Синтетические моющие средства: потребительские свойства, нормирование, безопасность и эффективность использования


Негосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Вологодский институт бизнеса»



Ф. А. Петрище, М. Н. Мальцева


Синтетические моющие средства: потребительские свойства, нормирование, безопасность и эффективность использования

Монография





Москва-Вологда 2014

УДК 620.2
ББК 30.609
     М21





    Петрище Ф. А.
        Синтетические моющие средства: потребительские свойства, нормирование, безопасность и эффективность использования: монография / Ф. А. Петрище, М. Н. Мальцева. - М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», 2014. - 150 с.

        ISBN 978-5-394-02503-7

        В монографии раскрываются потребительские свойства синтетических моющих средств, анализируются последствия моющего процесса и его воздействия на окружающую среду, проводится мониторинг потребления моющих средств и их содержания в природных объектах. Большое внимание уделено вопросам оптимизации расхода синтетических моющих средств при обеспечении отстирываемости. Специальный раздел посвящен проблемам оценки эффективности использования синтетических моющих средств.
        Для научных и практических работников, а также студентов вузов.






© Петрище Ф. А., Мальцева М. Н., 2014

Содержание

ВВЕДЕНИЕ ......................................................5
ГЛАВА 1. СИНТЕТИЧЕСКИЕ МОЮЩИЕ СРЕДСТВА И ИХ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ СВОЙСТВА.......................................8
1.1 Общая характеристика синтетических моющих средств .........9
  1.1.1 Компоненты синтетических моющих средств и их характеристика..........................................10
 1.1.2 Потребительские свойства синтетических моющих средств .13
  1.1.3 Классификация и характеристика поверхностно-активных веществ......................................................16
1.2 Последствия моющего процесса и его воздействия на окружающую среду ........................................................21
  1.2.1 Объемы расходования синтетических моющих средств в процессе стирки............................................21
 1.2.2 Характеристика моющего процесса........................26
 1.2.3 Синтетическое моющее средство как фактор отстирываемости..36
  1.2.4 Механические процессы, происходящие при стирке в стиральной машине .........................................42
  1.2.5 Воздействие поверхностно-активных веществ на окружающую среду ............................................46
1.3 Мониторинг потребления моющих средств и их содержания в природных объектах ............................................50
  1.3.1 Анализ роста потребления синтетических моющих средств и его предполагаемые последствия для окружающей среды .......51
  1.3.2 Анализ существующих методов определения поверхностно активных веществ................................................54
Выводы по главе 1 ...............................................61
ГЛАВА 2. ОПТИМИЗАЦИЯ РАСХОДА СИНТЕТИЧЕСКИХ
МОЮЩИХ СРЕДСТВ ПРИ ОБЕСПЕЧЕНИИ ОТСТИРЫВАЕМОСТИ ..............................................63
2.1 Поиск путей разработки методики определения остаточных концентраций поверхностно-активных веществ на стираемых объектах.63
2.1.1 Анализ нормативного документа ГОСТ 22567.15-95 Средства
моющие синтетические. Метод определения моющей способности ...64

3

2.1.2 Анализ нормативного документа ГОСТ Р 51021-97 Товары бытовой химии. Метод определения смываемости с посуды..............68
2.2 Анализ покупательских предпочтений при выборе синтетических моющих средств и осуществлении процесса стирки ............70
2.3 Методика определения остаточных концентраций поверхностноактивных веществ ..........................................77
Выводы по главе 2 .........................................84
ГЛАВА 3. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДИКИ...................................................86
3.1 Исследование остаточной концентрации синтетических моющих средств на текстильных изделиях............................86
 3.1.1 Планирование эксперимента...........................86
 3.1.2 Построение градуировочного графика..................89
  3.1.3 Разработка процедуры стирки для определения остаточной концентрации синтетических моющих средств ................93
  3.1.4 Определение времени экстракции водой образцов, подвергнутых стирке для определения остаточной концентрации СМС .......95
  3.1.5 Анализ результатов эксперимента по снижению нормы расходов синтетических моющих средств для стирки в быту ...........97
3.2 Исследование моющей способности синтетических моющих средств .... 99
  3.2.1 Классификация потребительских свойств синтетических моющих средств ..................................................99
 3.2.2 Подбор оптимальной загрязняющей смеси..............104
 3.2.3 Обоснование выбора оптического метода измерения.....107
  3.2.4 Анализ результатов эксперимента проведенного с использованием разработанной загрязняющей смеси. Определение возможности
 сокращения использования ПАВ ............................109
  3.2.5 Зависимость отстирываемости от массы синтетического моющего средства, используемого для стирки.......................113
 3.2.6 Определение эффективности предложенной методики ...114
Выводы по главе 3 ........................................118
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ...............................................119
ПРИЛОЖЕНИЯ ...............................................121
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .................................137

4

                ВВЕДЕНИЕ





    На современном этапе развития науки и техники в жизни человека значительное место занимают вещества, полученные химическим путем. В частности, в моющем процессе участвуют все компоненты синтетических моющих средств (СМС), но наиболее опасными являются поверхностно-активные вещества (ПАВ). В процессе эксплуатации изделий из текстильных материалов происходит загрязнение поверхности волокон, а при удалении этих загрязнений при химической чистке или обработке в водных растворах синтетических моющих средств утрачиваются полезные свойства тканей. Процессы удаления загрязнений с поверхности волокон текстильных материалов, связаны с адсорбцией поверхностно-активных веществ на волокнах, частицах и каплях гидрофобных и гидрофильных загрязнений. В процессе адсорбции молекулы ПАВ, закрепляются на текстильном волокне, и после стирки и сушки в ходе эксплуатации изделий частично попадают как в виде пылевидных частиц в окружающую среду, так и вместе со сточной водой в природные водоемы. Однако отсутствие научно обоснованного теоретического обеспечения процесса адсорбции компонентов СМС на текстильных изделиях, практически обоснованных методик оценки эффективности их использования в моющем процессе затрудняет проведение мониторинга остаточных концентраций поверхностно-активных веществ.
    Научные исследования, направленные на изучение вопроса влияния ПАВ на организм человека и окружающую среду, позволили выяснить зависимость между их концентрацией и степенью негативного воздействия на живой организм. Вместе с тем статистические данные свидетельствуют о повышении объемов производства и потребления синтетических моющих средств, что является косвенным признаком возрастания воздействия ПАВ, как основных компонентов СМС на окружающую среду. Состав современных моющих средств обеспечивает высокую эффективность стирки за счет введения в моющие средства поверхностно-активных веществ, содержащих в молекуле ароматиче

5

ское кольцо. Однако именно такие соединения проявляют токсичное действие.
    В связи с этим возникает следующая ситуация: информированный рекламой покупатель стоит перед выбором приобретения эффективного, но экологически опасного синтетического моющего средства, либо экологически разлагаемого средства (хозяйственное мыло, «Новость» на основе алкилсульфоната натрия и др.), но при этом потратить большие усилия для достижения необходимого результата в моющем процессе.
    Отсюда возникают существующие противоречия:
• между возрастающей ролью СМС в моющем процессе и отсутствием системы мониторинга, определяющей не только ПДК компонентов СМС в сточных водах, но и количество указанных веществ, остающихся на предметах, подвергаемых воздействию моющих средств;
• между усложняющимся компонентным составом моющих средств, с привлечением токсичных веществ для повышения эффективности стирки и в то же время завышение норм использования полученных опасных составов, так же для улучшения качества стирки;
• между теоретически обоснованной зависимостью степени негативного действия компонентов СМС на живой организм от их концентрации и времени воздействия и вместе с тем отсутствия методики определения остаточной концентрации компонентов синтетических моющих средств;
• в то же время отсутствуют исследования по количественной оценке рекомендаций производителей по нормам использования синтетических средств в моющем процессе.
    Ученых, которые уделяют большое внимание изучению товароведения непродовольственных товаров достаточно много: Петров П.П., Церевитинов Ф.В., Склянников В.П., Ильин С.Н., Брозовский Д.И., Беседин А.Н., Капица Г.П., Петрище Ф.А., Ходыкин А. П., Сыцко В.Е., Шепелев А. Ф., Кутянин Г. И, Алексеев Н. С, Ещенко В. Ф. и др.
    Исследования процессов производства и применения моющих средств изложены в монографиях Ребиндера П.А., Тютюнникова Б.Н.,

6

Маркина З.М., Демченко П.А., Журавлева А.М., Неволина В.Ф., Штю-пеля Г., Вилковой С.А., Дмитриева С.А., Лифица И.М., Шенфельда Н., и др.
    Конкретно вопросами изучения моющего процесса занимались: Аб-рамзон А.А., Агеев А.А., Волков В.А., Корецкий А.Ф., Кофанов В.И., Жельвис Е.Ф., Кривоносов М.В., Халанский А.А., Лобачев А.Л., Колотвин А.А., Межлумова Р.П., Орлова А.О., Чирков И.Н., Якимчук О.Д., и др.
    Кроме того, вопросы воздействия компонентов синтетических моющих средств на окружающую среду разрабатывались Березовским В.А., Волощенко О.И., Мудрым И.В., Егоровой О.С., Потемкиной О.Л. и др.

7

ГЛАВА 1

СИНТЕТИЧЕСКИЕ МОЮЩИЕ СРЕДСТВА И ИХ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ СВОЙСТВА



     Синтетические моющие средства (СМС) начали широко применяться в России с 1960-ых годов. Первый синтетический моющий порошок "Новость" был выпущен в 1953 г. Сейчас объемы использования СМС неумолимо возрастают, и, несмотря на многочисленные данные о негативном влиянии их компонентов на здоровье человека и окружающую среду, представить себе жизнь без моющих средств невозможно, так как они значительно облегчают и ускоряют процессы стирки и уборки.
     Современные СМС представляют собой многокомпонентные смеси, главный компонент которых - поверхностно-активные вещества (ПАВ). В водном растворе ПАВ смачивают частицы загрязнений, разрушают их связь с поверхностью ткани, раздробляют до мельчайших частиц коллоидных размеров, которые переходят в водный раствор в виде эмульсии (жидкие капельки) или суспензии (твердые частицы). Заряженные частицы загрязнений стабильно сохраняются в мыльном растворе, а образующаяся пена и пузырьки воздуха позволяют им всплывать на поверхность. Специальные вещества в составе СМС предохраняют ткани от повторного оседания частиц загрязнения -ресорбции.
     Состав синтетического моющего средства связан с его назначением и типом ткани, для стирки которой оно предназначено. Развитие ассортимента СМС осуществляется в направлении индивидуализации типа ткани (волокна): например, только для шерстяных, или только для синтетических и т.п.
     Синтетические моющие средства относятся к средствам бытовой химии, гигиенический сертификат, обеспечивающий безопасность для потребителя, для них не требуется. Требования к средствам для чистки 8

унитазов, для мытья посуды, для стирки текстильных изделий - одни и те же. Производители могут подвергнуть свою продукцию испытанию на безопасность, но добровольно. Полный и точный состав СМС не указывается в маркировке, что затрудняет исследование их влияния на окружающую среду.
     Проводятся испытания воздействия различных видов синтетических моющих средств на организм человека и окружающую среду, которые доказывают необходимость сокращения использования химических веществ. Но методы, разработанные для контроля концентрации СМС, в большинстве своём определяют содержание поверхностно-активных веществ (как наиболее пагубно влияющих) в сточных водах, кроме того, недостаточно разработан вопрос определения количества компонентов СМС, оставшихся на предметах и вещах подвергнувшихся воздействию моющего средства, так называемой остаточной концентрации. Также тестированные методики определения ПАВ могут быть изменены в соответствии с современными новациями в развитии техники.




                1.1 Общая характеристика синтетических моющих средств




     Современный ассортимент синтетических моющих средств способен удовлетворить желания самого требовательного потребителя. Зачастую в арсенале хозяек имеются аналогичные по компонентному составу и назначению средства, отличающиеся лишь эргономичностью упаковки или видом отдушки, которые используются совместно или последовательно. Наиболее важные свойства каждый потребитель определяет самостоятельно, и зачастую предпочтение отдается второстепенным потребительским свойствам (эстетичность упаковки, запах, цвет) и совершенно не принимаются во внимание свойства обеспечивающие безопасность и эффективность, такие как состав, объемы дозирования, биоразлагаемость. Данный параграф имеет целью изучение и анализ ассортимента, потребительских свойств, и компонентов синтетических моющих средств.

9

                1.1.1 Компоненты синтетических моющих средств и их характеристика





     Прогресс науки и техники способствовал уходу в прошлое мыла хозяйственного и составов на его основе. Промышленность освоила производство синтетических моющих средств, обладающих более высокой эффективностью и экономичностью.
     Процесс появления новых моющих средств протекает достаточно быстро за счет введения в состав синтетических моющих средств новых моющих компонентов. Тем не менее, появление значительного количества различных наименований средств без существенного отличия их потребительских свойств не отвечает интересам покупателей [55]. Проведенный обзор литературы не противоречит этому.
     Современные синтетические моющие средства имеют сложный состав, который представлен в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Состав современных синтетических моющих средств

            Компонент СМС                       Функция          
ПАВ натриевых солей сульфированных    Снижение поверхностного навысокомолекулярных спиртов или        тяжения раствора, повышение
сульфированных парафиновых углево-    смачиваемости загрязненного
дородов                               текстильного материала     
Карбонат и бикарбонат натрия, силика-                            
ты натрия, фосфаты различного соста-  Улучшение моющих свойств   
ва, сульфат, хлорид натрия,                                      
Соли перекисных кислот, перборат и    Отбеливание, дезинфекция   
перкарбонат натрия                                               
Карбоксиметилцеллюлоза                Предотвращение ресорбции   
Гидротропы (кумол- и ксилолсульфо-    Увеличение растворимости   
нат, карбамид, низшие спирты)         ПАВ в воде                 
                                      Удаление белковых загрязнеФерменты                              ний                        
Гексахлорофен, трихлоркарбанилид,     Бактерицидное действие     
Алкилоламиды                          Стабилизация пены          
Глицерин, силикон, аллантоин, расти-  Смягчающее действие на ко- 
тельные экстракты                     жу рук                     

10

     Основу моющего средства составляют поверхностно-активные вещества: анионоактивные (подвергаются электролитической диссоциации с образованием катионов и анионов) и неионогенные (не распадаются на ионы).
     Широта ассортимента синтетических моющих средств (гранулированные, пасты, жидкости) обусловлена тем, что они содержат активную часть в виде натриевых солей сульфированных высокомолекулярных спиртов или сульфированных парафиновых углеводородов и большое количество различных добавок, необходимых для придания им требуемых потребительских свойств. Состав синтетических моющих веществ (СМВ) можно представить в виде следующих общих химических формул:

R-O~SO₃Na и R-SO₃~Na,

где R может быть как углеводородным радикалом с открытой цепью «алкил» (рисунок 1.1, I), так и углеводородным радикалом циклического строения «алкиларил» (рисунок 1.1, II) [1].
     СМВ имеют на одном конце гидрофобную часть в виде довольно длинной углеводородной цепи (10-18 углеродных атомов), а на другом конце - гидрофильную группу (в виде сульфогруппы) [10]:

[CH₃-CH₂-CH₂-CH₂.. .CH₂HSO₃Na].

     Моющие вещества, в состав которых входит неразветвленный углеводородный радикал, являются биологически разлагаемыми веществами, и, попадая в окружающую среду, могут быть переработаны микроорганизмами. Однако эффективность их действия при стирке ниже, чем у моющих веществ в состав, которых входит радикал «алкиларил», который в свою очередь, имея в составе бензольное кольцо, является очень устойчивой структурой.


11

     Основная задача СМВ обеспечить хорошую смачивающую способность при стирке. Структура молекул моющего вещества понижает поверхностное натяжение воды, улучшая тем самым смачивающую способность раствора [115, 124]. Поверхностная активность зависит от структурных особенностей молекул ПАВ. Полярная (гидрофильная) часть молекулы моющего средства осуществляет растворимость мыла в воде, тогда как неполярная (гидрофобная) часть тормозит растворение и стремится вытеснить молекулу СМС из моющего раствора на поверхность [33]. С увеличением длины углеводородной цепи понижается растворимость.


I) стеарат натрия; II) алкилбензолсульфонат натрия линейный (сульфонол)
Рисунок 1.1 - Строение углеводородного радикала
     Для повышения эффективности в СМС добавляют неорганические соли: триполифосфат натрия, силикат натрия, сульфат натрия, пероксоборат (перборат) и пероксокарбонат (перкарбонат) натрия 12