【شیمی تجزیه و صنایع شوینده】 | دقیق شیمی آزما

شیمی تجزیه و صنایع شوینده

مصرف صابون به 2800 سال پیش از میلاد باز می گردد. از دهه 1930، فرایندهای صنعتی تولید الکل‌های چرب توسعه پیدا کرد و شوینده ها تنوع پیدا کردند.

صابون‌ در آب سخت، حل نمی‌شود، این در حالی است که شوینده‌ها در آب سخت تشکیل رسوب نمی‌دهند و آلودگی‌ها را نیز به‌خوبی پاک می‌کنند. صابون در شرایط اسیدی عملکرد خوبی ندارد و در PH پایین (اسیدی) رسوب می‌کند ولی شوینده‌ها، در برابر محیط اسیدی پایدار هستند.

شوینده‌ها دارای خاصیت پاک‌کنندگی قوی تری نسبت به صابون ها هستند. اما تجزیه‌پذیر بودن صابون‌ها در محیط زیست در برابر تجزیه ناپذیری شوینده‌ها در حفظ محیط زیست موثر است.

شوینده ها برای حفظ سلامتی بسیار مورد نیازهستند. در حال حاضر حتی شوینده ها در صنایع مختلف برای رفع چربی و روغن از قطعات و دستگاه ها مورد استفاده قرار می گیرند.

انواع شوینده ها

مواد شوینده اغلب به صورت مایع یا پودر تولید می شوند و بطورکلی به دو دسته آنیونی و غیر آنیونی یا ترکیبی از هر دو تقسیم بندی می شوند.

شوینده های پودری از جمله پودرهای لباسشویی آنیونی می باشند. این ترکیبات بهترین عملکرد را در آب گرم و آب های نرم دارند، آب سخت قدرت شویندگی آنها را کاهش می دهد. 

شوینده های مایع از انواع غیر آنیونی هستند که به اندازه پودرها کف نمی کنند ولی در آب سخت به خوبی عمل می کنند و برای تمیز کردن انواع لباس ها و پارچه های مصنوعی کارایی دارند.

نوع جدیدی از شوینده ها، شوینده های آنزیمی هستند که برخلاف مواد شوینده قدیمی فسفات ندارند. فسفات برای محیط زیست خطرناک است به همین جهت اکثر شوینده های امروزی فاقد فسفات هستند. مواد شوینده آنزیمی برای از بین بردن انواع لکه ها از جمله لکه خون به خوبی عمل می کند.

بیشتر بخوانید: شیمی تجزیه محیط زیستی

مواد شمیایی صابون

به طور کلی نمک  اسیدهای چرب صابون نامیده می شود، نمک سدیم یا پتاسیم اسید چرب در آب حل شده و خاصیت پاک کنندگی و حذف آلودگی و چربی ها را دارد. صابون از هیدرولیز قلیایی چربی و روغن های طبیعی مانند پیه، روغن نارگیل، زیتون و نخل تولید می شود. واکنش صابونی شدن به این صورت است:

C3H5 (OOCR) 3 + 3NaOH → 3NaOOCR+C3H5 (OH) 3

افزودنی های دیگری مانند گلیسیرین، روغن نارگیل و سوربیتول باعث نرم شدن صابون و شفافیت آن می شود. ترکیب دیگری بنام تترا سدیم اتیدورانت به منظور نرم کننده و محافظت کنده از رنگ و عطر صابون به آن اضافه می شود. در ترکیب صابون و سایر مواد شوینده از ادتا سدیم2و4  به عنوان عامل پاک کننده و بهبود کیفیت شست و شو استفاده می شود.

تفاوت صابون مایع و جامد در نوع و قدرت نیروهای بین مولکولی است. یون های سدیم در صابون جامد به دلیل شعاع کوچکتر، پیوند یونی قوی تری نسبت به یون پتاسیم برقرار می کنند و باعث تفاوت در حالت فیزیکی صابون می شود.

مواد شیمیایی شامپو

از انواع پرمصرف مواد شوینده شامپو است که از سه جز اصلی آب، مواد اصلاح کننده سطحی و افزودنی ها تشکیل می شود. سایر موادی که در شامپو وجود دارند برای اصلاح رنگ و بوی شامپو، افزایش ویسکوزیته و تقویت قدرت کف کردن اضافه می شوند. معمولا 70درصد حجم شامپو را آب املاح زدایی شده تشکیل می دهد و کیفیت آب مصرفی به طور مستقیم روی کیفیت شامپو اثر می گذارد. 

مواد فعال سطحی یا سورفکتانت جزء اصلی شامپو است و وظیفه پاک کنندگی و شست و شوی مو را بر عهده دارد. سورفکتانت ها دارای یک سر آبدوست و یک سر آبگریز هستند که از سر آبگریز به چربی ها و از سر دیگر در آب محلول هستند و می توانند چربی را از سطح جدا کنند. به طور کلی سورفکتانت ها به چهار گروه آنیونی، کاتیونی، آمفوتری و غیر یونی دسته بندی می شوند.

سدیم لوریل اتر سولفات و دی سدیم لورت سولفوسوکسینات سورفکتانت آنیونی هستند. دی سدیم لورت سولفوسوکسینات قدرت پاک کنندگی بالایی دارند و با پوست سر بسیار سازگارند. کوکامیدوپروپیل بتائین سورفکتانت آمفوتری است که به دلیل ملایم بودن خاصیت پاک کنندگی اش در تمامی شامپوها استفاده می شود و تحریکات پوستی را تا حد ممکن کاهش می دهد. ک

وکونات اسید چرب دی اتانول آمین، پلی سوربات20 و پلی اتیلن گلایکول150 دی استئارات از دیگر انواع سورفکتانت های آمفوتری هستند که در ساخت شامپو استفاده می شود. برای تنظیم PH شامپوهای اسیدی و ضدشوره از اسیدسیتریک استفاده می شود.

مواد شیمیایی مایع ظرفشویی

آلکیل بنزن خطی و سولفونیک اسید دو ماده شیمیایی رایج در ترکیب مایع ظرف شویی است که تجزیه پذیر است و با محیط زیست سازگار می باشد. بهترین ماده برای خنثی کردن اسید، دی اتانول آمید و یا تری اتانول آمید است که قدرت کف کنندگی مایع را بالا برده و از بروز حساسیت پوستی جلوگیری می کند. 

عامل اصلاح کننده سطحی یا سورفکتانت دیگری که در ترکیب مایع ظرف شویی به کار می رود، سدیم لوریل اتر سولفات با نام تجاری تگزاپون است که از پاک کننده های قوی چربی روی ظروف محسوب می شود. برای نرم شدن و سازگاری مایع با پوست گلیسیرین به ترکیب مایع ظرف شویی اضافه می شود. 

عموم مردم میزان کف کردن مایع ظرف شویی را ملاکی برای اثرگذاری بهتر مایع می پندارند، پس از ترکیباتی مانند آلکانول آمیدها ، بتائین ها و آمین اکسیدها استفاده می شود. هر چند میزان کف ایجاد شده دلیلی بر قدرت بیشتر پاک کنندگی مایع ظرف شویی نیست اما به دلیل علاقه مصرف کنندگان به این موضوع، ترکیبات پایدارکننده کف ایجاد شده استفاده می شود. 

فرمالین ترکیب دیگری در مایع ظرفشویی است که به عنوان افزودنی نگه دارنده به مایع ظرف شویی اضافه شده و از رشد میکروبی و فاسد شدن مایع جلوگیری می کند. مقدار فرمالین در ترکیب نباید از 0.3 درصد تجاوز کند چون باعث آسیب دیدگی پوست و ایجاد حساسیت های پوستی خواهد شد.

مواد شیمیایی پودر ماشین لباسشویی و دستی

دی متیل دی استئاریل آمونیوم کلراید سورفکتانت های کاتیونی و مشتقات پلی اکسی اتیلن، پلی اکسی پروپیلن و آلکانول آمیدها سورفکتانت آنیونی و کوکو آمیدو پروپیل بتائین سورفکتانت آمفوتری هستند که در  پودر لباسشویی مورد استفاده قرار می گیرند. در پودر لباسشویی ماده ای با خاصیت سفید کنندگی به نام پربورات وجود دارد که در پودر دستی وجود ندارد.

تری سدیم فسفات سورفاکتانت دیگری است که باعث از بین بردن چرک و چربی ها می شود. استیل اتیلن دی آمین ترکیب پرکاربرد لکه بر و سفید کننده موجود در پودرهای شستشوست.

مواد شیمیایی سفید کننده (وایتکس)

مایع سفید کننده (وایتکس) با آب ژاول ، خاصیت رنگ زدا، گندزدا و بو زدایی دارد و در صنعت برای رنگ بری کاغذ و پارچه استفاده می شود. این محلول سمی حاوی هیپوکلریت سدیم در آب است که از واکنش گاز کلر و سدیم هیدروکسید به دست می آید. این نوع شوینده باید دور از تابش نور و گرما باشی، در غیر این صورت خاصیت خود را از دست می دهد.

به جز هیپوکلریت سدیم یا همان آب ژاول، ترکیبات دیگری مانند سود سوزآور یا سدیم هیدروکسید خاصیت رنگ بری دارند. سودپرک یا سود سوزآور ماده ای است که در قالی شویی ها برای پاک کردن رنگ و سفید شدن فرش کاربرد دارد. استفاده مداوم و طولانی مدت از سود پرک باعث کاهش استحکام الیاف خواهد شد.

مواد شیمیایی در رسوب زداها

رسوب زداها برای تمیز کردن سطوح فلزی در دستگاه های مختلف استفاده می شود. باقی ماندن رسوبات بر سطح تجهیزات باعث صدمه خواهد شد. پرکاربردترین رسوب زداها به نام اسیدهای دی اسکلر بر پایه اسید کلریدریک هستند. 

این اسید با رسوبات نمک فلزی به ویژه منیزیم و کلسیم واکنش داده و آن ها را در آب حل می کند و به راحتی از سطح پاک می شوند. برای از بین بردن رسوب کتری و جرم شیرآلات شوینده ها و رسوب زداهای حاوی اسید سیتریک استفاده می شود.

مواد شیمیایی در چربی زداها

برای پاک کردن چربی، روغن، وکس و گریس شوینده های قلیایی به کار برده می شود. این شوینده ها پایه های قوی هیدروکسید سدیم و یا هیدروکسید پتاسیم دارند و با چربی ها واکنش داده و آن را هیدرولیز می کند و به راحتی از سطوح پاک می شوند. آمونیاک یکی از پر مصرف ترین پاک کننده های قلیایی انواع چربی و روغن ها است. 

در ترکیب این شوینده ها علاوه برپایه های قلیایی، سیلیکات و فسفات نیز اضافه می شود. به جز شوینده های قلیایی، چربی گیرهای اسیدی مانند هیدروکلریک اسید و فسفریک اسید به صورت اسپری و یا غوطه ور کردن قطعه داخل محلول، آلودگی های سطح را حذف می کند.

مواد شمیاییپاک کننده های سطوح و کف

انواع مختلف شوینده ها با ویژگی های خاص برای تمیز کردن سطوح و زدودن آلودگی از آن ها تولید می شود که فرمول ترکیب شیمیایی آن ها منحصر به شرکت سازنده است. به طور مثال برای پاک کردن سطح کاشی و سرامیک که لکه های گچ و سیمان بر روی آن ها مانده است از محلول های اسیدی قوی استفاده می شود. 

برای پاک کردن لکه و آلودگی روی سنگ های مرمر، گرانیت و آهکی که به اسید حساس اند از محلول های بازی استفاده می شود. یکی از اجزا پاک کننده های سطوح چرب و روغنی، ایزوپیل الکل است که حلال چربی هاست.

7افزودنی‌ مفید به مواد شوینده

1-نرم‌کننده‌های آب: 

موادی هستند که باعث افزایش کارایی مواد فعال سطحی می‌شوند. آب‌ها به‌طور طبیعی دارای ناخالصی‌هایی مانند یون‌های فلزی کلسیم و منیزیم هستند که هنگام واکنش با صابون، در آب نمک‌های نامحلول (رسوب) تشکیل می‌دهند. نرم‌کننده‌ها با تشکیل کمپلکس با کاتیون‌های Ca2+ و Mg2+، اجازه واکنش این یون‌ها را با مواد فعال سطحی و ایجاد رسوب نداده و باعث نرم شدن آب و افزایش کارایی شوینده‌ها خواهند شد.

2-تقویت کننده‌های کف: 

این مواد از طریق کاهش دافعه الکتروستاتیک بین مولکول‌های کف باعث تغییر حجم، بافت یا میزان پایداری آن‌ها در مواد شوینده می‌شوند. سدیم لوریل اتر سولفات یکی از موادی است که برای تولید کف استفاده می شود.

3-پرکننده‌ها و اتصال دهنده‌ها: 

برای کاهش قیمت شوینده‌ها و بهبود خواص آن‌ها استفاده می‌شوند که از مهم‌ترین آن‌ها سدیم سولفات، بوراکس، کلسیم کربنات، آلومینیم سیلیکات، تالک و فلدسپات هستند.

4-اسانس: 

اسانس‌ها بوهای بد ناشی از مواد شیمیایی پاک‌کننده را می‌پوشانند و به هنگام مصرف حس خوب و مطبوعی ایجاد می‌کنند.

5-رنگ‌ها و رنگدانه‌ها: 

طیف وسیعی از رنگ‌ها برای رنگ‌آمیزی مواد شوینده و بازاریابی وجود دارد. تنوع و ثبات رنگ طولانی مدت، تأثیر زیادی بر نظر مصرف‌کننده‌ها دارد.

درخشان‌کننده‌های نوری: 

این مواد با جذب نور فرابنفش (UV) موجب افزایش درخشندگی اجسام، سفید و تمیزتر شدن آن‌ها می‌شوند.

6-عوامل ضد میکروبی: 

این مواد باکتری‌ها، قارچ‌ها و ویروس‌ها را از بین می‌برند و یا رشد آن‌ها را متوقف می‌کنند، از نظر بهداشتی اجسام را تمیز و مانع انتقال بیماری شده و بوی ناشی از آن‌ها را نیز از بین می‌برند. این افزودنی‌ها باعث تخریب غشای سلولی و مانع ساخت پروتئین‌های میکروبی، نوکلئیک اسیدها یا متابولیت‌های ضروری می‌شوند که در نتیجه مانع رشد و در نهایت کشته شدن میکروب‌ها می‌شوند.

7-آنزیم‌ها: 

آنزیم‌ها یکی از مهم‌ترین افزودنی‌ها به مواد شوینده هستند که برای توسعه و بهبود شوینده ها استفاده می شوند. آنزیم‌ها به منظور کوتاه کردن زمان شست‌و‌شو، کاهش مصرف انرژی و آب، کاهش دمای شست‌وشو، عدم ایجاد پسماندهای آلوده در محیط زیست، کاهش میزان PH در محیطی آبی شست‌و‌شو برای مراقبت از لباس‌ها و کاهش هزینه، به برخی شوینده‌ها از جمله پودر ماشین لباس‌شویی و ماشین ظرف‌شویی اضافه می‌شوند. آنزیم‌ها را می‌توان از جمله منابع تجدید‌پذیر و کارآمد شمرد.

چهار گروه اصلی آنزیم‌های شوینده با کاربرد متفاوت به شرح زیر می باشند:

پروتئازها: لکه‌های پروتئین را از بین می‌برند

لیپازها: مواد چربی را تجزیه می‌کنند

آمیلازها: لکه‌های مواد غذایی مبتنی بر نشاسته را حذف می‌کنند

سلولازها: پرزهای کوچکی را که در سطح پارچه تشکیل می‌شوند، تجزیه و به رها شدن لکه، صاف و نرم نگه داشتن پارچه کمک می‌کنند.

اگر مقدار کمی از مواد شوینده زیست شناختی روی لباس باقی بماند، می‌تواند پوست حساس را تحریک کند. بنابراین استفاده از این مواد شوینده در برخی شرایط به ویژه برای شست‌و‌شوی لباس نوزادان توصیه نمی‌شود.

انواع کثیفی‌ها از نوع پروتئین، نشاسته‌ و مواد چرب را می‌توان با استفاده از شوینده‌ها در آب با دمای بالا و عملیات مکانیکی پاک کرد اما هزینه بالای گرم کردن آب و مخلوط شدن طولانی مدت یا فشردن لباس، باعث کاهش عمر لباس و مشکلات دیگر می‌شود. استفاده از آنزیم‌ها باعث کاهش دما، کم شدن همزدن و فشردن مورد نیاز لباس‌ها پس از خیساندن کوتاه مدت می‌شود. آنزیم‌ها به مقادیر کم، در حدود 1 درصد در بیشتر شوینده‌ها به کار می‌روند.

شوینده های صنعتی

شستشوی صنعتی در صنایع غذایی، لبنیات، نوشیدنی و همچنین نگهداری ساختمان های صنعتی کاربرد دارد. استفاده از شوینده صنعتی برای بهداشت و نظافت بیمارستان ها و دیگر اماکن عمومی از فعالیت های مهم می باشد. خطر ابتلا به بیماری های واگیردار باعث شده مصرف کنندگان بیش از پیش به استفاده از مواد شوینده صنعتی استفاده کنند. حفظ پاکیزگی محیط و در نتیجه به حداقل رساندن غلظت عوامل بیماری زا، بهترین راه برای جلوگیری از بیماری های عفونی است. 

در یک طبقه بندی کلی، می توان شوینده های صنعتی را به دو دسته شوینده های قلیایی و شوینده های اسیدی تقسیم کرد، این دو نوع شوینده، خود دارای دسته بندی هستند:

شوینده قلیایی باکف و شوینده قلیایی بدون کف

شوینده اسیدی با کف و شوینده اسیدی بدون کف

شوینده های صنعتی بر اساس بار الکتریکی

1-مواد شوینده آنیونی: 

شوینده های آنیونی دارای بار الکتریکی منفی خالص هستند و معمولاً آلکیل بنزولفونات ها هستند. آلکیل بنزن لیپوفیلیک و آب گریز است، بنابراین می تواند با چربی ها و روغن ها تداخل داشته باشد. سولفونات آب دوست است، بنابراین می تواند خاک را در آب پاک کند. هر دو گروه آلکیل خطی و شاخه ای ممکن است مورد استفاده قرار گیرند، اما مواد شوینده ساخته شده با گروه های آلکیل خطی به احتمال زیاد زیست تخریب پذیر هستند.

2- مواد شوینده کاتیونی: 

شوینده های کاتیونی دارای بار الکتریکی مثبت خالص هستند. ساختارهای شیمیایی مواد شوینده کاتیونی مشابه مواد شوینده آنیونی است، اما گروه سولفونات با آمونیوم چهارتایی جایگزین شده است.

۳- مواد شوینده غیر یونی: 

شوینده های غیر یونی حاوی یک گروه آبدوست بدون بار هستند. معمولاً این ترکیبات بر اساس گلیکوزید (الکل قند) یا پلی اکسی اتیلن است.

۴- مواد شوینده زویتریونیک: 

مواد شوینده زویتریونیک دارای تعداد مساوی ۱+ و -۱ بار هستند، بنابراین بار خالص آنها صفر یا خنثی است.

شوینده صنعتی براساس PH

PH یک شوینده، یک فاکتور مهم است. شوینده های صنعتی بر اساس PH به دو دسته مواد شوینده اسیدی و مواد شوینده قلیایی تقسیم می شوند:

1-مواد شوینده اسیدی، معمولاً برای روشن شدن یا قلم زنی فلزات استفاده می شوند و در از بین بردن رسوبات معدنی یا اکسیداسیون روی سطوح استفاده می شود. به طور کلی، مواد شوینده اسیدی برای از بین بردن هرگونه مواد ناپایدار اسیدی از جمله نشاسته، کربنات و هیدروکسیدهای نامحلول موثر است.

2-شوینده صنعتی از نوع قلیایی، پاک کننده قوی چربی صنعتی در واحدهای مختلف است. از آنجا که اکثر خاک ها اسیدی هستند، پاک کننده های قلیایی بسیار موثر می باشند. پاک کننده های قلیایی بقایای آلی را حذف می کنند که عبارتند از: روغن، چربی، گریس، پروتئین و مجموعه ای از خاک های دیگر. 

کاربرد شوینده های صنعتی در صنایع غذایی و لبنی:

1-سیستم های انتقال

2-تجهیزات بسته بندی

3-سیستم های سردخانه

4-زهکشی کف

بیشتر بخوانید: شیمی تجزیه دارویی و پزشکی

کاربرد شوینده های صنعتی در کشاورزی:

1-شستشوی بقایای کودهای مخرب، رسوبات، گازوئیل مزرعه و روغن ها 

2-خنثی کردن خواص خورنده آفت کش ها، علف کش ها و کودها 

3-تجزیه آفت کش ها و علف کش ها از طریق هیدرولیز قلیایی

4-جداک کردن چربی از موتور و سطوح ماشین آلات، ادوات و تجهیزات کشاورزی 

5-شستشوی تیلرها، اتصالات سه نقطه، چهارشاخ گاردان، گاوآهن ها، موزع بذرکارها و سایر ادوات کشاورزی و باغبانی برای از بین بردن رسوب حاصل از خاک و گل

6-پاک کردن بقایای اسیدی حشرات روی تجهیزات کشاورزی را بدون آسیب رساندن به رنگ 

7-تمیز کردن زباله های مزرعه

8-از بین بردن بقایای خورنده کودها برای کاهش خوردگی فلز 

کاربرد شوینده های صنعتی در صنعت دام و طیور:

1-شستشوی کف و دیواره های آغل، گوساله دانی و مرغداری ها برای 

2-شستشوی ظروف آبخوری، دانخوری و غذاخوری احشام و طیور

3-شستشوی دستگاه های جوجه کشی

4-شستن و ضدعفونی دستگاه ها و تجهیزات در کشتارگاه ها

5-استفاده از شوینده های قلیایی مخصوص CIP دستگاه های شیردوشی برای از بین بردن چربی در لوله ها

6-استفاده از شوینده های اسیدی مخصوص COP دستگاه های شیردوشی برای جلوگیری از ایجاد سنگ شیر و رسوب در لوله ها

7-استفاده از شوینده های قلیایی و اسیدی مخصوص چربی بری و رسوب زدایی کف سالن های گاوداری