Mosószerek a 21. században
„Alkímia ma” előadássorozat Mészáros Róbert
Eötvös Loránd Tudományegyetem, Kémiai Intézet
Tematika vI. Bevezetés vII. A mosási mechanizmus főbb lépései vIII. Mosószer komponesek és szerepük a mosásban vIV. Új kihívások és trendek a mosószeriparban Unilever Research and Development Laboratory, Port Sunlight, Anglia 2000-2002: Marie Curie posztdoktori ösztöndíj. 2008 július: Szakértői munka.
I. Bevezetés
Mosás hajdanán
Neogrády Antal: Mosás a pataknál.
Mosás a Fekete-Körösben (Gyanta, v. Bihar megye) Magyar Néprajzi lexikon
Folyóvíz
Tisztítószer (mosó szappan)
Mechanikai hatás (súrolás)
Mosás manapság
Tisztítószer (Mosószer) Henkel, Unilever, Procter & Gamble
Mechanikai hatás (Mosógép)
A ruhaszennyezések típusai v1. Oily soil: Folyékony apoláris szennyezések (motor olaj, növényi eredetű olajok, hosszú szénláncú alkoholok, a bőrből származó szébum, kozmetikai termékek maradványai v2. Particulate soil: Szilárd halmazállapotú szennyezők (agyag, vas-oxidok stb. ) vEgyéb: Pld a bőrből származó fehérjék.
A tisztítandó felület és mosási hatékonyság
A ruhák többségének felülete nem egy makroszkopikus szilárd felszín hanem egy pórus rendszer!
V.S. Moholkar, és mtsai AUTEX Research Journal, Vol. 3, No3, 2003
A mosás hatékonyságát sok paraméter befolyásolja: A szennyező típusa, mennyisége, a ruha típusa (pamut, poliészter stb.), mosógép típusa, vízminőség, mosószer, adalékok stb.
Kolloid és felületi kémia!
II. A mosási mechanizmus (detergencia) főbb lépései
A ruha nedvesedése Nedvesedési idő: (egy ruhadarab lesüllyedésének ideje egy adott edényben, meghatározott kísérleti körülmények mellett)
Elsődleges a mosószer szerepe! σruha/oldat, σruha/levegő σoldat/levegő határfelületi feszültségek viszonya, (szennyező jelenlétében σoldat/szenny. és σruha/szenny. is). levegő σruha/levegő
ő eg l ev / t a σ old
oldat
θ
σruha/oldat
ruhafelület σlevegő/ruha·cos ( θ)= σruha/oldat + σlevegő/ruha
θ : peremszög
oldat σruha/oldat
σ
y. nn e z s at/ old
Szenny.
θ
σruha/szenny.
ruhafelület σruha/oldat= σruha/szenny. + σ oldat/szenny· cos (θ)
A szennyezés eltávolítása Szennyező
Vizes oldat
ruha
∆G > 0
Elsődleges a mechanikai hatás (mosógép) szerepe! A patakban történő súrolás nagyon hatékony.
A szennyezés visszarakódásának megakadályozása Szennyező részecskék kolloid diszperziója (emulzió vagy szol) keletkezik. Nem-egyensúlyi rendszer a részecskék nagy fajlagos felülete miatt! ∆G<0
Kolloid diszperzió
Heterogén rendszer
•A kolloid részecskék aggregációja •A mosógép faláról a szennyező anyag visszarakódhat az öblítésnél! •A patak a visszarakódás megakadályozásában verhetetlen
III. Mosószer komponesek és szerepük a mosásban
A mai mosószerek főbb komponensei • • • •
1. Tenzidek 2. Polimerek 3. Enzimek 4. A főbb mosószerkomponesek hatását segítő és a mosógépet kímélő adalékok („builder”) • 5. Fehérítő adalékok • 6. „Marketing” komponensek
1. Tenzidek
• Tenzidek, illetve amfipatikus molekulák • Definíció: Apoláris és poláris csoportot térben jól elkülönülten tartalmazó molekulák: • Fókusz a vizes oldatokon Apoláris (hidrofób) rész jóval nagyobb
Poláris (hidrofil) fejcsoport
„Hagyományos” szappan
A mosószeriparban jelenleg használt tenzidek Nem-ionos tenzidek
alkil-fenil-etoxilátok
poly(oxietilén) alkiléterek
Anionos tenzidek
Nátrium benzil-alkil-szulfonátok
Nátrium alkil-szulfátok
vErősen környezetszennyező anyagok. vDermatológiailag sem kedvező hatásúak.
Apoláros közeg
Hidrofób kölcsönhatás
Vizes közeg
A micellaképződés szerepe vMicellaképződés a kritikus micellaképződési koncentráció felett (cmc) (adott hőmérsékleten, és oldószerben ). vA cmc adott tenzid homológsor esetében csökken a szénatomszám növelésével. vA nem-ionos tenzidek cmc-je kisebb, mint az ionosoké adott szénlánc esetén. A micellaképződés hajtóereje 1 mól tenzid molekulára vonatkoztatva: ∆G* ≅ RT·ln(cmc)
Apoláris molekula
tenzid
A szolubilizáció az apoláris szennyező anyagok eltávolításában csak másodlagos szerepet játszik!
Tenzid adszorpció és micellaképződés A tenzidadszorpció eredményeként a levegő/víz, illetve a szennyező/víz határfelületi feszültség jelentősen csökken.
Felületi feszültség
CMC
log(Ctenzid) Levego v. olajfázis
Vizes oldat
Levegő v. olajfázis
cmc: pszeudó oldhatóság • Az egyensúlyi tenzid koncentráció a cmc feletti össztenzid koncentrációknál ~ konstans. • A cmc felett az adszorbeált tenzid mennyisége már nem változik jelentős mértékben.
A tenzidadszorpció és detergencia I. σruha/oldat, σoldat/levegő, σoldat/szenny határfelületi feszültségek csökkentése révén: v A tenzid adszorpció javítja a ruhafelület nedvesedését (nedvesedési idő, θ peremszög csökken).
levegő
a
σ old
σruha/levegő
g ve t/le
ő
oldat
θ
σruha/oldat
ruhafelület
v A szennyezés eltávolításához és felaprításához szükséges munkát is csökkenti. Szennyező
Vizes oldat
ruha
∆G > 0
A tenzidadszorpció és detergencia II. I. A szennyező részecskék diszperziójának stabilizálása. Sztérikus stabilizálás (nem-ionos tenzidek)
Elektrosztatikus stabilizálás (ionos tenzidek)
- - - -
- -
- - II. A ruhára történő visszarakódásuk megakadályozása
- - - -
- -
- - -
ruhafelület
Szennyező (apoláris)
Egyensúlyi tenzidadszorpció és mosási hatékonyság 70
Egy tenzid homológsor esetén felületaktivitás nő a szénlánchosszal.
60 55 50 45
C14
40
C13 C12 C11 C10 C9 -1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
C8
2.0
lg(ctenzid/mM)
5
-6
2
Γ [10 mol/m ]
-1
σ [mN.m ]
65
c14 c13 c12 c11 c10 c9 c8
4 3 2 1 0 0.1
1
10 c [mM] 100
Varga és mtsai J. Phys. Chem. B. 2007, 111, 7160-7168
Az egyensúlyi tenzidadszorpciós tulajdonságok alapján a hosszabb szénláncú tenzidek preferáltak a mosószerben!
a
Nemegyensúlyi tenzidadszorpció kinetikája és mosási hatékonyság v Egyensúlyban vadsz = vdesz v A legújabb kutatások szerint a ruha/oldat, ruha/szennyező határfelületeken nem feltétlenül alakul ki az egyensúlyi tenzidadszorpciós réteg a ruhafelület pórusos szerkezete miatt különösen alacsony mosási hőmérsékleteken. vadsz ≠ vdesz v A mosási hatékonyságot a tenzidadszorpció kinetikája is jelentős mértékben befolyásolja. A tenzid adszorpció sebessége: vadsz A tenzid deszorpció sebessége: vdesz
A tenzidadszorpció kinetikája és mosási hatékonyság A tenzideket jelentős alkalmazzák, így az tenzidkoncentráció: ctenzid ≈ cmc
feleslegben egyensúlyi
A ruhák felülete közelében ctenzid (t) ≤ cmc (a micellák átlagos élettartamának szerepe) Az adszorpció folyamatának kezdeti szakaszán:
Vadsz= kadsz ctenzid kadsz ∼ kT/η
Az tenzidadszorpció kinetikája szempontjából a kisebb szénláncú tenzidek preferáltak a mosószerben! (A cmc értéke csökken a hidrofób lánc hosszának növelésével.)
Az ideális tenzid összetétel • Általában 8-12 szénatomot tartalmazó tenzidek elegyei • Az anionos tenzidek a legfontosabb komponensek, mivel a legtöbb szennyezőn adszorbeálódnak és a cmc-jük nem túl alacsony. • A nem-ionos tenzidek szerepe kisebb. v Elsősorban apoláris szennyezőkön adszorbeálódnak. v Az elegendően nagy felületaktivitás mellett a cmc-jük kicsi. v A micellák átlagos éllettartama jóval nagyobb mint az ionos tenzideké.
A hőmérséklet hatása a tenzid oldatok fázistulajdonságaira Ionos tenzidek Kraft hőmérséklet
Ctenzid cmc
Hőmérséklet
•A Kraft hőmérséklet alatt nincs micella képződés. •A Kraft hőmérséklet felett micellák képződnek és az oldatba vitt tenzid mennyisége rohamosan nő a hőmérséklettel. •A mosás hőmérsékletének az ionos tenzidek Kraft hőmérséklete felett kell lennie.
Nem-ionos tenzidek A nemionos tenzidek oldhatósága csökken a hőmérséklet növekedésével. (Felhősödési hőmérséklet „cloud point”). Az apoláris szennyezés eltávolítására a felhősödési hőmérséklet közelében a legalkalmasabbak.
2. Polimerek
A szennyezés visszarakódását megakadályozó polimerek •
„Soil release” polimerek: nátrium carboximetil cellulóz (NaCMC)
• A szennyezés visszarakódását gátolják sztérikus és elektrosztatikus taszítás révén. - - -
Öblítés
- -
- -
0.01% NaCMC
- - Ruha fehérség Desztillált víz
ruhafelület
Szennyező részecske
idő
3. Enzimek
Enzimek szerepe a mosásban Proteáz Fehérjebontó enzim.
Amiláz A szénhidrátokat bontja.
Lipáz Zsírokat bontó enzim.
• A szennyezőben jelenévő fehérjéket, zsírokat, és szénhidrátokat bontják le. • Alacsony hőmérsékleten is hatékonyak. • Légúti allegiát okozhatnak az enzim illetve mosószergyártás folyamata során.
4. A főbb mosószerkomponesek hatását segítő és a mosógépet kímélő adalékok („builder”)
A vízben lévő elektrolitok hatása a detergenciára Na2SO4 Ruha fehérség
AlCl3
CaCl2 celektrolit
vElektrosztatikus kölcsönhatások árnyékolása. vA többértékű pozitív ionok az anionos tenzidekkel csapadékot képeznek. vA negatív töltésű ruhaszálak közötti pórusokat blokkolhatják.
”Builder” típusú adalékok I. Vízlágyító komponensek Polifoszátok: Na5P3O10 • A leghatékonyabb vízlágyító, de a szennyező részecskék diszperziójának kinetikai stabilitását is fokozza. • A természetes vizek oxigéntartalmát jelentős mértékben csökkenthetik (eutrofikáció) Szóda: Na2CO3 A vízlágyítás mellett a lúgos környezetet biztosítja a mosáshoz.
”Builder” típusú adalékok II. Vízlágyító és korróziógátló adalékok v Nátrium szilikátok (Na2SiO3 ) Vízlágyító hatásuk is jelentős (por vagy kolloid részecskék formájában, utóbbit folyékony mosószerekben alkalmazzák) v Zeolitok (alumínium-szilikátok)
5. Fehérítő adalékok
Fehérítő komponensek • Nátrium hipoklorit • Nátrium perborát (Na2H4B2O8) • Nátrium perkarbonát (2Na2CO3·3H2O2) A fehérítő komponensek jelentős mértékben roncsolhatják a ruhát, ezért alkalmazásuk korlátozott.
6. „Marketing” komponensek
„Marketing” adalékok v Optikai fehérítő anyagok (fluroeszcens, színtelen anyagok) v Illatosító adalékok v Színezék szemcsék
•A legnagyobb bevételnövelést okozó komponensek a mosószeriparban. •Szerepük a mosási mechanizmusban elhanyagolható.
IV. Új kihívások és trendek a mosószeriparban
Több komponens együttes hatása? Polimer/tenzid kölcsönhatás:
Tenzidelegyek oldatbeli és felületi sajátságai:
L. Zhang, P. Somasundaran, J. Colloid Interface Sci., 2006, 302, 20–24.
Enzim/tenzid, enzim/polimer kölcsönhatás stb.
Mosószer hatékonyság kontra üzleti megfontolások • Alkalmazott és titkosított kutatás preferenciája az alapkutatással szemben. • A tenzid és polimergyártó cégek részvétele a detergencia kutatásban. (BASF, Shell stb.) • A fogyasztói szokások kutatása (consumer science) nagyon jelentős tétel a mosószergyártók fejlesztési költségvetésében.
A környezetbarát mosás felé vKismennyiségű mosószer használata: Folyékony mosószerek. vEnergia takarékosság: A mosás hőmérsékletének és idejének csökkentése. vBiodegradábilis és zöld komponsek használata: (Alacsony molekula tömegű polimerek és nem-ionos tenzidek arányának növelése.) vA polifoszfátok és NaOCl helyettesítése
Környezetbarát tenzidek Biodegradábilis és dermatológiailag kedvező hatású amfipatikus anyagok
Alkil-poliglükozidok
Elágazó szénláncú tenzidek alacsony hőmérsékletű mosáshoz
Guerbet alcohol
vAz elágazó szénláncú tenzidek cmc-je nagyobb és a micellák átlagos élettartama kisebb a lineáris láncú tenzidekhez képest (ugyanazon hidrofil fej esetén). vA lineáris láncú tenzideknél sokkal hatékonyabbak az apoláris szennyezés eltávolításában alacsony hőmérsékleteken. Klingelhoefer P. Senf A. and, CESIO 2008 proceedings BASF
Mosás a szennyezőt is tartalmazó mosószerrel Mikroemulzió Szennyező
Vizes oldat
Olaj
2
Az olaj/víz határfelületi feszültség extrém alacsony, kisméretű cseppek képződnek!
ruha
∆G < 0
vSpeciális esetben, két tenzid oldata esetén (tömény rendszer) az olajcseppek emulziója spontán képződik - mikroemulzióegy szűk koncentráció tartományban. vSpontán szennyezés kioldódás: Akkor, ha a szennyező olaj ugyanaz, mint a mikroemulzió olaj komponense és az összes olajmennyiség még mindig a mikroemulziónak megfelelő koncentráció tartományban van!
Együttműködés más iparágakkal Hatékonyabb mosógépek fejlesztése.
Intelligens ruhák („smart fabrics”) gyártása: szuperhidrofil vagy szuperhidrofób felület.
Vízcseppek a lótuszvirág levelén
Köszönetnyilvánítás • Laurie Thompson (Unilever Research) • Particle Engineering Research Center at the University of Florida.
Mosószerek a 21. században
„Alkímia ma” előadássorozat Mészáros Róbert
Eötvös Loránd Tudományegyetem, Kémiai Intézet
Tematika vI. Bevezetés vII. A mosási mechanizmus főbb lépései vIII. Mosószer komponesek és szerepük a mosásban vIV. Új kihívások és trendek a mosószeriparban Unilever Research and Development Laboratory, Port Sunlight, Anglia 2000-2002: Marie Curie posztdoktori ösztöndíj. 2008 július: Szakértői munka.
I. Bevezetés
Mosás hajdanán
Neogrády Antal: Mosás a pataknál.
Mosás a Fekete-Körösben (Gyanta, v. Bihar megye) Magyar Néprajzi lexikon
Folyóvíz
Tisztítószer (mosó szappan)
Mechanikai hatás (súrolás)
Mosás manapság
Tisztítószer (Mosószer) Henkel, Unilever, Procter & Gamble
Mechanikai hatás (Mosógép)
A ruhaszennyezések típusai v1. Oily soil: Folyékony apoláris szennyezések (motor olaj, növényi eredetű olajok, hosszú szénláncú alkoholok, a bőrből származó szébum, kozmetikai termékek maradványai v2. Particulate soil: Szilárd halmazállapotú szennyezők (agyag, vas-oxidok stb. ) vEgyéb: Pld a bőrből származó fehérjék.
A tisztítandó felület és mosási hatékonyság
A ruhák többségének felülete nem egy makroszkopikus szilárd felszín hanem egy pórus rendszer!
V.S. Moholkar, és mtsai AUTEX Research Journal, Vol. 3, No3, 2003
A mosás hatékonyságát sok paraméter befolyásolja: A szennyező típusa, mennyisége, a ruha típusa (pamut, poliészter stb.), mosógép típusa, vízminőség, mosószer, adalékok stb.
Kolloid és felületi kémia!
II. A mosási mechanizmus (detergencia) főbb lépései
A ruha nedvesedése Nedvesedési idő: (egy ruhadarab lesüllyedésének ideje egy adott edényben, meghatározott kísérleti körülmények mellett)
Elsődleges a mosószer szerepe! σruha/oldat, σruha/levegő σoldat/levegő határfelületi feszültségek viszonya, (szennyező jelenlétében σoldat/szenny. és σruha/szenny. is). levegő σruha/levegő
ő eg l ev / t a σ old
oldat
θ
σruha/oldat
ruhafelület σlevegő/ruha·cos ( θ)= σruha/oldat + σlevegő/ruha
θ : peremszög
oldat σruha/oldat
σ
y. nn e z s at/ old
Szenny.
θ
σruha/szenny.
ruhafelület σruha/oldat= σruha/szenny. + σ oldat/szenny· cos (θ)
A szennyezés eltávolítása Szennyező
Vizes oldat
ruha
∆G > 0
Elsődleges a mechanikai hatás (mosógép) szerepe! A patakban történő súrolás nagyon hatékony.
A szennyezés visszarakódásának megakadályozása Szennyező részecskék kolloid diszperziója (emulzió vagy szol) keletkezik. Nem-egyensúlyi rendszer a részecskék nagy fajlagos felülete miatt! ∆G<0
Kolloid diszperzió
Heterogén rendszer
•A kolloid részecskék aggregációja •A mosógép faláról a szennyező anyag visszarakódhat az öblítésnél! •A patak a visszarakódás megakadályozásában verhetetlen
III. Mosószer komponesek és szerepük a mosásban
A mai mosószerek főbb komponensei • • • •
1. Tenzidek 2. Polimerek 3. Enzimek 4. A főbb mosószerkomponesek hatását segítő és a mosógépet kímélő adalékok („builder”) • 5. Fehérítő adalékok • 6. „Marketing” komponensek
1. Tenzidek
• Tenzidek, illetve amfipatikus molekulák • Definíció: Apoláris és poláris csoportot térben jól elkülönülten tartalmazó molekulák: • Fókusz a vizes oldatokon Apoláris (hidrofób) rész jóval nagyobb
Poláris (hidrofil) fejcsoport
„Hagyományos” szappan
A mosószeriparban jelenleg használt tenzidek Nem-ionos tenzidek
alkil-fenil-etoxilátok
poly(oxietilén) alkiléterek
Anionos tenzidek
Nátrium benzil-alkil-szulfonátok
Nátrium alkil-szulfátok
vErősen környezetszennyező anyagok. vDermatológiailag sem kedvező hatásúak.
Apoláros közeg
Hidrofób kölcsönhatás
Vizes közeg
A micellaképződés szerepe vMicellaképződés a kritikus micellaképződési koncentráció felett (cmc) (adott hőmérsékleten, és oldószerben ). vA cmc adott tenzid homológsor esetében csökken a szénatomszám növelésével. vA nem-ionos tenzidek cmc-je kisebb, mint az ionosoké adott szénlánc esetén. A micellaképződés hajtóereje 1 mól tenzid molekulára vonatkoztatva: ∆G* ≅ RT·ln(cmc)
Apoláris molekula
tenzid
A szolubilizáció az apoláris szennyező anyagok eltávolításában csak másodlagos szerepet játszik!
Tenzid adszorpció és micellaképződés A tenzidadszorpció eredményeként a levegő/víz, illetve a szennyező/víz határfelületi feszültség jelentősen csökken.
Felületi feszültség
CMC
log(Ctenzid) Levego v. olajfázis
Vizes oldat
Levegő v. olajfázis
cmc: pszeudó oldhatóság • Az egyensúlyi tenzid koncentráció a cmc feletti össztenzid koncentrációknál ~ konstans. • A cmc felett az adszorbeált tenzid mennyisége már nem változik jelentős mértékben.
A tenzidadszorpció és detergencia I. σruha/oldat, σoldat/levegő, σoldat/szenny határfelületi feszültségek csökkentése révén: v A tenzid adszorpció javítja a ruhafelület nedvesedését (nedvesedési idő, θ peremszög csökken).
levegő
a
σ old
σruha/levegő
g ve t/le
ő
oldat
θ
σruha/oldat
ruhafelület
v A szennyezés eltávolításához és felaprításához szükséges munkát is csökkenti. Szennyező
Vizes oldat
ruha
∆G > 0
A tenzidadszorpció és detergencia II. I. A szennyező részecskék diszperziójának stabilizálása. Sztérikus stabilizálás (nem-ionos tenzidek)
Elektrosztatikus stabilizálás (ionos tenzidek)
- - - -
- -
- - II. A ruhára történő visszarakódásuk megakadályozása
- - - -
- -
- - -
ruhafelület
Szennyező (apoláris)
Egyensúlyi tenzidadszorpció és mosási hatékonyság 70
Egy tenzid homológsor esetén felületaktivitás nő a szénlánchosszal.
60 55 50 45
C14
40
C13 C12 C11 C10 C9 -1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
C8
2.0
lg(ctenzid/mM)
5
-6
2
Γ [10 mol/m ]
-1
σ [mN.m ]
65
c14 c13 c12 c11 c10 c9 c8
4 3 2 1 0 0.1
1
10 c [mM] 100
Varga és mtsai J. Phys. Chem. B. 2007, 111, 7160-7168
Az egyensúlyi tenzidadszorpciós tulajdonságok alapján a hosszabb szénláncú tenzidek preferáltak a mosószerben!
a
Nemegyensúlyi tenzidadszorpció kinetikája és mosási hatékonyság v Egyensúlyban vadsz = vdesz v A legújabb kutatások szerint a ruha/oldat, ruha/szennyező határfelületeken nem feltétlenül alakul ki az egyensúlyi tenzidadszorpciós réteg a ruhafelület pórusos szerkezete miatt különösen alacsony mosási hőmérsékleteken. vadsz ≠ vdesz v A mosási hatékonyságot a tenzidadszorpció kinetikája is jelentős mértékben befolyásolja. A tenzid adszorpció sebessége: vadsz A tenzid deszorpció sebessége: vdesz
A tenzidadszorpció kinetikája és mosási hatékonyság A tenzideket jelentős alkalmazzák, így az tenzidkoncentráció: ctenzid ≈ cmc
feleslegben egyensúlyi
A ruhák felülete közelében ctenzid (t) ≤ cmc (a micellák átlagos élettartamának szerepe) Az adszorpció folyamatának kezdeti szakaszán:
Vadsz= kadsz ctenzid kadsz ∼ kT/η
Az tenzidadszorpció kinetikája szempontjából a kisebb szénláncú tenzidek preferáltak a mosószerben! (A cmc értéke csökken a hidrofób lánc hosszának növelésével.)
Az ideális tenzid összetétel • Általában 8-12 szénatomot tartalmazó tenzidek elegyei • Az anionos tenzidek a legfontosabb komponensek, mivel a legtöbb szennyezőn adszorbeálódnak és a cmc-jük nem túl alacsony. • A nem-ionos tenzidek szerepe kisebb. v Elsősorban apoláris szennyezőkön adszorbeálódnak. v Az elegendően nagy felületaktivitás mellett a cmc-jük kicsi. v A micellák átlagos éllettartama jóval nagyobb mint az ionos tenzideké.
A hőmérséklet hatása a tenzid oldatok fázistulajdonságaira Ionos tenzidek Kraft hőmérséklet
Ctenzid cmc
Hőmérséklet
•A Kraft hőmérséklet alatt nincs micella képződés. •A Kraft hőmérséklet felett micellák képződnek és az oldatba vitt tenzid mennyisége rohamosan nő a hőmérséklettel. •A mosás hőmérsékletének az ionos tenzidek Kraft hőmérséklete felett kell lennie.
Nem-ionos tenzidek A nemionos tenzidek oldhatósága csökken a hőmérséklet növekedésével. (Felhősödési hőmérséklet „cloud point”). Az apoláris szennyezés eltávolítására a felhősödési hőmérséklet közelében a legalkalmasabbak.
2. Polimerek
A szennyezés visszarakódását megakadályozó polimerek •
„Soil release” polimerek: nátrium carboximetil cellulóz (NaCMC)
• A szennyezés visszarakódását gátolják sztérikus és elektrosztatikus taszítás révén. - - -
Öblítés
- -
- -
0.01% NaCMC
- - Ruha fehérség Desztillált víz
ruhafelület
Szennyező részecske
idő
3. Enzimek
Enzimek szerepe a mosásban Proteáz Fehérjebontó enzim.
Amiláz A szénhidrátokat bontja.
Lipáz Zsírokat bontó enzim.
• A szennyezőben jelenévő fehérjéket, zsírokat, és szénhidrátokat bontják le. • Alacsony hőmérsékleten is hatékonyak. • Légúti allegiát okozhatnak az enzim illetve mosószergyártás folyamata során.
4. A főbb mosószerkomponesek hatását segítő és a mosógépet kímélő adalékok („builder”)
A vízben lévő elektrolitok hatása a detergenciára Na2SO4 Ruha fehérség
AlCl3
CaCl2 celektrolit
vElektrosztatikus kölcsönhatások árnyékolása. vA többértékű pozitív ionok az anionos tenzidekkel csapadékot képeznek. vA negatív töltésű ruhaszálak közötti pórusokat blokkolhatják.
”Builder” típusú adalékok I. Vízlágyító komponensek Polifoszátok: Na5P3O10 • A leghatékonyabb vízlágyító, de a szennyező részecskék diszperziójának kinetikai stabilitását is fokozza. • A természetes vizek oxigéntartalmát jelentős mértékben csökkenthetik (eutrofikáció) Szóda: Na2CO3 A vízlágyítás mellett a lúgos környezetet biztosítja a mosáshoz.
”Builder” típusú adalékok II. Vízlágyító és korróziógátló adalékok v Nátrium szilikátok (Na2SiO3 ) Vízlágyító hatásuk is jelentős (por vagy kolloid részecskék formájában, utóbbit folyékony mosószerekben alkalmazzák) v Zeolitok (alumínium-szilikátok)
5. Fehérítő adalékok
Fehérítő komponensek • Nátrium hipoklorit • Nátrium perborát (Na2H4B2O8) • Nátrium perkarbonát (2Na2CO3·3H2O2) A fehérítő komponensek jelentős mértékben roncsolhatják a ruhát, ezért alkalmazásuk korlátozott.
6. „Marketing” komponensek
„Marketing” adalékok v Optikai fehérítő anyagok (fluroeszcens, színtelen anyagok) v Illatosító adalékok v Színezék szemcsék
•A legnagyobb bevételnövelést okozó komponensek a mosószeriparban. •Szerepük a mosási mechanizmusban elhanyagolható.
IV. Új kihívások és trendek a mosószeriparban
Több komponens együttes hatása? Polimer/tenzid kölcsönhatás:
Tenzidelegyek oldatbeli és felületi sajátságai:
L. Zhang, P. Somasundaran, J. Colloid Interface Sci., 2006, 302, 20–24.
Enzim/tenzid, enzim/polimer kölcsönhatás stb.
Mosószer hatékonyság kontra üzleti megfontolások • Alkalmazott és titkosított kutatás preferenciája az alapkutatással szemben. • A tenzid és polimergyártó cégek részvétele a detergencia kutatásban. (BASF, Shell stb.) • A fogyasztói szokások kutatása (consumer science) nagyon jelentős tétel a mosószergyártók fejlesztési költségvetésében.
A környezetbarát mosás felé vKismennyiségű mosószer használata: Folyékony mosószerek. vEnergia takarékosság: A mosás hőmérsékletének és idejének csökkentése. vBiodegradábilis és zöld komponsek használata: (Alacsony molekula tömegű polimerek és nem-ionos tenzidek arányának növelése.) vA polifoszfátok és NaOCl helyettesítése
Környezetbarát tenzidek Biodegradábilis és dermatológiailag kedvező hatású amfipatikus anyagok
Alkil-poliglükozidok
Elágazó szénláncú tenzidek alacsony hőmérsékletű mosáshoz
Guerbet alcohol
vAz elágazó szénláncú tenzidek cmc-je nagyobb és a micellák átlagos élettartama kisebb a lineáris láncú tenzidekhez képest (ugyanazon hidrofil fej esetén). vA lineáris láncú tenzideknél sokkal hatékonyabbak az apoláris szennyezés eltávolításában alacsony hőmérsékleteken. Klingelhoefer P. Senf A. and, CESIO 2008 proceedings BASF
Mosás a szennyezőt is tartalmazó mosószerrel Mikroemulzió Szennyező
Vizes oldat
Olaj
2
Az olaj/víz határfelületi feszültség extrém alacsony, kisméretű cseppek képződnek!
ruha
∆G < 0
vSpeciális esetben, két tenzid oldata esetén (tömény rendszer) az olajcseppek emulziója spontán képződik - mikroemulzióegy szűk koncentráció tartományban. vSpontán szennyezés kioldódás: Akkor, ha a szennyező olaj ugyanaz, mint a mikroemulzió olaj komponense és az összes olajmennyiség még mindig a mikroemulziónak megfelelő koncentráció tartományban van!
Együttműködés más iparágakkal Hatékonyabb mosógépek fejlesztése.
Intelligens ruhák („smart fabrics”) gyártása: szuperhidrofil vagy szuperhidrofób felület.
Vízcseppek a lótuszvirág levelén
Köszönetnyilvánítás • Laurie Thompson (Unilever Research) • Particle Engineering Research Center at the University of Florida.
