Эта работа о преспективах развития и влиянии на экологию моющих средств
Вложение | Размер |
---|---|
proekt_moyushchie_sredstva.docx | 181.44 КБ |
Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение
Лицей №150
Калининского района г. Санкт-Петербурга
«Моющие средства: перспективы развития и их влияние на экологию»
Работу выполнил
Евдокимов Михаил Александрович
учащийся 10 «б» класса
+79006321418
Руководитель:
Армер Ирина Яковлевна
+79214494818
Санкт-Петербург
2023 г
Содержание
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Цель и задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4
Применение моющих средств . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Поверхностно-активные вещества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Анионные ПАВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
Катионные ПАВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Неионогенные ПАВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Амфотерные ПАВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Щелочные и кислотные агенты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Комплексоны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
Консерванты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
Создание экологичных рецептур моющих средств. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Разработка средства для мытья посуды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Введение
Моющие средства широко используются в быту и промышленности. Однако другой стороной широкого использования моющих средств является загрязнение окружающей среды вследствие поступления в водоемы компонентов, находящихся в составе моющих средств.
Каким образом можно уменьшить отрицательное влияние моющих средств на окружающую среду? Решить эту проблему можно используя такие компоненты сырья, которые попадая в окружающую среду могли бы быстро и безвредно разлагаться на простейшие составляющие.
Целью моего проекта является создание урока о важности сохранения чистоты окружающей среды для школьников младших классов к концу учебного года и разработка рецептуры моющего средства для бытового пользования, в качестве примера того, что можно сделать, чтобы минимизировать вред, наносимый окружающей среде.
Задачей данной работы также являетсяся анализ и прогнозирование перспектив развития производства моющих средств, выявление таких компонентов в их составе, которые оказывают негативное воздействие на окружающую среду и предложить вместо них продукты с высокой биоразлагаемостью и низким экологическим ущербом.
Цель и задачи.
Цель:
Задачи:
Гипотеза:
Использование сырья с улучшенным экологическим профилем для производства бытовых моющих позволят уменьшить экологический ущерб от их использования.
Актуальность:
Широкое использование бытовых моющих средств вызывает повышенную экологическую нагрузку на природу в связи с попаданием различных химических продуктов в водную среду. Не все химические продукты, используемые для производства моющих средств, имеют благоприятные экологические профили, могут претерпевать быстрые и безопасные превращения на очистных сооружениях. Необходимо использовать при производстве моющих средств только тех продуктов, которые будут претерпевать быстрое биоразложение и образовывать при этом опасных продуктов. Нельзя допускать наличия в моющих средствах продуктов, которые оказывают неблагоприятное воздействие на человеческий организм.
Применение моющих средств
Моющие средства бытового назначения и для технических нужд широко используются в быту и промышленности. Всего в России в 2022 г. было выпущено 175 000 тонн моющих средств различного назначения.
Выпускается широкий ассортимент бытовых моющих средств, включающий средства для стирки, мытья посуды, уборки помещений и другие. В промышленности специальные технические моющие средства применяются для мойки оборудования на мясных, молочных заводах и других пищевых производствах, для мойки автотранспорта и подвижного состава на железной дороге.
Области использования моющих средств, как мы видим, обширны и ассортимент их также велик. Однако, несмотря на разнообразие продуктов бытового и промышленного назначения, имеющийся на рынке, компоненты, которые используются для их производства не отличаются таким разнообразием. Можно составить перечень компонентов, которые используются для производства всех видов моющей средств:
- Поверхностно-активные вещества
- Щелочные и кислотные агенты
- Комплексоны
- Консерванты
- Отдушки, красители.
Дадим краткое описание этим компонентам.
Поверхностно-активные вещества
Все поверхностно-активные вещества (ПАВ) можно разделить на несколько классов:
- анионные ПАВ
- катионные ПАВ
- неионогенные ПАВ
- амфотерные ПАВ.
Дадим краткую характеристику этим классам.
Анионные ПАВ
Анионные ПАВ в растворе диссоциируют в растворе на положительно заряженный ион металла и отрицательно заряженный длинноцепочечный органический ион, который обуславливает моющее действие ПАВ. К ним относят: соли карбоновых кислот, алкилбензолсульфонаты, олефинсульфонаты, эфиросульфаты и другие.
Соли карбоновых кислот, известных под названием мыло, получают омылением растительных и животных жиров под действием растворов щелочей. Этот самый старый известный вид поверхностно-активного вещества. Их стали производить уже 10 веке.
Стеарат натрия
Стеарат натрия является одним из ингредиентов хозяйственного мыла.
При производстве сухих стиральных порошков используются алкилбензолсульфонаты. Этот вид ПАВ обладает хорошим моющим действием. Ниже показана молекул децилбензолсульфоната
Децилбензолсульфонат натрия
Олефин сульфонаты натрия характеризуется хорошими эмульгирующими свойствами, неплохо диспергируют кальциевое мыло. Так же к их достоинствам можно отнести хорошую растворимость, совместимость с другими компонентами, высоке пенообразование, низкое раздражение кожи, биоразлагаемость.
Олефин сульфонат натрия.
Очень широко в производстве моющих средств используются эфиросульфаты, в частности лаурет сульфат (сульфат этоксилированного лаурилового спирта). В отличие от лаурил сульфата этоксилированные сульфаты обладают гораздо меньшим раздражающим действием на кожу.
Лаурет сульфат натрия
Лаурет сульфат натрия хорошо растворим в воде, обладает хорошими пенообразующими свойствами даже в жесткой воде; характеризуется высокими чистящими свойствами, совместим с анионоактивными, неионогенными и амфотерными ПАВ. Благодаря хорошей моющей и чистящей способности лаурет сульфат применяется для производства жидких бытовых и технических чистящих средств. Благодаря хорошей пенообразующей способности он используется как основное поверхностно-активное вещество для косметических чистящих средств, таких как шампуни, гели для душа и пены для ванны. Лаурет сульфат может использоваться для получения концентрированных средств с пониженным содержанием воды.
В целом анионоактивные ПАВ обладают хорошим моющим действием, высоким пенобразованием, имеют хорошую биоразлагаемость.
Широко применяются в различных категориях средств: стиральных порошках, средствах для мытья посуды, в авто- и технической химии.
Катионные ПАВ
Катионными ПАВ называются вещества, дислоцирующие в водных растворах с образованием поверхностно-активного катиона, включающего гидрофобную цепь. В качестве аниона чаще встречаются галогены, но могут быть анионы серной и фосфорной кислот. Наиболее важными катионными соединениями для применения в качестве ПАВ являются четвертичные азотные соединения. Применение катионных ПАВ связано с их адсорбцией на практически любых поверхностях. Они обладают антикоррозийным действием, выступают как антистатические агенты, антислеживатели бактерициды,, кондиционеры, смягчители и диспергаторы.
К их числу можно отнести такие ПАВ как:
Алкил полигликоль эфираммоний метосульфат, катионное ПАВ на основе четвертичного аммониевого основания. Данный ПАВ характеризуется прекрасными гидротропными, моющими, смачивающими и обезжиривающими свойствами.
Бензалкониум хлорид. Применяется как компонент дезинфицирующих средств
Бензалкониум хлорид
Многие катионные ПАВ обладают хорошим моющим действием, но при попадании в водную среду убивают живущие в воде природные микроорганизмы и могут неблагоприятно влиять на рыб. Анионные ПАВ являются гораздо более безопасными для водных микроорганизмов.
Катионные ПАВ используются в технических моющих средствах (в автошампунях) и в кондиционерах для белья.
Неионогенные ПАВ
К неионогенным ПАВ относят этоксилированные жирные спирты, жирные амины, алкилфенолы и некоторые другие классы соединений. В отличие от катионных и анионных ПАВ неионогенные ПАВ не диссоциируют в водных растворах и, поэтому, менее чувствительно к жесткой воде.
Этоксилированные жирные спирты обладают хорошим обезжиривающим эффектом. В зависимости от длины цепочки и степени этоксилирования они могут быть водо- и маслорастворимыми. Этоксилированные жирные спирты в зависимости от степени этоксилирования могут использоваться в качестве диспергаторов, эмульгаторов, смачивателей и моющих компонентов. Они характеризуются превосходными обезжиривающими и моющими свойствами. Этоксилированные спирты устойчивы в широком диапазоне рН и жесткой воде. Этоксилированные жирные спирты используются в производстве бытовых моющих средств (бытовые пеномоющие и чистящие средства), автохимии и в изготовлении косметической продукции.
Этоксилированный лауриловый спирт
Этоксилированные алкилфенолы (неонолы) широко используются при изготовлении технических моющих средств и реже их применяют в бытовой химии.
Этоксилированный нонилфенол (неонол)
Неонолы применяются в целлюлозно-бумажной, текстильной, деревообрабатывающей промышленности. Их включают в состав гидравлических, смазочно-охлаждающих, и других технологических жидкостей. Они используются в качестве активной основы при производстве моющих средств технического назначения, компонент автошампуней и зимней стеклоомывающей жидкости. При всех своих достоинствах главным недостатком неонола является его плохая биоразлагаемость, поскольку при его биоразложении образуются химически опасные алкилфенолы.
Амфотерные ПАВ
Перечисление типов ПАВ было бы неполным, если бы мы не указали амфортерные ПАВ. Амфотерными (амфолитными) ПАВ называются
соединения, имеющие в молекуле гидрофильный радикал,
который может быть акцептором или донором протона в зависимости
от рН раствора. Амфотерные ПАВ имеют в молекуле одну или
несколько щелочных и кислотных групп. При изменении рН
они могут выступать в качестве катионных или анионных ПАВ.
Самым известным ПАВ из этой группы является кокамидопропилбетаин (CAPB), широко использующийся в бытовой химии и косметике.
Кокамидопропилбетаин
Он применяется как усилитель пены в шампунях, используется в косметике в качестве загустителя. эмульгатора, антистатика в кондиционерах для волос, проявляет антисептические свойства. Кокамидопропилбетаин можно использовать совместно с катионными, анионными и неионогенными ПАВ.
Щелочные и кислотные агенты
Для усиления моющего действия в состав многих моющих средств вводят щелочные и кислотные агенты. Это могут быть непосредственно кислоты и щелочи, а также различные соли, которые создают при гидролизу тот или иной pH среды.
Широкое применение в стиральных порошках получил триполифосфат натрия (ТПФН). Он создает при растворении щелочную среду, является одновременно
комплексоном и диспергатором загрязнений. Однако, триполифосфат, как фосфорсодержащее соединение, попадая в водоемы может вызывать рост микроорганизмов и способствовать зарастанию водоемов. Поэтому в настоящее время его стараются замещать на цеолиты, которые выполняют в стиральных порошках те же функции.
Комплексоны
Комплексоны выполняют в моющих средствах функцию связывания ионов кальция и магния, предотвращая образование солей жесткости. Повышенное содержание ионов кальция и магния отрицательно влияет на моющие свойства анионных ПАВ, поскольку они образуют с гидрофобными группами анионных ПАВ нерастворимые соли, выпадающие в осадок.
До настоящего времени широкое применение нашли комплексоны марки Trilon, ди- и тетранатриевые соли ЭДТА (этилендиаминтетрауксусной
кислоты). Тетранатриевые соли ЭДТА выполняют в моющих средствах сразу несколько функций: они связывают ионы жесткости, создают требуемый повышенный рН раствора и играют роль буфера. Однако, недостатком солей ЭДТА является плохая биоразлагаемость. В этой связи в настоящее время они заменяются на комплексоны с лучшим экологическим профилем - GLDA-Na4, тетранатриевую соль карбоксилатометилглутамата, обладающую
улучшенными характеристиками биоразложения.
Консерванты
В связи с тем, что моющие средства после изготовления могут храниться до использования в течение продолжительного времени, в том числе и при повышенных температурах, микроорганизмы, попавшие их состав через воду или сырье, могут начать размножаться, что приведет к порче моющего средства. Оно приобретет неприятный запах, пропадет окраска и функциональные свойства. Для того, чтобы этого не происходило используют консерванты, которые уничтожают микроорганизмы уже на ранних стадиях, предотвращая их размножение.
Ранее в качестве консервантов использовали формальдегид, но его использование было ограничено, после того, как обнаружили, что он наносит вред организму человека. Проведенные исследования позволили разработать новые продукты, обладающие способностью справляться с микроорганизмами, но не являющиеся столь токсичными, как формалин. В настоящее время в качестве консервантов в бытовой химии применяют различные типы тиазолинов, например (МIT) и бензоизотиазолинон (BIT).
Метилизотиазолинон
Бензоизотиазолинон
Создание экологичных рецептур моющих средств
Проведенный нами обзор различных классов поверхностно-активных веществ, солей и комплексонов позволил наметить направления разработки рецептур экологически чистых моющих средств.
1. Приоритетным является использование анионных ПАВ, поскольку они обладают хорошими характеристиками биоразлагаемости и, в то же время, характеризуются высоким моющим действием.
2. При использовании неионогенных ПАВ приоритет отдавать этоксилированным жирным спиртам и стараться не использовать этоксилированные алкилфенолы, которые при биоразложении могут превращаться в токсичные алкилфенолы.
3. Стараться отказываться от использования катионных ПАВ в областях, где их использование не является необходимым (в рецептурах средств для мойки автотранспорта, например), поскольку катионные ПАВ оказывают негативное действие на обитателей водоемов.
4. Несмотря на практически повсеместное использование комплексонов на основе ЭДТА стараться ориентироваться на появление более экологичных комплексонов GLDA-Na4.
5. При разработке рецептур сухих моющих средств (стиральные порошки) стараться отказываться от использования триполифосфата натрия, как потенциального загрязнителя водоемов, и ориентироваться на использование цеолитов.
Разработка средства для мытья посуды.
Используя знания, полученные при изучении различных типов моющих средств, попытаемся разработать средство для мытья посуды. Все мы пользуемся такими средствами и, поэтому, знаем каким оно должно быть: густое по консистенции, с приятным запахом, дающее хорошую пену и позволяющее мыть посуду в холодной воде.
Хорошую пену и моющее действие можно получить, если использовать анионный ПАВ лаурет сульфат натрия. Дополнительным достоинством этого продукта является также низкое раздражающее действие на кожу рук. Введем в состав рецептуры 5% лаурет сульфата натрия.
Так как посуда часто бывает жирной нам необходим компонент, который хорошо отмывал посуду от жира. Такими свойствами обладают неионогенные ПАВ – этоксилированные спирты и алкилфенолы (неонолы). Принимая во внимание тот факт, что экологический профиль неонолов неудовлетворителен, мы будем использовать этоксилированные спирты, линейные или разветвленные, например спирт С12-С14, этоксилированный на 7 молей окиси этилена. Данный продукт обладает хорошей биоразлагаемостью и моющим действием. Этот продукт мы также введем в рецептуру в количестве 5%.
Поскольку мытье посуды проходит не только в городе, но и на даче, где вода может быть жесткой, в наше средство необходимо ввести вещество, которое связывало бы соли жесткости - комплексон. До последнего времени для этой цели очень использовалась динатриевая соль ЭДТА (этилендиаминтетрауксусной кислоты), однако из-за экологических соображений (биоразлагаемости) в настоящее время стали использовать другой комплексон - натриевую соль карбоксилатометилглутамата (GLDA-Na4), обладающую лучшим экологическим профилем.
Введем комплексона в состав нашей рецептуры 4%.
В целом, в предложенной рецептуре есть все необходимые компоненты, чтобы мыть посуду, но скорее всего в сравнении с промышленными образцами оно показало бы себя не с лучшей стороны.
Каковы его недостатки? Мы можем их перечислить: средство жидкое как вода, пена образуется, но ее немного и она неустойчива. Средство не имеет цвета и запаха и моющее действие ее оставляет желать лучшего.
Для улучшения рецептуры необходимо включить в нее дополнительные компоненты.
Чтобы улучшить пенообразование введем в рецептуру амфотерный ПАВ – кокамидопропилбетаин в количестве 4%. Данный ПАВ дает хорошее пенообразование и улучшает моющее действие. Чтобы пена была более устойчивой обычно вводят в рецептуры диэтаноламид. Данный компонент кроме стабилизации пены также улучшает смачиваемость. Норма ввода – 1%.
Моющие средства после изготовления могут храниться до использования в течение продолжительного времени, в том числе при температурах 20-30 оС. За это время микроорганизмы, которые могут в них иметься, начнут размножаться, что приведет к порче моющего средства. Оно приобретет неприятный запах, пропадет окраска и функциональные свойства. Для того, чтобы этого не происходило используют консерванты.
Ранее в качестве консервантов использовали формальдегид, но его использование было запрещено, после того, как обнаружили, что он наносит вред организму человека. Мы введем в качестве консерванта готовую смесь
метилизотиазолинона (МIT) бензоизотиазолинона (BIT) в количестве 0,1 %.
Для придания запаха введем отдушку «лимон» (0,07 %) и цвета – краситель тартразин (0,001 %). Полученный состав будет иметь хорошее моющее действие, но будет по прежнему жидким. Как это ни странно, но для загущения мы введем в рецептуру обычную поваренную соль NaCl в количестве 2-5% в зависимости от того, какую вязкость мы захотим получить. На этом разработка рецептуры будет завершена.
Состав рецептуры моющего средства для мытья посуды.
№ | Наименование компонента | Содержание, % |
1 | Лаурет сульфат натрия | 5 |
2 | Этоксилированный спирт С12-С14 | 5 |
3 | Комплексон GLDA-Na4 | 4 |
4 | Кокамидопропилбетаин | 4 |
5 | Диэтаноламид | 1 |
6 | Консервант (смесь метилизотиазолинона (МIT) бензоизотиазолинона (BIT)) | 0,1 |
7 | Отдушка "Лимон" | 0,07 |
8 | Краситель тартразин | 0,001 |
9 | Соль | 4 |
10 | Вода | 76,8 |
Выводы
1) Был подобран информационный материал для написания реферативной части.
2) На основании литературных данных были рассмотрены различные виды сырья, применяющиеся для изготовления моющих средств
3) Были рассмотрены методики разработки рецептур моющих средств
4) Была проведена оценка различных моющих средств, имеющихся на рынке.
Список литературы
1. Юдин А.М., Сучков В.Н. Химия в быту. М:, Химия. - 1980.
2. Ланге К.Р. Поверхностно-активные вещества. Синтез, свойства, анализ, применение. СПб, изд-во «Профессия». – 2005.
3. Абрамзон А.А., Зайченко Л.П., Файнгольд С.И. Поверхностно-активные вещества. Синтез, анализ, свойства, применение. – Ленинград, Химия. – 1988.
4. Холмберг К., Йенссон Б., Кронберг Б., Линдман Б. Поверхностно-активные вещества и полимеры в водных растворах. М:. Бином-Лаборатория знаний. – 2007.
5. Абрамзон А.А. Поверхностно-активные вещества. Свойства и применение. – Ленинград. – Химия. – 1975.
В поисках капитана Гранта
Мороз и заяц
Хризантема и Луковица
Как Дед Мороз сделал себе помощников
Смородинка