автор лого - Климентий Левков Дом ученых и специалистов Реховота
(основан в июле 1991 года)
 
 
В Доме ученых и специалистов:
----------------
 
 
Архив
 
Дом ученых и специалистов Реховота

 

февраль, 2013 г.

 

Доктор Юлия Систер

 

Применение моющих средств
и проблемы, связанные с их использованием

 

Моющие средства (детергенты) - вещества, усиливающие моющее действие воды. Первыми детергентами были мыла, полученные из встречающихся в природе веществ. Но сейчас под детергентами обычно понимают синтетические вещества, по моющему действию сходные с мылом. Синтетические моющие средства используются в быту, в промышленности их применяют для отбеливания текстиля, при крашении и аппретировании тканей, на стадиях очистки и травления металлов, для стерилизации оборудования в пищевой промышленности, а также в производстве косметики.

Наиболее распространенные синтетические моющие средства - сульфонаты натрия. Существуют их многочисленные разновидности, несколько различающиеся по свойствам. Для специальных целей используются и другие соединения.

Использование мыла всегда осложняется, если вода жесткая. При стирке в ней приходится расходовать много мыла, чтобы достичь ощущения "мылкости". Это объясняется присутствием в воде солей типа гидрокарбоната кальция, которые реагируют с мылом, образуя нерастворимые соединения. Лишь после того как растворенные соли удалены реакцией с мылом, добавление дополнительных количеств мыла приводит к проявлению его моющих свойств. Если после стирки мылом прополоскать ткань в жесткой воде, на ней осаждается нерастворимое и трудно удаляемое "кальциевое мыло", которое портит ее вид. Поэтому в районах с жесткой водой приходится устанавливать оборудование для умягчения воды.

Громадное преимущество почти всех синтетических моющих средств перед мылом состоит в том, что в жесткой воде они действуют не хуже, чем в мягкой. Производство синтетических моющих средств, предназначенных для текстильной промышленности, начиналось в основном в Германии, а синтетических детергентов бытового назначения - в США вскоре после Второй мировой войны, причем их сбыт рос чрезвычайно быстро и в 1953 сравнялся по объему с продажей мыла, а затем быстро превзошел ее.

 

Моющие средства для стирки и домашнего хозяйства.

Имеющиеся в продаже моющие средства редко представляют собой чистые вещества. Обычно они содержат и другие компоненты, например, смягчители воды и отбеливатели, которые увеличивают их эффективность.

Кусок "мыла" для мытья лица и рук может быть действительно мылом, а может быть и синтетическим моющим средством или сочетанием того и другого. Для мытья посуды предназначаются относительно мягкие детергенты, поскольку при этом приходится погружать руки в моющий раствор. В посудомоечной машине можно использовать более сильные средства. Для усиления действия моющих средств применяют различные фосфаты, силикаты и бораты.

В моющих средствах для стирки белья, помимо собственно детергента, используют еще два рода веществ. Одни из них - отбеливатели - окисляют и тем самым разрушают некоторые виды загрязнителей и красящих веществ. Классическим окислителем для этих целей служит хлор. В современных стиральных порошках используют более избирательные отбеливатели, основанные на броме, пероксиборате (часто называемом перборатом) и монопероксисульфате.

Другие - так называемые усилители белизны или осветлители - делают выстиранное белье буквально "белее белого". Известно, что предмет является совершенно белым, если отражает весь свет, падающий на него. Поэтому в стиральные порошки добавляют "бесцветный краситель", который обеспечивает не только полное отражение видимого света, но и частичное превращение ультрафиолетового (невидимого) света в белый или голубоватый. В результате ткань становится "ослепительно белой".

Для удаления грязи с кухонной раковины также применяется моющий порошок. Он содержит сильные моющие средства, отбеливатели и абразивы. Для очистки не пригорающих сковород, покрытых тефлоном, используют моющие порошки с низкой абразивностью. Особо эффективные смеси, содержащие сильные щелочи, предназначены для удаления пригара в печах.

Жесткая вода создает серьезные проблемы и при мытье волос. В этом случае полезными оказываются синтетические моющие средства сульфатного типа - алкилсульфаты C12H25OSO3Na, которые смывают природные жиры.

 

Действие детергентов.

Мыло известно уже тысячи лет, но только относительно недавно химики поняли, почему оно обладает моющими свойствами. Механизм удаления грязи в сущности один и тот же для мыла и синтетических моющих средств. Рассмотрим его на примере поваренной соли, обычного мыла и алкилбензолсульфоната натрия, одного из первых синтетических детергентов. При растворении в воде поваренная соль (NaCl) диссоциирует на положительно заряженные ионы натрия (Na+) и отрицательно заряженные ионы хлора (Cl-). Мыло, т.е. стеарат натрия, сходные с ним вещества, а также алкилбензолсульфонат натрия ведут себя подобным же образом: они образуют положительно заряженные ионы натрия, но их отрицательные ионы, в отличие от иона хлора, состоят примерно из пятидесяти атомов.

Мыло можно представить формулой Na+ и C17H35COO-, где 17 атомов углерода с присоединенными к ним атомами водорода вытянуты в извилистую цепочку. Алкилбензолсульфонат натрия (Na+ C12H25C6H4SO3-) имеет примерно столько же атомов углерода и водорода. Однако, расположены они не в виде извилистой цепочки, как в мыле, а в виде разветвленной структуры. Это различие имеет значение. Для моющего действия важно то, что углеводородная часть отрицательного иона нерастворима в воде. Однако она растворима в жирах и маслах, а ведь именно благодаря жиру грязь прилипает к вещам; и если поверхность полностью очищена от жира, грязь не задерживается на ней.

 

Отрицательные ионы (анионы) мыла и алкилбензолсульфоната склонны концентрироваться на поверхности раздела воды и жира. Водорастворимый отрицательно заряженный конец остается в воде, тогда как углеводородная часть погружена в жир. Чтобы поверхность раздела была наибольшей, жир должен присутствовать в виде мельчайших капелек. В результате образуется эмульсия - взвесь капелек жира (масла) в воде.

 

Если на твердой поверхности имеется пленка жира, то при контакте с водой, содержащей детергент, жир покидает поверхность и переходит в воду в виде мельчайших капель. Анионы мыла и алкилбензолсульфоната находятся одним концом в воде, а другим - в жире. Грязь, удерживаемая пленкой жира, удаляется при полоскании. Так в упрощенном виде можно представить себе действие моющих средств.

 

Любое вещество, склонное собираться на поверхности раздела масло - вода, называют поверхностно-активным веществом. Все поверхностно-активные вещества являются эмульгаторами, потому что способствуют образованию эмульсии масла в воде, т.е. "смешению" масла и воды; все они обладают моющими свойствами и образуют пену - ведь пена является как бы эмульсией воздушных пузырьков в воде. Но не все эти свойства выражены у них одинаково. Есть поверхностно-активные вещества, которые обильно образуют пену, но являются слабыми моющими средствами; есть и такие, которые почти не пенятся, но представляют собой прекрасные моющие средства. Синтетические детергенты - это синтетические поверхностно-активные вещества с особо высокой моющей способностью. В промышленности термин "синтетическое моющее средство", как правило, означает композицию, включающую поверхностно-активный компонент, отбеливатели и другие добавки.

 

В конце 1950-х годов обнаружено неожиданное и неприятное явление. Во многих промышленных населенных пунктах канализация стала переполняться пеной. Облака грязной пены громоздились над стоками, ветер разносил хлопья пены по окрестностям. Это создавало угрозу здоровью, поскольку пена из канализации могла быть источником инфекции. Более того, во многих странах (в США - особенно на Лонг-Айленде) что-то случилось с подземными водами, используемыми для водоснабжения: водопроводная вода стала пениться. Было очевидно, что причина в синтетических моющих средствах: после 1953 их стали покупать больше, чем мыло. Но остался вопрос: почему же ничего подобного не случалось раньше? Все они обладают моющими свойствами и образуют пену - ведь пена является как бы эмульсией воздушных пузырьков в воде.

 

Были обнаружены почвенные бактерии, способные "переваривать" молекулы мыла, но синтетические моющие средства бактерии не могли метаболизировать. Липофильная часть молекулы мыла представляет собой неразветвленную цепочку углеродных атомов, каждый из которых связан только с двумя соседними атомами углерода. А в алкилбензолсульфонате натрия липофильная часть имеет разветвленную цепь углеродных атомов. Стирке это не мешает, но в природных жирах, из которых делают мыло, такая структура не встречается. Поэтому-то бактерии не могли с ней справиться. Проблема была решена путем замены разветвленной цепи в алкилбензолсульфонате на неразветвленную. Такой детергент поддается биодеградации, т.е. расщепляется микроорганизмами. По своей структуре он достаточно близок к линейной цепи мыла, и бактерии могут с ним справиться. Таким образом, линейный алкилбензолсульфонат помог решить неприятную проблему.

 

Последние успехи в разработке моющих средств для стирки связаны с применением ферментов. Ферменты - это вещества, производимые живыми организмами, которые способны катализировать биохимические реакции, т.е. они ускоряют реакцию, но сами при этом не изменяются. Определенные ферменты катализируют реакции, подобные тем, которые идут при переваривании пищи, поэтому они очень эффективны для удаления пятен от травы, яиц, молока, шоколада, детской пищи и соусов. Ферменты, используемые в составе моющих средств, безвредны и применяются в очень малых количествах.

 

Новые исследования ПАВ

Поверхностно-активные вещества, такие как моющие средства, ингибиторы кислотной коррозии (ИКК), компонента коагулянтов, солюблизаторы, наполнители в пищевой технологии, стали неотъемлемой частью нашей жизни. Высокая эффективность использования поверхностно активных веществ (ПАВ) заслонила все наши опасения по поводу того, что эти ПАВ под воздействием внешних условий могут разрушаться, что продукты разрушения их могут обладать более токсичными свойствами, чем исходные вещества. Этому способствовало еще и то, что большинство ПАВ длительное время сохраняет свои технологические свойства, а это означает, что потребителям ПАВ не было никакой необходимости интересоваться их разрушением. Вместе с тем, для определенной группы ПАВ, представляющих собой ИКК, судьба продуктов их разрушения всегда интересовала их потребителей. Дело в том, что в основе ингибирующего действия ИКК лежит сам процесс их распада. Аналогичное явление наблюдается и для катионных ПАВ (КПАВ). Их бактерицидное действие связано не только с самой структурой этих ПАВ, но возникновением в процессе их использования различных метаболитов, токсичное действие которых может быть более сильным, чем токсичное действие самих исходных ПАВ.

 

С экологической и гигиенической точки зрения важны степень и скорость биологического разложения (БР) в окружающей среде. Интенсивность БР зависит от длины и разветвленности алкильных, арильных и других радикалов. По степени БР ПАВ делятся на "жесткие" и "мягкие" (у последних степень разлагаемости около 80%). Биоразлагаемость ПАВ, входящих в состав синтетических моющих средств, должна быть не менее 90%.

При взаимодействии с хлором в водопроводной воде некоторые ПАВ трансформируются с образованием токсических продуктов, отличающихся от действия исходных ПАВ.

 

Токсическое действие анионных и неионогенных ПАВ определяется главным образом неполярной частью молекулы, при этом оно более выражено при наличии в последней ароматического кольца. В первую очередь оно зависит от способности ПАВ нарушать проницаемость биологических мембран. Особенно легко повреждаются мембраны эритроцитов, миелиновых оболочек нервов и эпителия кишечника. ПАВ обладают в связи с этим политропным действием. ПАВ всех классов вызывают сдвиги в центральной нервной системе (ЦНС), системе крови, желудочно-кишечном тракте, выделительной системе, поражают печень и почки.

 

Есть данные об антихолинэстеразном действии ПАВ, особенно катионных и неионогенных, с чем связывают функциональные нарушения в ЦНС. Для действия ПАВ характерно нарушение липидного обмена, видимо в связи с повреждением печени, а также с нарушением биологических мембран, солюбилизацией их липидов, что ведет к повышению холестерола в крови.

 

Способность ПАВ нарушать проницаемость кишечных мембран способствует усилению всасывания не только пищи, но также и некоторых токсических веществ, например ФОС (фосфорсодержащие органические соединения). Те же свойства ПАВ могут способствовать выведению токсических веществ из организма.

 

Многие ПАВ оказывают аллергическое действие при любом пути поступления в организм: через кожу, верхние дыхательные пути, или через желудочно-кишечный тракт. Рост аллергических заболеваний зарегистрирован, например, у работающих на производстве ПАВ и у населения близлежащих районов.

 

ПАВ всех классов хорошо проникают через кожу, вызывая в равной степени токсический и аллергенный эффект. Вместе с тем, в литературе имеются, данные лишь о самих исходных ПАВ и нет сведений о токсичности продуктов их распада.

 

Этот пробел восполнила диссертационная работа О.С.Марковой по специальности "экология" на тему "Исследование концентрирования, разделения и токсических свойств ПАВ и их метаболитов в воде".

http://www.dissercat.com/content/issledovanie-kontsentrirovaniya-razdeleniya-i-toksichnykh-svoistv-poverkhnostno-aktivnykh-ve#ixzz2N8y0aEUJ

 

Разделения ПАВ и их метаболитов с использованием тонкослойной хроматографии (ТСХ) позволило оценить антимикробную активность и токсичность ПАВ и их метаболитов. Было установлено, что КПАВ и НПАВ обладают способностью воздействовать на рост колоний микроорганизмов и подавлять жизнедеятельность некоторых водных организмов. Было установлено, что высокой антимикробной активностью и токсичностью обладают метаболиты с очень короткими цепями. Было показано, что наименьшей токсичностью обладают АПАВ и незначительное количество их метаболитов.

 

Перспективой дальнейших исследований является изучение влияния ПАВ и их метаболитов на жизнедеятельность самых различных водных организмов.

 

Я считаю, что наступило время серьёзно заняться проблемами ПАВ, их влиянию на здоровье человека, на окружающую среду. Эту проблему я подымала еще 40 лет назад, предлагала создать такие же организации контроля, как в случае химических средств защиты растений.

 

А сейчас по нашим улицам текут мыльные пенистые реки, и это никого не волнует. Все это попадает в грунтовые и подземные воды, что приведет к непредсказуемым результатам.

 

Среди основных причин загрязнения водоёмов этими веществами также часто отмечают способность ПАВ проникать в открытые водоёмы и просачиваться в подземные ближние слои грунтовых вод. В грунтовые воды ПАВ попадают также при очистке сточных вод на полях фильтрации и при этом, как правило, увлекают за собой и другие загрязнения. Из подземных вод ПАВ практически беспрепятственно проходят в поверхностные водоисточники и через очистные сооружения в питьевую воду. Кроме того, попадая в природные воды, ПАВ сорбируются содержащимися в них частицами минерального и органического происхождения, оседают на дно водоёмов и тем самым создают очаги вторичного загрязнения. Они могут вызвать и изменение состава почвы.

 

Пока (если?) еще не поздно, нужно принять срочные меры.

См. также:

http://www.radar-geo.info/index.php/vliyanie-pav-na- zdorove-cheloveka-i-planety.html

 

Обсудить на форуме




 

Страница 1 из 1
  ГлавнаяДневник мероприятийПлан на текущий месяц     copyright © rehes.org
Перепечатка информации возможна только при наличии согласия администратора и активной ссылки на источник! Мнение редакции не всегда совпадает с мнением автора.