Влияние фосфорсодержащих соединений на моющий процесс

УДК 661.185. 3

ВЛИЯНИЕ ФОСФОРСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ НА МОЮЩИЙ ПРОЦЕСС

Белугина Дина Вячеславовна, аспирант, belugyna@ gmail. com, Агеев Андрей Андреевич, доктор технических наук, профессор,

ФГОУВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса»,

г. Москва

Tripolyphosphates alkaline metals (ТАМ) are an effective component of washing-up liquids, however, the harmful influence rendered on environment, limits their application. The role of phosphates in washing process remains obscure, also there is no hypothesis about own washing ability of phosphates. In work the urgency offormation of a hypothesis about the mechanism of washing action of phosphates and necessity to find the adequate replacement ТЛМ which working concentration can be created in liquid washing-up liquids is shown.

Триполифосфаты щелочных металлов (ТПФ) являются эффективным компонентом моющих средств, однако вредное воздействие, оказываемое на окружающую среду, ограничивает их применение. Роль фосфатов в моющем процессе остается невыясненной, также отсутствует гипотеза о собственной моющей способности фосфатов. В работе показана актуальность формирования гипотезы о механизме моющего действия фосфатов и необходимости найти адекватную замену ТПФ, рабочую концентрацию которого можно создать в жидких моющих средствах.

Keywords: Tripolyphosphate, washing action, superficial activity

Ключевые слова: триполифосфат, моющее действие, поверхностная активность

Для удаления загрязнений с различных поверхностей с древнейших времен применяются моющие средства. В качестве моющих средств и их компонентов использовались щелочные соли (поташ из растительной золы, природная сода), гидрофильные глины (например, бентонитовые), сок или водная вытяжка из некоторых растений. С возникновением и развитием мыловаренной промышленности природные моющие средства быстро утратили свое хозяйственное значение. Промышленный выпуск синтетических моющих средств впервые осуществлен в Германии в 30-х годы ХХ века; с 1950-х годов их производство резко возросло во всех промышленно развитых странах, причем доля жирового мыла в общем выпуске моющих средств значительно снизилась. К 1965 году уже 50—90% общего объема производства в многих странах составляли синтетические моющие средства (СМС) [1].

В 1982 году объем мирового производства мыла, синтетических моющих и других очищающих средств составил 30,07 млн т, за период до 2000 года он возрос до 46-50 млн т/год.

Сейчас производится широкий ассортимент СМС. Основными факторами, влияющими на объем производства и потребления, а также ассортимент СМС, являются: повышение стоимости ресурсов (вода и энергия), цены на сырье, охрана окружающей среды [2].

Таким образом, основными качествами эффективного СМС являются: удобная для использования товарная форма, высокая моющая способность, способность предотвращать посерение и инкрустацию тканей после многократных стирок, не оказывать разрушающего действия на волокна текстильных материалов, обеспечивать стабильность при хранении, легко выделяться из сточных вод или разлагаться, быть нетоксичными для людей и животных. Технология производства и потребления должна быть экономичной и неэнергоемкой. Обеспечить максимум удовлетворения всех требований невозможно, поэтому каждая композиция СМС является разумным компромиссом.

Современные СМС представляют собой многокомпонентные композиции органических и неорганических веществ. Каждый компонент СМС выполняет свою специфическую функцию в моющем процессе. В определенных соотношениях они могут оказывать синергетическое действие друг на друга [3].

До недавнего времени в рецептурах порошкообразных синтетических моющих средств применялись фосфорсодержащие соединения. Наиболее широкое применение получили триполифосфаты щелочных металлов (ТПФ), количество которых в порошкообразных моющих средствах могло составлять 30-40% [4, 5]. Это обусловлено проявлением ряда полезных свойств.

1. Способностью связывать ионы тяжелых металлов с образованием растворимых в воде комплексных соединений, позволяющих существенно снизить жесткость воды, что в свою очередь способствует улучшению моющей способности ПАВ и снижает расход моющих средств.

2. Фосфаты являются регуляторами рН моющего раствора. Присутствие их в системе образует буферную раствор с рН~10, что является оптимальной величиной для проведения стирки.

3. ТПФ обладает высокой диспергирующей способностью, снижая ресорбцию отмытых загрязнений.

4. ТПФ проявляют синергизм в сочетании с большинством поверхностно-активных веществ (ПАВ), то есть наблюдаемых совокупный эффект превышает действие, оказываемое каждым компонентом в отдельности [6].

Таким образом, фосфаты являются эффективным компонентом моющих средств. Однако в большинстве стран в законодательном порядке запрещено использование ТПФ в рецептурах моющих средств. Это обусловлено тем, что ТПФ является причиной заболачивания водоемов, создавая в них избыточную питательную среду, благоприятную для роста водорослей, увеличение которых негативно сказывается на обитателях водоемов и приводит к заболачиванию.

Поиск адекватной и эффективной замены фосфатов проводился (и проводится сейчас) в двух основных направлениях: создание водорастворимых комплексонов и удаление солей жесткости за счет включения в состав моющих средств нерастворимых ионообменных соединений. Тем не менее, недорогих и эффективных композиций без применения фосфатов не создано. Следовательно, необходимость в поиске адекватной замены ТПФ с сохранением высокой моющей способности, является очевидной.

Кроме того, известны эффективные поверхностно-активные соединения (производные ортофосфорной кислоты), с успехом использующиеся в рецептурах моющих средств, особенно в технологии химической чистки. Механизм действия этих ПАВ на основе фосфора укладывается в общепринятую теорию моющего действия. Механизм действия триполифосфата не выяснен и сложен. Наиболее распространено мнение, что триполифосфаты являются комплексообразователями, удерживающими в растворенном состоянии соли жесткости в воде. Однако растворы триполифосфатов в дистиллированной воде обладают собственной моющей способностью. Представляется очень интересным выяснить причину этого явления.

Производимые синтетические моющие средства делятся на порошкообразные, пастообразные и жидкие. В Российской Федерации на долю жидких моющих средств приходится лишь 4% рынка, в Европе и США этот сегмент гораздо больше (28% и 53% соответственно) и постоянно растет.

Производство порошкообразных средств - сложный технологический процесс, который требует специального дорогостоящего оборудования и больших площадей. При выпуске жидких моющих средств образуется меньше отходов производства и вредных выбросов в окружающую среду. Это сильно упрощает технологический процесс и позволяет существенно снизить материальные и энергетические затраты.

Жидкие моющие средства обладают целым рядом качеств, которые делают их использование в промышленных прачечных более удобным по сравнению с традиционными порошками.

Перечислим основные преимущества жидких моющих средств.

1. Возможность автоматического дозирования.

2. Надежность в хранении и транспортировке (не сорбируют влагу из окружающей среды, не комкуются, не слеживаются).

3. Высокая скорость образования рабочего моющего раствора.

4. Высокая выполаскиваемость.

5. Низкая температура стирки.

6. Отсутствие пыления, что облегчает их использование людьми, подверженными аллергическим реакциям. Такие средства не попадают в дыхательные пути, не раздражают кожу.

У жидких моющих средств есть недостатки: небольшой срок хранения по сравнению с порошкообразными средствами, и, как правило, более низкая моющая способность. ТПФ щелочных металлов применяются как активный компонент, в основном, в порошкообразных СМС. Это обусловлено малой растворимостью ТПФ, что может служить одной из причин меньшей эффективности жидких моющих средств. Однако очевидно, что в промышленной технологии жидкие моющие средства более удобны, так как легче дозируются, транспортируются и быстрее растворяются в моющем растворе. Важно найти аналог ТПФ, рабочую концентрацию которого можно создать в жидком моющем средстве.

Существенный интерес в этом плане представляют алкилдифосфоновые кислоты. Одним из представителей этих кислот является оксиэтилендифосфоновая кислота (ОЭДФ), содержащая две фосфоновые группы, способные к комплексообразованию в сильнокислой среде, и оксиэтильную группу. Соединение образует устойчивые комплексы практически со всеми катионами, включая катионы щелочных и щелочноземельных металлов [7].

Представляется актуальным изучение состояния производных фосфоновых кислот в водных растворах и их влияния на компоненты моющей системы с целью создания эффективных и экологически безопасных моющих средств.

Литература

1. Неволин Ф.В. Химия и технология синтетической моющих средств. М.: «Пищевая промышленность», 1972. 422 с.

2. Коваленко В.М., Петренко Д.С. Технология синтетических моющих средств. М.: Химия, 1992.

3. P. Zini. /Polymeric Additives for High Reforming Detergents, Technomic.// Lancaster 1995. Р.179-212.

4. GJakobi M.J. Schwuger in HenKel&Cie. GmbH, Waschmittelchemie, Huthig Verlag Heidelberg, 1976. Р. 91-120.

5. E. Smulders. /Laundry Detergents.// Wiley-VCH Verlag GmbH, Wrinheiny, 2002, p. 270.

6. M. Schwunger, E. Smulders //«Inorganic Builders» in G. Gutler, E. Kissa Detergensy: Theory and Technology, Surfactant Sci. 1987, v. 20, p. 371-439

7. Дятлова Н.М., Темкина В.Я., Попов К.И. /Комплексоны и комплексонаты металлов.// М., Химия, 1988, 544 с.