Принципы разработки рецептур моющих средств

В условиях стремительного роста промышленной экономики нашей страны сектор промышленной очистки переживает бурное развитие. Эффективность промышленной очистки определяется не только технологическим процессом, но и выбором чистящего средства. Учитывая широкий ассортимент доступных моющих средств и ужесточение экологических норм, вопрос подбора сырьевых компонентов привлекает всё больше внимания. Настоящая статья посвящена выбору поверхностно-активных веществ для водных моющих средств; на основе сравнения различных параметров можно подобрать наиболее подходящее ПАВ для конкретной системы, обеспечивая высокую эффективность и экологическую безопасность.

Как следует из названия, промышленная очистка — это процесс удаления загрязнений (грязи) с поверхности основы, накопившихся в результате физических, химических или биологических процессов, с целью восстановления первоначального состояния этой поверхности. На промышленную очистку в основном влияют три фактора: технологии очистки, оборудование для очистки и чистящие средства.
I. Технологии очистки
(1) Химическая очистка: к ней относятся такие распространённые методы, как кислотная, щелочная и растворительная очистка. Эти методы обычно требуют применения специального оборудования для очистки в сочетании с соответствующими чистящими средствами. В рамках стандартных промышленных операций химическая очистка на протяжении длительного времени занимает доминирующее положение благодаря своей низкой стоимости, высокой скорости и удобству.
(2) Физическая очистка: к ней относятся такие методы, как очистка водой под высоким давлением, очистка с помощью воздушной аэрации, ультразвуковая очистка, очистка электрическими импульсами, дробеструйная обработка, пескоструйная обработка, очистка сухим льдом и механическая очистка скребком. Эти методы в основном основываются на использовании специального оборудования, работающего с рабочими средами — водой или твёрдыми частицами. Хотя они весьма эффективны, соответствующее оборудование часто бывает дорогостоящим, а эксплуатационные расходы значительны.
(3) Биологическая очистка: данный метод основан на каталитическом действии микроорганизмов. Он широко применяется для обработки текстильных изделий и очистки трубопроводов; однако его использование несколько ограничено из‑за специфических требований к каталитической активности соответствующих биологических ферментов. Промышленные моющие средства классифицируются по различным признакам; среди распространённых категорий — средства на водной, полуводной и растворительной основе. В условиях растущего экологического сознания растворительные моющие средства постепенно выводятся из обращения, тогда как средства на водной основе завоёвывают всё большую долю рынка. По уровню pH водные моющие средства подразделяются на щелочные, кислотные и нейтральные. Современные моющие средства развиваются в направлении экологичности, высокой эффективности, энергосбережения и экономической целесообразности. Эта тенденция предъявляет следующие требования: водные моющие средства должны заменять традиционные растворительные; их формулы должны быть лишены фосфора, содержать минимальное или нулевое количество азота и не включать тяжёлые металлы или другие вещества, наносящие вред окружающей среде; необходимо стремиться к концентрации (для снижения транспортных расходов), многофункциональности и специализации; условия применения должны быть удобными, желательно позволяющими использовать средства при комнатной температуре; а производственные затраты должны оставаться низкими, чтобы минимизировать расходы конечного потребителя.

II. Принципы разработки формуляций моющих средств на водной основе. Перед составлением формулы загрязнения, как правило, классифицируют. Распространённые загрязнения можно разделить в зависимости от требуемого метода очистки:
(1) Загрязнения, растворимые в кислотных, щелочных или ферментных растворах: такие загрязнения легко удаляются; для их прямого удаления можно подобрать соответствующие кислоты, щелочи или ферменты. (2) Водорастворимые загрязнения: к ним относятся, например, растворимые соли, сахара и крахмалы; их можно растворить и смыть с поверхности субстрата путём погружения в воду, ультразвуковой очистки или распыления.
(3) Вододиспергируемые загрязнители: к ним относятся цемент, гипс, известь и пыль; они могут быть смочены, диспергированы и суспендированы в воде для последующего удаления с использованием механической силы очистительного оборудования, водорастворимых диспергентов и проникающих средств.
(4) Нерастворимые в воде загрязнения: к ним относятся масла, смазки и воски; для их удаления необходимо приложить внешнее воздействие, использовать добавки и эмульгаторы, чтобы осуществить такие процессы, как эмульгирование, омыление и диспергирование, — в результате они отделяются от поверхности подложки и удаляются в виде дисперсии. Однако загрязнения редко встречаются в чистом виде; чаще всего они адсорбируются на поверхности подложки или проникают в её глубь в виде сложных смесей. Под действием внешних факторов они могут подвергаться ферментации, разложению или развитию плесени, что приводит к образованию ещё более сложных загрязняющих веществ. Независимо от того, являются ли они реактивными загрязнителями, образующимися за счёт химических связей, или адгезионными загрязнителями, формирующимися посредством физических взаимодействий, процесс очистки, как правило, включает четыре ключевых этапа: растворение, смачивание, эмульгирование/диспергирование и хелатирование.

III. Подход к разработке формуляции моющего средства на водной основе
1. Выбор системы. Распространённые системы моющих средств на водной основе делятся на три категории: нейтральные, кислотные и щелочные. Нейтральные моющие средства применяются преимущественно для поверхностей, чувствительных к воздействию кислот и щелочей; процесс очистки основывается на синергетическом сочетании вспомогательных моющих компонентов и поверхностно-активных веществ, позволяющем удалять загрязнения с поверхности подложки.
Кислотная очистка обычно применяется для удаления ржавчины и накипи с металлических поверхностей. Средства‑помощники в кислых условиях ограничены; процесс в основном заключается в реакции кислоты с ржавчиной или накипью, что приводит к отслаиванию загрязнений, тогда как вспомогательные вещества и ПАВ эмульгируют и диспергируют освободившиеся загрязнения, обеспечивая требуемый эффект очистки. К распространённым кислотам относятся азотная, соляная, серная, фосфорная, лимонная, щавелевая, уксусная, метансульфоновая, додецилбензолсульфоновая и борная кислоты. Щелочная очистка — наиболее широко используемый метод в промышленной чистке; поскольку щёлочи способны омылять растительные масла, образуя гидрофильные мыльные продукты, они весьма эффективны для удаления жировых загрязнений.
К распространённым щелочам относятся гидроксид натрия, гидроксид калия, карбонат натрия, водный аммиак и алканоламины.

2. Выбор вспомогательных средств: В промышленной очистке добавки, повышающие эффективность очистки, называют «вспомогательными средствами для очистки». К ним относятся комплексообразователи и диспергирующие агенты, ингибиторы коррозии, пеногасители, биоциды/консерванты, ферментные препараты и стабилизаторы pH. Распространённые добавки подразделяются на следующие основные категории: комплексообразователи и диспергирующие агенты: фосфаты (пирофосфат натрия, триполифосфат натрия, метафосфат натрия, фосфат натрия и др.), органофосфонаты (ATMP, HEDP, EDTMP и др.), алканоламины (триэтаноламин, диэтаноламин, моноэтаноламин, изопропаноламин и др.), аминокарбоксилаты (NTA, EDTA и др.), гидроксикарбоксилаты (цитраты, тартраты, глюконаты и др.), полиакриловая кислота и её производные (малеиново‑акриловые сополимеры) и др.; ингибиторы коррозии: оксидные — образующие оксидную плёнку (хроматы, нитриты, молибдаты, вольфраматы, бораты и др.), осадкообразующие — образующие осадочную плёнку (фосфаты, карбонаты, гидроксиды и др.), адсорбционные — образующие адсорбционную плёнку (силикаты, органические амины, органические карбоновые кислоты, нефтяные сульфонаты, тиомочевина, уротропин, имидазолы, тиазолы, бензотриазол и др.);
Пеногасители: на основе силикона, модифицированные полиэфиром силиконы, пеногасители без силикона и др.

3. Выбор поверхностно-активных веществ
Поверхностно-активные вещества играют ключевую роль в промышленной очистке: они снижают поверхностное натяжение системы и повышают проникающую способность продукта, что позволяет чистящему средству быстро проникать в загрязнения. Кроме того, они обеспечивают диспергирование и эмульгирование масел и жиров, удаляемых в процессе очистки. Распространённые поверхностно‑активные вещества подразделяются на следующие основные группы: Неполярные (неионогенные): алкилфенолэтилоксилаты (серии NP/OP/TX), жирные спирты‑этилоксилаты (серия AEO), разветвлённые спирты‑этилоксилаты (серии XL/XP/TO), вторичные спирты‑этилоксилаты (серия SAEO), полиоксиэтилен‑полиоксипропиленовые эфиры (серии PE/RPE), алкилполиоксиэтилен‑полиоксипропиленовые эфиры, концево‑законченные полиоксиэтиленовые эфиры, этоксилаты жирных кислот (EL), этоксилаты жирных аминов (AC), этоксилаты ацетиленовых диолов, алкилполигликозиды и др.; Анионные: сульфонаты (алкилбензолсульфонаты/LAS, альфа‑олефинсульфонаты/AOS, алкилсульфонаты/SAS, сукцинатные сульфонаты/OT, сульфонаты эфиров жирных кислот/MES и др.), сульфаты (K12, AES и др.), фосфаты (алкилфосфаты, фосфаты жирных спиртов‑этилоксилатов, фосфаты алкилфенол‑этилоксилатов и др.), карбоксилаты (соли жирных кислот и др.); Катионные: четвертичные аммониевые соли (1631, 1231 и др.); Зwitterионные: бетаины (BS, CAB и др.), аминокислоты; оксиды аминов (OB и др.), имидазолины.

Содержание и изображения, представленные в данной статье, взяты из сети; права на них принадлежат их авторам. В случае нарушения авторских прав просим связаться с нами для удаления материалов. Настоящая статья предназначена исключительно для обмена общими сведениями; она не является коммерческой рекламой или промо‑материалом какого‑либо продукта или услуги, и никаких доходов от неё не получено.