которые, как утверждает реклама, способны отмыть посуду даже в холодной воде. Рекламные ролики, плакаты, буклеты и прочие средства воздействия на человеческое сознание утверждают, что “самые экономичные”, “с самым свежим запахом”, “имеющие самую удобную упаковку”, моющие средства “не вредят коже рук”, “не остаются на тарелках после мытья” и “обладают высочайшей эффективностью” по сравнению с никому не известным “обычным средством для мытья посуды”. Как сориентироваться среди многочисленного ассортимента и выбрать средство, подходящее по своим характеристикам именно вам? В своей работе мы постарались ответить на некоторые вопросы, и тем самым сберечь ваше время при покупке. Тем более что даже пристальное изучение этикетки не всегда может в полной мере помочь определиться с выбором моющего средства.

В последнее время наметилась тенденция увеличения производства синтетических моющих средств комбинированного действия, обеспечивающих, помимо стирки, дезинфекцию, подкрашивание, смягчение, антистатическое действие. С каждым годом возрастает также выпуск синтетических моющих средств, содержащих ферменты, облегчающие удаление белковых загрязнений (средства с биоэффектом). Их строение и производство усложнялось, а способность удалять загрязнения улучшалась. В состав добавлялись различные отдушки, красители, вещества, которые лучше удаляли загрязнение. Если рассмотреть уборку помещения или стирку белья, то можно увидеть, что эта работа раньше занимала целые сутки или даже несколько. Из этого можно сделать вывод о том, что в настоящее время синтетические моющие средства обладают одной главной особенностью – это экономия времени. За экономией времени следует функция облегчения работы, что немало важно с нынешним ритмом жизни. Но помимо положительных свойств у СМС есть и отрицательные Например, входящие в состав СМС различные отдушки, могут быть аллергенами, вызывать различные заболевания легких. Мы считаем, что наш проект очень актуален на сегодняшний день. Мы не можем обойтись без моющих средств, но их использование зачастую вредит нашему миру. Чтобы понять, как бороться с вредом, наносимым нам моющими средствами, мы, прежде всего, должны узнать о них больше, чем сообщается в рекламе. Мы решили провести исследование в нашей школе, чтобы выявить средства, пользующиеся наибольшим спросом, и проанализировать, чем обоснован выбор участников нашего исследования. Говорить да или нет СМС дело каждого человека, но если соблюдать определенные правила, то риск для здоровья будет минимальным. В качестве гипотезы было выдвинуто предположение о том, что в состав СМС входят вещества, оказывающие неблагоприятное воздействие на человека и другие биологические объекты. На основе выше сказанного можно определить цель нашей работы.

Цель работы – исследование состава моющих средств используемых в быту, их влияние на здоровье человека, оценка экологических последствий в результате попадания СМС в водоем, расширить представление учащихся и их родителей о химическом составе СМС, о вредных её компонентах.

В качестве гипотезы было выдвинуто предположение о том, что в состав СМС входят вещества, оказывающие вредное воздействие на человека и другие биологические объекты, рН СМС не соответствуют рН кожи человека.

Для проверки гипотезы были поставлены и решены следующие задачи:

• Выяснить из различных источников информации состав СМС, влияние их на различные биологические объекты. Выявить их плюсы и минусы.
• Исследовать российский рынок по продаже СМС.
• Сравнить состав СМС с Гостом.
• Опытным путём определить физико–химические характеристики СМС, поверхностное натяжение воды в присутствии СМС различных торговых марок, Ph растворов, влияние СМС на биологические объекты.
• Проанализировать зависимость поверхностного натяжения от марок СМС.
• Результаты исследования оформить таблично и графически, сделать выводы.
• Провести классные часы в нашей школе, начиная со среднего звена и заканчивая старшей ступенью.
• На уроках химии и биологии привлечь внимание учеников в проблеме моющих средств.
• Использовать материал данной работы на неделе химии и биологии в нашей школе.

Объект исследования: товары бытовой химии – синтетические моющие средства.

Предмет исследования: свойства синтетических моющих средств.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ.

СОСТАВ СИНТЕТИЧЕСКИХ МОЮЩИХ СРЕДСТВ.

Синтетические моющие средства – детергенты (англ. deterge – очищать) – это композиции различных органических и неорганических химических соединений.

I. ПАВ – поверхностно–активные вещества. ПАВ, используемые для производства СМС, разделяются на ионогенные, диссоциирующие в водных растворах на ионы, и неионогенные. Наиболее распространены анионоактивные вещества, которые распадаются в водных растворах на анионы (более крупные отрицательно заряженные частицы) и катионы (мелкие положительно заряженные ионы, как правило, натрия или калия). Большие по размеру анионы обеспечивают поверхностно–активные свойства. 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. В современных СМС используют поверхностно–активные вещества, которые имеют степень биоразложения не менее 90%. Разработаны также новые синтетические поверхностно–активные вещества амфотерного характера. Они перспективны для производства моющих средств, но пока дороги и еще очень мало распространены.

Классификация поверхностно–активных веществ.

1. Анионоактивные. Очищают хлопок, шерсть, лён. К ним относится мыло.
2. Катионоактивные. Дороже анионоактивных, обладают антибактериальными свойствами и используются для придания мягкости тканям и для дезинфекции.
3. Неионогенные. Очищают полиэфирные и полиамидные волокна, проявляют высокую моющую способность, но слабо образуют пену.

I. Энзимы – аналоги природных ферментов, например таких, которые содержатся в желудке у человека. Необходимы для устранения жировых и белковых загрязнений (остатки пищи, кровь). Однако они не выдерживают высокой температуры при стирке (не выше 35–40 С).

II. Отбеливатели делятся на химические, разрушающие особо устойчивые загрязнения чаще всего окислением, и оптические, не действующие на загрязнения, но обладающие свойством светиться под действием обычного или ультрафиолетового света.

III. Полимеры. Эти вещества в составе СМС чаще всего представлены карбоксиметилцеллюлозой. Они способны предотвращать ресорбцию – повторное оседание частиц грязи на ткань.

IV. Силикаты, в том числе цеолиты. Силикаты натрия и калия вводятся в состав порошка для дополнительной защиты стиральных машин от коррозии и как буферные вещества, благодаря которым рН растворов моющих средств практически не меняется при разбавлении водой и растворении загрязнений, имеющих кислую или щелочную реакцию.

V. Поликарбоксилаты вводятся в состав порошка как дополнительная защита от коррозии, физиологически инертны.

VI. Сульфат натрия при содержании в составе СМС от 5 до 20% придает порошкам сыпучесть, предотвращает слеживаемость.

VIII. Отдушки добавляют практически во все СМС для придания им приятного запаха.

VII. Стабилизаторы пены. Их вводят в СМС в количестве 1–3%. Они существенно повышают эффективность синтетических моющих средств, усиливая устойчивость пены.

VIII. Красители: Применение красителей в составе СМС основано на оптическом эффекте, поскольку красители адсорбируются на поверхности тканей без химического воздействия на ткань. Для этой цели используют ультрамарин, индиго, синтетические органические пигменты. При этом ткань приобретает большую белизну и яркость за счет голубого оттенка.

КЛАССИФИКАЦИЯ СМС.

Современный ассортимент синтетических моющих средств весьма обширен. По консистенции СМС делят на порошкообразные, жидкие и пастообразные. Основную массу моющих средств составляют стиральные порошки (около 80%). В меньшем количестве выпускаются жидкие моющие вещества и пасты (около 20%). По условиям применения выделяют СМС для низко– и высокотемпературной стирки, по способу применения – высокопенные (для ручной стирки) и низкопенные (для машинной стирки, в том числе для стирки в автоматических машинах).

В зависимости от назначения бытовые синтетические моющие средства делят на следующие основные виды:

1) Средства для стирки шерстяных и шелковых тканей. Они имеют рН 1%–ного раствора 7–8,5. Наиболее широкое применение имеют жидкие препараты для стирки шерстяных и шелковых тканей, такие как “Ваниш”, “Ласка” и др.

2) Средства универсального назначения (рН 9–9,5) предназначены для тканей из смеси природных и синтетических волокон. Как правило, в данной группе представлены отдельно средства для стирки белого и цветного белья, хотя это разграничение наблюдается не всегда. Стирка изделий из хлопка и льна подобными средствами допускается с кипячением, а из шерсти и шелка – при температуре не выше 40оС. Ассортимент данных СМС наиболее разнообразен: “Лотос”, “Дося”, “Ariel”, “Tide”, “Миф–универсал” и т. д.

3) Средства для стирки хлопчатобумажных и льняных тканей имеют рН 1%–ного раствора 10–11,5 %.

4) Средства для стирки грубых и сильно загрязненных тканей, в частности спецодежды.

5) средства для туалетных целей (шампуни для мытья волос, жидкие мыла и т. п.).

6) Средства для мытья посуды, инвентаря, домашней утвари и др. представляют собой очень обширную группу синтетических моющих средств. Они выпускаются различной консистенции: жидкие, гелеобразные, пастообразные, сыпучие. Могут иметь различные ароматические добавки. Марочный ассортимент данной продукции весьма широк и многообразен: средства для мытья посуды – “Fairy”, “Пемолюкс” и др.; средства для мытья окон – “Тон”, “Мистер – мускул” и т. д.

Следует отметить, что основным направлением развития ассортимента СМС является производство универсальных моющих средств с биодобавками, что дает возможность их утилизации после использования, а также обеспечивает функциональную пригодность для стирки изделий, как из природных, так и искусственных, синтетических волокон и их смеси. Начато производство гипоаллергенных СМС.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СМС.

Каждое СМС предназначено для тканей определенного вида, потому что, например, ткани хлопчатобумажные и льняные устойчивы к воздействию щелочей, повышенной температуре, а ткани шерстяные и из натурального шелка, наоборот, разрушаются в водных растворах щелочей и при температуре стирального раствора выше 45–50 С. В состав СМС входят вещества: ПАВ, триполифосфат натрия, перборат натрия, силикат натрия, сода кальцинированная, КМЦ, оптический отбеливатель, стабилизатор перекисных солей, толуолсульфонат натрия в различном процентном содержании.

ПРИНЦИП РАБОТЫ СМС.

В состав СМС входят ПАВ, которые выполняют главную работу. ПАВ имеют два полюса – гидрофильный, то есть, тот, который любит воду, и гидрофобный, то есть, тот, который отталкивается водой, но легко соединяется с её противоположностью – с жирами.

Эффективность ПАВ состоит в том, что, связавшись с одним веществом, они повышают растворимость этого вещества в другом веществе, в котором ранее первое вещество не растворялось. Пример с синтетическими моющими средствами: гидрофобными группами эти средства соединяются с жирами. А гидрофильные части средств позволяют расщеплять жиры и в большей степени растворять их в воде, тогда как жиры сами по себе в воде не растворяются. Результат взаимодействия поверхностно активных синтетических (и не синтетических) моющих средств с жирами и водой – создание эмульсии. Эмульсия – это смесь двух жидкостей. СМС делают эмульсию жиров и воды устойчивой, жиры образуют очень–очень маленькие капли. В общем–то, это происходит каждый раз, когда вы моете жирную посуду с применением моющего средства. Обычно, при мытье посуды, большая часть моющих средств пропадает бесцельно. На удаление жиров идёт едва ли десятая часть моющего средства. Остальная часть СМС остаётся активным, способным к подавлению рыб и прочих водных животных. И эту часть нужно удалять.

ИССЛЕДОВАНИЕ РЫНКА ПРОИЗВОДСТВА СМС.

Российский рынок СМС в последние годы демонстрирует значительный рост, причинами которого является рост уровня доходов населения и изменения в культуре потребления товаров бытовой химии. Тем не менее, уровень потребления синтетических моющих средств в России остается одним из самых низких в Европе. Так, по данным социологов и медицинских работников, уровень потребления моющих средств в различной товарной форме должен составлять не менее 7кг. в год. В России потребление на душу населения составляет около 4 кг. в то время как среднее потребление стирального порошка в Германии составляет 10–12 кг в год, в Великобритании – 14,2 кг, во Франции – 15,6 кг, в странах Северной Америки – 28 кг. Россияне потребляют 4 кг стирального порошка в год. Выпуском синтетических моющих средств в нашей стране занимаются около 70 предприятий. При этом среди производителей заметно выделяются пять крупнейших, на которые приходится максимальная доля мощностей. Так, на P&G приходится 25% всех мощностей, “Хенкеля” — 18%, сильны позиции трех российских предприятий – “Нэфис Косметикс” принадлежит 6%, за ней следуют “Сода” (5%) и “Аист” (4%).

Диаграмма производства СМС российскими предприятиями

В настоящее время рынок бытовых средств делят между собой международные и российские производители. В России, как и на мировом рынке бытовых моющих средств, наблюдается устойчивая тенденция расширения зоны присутствия ведущих мировых производителей. Наиболее типичной стратегией вхождения в новые рынки стало приобретение небольших убыточных предприятий. В 2005 году, по экспертным данным, в общероссийском производстве доля отечественных производителей составила 30,8%, доля предприятий с участием иностранного капитала составила 69,2%, в то время как в 2000 году отечественным предприятиям принадлежало более двух третей рынка, иностранным – треть.

Доля отечественных предприятий в производстве СМС

В десятку самых популярных брендов по объемам розничных продаж входят (в алфавитном порядке): Ariel (P&G), Deni (Henkel), Dosia (Reckitt Benckiser), Persil (Henkel), Sorti ( “Нефис Косметике” ), Tide (P&G), “Миф” (P&G), “Пемос” (Henkel). По данным компании ACNielsen, их суммарная доля в натуральном выражении составляет 73,2%.

Российский покупатель постепенно привыкает не экономить на средствах для стирки. Дополнительные средства для стирки – отбеливатели, пятновыводители, кондиционеры, смягчители для воды стали привычными и необходимыми. Набирает популярность использование новых многофункциональных средств, обеспечивающих хорошее качество стирки, выведение даже самых устойчивых пятен, сохраняющих цвет и форму изделия.

ДЕЙСТВИЕ ПАВ НА ЭКОСИСТЕМУ ВОДОЁМОВ.

Пройдя путь от магазина через нашу раковину, ванну, туалет, стиральную машину СМС попадают в канализацию, а из канализации в водоемы реки и т.п. В первую очередь страдают от синтетических моющих средств животные, которые живут в воде. Почему страдают именно они? Потому что СМС прилипают к жабрам и рыбы погибают. Влияют ли СМС на человека? Возможно, вы решите, что это странный вопрос. Ведь люди не плавают и не дышат жабрами. Однако, попадание синтетических моющих средств в организм человека с водой всё же возможно. В первую очередь это происходит, когда человек ест или пьёт из плохо промытой от детергентов посуды. Другой путь попадания синтетических моющих средств – во время купания. Он наиболее част для детей.В желудке находится соляная кислота. Она выполняет важную задачу – позволяет расщеплять белки пищи. Почему же тогда желудок не растворяется под её воздействием? Потому что он покрыт защитной оболочкой из слизи, которая постоянно вырабатывается клетками стенок желудка, которая разрушается под действием СМС. Значит, если в организм человека попадает СМС с недомытой тарелки, то защитная, отталкивающая воду оболочка вокруг стенок желудка, становится тоньше. Результат – развивается язва желудка.

Что же делать? Во–первых, мыть посуду преимущественно без синтетических моющих средств или с их минимальным количеством. Во–вторых, очень тщательно ополаскивать посуду, пить и готовить еду на воде очищенной специальными фильтрами. Растворяясь в воде, ПАВ существенно изменяют свойства воды, т.е. сильно понижают ее поверхностное натяжение (стремление воды уменьшать площадь своей поверхности), благодаря которой капля имеет сферическую форму. А ведь удивительные свойства водяной пленки использует целый ряд живых организмов. На ее поверхности обитают клопы, а водомерки, гладыши и жуки–вертячки держаться под ней. Личинки комаров, некоторые водяные жуки и различные улитки используют поверхность пленки в качестве опоры. Самые известные обитатели поверхности водоемов, конечно, клопы–водомерки. Они живут только на водяной пленке, никогда не погружаясь, скользят по поверхности воды, касаясь ее только самыми кончиками лапок, покрытых жесткими щеточками несмачиваемых волосков, при намокании насекомое может утонуть. Водяная пленка для водомерок еще и источник информации. Основываясь на характере колебании водяной пленки, насекомое узнает, с какой стороны грозит опасность или где находится потенциальная жертва. По поверхности воды, подвешиваясь снизу к пленке поверхностного натяжения, могут странствовать моллюски – катушки и прудовики. При этом они не только держатся за поверхностную пленку, но могут ползать по ней ничуть не хуже, чем по поверхности любого твердого предмета.

Таким образом, уменьшение поверхностного натяжения воды приводит к гибели всех вышеперечисленных водных обитателей. К тому же, в синтетических моющих средствах находятся полифосфаты, образующиеся продукты гидролиза их не представляют угрозы для человека и животных, обитающих в воде, но считаются опасными для водных экосистем. Избыток фосфора инициирует следующую цепочку: бурный рост растений отмирание растений гниение обеднение водоемов кислородом ухудшение жизни организмов. Поэтому СМС еще и вещества, способствующие обеднению водоемов кислородом. Они опасны для всего живого в воде даже в очень малых концентрациях. Загрязнение вод моющими средствами осложняется еще и тем, что даже их биологическое разрушение не является решением проблемы, так как сами продукты такого разрушения в некоторых случаях являются токсичными. Микроорганизмы, процеживая через себя воду и, получая, таким образом, питательные вещества, вместе с ними получают и дозу загрязнителя. Загрязнение распространяется по пищевой цепи, концентрация такого вещества на единицу веса каждого последующего консумента возрастает.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

СОЦИОЛОГИЧЕСКИЙ ОПРОС.

Что бы узнать, какой порошок и какое средство для мытья посуды наиболее популярны в нашем городе, мы провели анкетирование учеников школы. В опросе участвовало 75 учащихся 8 – 11 классов.

Анкета состояла из двух вопросов:

1.Каким порошком пользуются ваши родители?
2.Какое моющее средство предпочитают в вашей семье?

Результаты опроса представлены на рисунках.

Анкетирование показало, что самым популярным стиральным порошком является «Миф», а средством для мытья посуды – «Фери». Достаточно большое количество семей не пользуются никакими моющими средствами.

Диаграмма выбора стирального порошка.

Диаграмма выбора моющего средства для посуды.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

По данным социологического опроса для дальнейшего исследования были отобраны 7 видов самых популярных порошков: «Ушастый нянь – автомат», «Миф – автомат», «Персил – автомат», «Тайд – автомат», «Ариэль – автомат», «Лоск – автомат», «Сорти – автомат».

Опыт №1. Определение физико-химических характеристик стиральных порошков.

Приготовление растворов порошков: На электронных весах взвесили по 1г. порошка каждого вида, растворили их в 100 мл водопроводной воды, размешали до полного растворения порошка.

1.Оценили запах отдушек (проверили стойкость и специфичность запахов растворов порошков).
2. Измеренили рН этих растворов с помощью прибора «Vernier LaBQest».
3. Измерили высоту пены.

Результаты нашего исследования приведены в таблицах.

РН растворов стиральных порошков.

Определение качества отдушек.

Наличие сильного запаха свидетельствует о большом количестве отдушек. Если запах поменял свою специфичность, то это свидетельствует о плохом качестве отдушек. Победителем в этой номинации оказался порошок «Ушастый нянь», самые плохие результаты у «Лоска».

Определение рН растворов СМС показало, что среда их растворов щелочная: у «Ушастый нянь автомат» – щелочная (рН=9,6), а у «Tide», «Ariel», – сильнощелочная (рН=12,23-12,28), а это отрицательно влияет на кожу рук.

Опыт 2. Определение поверхностного натяжения воды и водных растворов СМС.

Для определения поверхностного натяжения воды и растворов СМС использовали формулу σ = Vρg / 2πrn, где V-объем раствора (мл), ρ – плотность раствора (г/мл), r- радиус капилляра (м), g- ускорение свободного падения (м/с 2 ), n- число капель в объеме V.

Для расчетов потребовались данные измерений.

• Растворы СМС приготовлены из расчета 1г порошка на 50 мл раствора.
• Определили плотность (ρ) воды и растворов СМС с помощью ареометра.
• Мерной пипеткой определили количество капель в определенном объеме (V) воды и растворов СМС. Эксперимент проводили три раза, рассчитывали среднее значение.
• Поверхностное натяжение (σ) рассчитали по формуле приведённой выше.

Опыты показали, что растворы СМС понижают поверхностное натяжение воды в среднем в 2,56 раза. Сильнее всего понижают поверхностное натяжение воды «Ушастый нянь – автомат», «Сорти – автомат», а менее всего – «Tide».

Данные дополнительных измерений и результаты расчета поверхностного натяжения растворов СМС

Опыт 3. Определение времени гибели трубочника обыкновенного в растворах СМС.

• Поместили образцы с трубочником в 1% растворы СМС.
• Наблюдали за поведением трубочника и фиксировали время образования конгломерата.
• Результаты занесли в таблицу и построили график зависимости времени гибели трубочника от торговой марки СМС

При измерении времени гибели трубочника было обнаружено, что при действии «Ушастый нянь – автомат» гибель идёт быстрее, чем при действии «Миф».

Результаты измерения время гибели трубочника обыкновенного в растворах СМС.

Опыт №4. Влияние растворов СМС на протекание процессов коррозии железных и алюминиевых предметов.

Коррозию металлов в растворах СМС рассматривали в экспериментах при комнатной температуре (20 С) с трехкратным повторением. В 20-мл-пробирки помешались полоски алюминия размером 50х5х2 мм и железные гвозди длиной 80 мм. Затем приливалось по 10мл 0,1% растворов исследуемых моющих средств. Длительность проведения эксперимента 15 дней. При утилизации использованные растворы СМС непосредственно соприкасаются с металлическими трубами канализации. Результаты исследовательской работы показали, что все образцы моющих средств усиливают коррозию алюминиевых поверхностей. Через 15 дней на поверхности алюминиевых полосок образовались сгустки белого вещества, не растворимые в воде. Качественные реакции подтвердили, что в растворах опытных образцов содержатся ионы Аl3+ в большом количестве. Острая токсичность А1 невелика. Первые данные о токсичности Аl получены в 70-х гг. XX в. Поступающие в организм с водой и пищей ионы Аl в форме нерастворимого фосфата выводятся с фекалиями, а частично всасываются в желудочно-кишечном тракте в кровь и выводятся почками. Если же деятельность почек нарушена, происходит накапливание Аl, сопровождающееся ростом хрупкости костей, нарушением метаболизма Са, Mg, P, F и развитием различных форм анемии. Обнаружены и более грозные проявления токсичности Аl: нарушения речи, провалы памяти, нарушение ориентации, помутнение рассудка, конвульсией, а порой и гибель пациентов с почечной недостаточностью, проходивших лечение на аппаратах гемодиализа. Токсичность Аl явилась «ударом в спину» для человечества.

Коррозия железа более интенсивно протекала в растворах образцов «Лоск: автомат» и «Сорти- автомат». В пробирках наблюдается образование бурых гранул и бурого налета ржавчины на железных гвоздях. В растворе «Ушастый нянь-автомат» процессы коррозии протекают медленнее, что подтверждает наличие в этих пробирках вещества серо-зеленого цвета, при качественном анализе соответствующего гидроксиду железа (II).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ.

• Кроме ПАВ в составе моющих средств имеются красители, стабилизаторы, консерванты, парфюмерная композиция, отбеливатели, энзимы и многое другое, однако на коробках полный состав не отображается.
• На этикетках отсутствует надпись: «Беречь от детей. Остерегаться попадания в глаза».
• Большое внимание уделяется на этикетке СМС рекламным данным.
• Полученные данные позволяют сделать вывод, что все исследуемые растворы СМС способствуют усилению коррозии на железных и алюминиевых предметах.
• В ходе исследовательской работы было установлено, что растворы СМС негативно действуют на экосистему водоемов: понижают поверхностное натяжение воды в среднем в 2,56 раза, способствуют гибели живых организмов, изменяют рН воды.
• Сильнее всего понижают поверхностное натяжение воды «Ушастый нянь – автомат», «Сорти – автомат», а менее всего – «Tide».
• При измерении времени гибели трубочника было обнаружено, что при действии «Ушастый нянь – автомат» гибель идёт быстрее, чем при действии «Миф».
• При измерении рН растворов СМС было обнаружено, что среда их растворов щелочная: у «Ушастый нянь автомат» – щелочная (рН=9,6), а у «Tide», «Ariel», – сильнощелочная (рН=12,23-12,28), а это отрицательно влияет на кожу рук.
• Из результатов исследования видно, что все растворы СМС являются агрессивными. Самое агрессивное действие на экосистему водоемов оказывает «Ушастый нянь- автомат» и «Сорти-автомат», менее агрессивное – Миф, Persil, Ariel.

ВЫВОДЫ.

• Все проанкетированные нами люди сталкиваются в повседневной жизни с бытовой химией.
• Популярность СМС, пользующихся наибольшим спросом, обусловлена только работой рекламных компаний, так как моющие средства схожи по своему составу.
• Мы проанализировали информацию из различных источников и выявили, что не все моющие средства так безопасны, как о них говорится в рекламах и на упаковках.
• Утилизованные сточные воды, содержащие остатки СМС, оказывают подавляющее влияние на рост и развитие биологических объектов, поэтому требуют предварительного сбора и хранения в отстойниках для дальнейшей дезактивации. Разработка и внедрение высокоэффективного оборудования, а также технологических приемов, позволяющих очищать сточные воды до требуемых параметров, является актуальной задачей в технологии водоочистки.
• Попадание ПАВ в водоемы неблагоприятно влияет на органолептические (цвет, запах, вкус) и бактериологические показатели воды. Таким образом, недопустимо сбрасывать в водоемы сточные воды прачечных без предварительной очистки.

РЕКОМЕНДАЦИИ.

Более ответственно относитесь к выбору моющих средств и не позволяйте рекламам обманывать себя. Не забывайте о том, что на этой планете будут жить нашит дети и внуки, и мы должны заботиться об их будущем и здоровье. С увеличением численности населения нашей планеты неизбежно возрастает количество и разнообразие моющих средств, которые пагубно влияют не только на человека, но и на окружающую среду. Мы надеемся, что в ходе прогресса будут изобретены белее безопасные моющие средства, которые будут иметь возможность полностью растворяться в воде, не образуя вредных химических соединений.

Своей работой мы лишь хотим попытаться привлечь внимание людей к этой проблеме, показать, что довольно просто защитить свое здоровье и здоровье своих детей – руководствоваться простыми правилами техники безопасности при работе с моющими средствами и внимательнее относиться к выбору продукта.

Проблема использования средств бытовой химии очень актуальна и может быть изучена в последующих исследовательских работах.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Теоретическая и практическая значимость исследования заключается в том, что его основные положения и результаты могут быть использованы при преподавании школьного курса химии, биологии, экологии, на классных часах, при беседах с учениками и родителями.

Проблема использования средств бытовой химии очень актуальна и может быть изучена в последующих исследовательских работах.

Автор работы:

Ризничук Евгения Андреевна
ученица 9 «а» класса

Руководители

Зубковская Любовь Андреевна
Ишкова Любовь Николаевна, учителя химии.

МОУ СОШ №24 с углубленным изучением отдельных предметов
город Старый Оскол

Не могу не выразить удовлетворение от созерцания материальной базы школы. Всем бы так!
Жаль, что Старый Оскол, хоть близко, а заграница, и я не могу пригласить юного автора к сотрудничеству уже в качестве студента в дальнейшем.)
Наша кафедра в НТУ «ХПИ» имела специализацию «технология СМС, ПКП и ЭМ». Я сам ее окончил и вел одно время лабораторные по ПАВам.
Хотя с той поры доля занятий по этому направлению упала, исследования моющего действия, антикоррозионного эффекта мы до сих пор проводим.

Источник