Here’s the translation into Russian while maintaining the original format:
I. Сырье для стирального порошка
Эффективность стирального порошка зависит от тщательно сбалансированной комбинации различных ингредиентов, каждый из которых выполняет определенную функцию в процессе очистки. Эти компоненты можно в целом разделить на несколько групп:
A. Поверхностно-активные вещества B. Вспомогательные средства для стирки C. Наполнители D. Отбеливающие агенты E. Энзимы F. Добавки для специальных функций
Давайте подробно рассмотрим каждую из этих категорий.
(A) Поверхностно-активные вещества
Поверхностно-активные вещества являются основными активными ингредиентами в стиральном порошке. Ранее качество моющих средств оценивалось по количеству поверхностно-активных веществ в их формулах. Сейчас производители моющих средств обычно используют комбинацию двух или более поверхностно-активных веществ. Иногда даже при меньшем содержании поверхностно-активных веществ синергетические эффекты между несколькими поверхностно-активными веществами могут придать моющему средству хорошие очищающие способности и способности к удалению грязи. Многие поверхностно-активные вещества обладают отличными способностями к удалению грязи, смачиванию, пенообразованию, диспергированию, эмульгированию и солюбилизации. Основные типы поверхностно-активных веществ, обычно используемых в стиральном порошке, следующие:
(1) Анионные поверхностно-активные вещества: Такие как алкилбензолсульфонат натрия (LAS), сульфат жирного спирта натрия, сульфат полиоксиэтиленового эфира жирного спирта натрия (AES), альфа-олефинсульфонат натрия (AOS), метилэфирсульфонат (MES) и т.д. (2) Неионогенные поверхностно-активные вещества: Такие как алкилфенол полиоксиэтиленовый эфир, жирный спирт полиоксиэтиленовый эфир (AEO) и т.д.
В настоящее время большинство стиральных порошков, продаваемых на рынке, являются составными моющими средствами. Они обычно используют алкилбензолсульфонат натрия в качестве основного активного вещества в сочетании с AOS, AES, MES, AEO и другими поверхностно-активными веществами. Кроме того, из-за плохой биоразлагаемости алкилбензолсульфоната натрия и растущих экологических проблем, наблюдается тенденция к его замене на AS и MES. Более того, алкилфенол полиоксиэтиленовый эфир редко используется в производстве стиральных порошков из-за его экологической токсичности и неэкологичности.
(B) Вспомогательные средства для стирки
1. Фосфаты
Существует много типов фосфатов, но основным, используемым в стиральном порошке, является триполифосфат натрия (STPP).
(1) Триполифосфат натрия: Обычно известный как «пентанатрий», его молекулярная формула [формула опущена]. Он представляет собой белый порошок, растворимый в воде, и его водный раствор щелочной. Он обладает хорошей способностью координировать с ионами металлов, не только смягчая жесткую воду, но и координируя с металлическими компонентами в грязи, помогая разрушать грязь во время стирки и, таким образом, улучшая эффективность очистки.
Триполифосфат натрия также имеет «поверхностно-активный» эффект во время стирки, набухая и растворяя белки в грязи; способствуя эмульгированию жирных веществ; диспергируя твердые частицы и предотвращая повторное осаждение грязи; и поддерживая определенную щелочность в моющем растворе, действуя как буфер. Эти эффекты делают триполифосфат натрия отличным вспомогательным средством для стирки.
При включении в стиральный порошок триполифосфат натрия также предотвращает слеживание продукта, сохраняя продукт в сухом, гранулированном состоянии, что важно для формирования продукта.
Благодаря этим различным эффектам триполифосфат натрия является очень важным вспомогательным средством для стирки, широко используемым в стиральных порошках с добавлением в количестве от 10% до 40%.
(2) Заменители триполифосфата натрия: Хотя триполифосфат натрия является отличным вспомогательным средством для стирки, его сброс приводит к эвтрофикации (также известной как перенасыщение удобрениями) водоемов, загрязняя водные ресурсы. Поэтому за последние 20 лет исследователи, разрабатывающие моющие средства, провели обширную работу по поиску заменителей триполифосфатов. Эти заменители в основном представляют собой органические хелатирующие агенты, высокомолекулярные электролиты и молекулярные сита.
Органические хелатирующие агенты — это органические соединения, которые могут хелатировать ионы металлов, такие как кальций и магний, смягчая воду путем заключения ионов металлов внутри молекул хелатирующего агента. Обычно используемые органические хелатирующие агенты включают тетранатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (EDTA-4Na) и нитрилотриуксусную кислоту (NTA). Хотя органические хелатирующие агенты могут смягчать жесткую воду, они не обладают эмульгирующими и диспергирующими эффектами на грязь, которые имеют триполифосфаты.
Среди высокомолекулярных электролитов полиакрилат натрия был разработан в качестве основной добавки. Он также обладает хелатирующим эффектом на многовалентные ионы металлов и может улучшить способность моющих средств удалять грязь в жесткой воде. Полиакрилат натрия также может адсорбироваться на поверхности стираемых предметов и грязи, увеличивая электростатическое отталкивание между ними, что благоприятно для удаления грязи. Он также может увеличить диспергируемость грязи, предотвращая повторное осаждение. Использование полиакрилата натрия в сочетании с STPP обеспечивает хорошие эффекты вспомогательного средства для стирки.
Молекулярные сита также являются перспективным вспомогательным средством для стирки, которое может частично заменить STPP. Также известные как синтетические цеолиты, они представляют собой кристаллические алюмосиликаты. Молекулярные сита можно классифицировать по размеру пор, причем цеолит «4A» используется в качестве вспомогательного средства для стирки. Его молекулярная формула [формула опущена]. Молекулярные сита могут смягчать воду путем обмена ионами в своей кристаллической решетке с ионами в воде. Помимо смягчения жесткой воды, они также могут адсорбировать смытую грязь, способствуя удалению грязи. Использование молекулярных сит вместе с STPP показывает значительные эффекты вспомогательного средства для стирки, но если молекулярные сита полностью заменяют STPP, эффекты удаления грязи и против повторного осаждения не являются идеальными.
2. Силикат натрия
Силикат натрия, обычно известный как жидкое стекло, имеет молекулярную формулу [формула опущена]. Коммерческий силикат натрия доступен в виде гранулированных твердых веществ или вязких водных растворов. Свойства жидкого стекла меняются с соотношением Na2O к SiO2 в молекуле. Если [формула опущена], это соотношение n называется модулем. Чем ниже модуль, тем выше щелочность и растворимость в воде; наоборот, чем выше модуль, тем ниже щелочность и растворимость в воде. Жидкое стекло, используемое в моющих средствах, имеет модуль 1,6-2,4, который гидролизуется в воде с образованием золя кремниевой кислоты.
Добавление жидкого стекла в стиральный порошок имеет значительные эффекты вспомогательного средства для стирки. Во-первых, силикат натрия оказывает буферное действие на pH раствора, поддерживая его на слабощелочном уровне, что благоприятно для удаления грязи. Во-вторых, коллоидный раствор, образующийся при его гидролизе, оказывает диспергирующее действие на твердые частицы грязи и эмульгирующее действие на масляные пятна. Добавление жидкого стекла в стиральный порошок также может увеличить механическую прочность, текучесть и однородность гранул порошка.
Недостатком жидкого стекла является то, что золь кремниевой кислоты, образующийся при гидролизе, может адсорбироваться волокнами и трудно смывается, делая ткани жесткими после сушки. Поэтому количество жидкого стекла, добавляемого в стиральный порошок, не должно быть чрезмерным.
3. Сульфат натрия
Безводный сульфат натрия представляет собой белый кристалл или порошок, обычно известный как солевой пирог. Сульфат натрия с 10 молекулами кристаллизационной воды обычно известен как глауберова соль. Сульфат натрия часто добавляют в стиральный порошок в качестве наполнителя для снижения затрат. При использовании в сочетании с анионными поверхностно-активными веществами увеличение Na+ в растворе увеличивает поверхностную адсорбцию анионных поверхностно-активных веществ и способствует образованию мицелл в растворе, тем самым снижая поверхностное натяжение моющей жидкости, что благоприятно для смачивания и удаления грязи. Добавление сульфата натрия также может снизить вязкость материала, облегчая формирование стирального порошка. Учитывая эти свойства, сульфат натрия является хорошим наполнителем, обычно добавляемым в стиральный порошок в количестве от 20% до 45%.
4. Карбонат натрия
Карбонат натрия промышленного качества обычно известен как кальцинированная сода или стиральная сода. В стиральном порошке он действует как щелочной агент и наполнитель, омыляя грязь и поддерживая определенное значение pH раствора стирального порошка, что помогает удалению грязи. Карбонат натрия обладает эффектом смягчения воды, реагируя с Ca2+ и Mg2+ в жесткой воде с образованием нерастворимых карбонатов. Однако карбонат натрия сильно щелочной и может использоваться только в низкокачественных стиральных порошках. Его не следует добавлять в высококачественные моющие средства для стирки шелковых и шерстяных тканей.
5. Антиресорбционные агенты
Анионные поверхностно-активные вещества, обычно используемые в стиральных порошках, такие как додецилбензолсульфонат натрия, могут удалять грязь, прилипшую к волокнам, но по сравнению с мылом их способность эмульгировать и удерживать грязь ниже. Это приводит к недостатку повторного осаждения удаленной грязи на волокнах, что приводит к плохой антиресорбционной способности и вызывает серый или желтый оттенок выстиранной одежды. Чтобы преодолеть это, в синтетические моющие средства необходимо добавлять антиресорбционные агенты.
(1) Карбоксиметилцеллюлоза натрия (КМЦ): КМЦ обладает отличной антиресорбционной способностью. Ее механизм в основном заключается в адсорбции КМЦ на поверхности волокон, ослабляя повторную адсорбцию грязи волокнами. Кроме того, КМЦ может окружать частицы грязи, удерживая их стабильно диспергированными в моющем растворе. Адсорбция КМЦ наиболее значительна на хлопковых волокнах, делая ее антиресорбционный эффект лучшим для хлопчатобумажных тканей, в то время как ее эффект на шерстяных и синтетических тканях менее идеален.
(2) Поливинилпирролидон (ПВП): ПВП — это синтетическое полимерное соединение. ПВП, используемый в качестве антиресорбционного агента, имеет среднюю молекулярную массу от 10 000 до 40 000. Он обладает хорошей способностью диспергировать грязь и обеспечивает отличные антиресорбционные эффекты для хлопка и различных синтетических волокнистых тканей. K-15 и K-30 представляют собой ПВП с молекулярной массой 10 000 и 40 000 соответственно. ПВП не только обладает сильной антиресорбционной способностью, но и хорошей растворимостью в воде, не коагулирует с неорганическими солями и имеет хорошую совместимость с поверхностно-активными веществами. Поэтому ПВП является отличным антиресорбционным агентом, хотя его недостатком является высокая цена.
6. Отбеливающие агенты
Отбеливающие агенты, добавляемые в стиральные порошки, обычно являются окислителями. Во время стирки они могут окислять и разрушать цветные молекулы грязи, не только удаляя тяжелые пятна, но и делая одежду белой, а цвета яркими. Основными отбеливающими агентами, используемыми в моющих средствах, являются гипохлорит натрия и пероксидные соли. Обычные отбеливающие агенты включают:
(1) Перборат натрия: Его молекулярная формула NaBO3·4H2O. Он плохо растворим в холодной воде, но растворим в горячей воде. При нагревании в водном растворе он разлагается с выделением H2O2 и O2, обладающих отбеливающим эффектом. NaBO2 также обладает некоторыми свойствами вспомогательного средства для стирки. Поэтому добавление пербората натрия в стиральный порошок улучшит способность удаления пятен и увеличит белизну.
Отбеливающий эффект пербората натрия сильно зависит от температуры, требуя температур выше 80°C для эффективного отбеливания. Чтобы сделать перборат натрия эффективным при более низких температурах, необходимо добавлять активаторы, такие как изононаноилбензолсульфонат натрия, который может снизить температуру активации до 40°C.
(2) Перкарбонат натрия: Его молекулярная формула 2Na2CO3·3H2O2. В водном растворе он разлагается на Na2CO3 и H2O2, таким образом обладая как отбеливающим, так и щелочным эффектом. Перкарбонат натрия имеет отбеливающий эффект при 50°C без необходимости в активаторах, и он дешевле пербората натрия. Перкарбонаты разлагаются при более низких температурах и легче при поглощении влаги. Чтобы предотвратить каталитическое разложение тяжелыми металлами, в формулу следует добавлять хелатирующие агенты металлов, такие как ЭДТА, для улучшения стабильности при хранении.
7. Флуоресцентные отбеливающие агенты
Для увеличения белизны одежды после стирки традиционным методом было добавление небольшого количества синего красителя в стиральный порошок. Это добавляло крошечное количество синего цвета ткани, что дополняло первоначальный слегка желтый цвет, визуально увеличивая кажущуюся белизну. Однако этот метод снижал яркость света, отражаемого тканью. Этот метод отбеливания называется синим подкрашиванием.
Современные флуоресцентные отбеливающие агенты — это флуоресцентные вещества, которые могут поглощать невидимый ультрафиолетовый свет и излучать сине-фиолетовую флуоресценцию с длиной волны 400-500 нм. Эта сине-фиолетовая флуоресценция дополняет первоначальный слегка желтый цвет ткани, увеличивая белизну. В отличие от синего подкрашивания, она не только увеличивает белизну, но и яркость, позволяя ткани отражать больше света. Количество флуоресцентных отбеливающих агентов, добавляемых в стиральные средства, очень мало, обычно около 1% от активных веществ в моющем средстве.
8. Энзимы
Энзимы сами по себе являются белками, которые могут катализировать определенные химические реакции. Например, протеазы могут превращать белки в водорастворимые аминокислоты. Добавление энзимов в моющие средства может эффективно способствовать разложению и удалению грязи. Существует много типов энзимов, и основные, используемые в моющих средствах, включают протеазы, липазы, целлюлазы и амилазы.
9. Стабилизаторы пены и пеногасители
Для стиральных порошков ручной стирки способность к пенообразованию и стабильность пены очень важны. Соответствующая пена может переносить грязь, и пена также служит индикатором степени полоскания одежды. Однако при использовании стиральных машин слишком много пены может мешать эффективной работе машины. При формулировании стиральных порошков количество пены необходимо контролировать в соответствии с различными целями применения. Пену моющих средств можно регулировать, выбирая различные типы поверхностно-активных веществ и изменяя их пропорции, или добавляя стабилизаторы пены или пеногасители.
Амфотерные поверхностно-активные вещества типа бетаина и алканоламиды обычно используются в качестве стабилизаторов пены, особенно эффективны в сочетании с сульфонатными и сульфатными анионными поверхностно-активными веществами, и они также обладают собственными очищающими функциями. Оксиды третичных аминов также обладают хорошими стабилизирующими пену эффектами, наиболее распространенными из них являются оксид лаурилдиметиламина и оксид миристилдиметиламина.
Для стиральных порошков для машинной стирки требуется меньшая пенообразующая способность, что требует добавления небольших количеств ингибиторов пены в формулу. Добавление мыла жирных кислот в моющие средства, изготовленные с сульфонатами, сульфатами и неионогенными поверхностно-активными веществами, может иметь пеногасящий эффект. Степень подавления пены увеличивается с насыщенностью и числом углерода жирных кислот, причем мыло жирной кислоты C22 является отличным ингибитором пены. Полиэфиры и силиконовые масла также часто используются в качестве ингибиторов пены. Включение этих веществ в стиральный порошок создает низкопенные моющие средства. Среди них полиэфиры в последние годы часто используются для производства низкопенных моющих средств, обычно это сополимеры оксида этилена и оксида пропилена, которые обеспечивают хорошие пеногасящие эффекты при добавлении в низкопенные стиральные порошки.
10. Растворители и сорастворители
Стиральные порошки содержат много неорганических солей, которые могут снизить растворимость поверхностно-активных веществ. Чтобы сохранить все компоненты в растворенном состоянии, необходимо добавлять сорастворители. Обычные сорастворители включают п-толуолсульфонат натрия, ксилолсульфонат натрия и мочевину.
II. Разработка формулы стирального порошка
Разработка формулы является ключевым этапом в производстве стирального порошка, так как качество формулы влияет на весь производственный процесс и качество продукта. В настоящее время нет полной теоретической основы для руководства разработкой формул, поэтому она опирается на эксперименты и практический опыт. Следующие принципы могут быть использованы в качестве ориентира для разработки формулы:
(1) Выбор активных ингредиентов: Для формирования методом распылительной сушки, из-за высоких температур, предпочтительно выбирать термостабильные активные ингредиенты для стирального порошка, такие как LAS, AOS и алкилсульфонаты. Неионогенные поверхностно-активные вещества не являются термостойкими и должны добавляться во время постсмешивания. В настоящее время составные стиральные порошки обычно используют алкилбензолсульфонат натрия в качестве основного активного агента в сочетании с сульфатом жирного спирта натрия, AES и другими.
(2) Проблемы с пеной: Моющие средства для ручной стирки обычно требуют больше пены, поэтому в формуле следует учитывать усилители пены и стабилизаторы. Моющие средства для машинной стирки предпочитают меньше пены, поэтому можно добавлять низкопенные ингредиенты, такие как стеарилсульфат натрия, неионогенные поверхностно-активные вещества, мыла жирных кислот или другие пеногасители.
(3) Значение pH: Значение pH растворов стиральных порошков для интенсивной стирки обычно составляет 9,5-10,5, что довольно щелочно и не подходит для стирки текстиля из белковых волокон, таких как шелк и шерсть. Для стирки шелковых и шерстяных тканей лучше всего использовать мягкое, нейтральное моющее средство. Ключ к формулированию нейтрального стирального порошка заключается в достижении хороших моющих эффектов без добавления триполифосфата натрия и других щелочных агентов.
(4) Другие соображения: Добавляйте соответствующие количества антиресорбционных агентов (таких как КМЦ), антислеживающих агентов (таких как п-толуолсульфонат натрия) и флуоресцентных отбеливающих агентов по мере необходимости.