شویندههای آنیونی
در میان مواد شوینده مصنوعی، انواع فعال آنیونی مهمترین هستند. مولکول مواد شوینده مصنوعی آنیونی فعال یک زنجیره کربنی طولانی است که یک گروه سولفو (SO3―) به آن متصل شده و قسمت دارای بار منفی (آنیونی) را تشکیل میدهد.
این زنجیره کربن باید به قدری ساختار یافته باشد که یک گروه سولفو بتواند به راحتی توسط فرآیندهای صنعتی (سولفوناسیون) متصل شود که ممکن است از اسید سولفوریک، اولئوم (اسید سولفوریک بخور)، تری اکسید گوگرد گازی یا اسید کلروسولفونیک استفاده کند.
مواد اولیه مورد استفاده در سنتز شویندههای آنیونی
الکلهای چرب مواد اولیه مهمی برای مواد شوینده مصنوعی آنیونی هستند. توسعه روشهای تجاری در دهه 1930 برای بدست آوردن این نیروها انگیزه بزرگی در تولید مواد شوینده مصنوعی ایجاد کرد. اولین الکلهای چرب مورد استفاده در تولید مواد شوینده مصنوعی از روغن بدن نهنگ یا دلفین پوزهبطری (روغن اسپرم) حاصل شد.
به زودی تلاشهایی برای استخراج این مواد از تری گلیسیریدهای ارزان قیمت (روغن نارگیل و هسته خرما و پیه) انجام شد. اولین فرآیند از این دست، روش Bouveault-Blanc در سال 1903 بود که مدتها در آزمایشگاهها استفاده میشد و از سدیم فلزی استفاده میکرد. از سال 1950 که قیمت سدیم به حد قابل قبولی رسید، از نظر تجاری امکان پذیر شد.
هنگامی که صنایع فرآوری شیمیایی فرآیندهای هیدروژناسیون با فشار بالا و سخت شدن روغن را برای روغنهای طبیعی ایجاد كردند، تولیدكنندگان مواد شوینده این روشها را برای كاهش روغن نارگیل، روغن هسته خرما و سایر روغنها به الكلهای چرب در پیش گرفتند. الکلهای چرب مصنوعی از اتیلن تولید شدهاند.
این فرآیند که به فرآیند آلفول معروف است از هیدرید دی اتیل آلومینیوم استفاده میکند. اندکی پس از جنگ جهانی دوم، ماده اولیه دیگری به نام آلکیل بنزن به مقدار زیاد در دسترس قرار گرفت که امروزه مهمترین ماده اولیه برای تولید مواد شوینده مصنوعی است. حدود 50 درصد کل شویندههای مصنوعی تولید شده در ایالات متحده و غرب اروپا بر اساس آن ساخته شدهاند.
گروه مولکولی آلکیل در گذشته معمولاً C12H24 (تتراپروپیلن) بوده که از پروپیلن گاز پتروشیمی بدست آمده است. این گروه مولکولی با واکنشی به نام آلکیلاسیون، با کاتالیزورهای مختلف، به بنزن متصل میشود و آلکیل بنزن را تشکیل میدهد. توسط سولفوناسیون، آلکیل بنزن سولفونات تولید میشود.
به صورت پودر و مایع به بازار عرضه میشود، دارای مواد شوینده و تمیز کنندگی بسیار خوبی است و کف بالایی تولید میکند. بر خلاف صابون و شویندههای مصنوعی مبتنی بر الکل چرب، یک اثر نامطلوب از سولفوناتهای آلکیل بنزن وجود داشته است که به سختی میتوان مقدار زیادی کف را که تولید میکنند، از بین برد.
این کف وقتی از شهرها عبور میکند از طریق فاضلابها به سیستمهای فاضلاب، سپس به رودخانهها و در نهایت به دریا میرسد، روی سطح فاضلاب باقی میماند. این امر باعث دشواریهای ناوبری رودخانه شده است. از آنجا که کف باعث تخریب بیولوژیکی مواد آلی در فاضلاب میشود، باعث ایجاد مشکلاتی در سیستمهای بازسازی آب فاضلاب میشود.
در کشورهایی که از آب فاضلاب برای آبیاری استفاده میشود، کف نیز یک مشکل بود. تحقیقات فشرده در دهه 1960 منجر به تغییر در مولکولهای آلکیل بنزن سولفونات شد. تتراپروپیلن که ساختاری منشعب دارد با یک گروه آلکیل متشکل از یک زنجیره کربن مستقیم جایگزین شد که باکتریها به راحتی شکسته میشوند.
ترکیبات آلی (الکلهای چرب یا آلکیل بنزن) با فرآیندی به نام سولفوناسیون به مواد شوینده فعال سطح آنیونی تبدیل میشوند. سولفاتاسیون اصطلاح دقیق شیمیایی است که از الکل چرب استفاده میشود و سولفوناسیون هنگام استفاده از آلکیل بنزن است.
روشهای اخیر سولفوناسیون انقلابی در صنعت ایجاد کرده است. اکنون از تری اکسید گوگرد گازی برای اتصال گروه سولفونات یا سولفات به طور گسترده استفاده میشود. تری اکسید گوگرد را میتوان با بخار شدن سولفوریک اسید انیدرید (SO3 مایع تثبیت شده) و یا با سوزاندن گوگرد و در نتیجه تبدیل آن به تری اکسید گوگرد بدست آورد.
واکنش شیمیایی اساسی برای یک الکل چرب است.
R در هر دو واکنش نشان دهنده یک رادیکال هیدروکربنی است. به دنبال آن، از محلول سود سوزآور برای خنثی سازی محصولات اسیدی واکنش استفاده میشود. شکل فوق اصول این فرآیند را نشان میدهد.
تحقیقات در مورد صنعت پتروشیمی باعث شده مواد شوینده مصنوعی آنیونی جدید، مانند ترکیبات پارافینی مستقیم سولفوناته – به عنوان مثال آلفا الفینها. پارافینها با استفاده از کاتالیزور کبالت رادیواکتیو با استفاده از دی اکسید گوگرد و هوا مستقیماً به سولفونات تبدیل شدهاند.
شویندههای غیر یونی
مهمترین مواد شوینده غیر یونی از طریق ترکیبات متراکم با داشتن یک گروه مولکولی آبگریز، معمولاً یک گروه هیدروکسیل (OH)، با اکسید اتیلن یا اکسید پروپیلن بدست میآیند. معمولترین ترکیبات یا آلکیل فنل یا یک الکل با زنجیره بلند است که دارای یک گروه هیدروکسیل در انتهای مولکول است.
در طی واکنش چگالش، مولکولهای اکسید اتیلن یک زنجیره تشکیل میدهند که به گروه هیدروکسیل پیوند میخورد. طول این زنجیره و ساختار آلکیل فنل یا الکل خصوصیات مواد شوینده را تعیین میکند. واکنش ممکن است به طور مداوم یا به صورت دستهای انجام شود.
این فرایند به شدت گرمازا است (تولید گرما)، و هم اتیلن و هم پروپیلن اکسید سمی هستند و به طور خطرناکی منفجره هستند. فقط در صورتی که تحت فشار باشند به صورت مایع هستند. از این رو، سنتز این مواد شوینده به تجهیزات ویژه، ضد انفجار و نظارت و کنترل دقیق، ماهرانه نیاز دارد.
مواد شوینده غیر یونی دیگر از اسیدهای چرب و آمینهای آلی متراکم میشوند. آنها به عنوان تثبیت کننده کف در آماده سازی مواد شوینده مایع و شامپوها مهم هستند. برخی از شویندههای مصنوعی غیر یونی ممکن است باعث ایجاد مشکلات کف ناخواسته در سیستمهای فاضلاب شوند. با این حال، مشکل به اندازه شویندههای مصنوعی آنیونی جدی نیست.
شویندههای کاتیونی
مواد شوینده کاتیونی حاوی یک کاتیون با زنجیره بلند است که مسئول خواص فعال در سطح آنها است. به صورت پودر، خمیر یا در محلول آبی به بازار عرضه میشوند، آنها دارای خواص مرطوب کننده، کف کننده و امولسیون کننده مهمی هستند اما مواد شوینده خوبی نیستند. بیشتر برنامهها در مناطقی است که نمیتوان از مواد شوینده آنیونی استفاده کرد.
از عوامل فعال کاتیونی به عنوان عوامل امولسیون کننده برای آسفالت در سطح جادهها استفاده میشود. انتظار میرود که این امولسیونها به زودی پس از استفاده “خراب” شده و یک لایه آسفالت چسبنده روی سطح سنگدانه رسوب کند. این عوامل به شدت روی مواد معدنی به ویژه روی سیلیکاتها جذب میشوند، بنابراین پیوند محکمی بین آسفالت و سنگدانه ایجاد میکنند. شویندههای کاتیونی نیز دارای خواص میکروبکش عالی هستند و در جراحی به صورت رقیق مورد استفاده قرار میگیرند.
شویندههای آمفولیتیک
از شویندههای آمفولیتیک برای اهداف خاص در شامپوها، مواد آرایشی و صنایع آبکاری استفاده میشود. در حال حاضر به مقدار زیاد مصرف نمیشوند.
شویندههای مصنوعی
بیشترین مقدار شویندههای مصنوعی به صورت پودرهای خشک شده با اسپری در خانه مصرف میشود. آنها از دوغاب آبی تولید میشوند که به طور مداوم یا به صورت دستهای تهیه میشود و شامل تمام اجزای سازنده است. مواد تشکیلدهنده، متشکل از برخی مواد قلیایی، تقریباً به طور جهانی در صابونهای لباسشویی وجود دارند.
این مواد باعث افزایش مواد شوینده میشوند. مهمترین آنها سیلیکات سدیم (شیشه آب)، کربنات سدیم (خاکستر سودا) و فسفاتهای مختلف هستند. دومی با کمک مواد مغذی که باعث رشد نامطلوب جلبکها و باکتریها میشود، به مشکل آلودگی فاضلاب کمک کرده و کارهای زیادی برای یافتن سازندههای قابل قبول انجام میشود که حداقل تا حدی فسفاتها را جایگزین کنند.
دوغاب در گرما اتمی میشود تا عملاً آب آن خارج شود. پودری که بدین ترتیب بدست میآید از ذرات توخالی موسوم به مهره تشکیل شده است که به سرعت در آب حل میشوند و عملاً عاری از گرد و غبار هستند. بخش دیگری از این ترکیبات به محصولات شوینده مایع تبدیل شده و در درجه اول برای شستن ظرفهای دستی استفاده میشود.
پربورات سدیم گاهی به مهرههای خشک شده با اسپری اضافه میشود تا با اکسیداسیون قدرت تمیز کردن را افزایش دهد. آنزیمها نیز ممکن است گاهی اضافه شوند. بسیاری از پودرهای لباسشویی مدرن مواد شوینده مصنوعی، آنیونی و غیر یونیک را با صابون ترکیب میکنند تا حداکثر بازده و کف کنترل شده را برای استفاده در ماشینهای لباسشویی خانگی فراهم کنند.
