طراحی سایت سورفکتانت

سورفکتانت ها عوامل پاک کننده فعالی هستند که سه نقش اصلی اجرا می کنند: در هر مولکول سورفکتانت دو حوزه وجود دارد: یک بخش قطبی یا سر آبدوست و یک بخش غیر قطبی یا چرب یا دم آب گریز.

یک اصل اساسی و مهم این است که مواد قطبی با مواد قطبی دیگر بر همکنش خوبی دارند و در مورد مواد غیر قطبی نیز همین طور است.

آب دارای کشش سطحی بالایی است که این خاصیت از ایجاد موج زیاد در سطح آن جلوگیری می کند (هوا – آب، آب – روغن، آب – جامد).

به محض این که سورفکتانت پیوند بین مولکول های آب را می شکند، کشش سطحی آب کاهش می یابد و آب می تواند معوج گردد و تعداد بیشتری از ملکول های سورفکتانت در نزدیکی سطح آب قرار می گیرند.

حال آب می تواند در سطوحی که قبلا خیس نشده بوده است مثل پارچه ها نفوذ و نشت کند.

شکل 1: سورفکتانت ها کشش سطحی آب را کاهش می دهند.

به طور معمول آب و روغن با یکدیگر مخلوط نمی شوند.

روغن یک ماده غیر قطبی است در حالی که آب قطبی است.

با این وجود در حضور مقادیر و غلظت های کافی مولکول های سورفکتانت، روغن می تواند به طور موثری در آب امولسیون شود.

بنابراین، بخش قطبی مولکول سورفکتانت جذب آب می شود و بخش غیر قطبی توسط چربی جذب می شود.

مولکول های سورفکتانت دور چربی جمع می شوند و وقتی به اندازه کافی زیاد باشند یک میسل (micelle) کروی تشکیل می دهند.

بخش های چربی که در میسل قرار می گیرند در آب به خوبی معلق می مانند.

فرایند تا زمانی که مقادیر کافی مولکول های سورفکتانت در دسترس هستند تا با باقیمانده های چربی بر همکنش دهند تکرار می شود.

شکل دو: عمل پاک کنندگی سورفکتانت ها مثال ها: سورفکتانت ها هم می توانند مشتقاتی از مواد نفتی، روغن سبزیجات یا چربی های حیوانی باشند و هم ترکیبی از همه این منابع.

سه نوع اصلی سورفکتانت وجود دارد که در شوینده های رخت و لباس مورد استفاده قرار می گیرد.

سورفکتانت های آنیونی، نانیونی و کاتیونی.

معمولا در مواد شوینده مخصوص شستن البسه رایج است که بیش از یک نوع سورفکتانت مورد استفاده قرار گیرد.

دلیل این امر تقویت عمل هر سورفکتانت توسط سورفکتانت دیگر است.

این عمل موجب می شود قدرت پاک کنندگی نسبت به زمانی که دو سورفکتانت به طور جداگانه عمل می کنند بالاتر رود.

با این وجود سورفکتانت های آنیونی و کاتیونی به دلیل داشتن بار مخالف ناسازگار هستند.

بیلدر ها عمل سورفکتانت ها را ارتقا می دهند.

برای مثال، انواع مختلف بیلدر ها برای نرم کردن آب مورد استفاده قرار می گیرند و به پخش شدن چرک کمک کرده و اجازه نمی دهند که چرک ها حتی در خارج از محلول شستشو رسوب کنند.

باعث قلیاییت محیط شستشو شده که این عمل به از هم پاشیدن و پاک شدن چرکی های پایه روغنی کمک می کند.

آب به طور طبیعی حاوی یون ها فلزی با بار مثبت (کاتیون) است.

غلظت های دو مورد از این کاتیون ها یعنی کلسیم Ca2+ و منیزیم Mg2+ تعیین کننده میزان سختی آب است.

Ca2+ و Mg2+ می توانند با سورفکتانت های آنیونی واکنش دهند و باعث شوند عملکرد این سورفکتانت ها کاهش یابد و بر روی پارچه رسوب کنند و یا در درون ماشین لباس شویی رسوب کنند.

Ca2+ پاک شدن لکه ها را مختل می کند زیرا با ذرات چرک پیوند داده و آن ها را به سطح پارچه می چسباند.

بنابراین آب سخت عمل سورفکتانت را مختل می کند.

شکل 3: بیلدر ها با یون های کلسیم و منیزیم آب پیوند می دهند.

جداسازی: بیلدر های محلول در آب که کمپلکس های محلولی از Ca2+ و Mg2+ تشکیل می دهند.

مشهورترین مثال آن سدیم تری پلی فسفات (STPP)، دیگر فسفات ها مثل تترا سدیم پرو فسفات و تترا پتاسیم پرو فسفات است.

برخی مثال های غیر فسفاتی عبارتند از سیترات ها، تادترات ها، سوکسینات ها، گلوکونات ها، پلی کربوکسیلات ها، اتیلن دی آمین، تترا اسیتک اسید یا ادتا (EDTA)، دی اتیلن تری آمین پنتا اسید (DTPA)، هیدروکسی اتیلن دی آمین تری اسیتک اسید (HEDTA) دی هیدروکسی اتیل گلیسین (DEG) و تری اتانول آمین.

ته نشین سازی: این نوع بیلدر ها محلول در آب هستند تا زمانی که با یون های Ca2+ و Mg2+ واکنش دهند و در محلول ته نشین شوند.

مثال اصلی از این گونه کربنات سدیم است.

تبادل یون: این بیلدر ها نامحلول در آب هستند و تولید کمپلکس نا محلول با Ca2+ و Mg2+ می کند.

مثال ها شامل زئولیت ها و سدیم دی سیلیکات است.

قلیاها PH آب محیط شستشو را افزایش می دهند که به شکسته شدن اجزای چربی و روغنی و اسیدی چرک و آلودگی کمک می کند.

با این وجود از آنجا که PH بالا می تواند به پارچه آسیب برساند، PH شوینده های لباس به دقت کنترل می شود.

آب در حالت طبیعی (PH=7) حاوی مولکول های آب است (شکل 4 را ببینید) آب شامل یک اتم اکسیژن است که با دو اتم هیدروژن پیوند تشکیل داده است.

با این مقادیر اندکی از مولکول های آب هستند (14-10×1) که به یون های H+ و OH- (ذرات باردار) شکسته می شود.

شکل 4: معادله تعادل (واکنش تعادل) تجزیه طبیعی مولکول های آب به یون را توصیف می کنند.

اگر یک ماده به آب اضافه شود به طوری که غلظت یون های H+ افزایش یابد، محلول آبی اسید تر می شود و PH کمتر از 7 می شود.

(شکل 5 را ببینید) و اگر ماده ای به آب اضافه شود که باعث شود غلظت OH- افزایش یابد محلول آبی قلیایی تر می شود و PH به بالاتر از 7 افزایش می یابد.

قلیاها در مواد شوینده باعث افزایش غلظت یون های OH- می شوند و بنابراین PH محیط شستشو را افزایش می دهند.

شکل 5: مقیاس PH چرک ها و آلودگی ها و سطوح پارچه به طور کلی دارای بار منفی هستند.

با یک افزایش یون های منفی در محلول، بار منفی سطح افزایش می یابد و چون بارهای همنام یکدیگر را دفع می کنند، حذف چرک و آلودگی از سطوح ساده تر می شود.

مثال ها: سدیم کربنات، سدیم بی کربنات، سدیم سیلیکات، سدیم سیترات، آمونیوم هیدروکسید می تواند برای افزایش PH شوینده ها مورد استفاده قرار گیرد.

عوامل ضد ته نشینی بار منفی روی سطح پارچه را افزایش می دهند به طوریکه سطح ذرات چرک را از خود می راند و دافعه ایجاد می کند.

زیرا هم چرک و آلودگی و هم سطح پارچه هر دو بار منفی دارند و بارهای همنام یکدیگر را دفع می کنند.

(شکل 6 را ببینید) شکل 6: عامل ضد ته نشینی یا ضد ترسیب CMC بر روی پارچه کربوکسی متیل سلولز (CMC) بر روی پارچه های کتانی موثر است.

پلی وینیل پیرولیدن(Polyvinyl pyrrolidone) بر روی پارچه های پشمی و سنتزی اثر بیشتری دارد.

پلی اتیلن گلایکول (PEG) و پلی وینیل الکل نیز می توانند به عنوان عوامل ضد ترسیب مورد استفاده قرار گیرند.

آنزیم ها مولکول های بزرگ مثل پروتئین ها، کربوهیدارت ها و چربی ها را به بخش های کوچکتر می شکند.

این بخش های کوچکتر هم می تواند محلول در آب باشد و هم می تواند از لحاظ سایز و قطبیت با سورفکتانت ها سازگار باشند در محلول معلق شوند.

آنزیم ها کاتالیزور هستند.

کاتالیزور ها سرعت واکنش شیمیایی را بدون این که در فرایند مصرف شوند افزایش می دهند.

بنابراین، تنها مقادیر اندکی از آنزیم نیاز است تا در شوینده های رخت شویی بکار رود زیرا آنزیم ها چندین و چند مرتبه می توانند کار کنند.

با این وجود این بدین معنا نیست که همان محلول مواد شوینده می توان دوباره و دوباره برای چندین مرتبه شستشو بکار رود.

اگر چه آنزیم ها همچنان فعال باقی می مانند مقادیر دیگر مواد اولیه کلیدی موجود در فرمولاسیون مقادیر چرک و آلودگی را که می تواند به کمک هر ماده اولیه در محلول شستشو معلق بماند را محدود می کند.

اکثر آنزیم ها در دمای بالا مثلا در حدود بالای 60 درجه سانتی گراد تخریب می شوند.

این آنزیم ها معمولا در آب گرم با دمای بالای 40 درجه سانتی گراد حداکثر تاثیر گذاری را دارند.

با این وجود برخی آنزیم ها در آب سرد بهتر عمل می کند.

آنزیم های مختلف می توانند انواع مختلف چرک و لکه ها را بشکنند.

برخی آنزیم ها لکه های پروتئینی را به ذرات کوچکی به نام لیپید می شکنند (برای مثال خون، محصولات لبنی، تخم مرغ، گوشت، گل و لکه ناشی از چمن) دیگر آنزیم ها کربوهیدرات هایی مانند گوجه، پاستا و برنج را به مولکول های کوچکتر به نام الیگوساکارید ها (oligosaccharides) و مونو ساکاریدها (monosaccharides) می شکند.

دیگر آنزیم ها چربی ها (یا لیپیدها) مثل کره و یا روغن را پاک می کند.

پس از شکسته شدن لکه ها و چرک ها توسط آنزیم ها مستقل از نوع لکه ها و یا آنزیم، تکه ها و ذرات شکسته شده توسط سورفکتانت ها در محلول معلق می شود.

برخی از آنزیم ها به گونه ای عمل می کنند که پارچه های کتانی را نرم کنند که این عمل به کمک جدا کردن الیاف سطحی پارچه انجام می شود.

یک کتان با سطح نرم و صاف اجازه نمی دهد ذرات چرک به سادگی بر روی الیاف رسوب نماید و به سادگی رها و آزاد بوده و آزادانه حرکت می کنند.

آنزیم ها به زدودن کرک و پرز) و ذرات تل پارچه کمک می کند.

سفید کننده های اکسیژن فعال به منظور بهبود بخشیدن به میزان سفید شوندگی و درخشان شوندگی پارچه ها لکه ها را از پارچه ها می زدایند.

این مواد سفید کننده برای استفاده از پارچه های رنگی و بدون آسیب رساندن به رنگ پارچه ها بسیار مناسب هستند.

سفید کننده های اکسیژن فعال با اکسیداسیون کردن لکه ها عمل می کند.

به این معنا که جز فعال سفید کننده از چرک الکترون می گیرند و نتیجه نهایی به شکل زیر است: ماده فعال یک سفید کننده اکسیژنی ماده هیدروژن پراکسید (آب اکسیژنه) می باشد.

عوامل آنتی باکتریال، که به عوامل ضد عفونی کننده و بهداشتی کننده نیز معروف هستند می توانند وابسته به میکروب کشی (کشنده میکرو ارگانیسم ها) و یا وابسته به پایداری میکروب ها (بازدارنده رشد میکروارگانسیم ها) باشند.

میکروارگانیسم ها شامل باکتری ها، قارچ ها و ویروس ها می شوند.

این عوامل از نقطه نظر بهداشتی پارچه ها را تمیز کرده و از پخش بیماری ها جلوگیری می کند و بوی ناشی از میکروارگانیسم ها را کاهش می دهند.

این عوامل می توانند از طرق مختلف عمل کنند.

برخی از آن ها با تشکیل دیواره های سلولی میکروبی یا ممبران و غشاهای سلولی اثرات میکروب کشی دارند.

برخی از آن ها با مداخله کردن در سنتز پروتئین های میکروبی، نوکلئیک اسیدها یا متابولیت های ضروری اخلال به وجود می اورند.

اثرات این مداخله به صورت میکروب کشی و یا پایدار کردن میکروب ها و ثابت نگه داشتن آن ها گردد.

کلرید های آمونیوم چهارگانه و الکل ها می توانند به عنوان عوامل ضد میکروب یا آنتی باکتریال مورد استفاده قرار گیرند.

نرم کنند های پارچه، سورفکتانت های کاتیونی هستند به این معنی که یک سر آن ها قطبی بوده و دارای بار مثبت است.

این سر مثبت به سر منفی سطح پارچه های باردار جذب می شود و در کنار پارچه و الیاف و فیبر ها می پیوندد.

هنگامی که سر مثبت به پارچه می پیوندد، دم روغنی از سطح بیرون می زند و احساس نرمی و لطافت و صافی پارچه را به دست انسان منتقل می کند.

لایه ای از مولکول ها بر روی سطح می تواند پارچه را به ویژگی های ضد آب بودن مزین کند.

شکل 7: مولکول های نرم کننده پارچه بر روی سطح پارچه ردیف می شوند.

عطرها علاوه بر ایجاد بو و رایحه دلپذیر بوی نامطبوع مواد شیمیایی و همچنین بوی چرک های محیط شستشو را خنثی می کنند.

آنها احساس و خلق و خوی مصرف کننده را بهبود بخشیده و عمل شستشو را تبدیل به عملی دلپذیر و خوشایند می کنند.

عطرها و رایحه ها مواد شیمیایی هستند که بوی آن ها برای انسان قابل تشخیص است.

یعنی انسان شامل صدها گیرنده حس بویایی است که مولکول های بو می تواند با آن ها پیوند دهد.

دقیقا مثل کلید در قفل، مولکول های با بوی خاص اگر شکل درستی نیز داشته باشند در گیرنده های خاص جا می گیرند.

به این پدیده "شناخت مولکولی" گفته می شود.

بنابراین بو به شکل و ساختار مواد شیمیایی وابسته است.

درخشان کننده های نوری انعکاس نور را از سطح پارچه افزایش می دهند و باعث می شود پارچه ها سفیدتر و درخشان تر به نظر برسند و کمک می کنند پارچه برای مدت طولانی تر نو به نظر برسد.

درخشان کننده های نوری ظاهرا رنگ های نامطلوب مثل زردی پارچه که با گذشت زمان به صورت طبیعی رخ می دهد را می پوشاند.

درخشان کننده های نوری این عمل را با اراده رنگ های مکمل انجام می دهد.

از آنجایی که نور می تواند طول موج های مختلفی داشته باشد و این نور انعکاس می یابد و پخش می شود، رنگ های مختلفی در طبیعت دیده می شود.

رنگی که دیده می شود از ترکیب همه طول موج های نور که به نور چشم می رسد حاصل می شود.

انسان تنها می تواند بخش کوچکی از همه طول موج های موجود نور را که معروف به طیف مرئی است مشاهده کند.

سفید ترکیبی از همه طول موج ها در طیف مرئی است.

در پایین طیف مرئی ناحیه فوق بنفش قرار گرفته است.

درخشان کننده های نوری به پارچه می چسبند نور ماورا بنفش را جذب می کنند و آن را به صورت نور آبی-بنفش می تابانند (شکل 8) نور آبی وقتی گسیل می شود با نور زرد گسیل شده توسط پارچه برهمکنش کرده و در نهایت یک ظاهر کلی سفید رنگ می دهد.

شکل 8: مولکول های درخشان کننده نوری نور UV را تبدیل می کند و منجر به ظاهر سفید پارچه می شوند.

نگهدارنده ها در حین انبارداری از گندیدن و فساد مواد شوینده جلوگیری می کند.

به طور کلی تنها در مایعات شستشو دهنده و پاک کننده مورد نیاز است.

کلیه ترکیبات آلی شوینده ها مثل سورفکتانت ها و آنزیم ها زیست تخریب پذیر هستند.

به این معنی که می توانند در محیط توسط باکتری ها شکسته شوند.

با این وجود، باکتری ها می تواند در ظروف مواد شوینده، رسوخ کنند و باعث گندیدگی آن ها در حین انبارداری شوند.

نگهدارنده های با کشتن باکتری ها از این پدیده جلوگیری می کنند.

گلوتارآلدئید و تترا سدیم اتیلن دی آمین تترا استیک اسید یا ادتا (EDTA) از جمله نگهدارنده ها هستند.

هیدروتروپ ها یا حل کننده ها ویژگی های ریزشی شوینده های مایع را به وسیله جلوگیری از تشکیل ژل یا جدا سازی آن ها در ته بطری را حمایت کرده و ثابت نگه می دارد.

هیدروتروپ ها مشابه سورفکتانت هایی که دارای دو سر هستند یک سر قطبی (هیدروتروپ) و سر غیر قطبی (هیدروفوبیک) دارند، هستند.

علیرغم این شباهت ها این مواد معمولا کوچکتر و نسبت به مولکول های سورفکتانت کمتر خطی هستند.

این مواد تشکیل میسل های سورفکتانت را در بطری منقطع می کند که می تواند باعث ساختار ژلی با ویسکوزیته بالا شود و فازهای نامحلول ایجاد کند.

در این راه اضافه کردن هیدروتروپ در شوینده های مایع به یکنواخت ماندن ترکیبات در شوینده مایع و بهبود ویژگی های ریزشی مورد نیاز جهت مصرف آسان کمک می کند.

انواع مختلفی از این مواد وجود دارد: برخی از حلال ها که امتزاج پذیر هستند قادر به حل کردن مواد اولیه در آب هستند.

این حلال ها ترکیبی یکنواخت در شوینده های مایع ایجاد می کند.

تنظیم کننده های کف از تشکیل کف طی فرایند شستشو جلوگیری می کنند.

علی الخصوص در ماشین های لباس شویی که از جلو بارگیری می شوند، انرژی مکانیکی از طریق برخورد دیواره های وان چرخان ایجاد می شود.

مقادیر زیاد کف اثر به هم خوردن را خنثی کرده و شستشو اثر لازم را ندارد.

تنظیم کننده های کف از تشکیل کف به وسیله پخش سورفکتانت ها در فصل مشترک هوا – آب و تشکیل حباب جلوگیری می کنند و یا باعث می شوند حباب های کف یا سدهای هیدروفوب تشکیل شده در محیط شستشو متلاشی شوند.

برای رخداد خوردگی، عوامل زیر برای تولید یک سلول گالوانیک نیاز است: در ماشین لباس شویی، کاتد و آند سطوح فلزی هستند که بین آن ها اختلاف بار وجود دارد حتی اگر این اختلاف بار لحظه ای باشد، سیم الکتریکی با سطوح فلزی بین این دو ناحیه تامین می شود و الکترولیت مخلوط آب و شوینده است.

جریان الکتریسته در این سل موجب خوردگی سطوح فلزی به مرور زمان می شود.

بازدارنده های خوردگی با جلوگیری و کاهش نواحی با اختلاف بار و تشکیل لایه ای نازک در آن محل نقش خود را ایفا می کنند.