La poudre de lessive est un mélange complexe de composés chimiques conçus pour nettoyer efficacement les vêtements et les textiles. Le développement des lessives modernes implique une compréhension sophistiquée de la chimie, de la science des matériaux et des besoins des consommateurs. Cet article explore les matières premières utilisées dans les lessives, leurs fonctions et les principes de formulation de produits de nettoyage efficaces.
I. Matières premières pour la poudre de lessive
L’efficacité de la lessive dépend d’une combinaison soigneusement équilibrée de divers ingrédients, chacun servant un objectif spécifique dans le processus de nettoyage. Ces composants peuvent être largement classés en plusieurs groupes :
A. Tensioactifs B. Adjuvants de lavage C. Agents de construction D. Agents de blanchiment E. Enzymes F. Additifs pour fonctions spéciales
Explorons chacune de ces catégories en détail.
(A) Tensioactifs
Les tensioactifs sont les principaux ingrédients actifs de la lessive. Auparavant, la qualité des détergents était jugée par la quantité de tensioactifs dans leurs formules. Aujourd’hui, les fabricants de détergents utilisent généralement une combinaison de deux ou plusieurs tensioactifs. Parfois, même avec une teneur plus faible en tensioactifs, les effets synergiques entre plusieurs tensioactifs peuvent conférer au détergent de bonnes capacités de nettoyage et d’élimination de la saleté. De nombreux tensioactifs ont d’excellentes capacités d’élimination de la saleté, de mouillage, de moussage, de dispersion, d’émulsification et de solubilisation. Les principaux types de tensioactifs couramment utilisés dans la lessive sont les suivants :
(1) Tensioactifs anioniques : Tels que le sulfonate d’alkylbenzène de sodium (LAS), le sulfate d’alcool gras de sodium, le sulfate d’éther polyoxyéthylène d’alcool gras de sodium (AES), le sulfonate d’alpha-oléfine de sodium (AOS), le sulfonate d’ester méthylique (MES), etc. (2) Tensioactifs non ioniques : Tels que l’éther de polyoxyéthylène d’alkylphénol, l’éther de polyoxyéthylène d’alcool gras (AEO), etc.
Actuellement, la plupart des lessives vendues sur le marché sont des détergents composés. Ceux-ci utilisent généralement le sulfonate d’alkylbenzène de sodium comme principal agent actif, combiné avec AOS, AES, MES, AEO et d’autres tensioactifs. De plus, en raison de la faible biodégradabilité du sulfonate d’alkylbenzène de sodium et des préoccupations environnementales croissantes, il y a une tendance à le remplacer par AS et MES. En outre, l’éther de polyoxyéthylène d’alkylphénol est rarement utilisé dans la production de lessive en raison de sa toxicité environnementale et de son caractère peu écologique.
(B) Adjuvants de lavage
1. Phosphates
Il existe de nombreux types de phosphates, mais le principal utilisé dans la lessive est le tripolyphosphate de sodium (STPP).
(1) Tripolyphosphate de sodium : Communément appelé « pentasodium », sa formule moléculaire est [formule omise]. Il se présente sous forme de poudre blanche, soluble dans l’eau, et sa solution aqueuse est alcaline. Il a une bonne capacité à se coordonner avec les ions métalliques, non seulement en adoucissant l’eau dure mais aussi en se coordonnant avec les composants métalliques de la saleté, aidant à décomposer la saleté pendant le lavage et améliorant ainsi l’efficacité du nettoyage.
Le tripolyphosphate de sodium a également un effet « tensioactif » pendant le lavage, gonflant et solubilisant les protéines dans la saleté ; favorisant l’émulsification des substances grasses ; dispersant les particules solides et empêchant la redéposition de la saleté ; et maintenant une certaine alcalinité dans la solution de lavage, agissant comme un tampon. Ces effets font du tripolyphosphate de sodium un excellent adjuvant de lavage.
Lorsqu’il est incorporé dans la lessive, le tripolyphosphate de sodium empêche également l’agglomération du produit, maintenant le produit dans un état sec et granulaire, ce qui est important pour la mise en forme du produit.
En raison de ces divers effets, le tripolyphosphate de sodium est un adjuvant de lavage très important, largement utilisé dans les lessives avec des quantités d’addition allant de 10% à 40%.
(2) Substituts du tripolyphosphate de sodium : Bien que le tripolyphosphate de sodium soit un excellent adjuvant de lavage, son rejet conduit à l’eutrophisation (également connue sous le nom de surfertilisation) des plans d’eau, polluant les ressources en eau. Par conséquent, au cours des 20 dernières années, les chercheurs développant des détergents ont fait un travail important sur les substituts des tripolyphosphates. Ces substituts sont principalement des agents chélatants organiques, des électrolytes à haut poids moléculaire et des tamis moléculaires.
Les agents chélatants organiques sont des composés organiques qui peuvent chélater les ions métalliques tels que le calcium et le magnésium, adoucissant l’eau en enfermant les ions métalliques dans les molécules de l’agent chélatant. Les agents chélatants organiques couramment utilisés comprennent le sel tétrasodique de l’acide éthylènediaminetétraacétique (EDTA-4Na) et l’acide nitrilotriacétique (NTA). Bien que les agents chélatants organiques puissent adoucir l’eau dure, ils n’ont pas les effets émulsifiants et dispersants sur la saleté que les tripolyphosphates ont.
Parmi les électrolytes à haut poids moléculaire, le polyacrylate de sodium a été développé comme principal additif. Il a également un effet chélatant sur les ions métalliques multivalents et peut améliorer la capacité d’élimination de la saleté des détergents dans l’eau dure. Le polyacrylate de sodium peut également s’adsorber à la surface des articles lavés et de la saleté, augmentant la répulsion électrostatique entre eux, ce qui est bénéfique pour l’élimination de la saleté. Il peut également augmenter la dispersibilité de la saleté, empêchant la redéposition. L’utilisation de polyacrylate de sodium en combinaison avec le STPP fournit de bons effets d’aide au lavage.
Les tamis moléculaires sont également un adjuvant de lavage prometteur qui peut partiellement remplacer le STPP. Également connus sous le nom de zéolites synthétiques, ce sont des aluminosilicates cristallins. Les tamis moléculaires peuvent être classés par taille de pores, la zéolite « 4A » étant utilisée comme adjuvant de lavage. Sa formule moléculaire est [formule omise]. Les tamis moléculaires peuvent adoucir l’eau en échangeant des ions dans leur réseau cristallin avec ceux de l’eau. Outre l’adoucissement de l’eau dure, ils peuvent également adsorber la saleté lavée, aidant à l’élimination de la saleté. L’utilisation de tamis moléculaires avec le STPP montre des effets significatifs d’aide au lavage, mais si les tamis moléculaires remplacent complètement le STPP, les effets d’élimination de la saleté et d’anti-redéposition ne sont pas idéaux.
2. Silicate de sodium
Le silicate de sodium, communément appelé verre soluble ou verre liquide, a pour formule moléculaire [formule omise]. Le silicate de sodium commercial est disponible sous forme de solides granulaires ou de solutions aqueuses visqueuses. Les propriétés du verre soluble changent avec le rapport de Na2O à SiO2 dans la molécule. Si [formule omise], ce rapport n est appelé le module. Plus le module est bas, plus l’alcalinité et la solubilité dans l’eau sont élevées ; inversement, plus le module est élevé, plus l’alcalinité et la solubilité dans l’eau sont faibles. Le verre soluble utilisé dans les détergents a un module de 1,6-2,4, qui s’hydrolyse dans l’eau pour former un sol d’acide silicique.
L’ajout de verre soluble à la lessive a des effets significatifs d’aide au lavage. Premièrement, le silicate de sodium a un effet tampon sur le pH de la solution, le maintenant à un niveau faiblement alcalin, ce qui est bénéfique pour l’élimination de la saleté. Deuxièmement, la solution colloïdale produite par son hydrolyse a un effet dispersant sur les particules de saleté solides et un effet émulsifiant sur les taches d’huile. L’ajout de verre soluble à la lessive peut également augmenter la résistance mécanique, la fluidité et l’uniformité des granulés de poudre.
L’inconvénient du verre soluble est que le sol d’acide silicique formé par hydrolyse peut être adsorbé par les fibres et est difficile à éliminer par lavage, rendant les tissus rugueux après séchage. Par conséquent, la quantité de verre soluble ajoutée à la lessive ne doit pas être excessive.
3. Sulfate de sodium
Le sulfate de sodium anhydre est un cristal ou une poudre blanche, communément appelé sel de Glauber anhydre. Le sulfate de sodium avec 10 molécules d’eau de cristallisation est communément appelé sel de Glauber. Le sulfate de sodium est souvent ajouté à la lessive comme charge pour réduire les coûts. Lorsqu’il est utilisé en combinaison avec des tensioactifs anioniques, l’augmentation de Na+ dans la solution augmente l’adsorption de surface des tensioactifs anioniques et favorise la formation de micelles dans la solution, réduisant ainsi la tension superficielle du liquide de lavage, ce qui est bénéfique pour le mouillage et l’élimination de la saleté. L’ajout de sulfate de sodium peut également réduire la viscosité du matériau, facilitant la formation de poudre de lessive. Compte tenu de ces propriétés, le sulfate de sodium est une bonne charge, généralement ajoutée à la lessive à 20% à 45%.
4. Carbonate de sodium
Le carbonate de sodium de qualité industrielle est communément appelé carbonate de soude ou soude de lavage. Dans la lessive, il agit comme agent alcalin et charge, saponifiant la saleté et maintenant une certaine valeur de pH de la solution de lessive, ce qui aide à l’élimination de la saleté. Le carbonate de sodium a un effet adoucissant de l’eau, réagissant avec Ca2+ et Mg2+ dans l’eau dure pour former des carbonates insolubles. Cependant, le carbonate de sodium est fortement alcalin et ne peut être utilisé que dans les lessives de basse qualité. Il ne doit pas être ajouté aux détergents de haute qualité pour le lavage des textiles en soie et en laine.
5. Agents anti-redéposition
Les tensioactifs anioniques couramment utilisés dans les lessives, tels que le sulfonate de dodécylbenzène de sodium, peuvent éliminer la saleté adhérée aux fibres, mais par rapport au savon, leur capacité à émulsionner et à suspendre la saleté est inférieure. Cela conduit à l’inconvénient de la redéposition de la saleté éliminée sur les fibres, entraînant une faible capacité anti-redéposition et provoquant l’apparition de vêtements lavés gris ou jaunes. Pour surmonter cela, des agents anti-redéposition doivent être ajoutés aux détergents synthétiques.
(1) Carboxyméthylcellulose de sodium (CMC) : Le CMC a une excellente capacité anti-redéposition. Son mécanisme implique principalement l’adsorption du CMC sur les surfaces des fibres, affaiblissant la réadsorption de la saleté par les fibres. De plus, le CMC peut entourer les particules de saleté, les maintenant dispersées de manière stable dans la solution de lavage. L’adsorption du CMC est la plus significative sur les fibres de coton, rendant son effet anti-redéposition meilleur pour les tissus en coton, tandis que son effet sur les tissus en laine et en fibres synthétiques est moins idéal.
(2) Polyvinylpyrrolidone (PVP) : Le PVP est un composé polymère synthétique. Le PVP utilisé comme agent anti-redéposition a un poids moléculaire moyen de 10 000 à 40 000. Il a une bonne capacité de dispersion de la saleté et fournit d’excellents effets anti-redéposition pour le coton et divers tissus en fibres synthétiques. K-15 et K-30 représentent le PVP avec des poids moléculaires de 10 000 et 40 000, respectivement. Le PVP a non seulement une forte capacité anti-redéposition mais aussi une bonne solubilité dans l’eau, ne coagule pas avec les sels inorganiques et a une bonne compatibilité avec les tensioactifs. Par conséquent, le PVP est un excellent agent anti-redéposition, bien que son inconvénient soit son prix élevé.
Voici la suite de la traduction en français, en conservant le format original :
6. Agents de blanchiment
Les agents de blanchiment ajoutés aux lessives sont généralement des oxydants. Pendant le lavage, ils peuvent oxyder et détruire les molécules de saleté colorées, non seulement en éliminant les taches tenaces mais aussi en rendant les vêtements blancs et les couleurs vives. Les principaux agents de blanchiment utilisés dans les détergents sont l’hypochlorite de sodium et les sels de peroxyde. Les agents de blanchiment courants sont les suivants :
(1) Perborate de sodium : Sa formule moléculaire est NaBO3·4H2O. Il n’est pas facilement soluble dans l’eau froide mais soluble dans l’eau chaude. Lorsqu’il est chauffé en solution aqueuse, il se décompose pour libérer H2O2 et O2 avec des effets de blanchiment. NaBO2 a également quelques propriétés d’aide au lavage. Par conséquent, l’ajout de perborate de sodium à la lessive améliorera la capacité d’élimination des taches et augmentera la blancheur.
L’effet de blanchiment du perborate de sodium dépend fortement de la température, nécessitant des températures supérieures à 80°C pour un blanchiment efficace. Pour rendre le perborate de sodium efficace à des températures plus basses, des activateurs doivent être ajoutés, tels que le sulfonate d’isononanoylbenzène de sodium, qui peut abaisser la température d’activation à 40°C.
(2) Percarbonate de sodium : Sa formule moléculaire est 2Na2CO3·3H2O2. En solution aqueuse, il se décompose en Na2CO3 et H2O2, ayant ainsi des effets de blanchiment et alcalins. Le percarbonate de sodium a un effet de blanchiment à 50°C sans nécessiter d’activateurs, et il est moins cher que le perborate de sodium. Les percarbonates se décomposent à des températures plus basses et plus facilement lorsqu’ils absorbent l’humidité. Pour prévenir la décomposition catalytique par les métaux lourds, des agents chélatants de métaux comme l’EDTA doivent être ajoutés à la formule pour améliorer la stabilité de stockage.
7. Agents de blanchiment fluorescents
Pour augmenter la blancheur des vêtements après le lavage, la méthode traditionnelle consistait à ajouter une petite quantité de colorant bleu à la lessive. Cela ajoutait une infime quantité de bleu au tissu, qui complétait la légère couleur jaune originale, augmentant visuellement la blancheur apparente. Cependant, cette méthode réduisait la luminosité de la lumière réfléchie par le tissu. Cette méthode de blanchiment s’appelle la teinte bleue.
Les agents de blanchiment fluorescents modernes sont des substances fluorescentes qui peuvent absorber la lumière ultraviolette invisible et émettre une fluorescence bleu-violet avec une longueur d’onde de 400-500nm. Cette fluorescence bleu-violet complète la légère couleur jaune originale du tissu, augmentant la blancheur. Contrairement à la teinte bleue, elle augmente non seulement la blancheur mais aussi la luminosité, permettant au tissu de réfléchir plus de lumière. La quantité d’agents de blanchiment fluorescents ajoutée aux produits de lessive est très faible, généralement environ 1% des substances actives dans le détergent.
8. Enzymes
Les enzymes elles-mêmes sont des protéines qui peuvent catalyser certaines réactions chimiques. Par exemple, les protéases peuvent convertir les protéines en acides aminés solubles dans l’eau. L’ajout d’enzymes aux détergents peut efficacement promouvoir la décomposition et l’élimination de la saleté. Il existe de nombreux types d’enzymes, et les principales utilisées dans les détergents comprennent les protéases, les lipases, les cellulases et les amylases.
9. Stabilisateurs de mousse et antimousses
Pour les lessives destinées au lavage à la main, la capacité de moussage et la stabilité de la mousse sont très importantes. Une mousse appropriée peut emporter la saleté, et la mousse sert également d’indicateur du degré de rinçage des vêtements. Cependant, lors de l’utilisation de machines à laver, trop de mousse peut interférer avec le fonctionnement efficace de la machine. Lors de la formulation des lessives, la quantité de mousse doit être contrôlée en fonction des différents objectifs d’application. La mousse des détergents peut être ajustée en sélectionnant différents types de tensioactifs et en changeant leurs proportions, ou en ajoutant des stabilisateurs de mousse ou des antimousses.
Les tensioactifs amphotères de type bétaïne et les alkanolamides sont des stabilisateurs de mousse couramment utilisés, particulièrement efficaces lorsqu’ils sont combinés avec des tensioactifs anioniques de type sulfonate et sulfate, et ils ont également des fonctions de nettoyage par eux-mêmes. Les oxydes d’amine tertiaires ont également de bons effets stabilisateurs de mousse, les plus courants étant l’oxyde de lauryl diméthyl amine et l’oxyde de myristyl diméthyl amine.
Pour les détergents de machine à laver, une puissance moussante plus faible est nécessaire, nécessitant l’ajout de petites quantités d’inhibiteurs de mousse dans la formule. L’ajout de savons d’acides gras aux détergents fabriqués avec des sulfonates, des sulfates et des tensioactifs non ioniques peut avoir un effet antimousse. Le degré de suppression de la mousse augmente avec la saturation et le nombre de carbones des acides gras, le savon d’acide gras C22 étant un excellent inhibiteur de mousse. Les polyéthers et les huiles de silicone sont également des inhibiteurs de mousse couramment utilisés. L’incorporation de ces substances dans la lessive crée des détergents à faible mousse. Parmi eux, les polyéthers ont été couramment utilisés ces dernières années pour produire des détergents à faible mousse, généralement des copolymères d’oxyde d’éthylène et d’oxyde de propylène, qui fournissent de bons effets antimousse lorsqu’ils sont ajoutés aux lessives à faible mousse.
10. Solvants et cosolvants
Les lessives contiennent de nombreux sels inorganiques, qui peuvent réduire la solubilité des tensioactifs. Pour maintenir tous les composants dans un état dissous, des cosolvants doivent être ajoutés. Les cosolvants courants comprennent le p-toluènesulfonate de sodium, le xylènesulfonate de sodium et l’urée.
II. Conception de formule pour la poudre de lessive
La conception de la formule est une étape cruciale dans la production de lessive, car la qualité de la formule affecte l’ensemble du processus de production et la qualité du produit. Actuellement, il n’existe pas de base théorique complète pour guider le développement de formules, il repose donc sur des expériences et l’expérience pratique. Les principes suivants peuvent être utilisés comme référence pour la conception de formules :
(1) Sélection des ingrédients actifs : Pour la formation par séchage par pulvérisation, en raison des températures élevées impliquées, il est préférable de choisir des ingrédients actifs thermostables pour la lessive, tels que LAS, AOS et les alkylsulfonates. Les tensioactifs non ioniques ne sont pas résistants à la chaleur et doivent être ajoutés pendant le post-mélange. Actuellement, les lessives composées utilisent généralement le sulfonate d’alkylbenzène de sodium comme agent actif principal, combiné avec le sulfate d’alcool gras de sodium, l’AES et d’autres.
(2) Problèmes de mousse : Les détergents pour le lavage à la main nécessitent généralement plus de mousse, donc des boosters de mousse et des stabilisateurs doivent être envisagés dans la formule. Les détergents pour machines à laver préfèrent moins de mousse, donc des ingrédients à faible moussage comme le sulfate de stéaryle de sodium, les tensioactifs non ioniques, les savons d’acides gras ou d’autres antimousses peuvent être ajoutés.
(3) Valeur pH : La valeur pH des solutions de lessive pour le gros linge est généralement de 9,5-10,5, ce qui est assez alcalin et ne convient pas au lavage des textiles en fibres protéiques comme la soie et la laine. Pour le lavage des textiles en soie et en laine, il est préférable d’utiliser une lessive douce et neutre. La clé pour formuler une lessive neutre est d’obtenir de bons effets de lavage sans ajouter de tripolyphosphate de sodium et d’autres agents alcalins.
(4) Autres considérations : Ajoutez des quantités appropriées d’agents anti-redéposition (tels que le CMC), d’agents anti-agglomérants (tels que le p-toluènesulfonate de sodium) et d’agents de blanchiment fluorescents selon les besoins.