دانلود مقاله انواع دترجنت ها و کاربرد آن ها

انواع دترجنت ها و کاربرد آنها

مقدمه ای بر سورفکتانتها

سورفکتانت:

کلمه Surfactant مخفف عبارت، AgeNT، ACTive، SURFace می باشد.

ملکول سورفکتانت شامل دو قسمت مجزای ساختمانی است، یک قسمت آبدوست (چربی گریز) و یک قسمت آبگریز (چربی دوست).

قسمت آب گریز (چربی دوست) اکثر سورفکتانتها شامل یک زنجیر هیدروکربنی است که معمولاً طول متوسط آن از 12 تا 18 اتم کربن است و ممکن است شامل یک حلقه آروماتیک باشد.

در شکل (1-3) چگونگی عمل سورفکتانت در یک محلول نشان داده شده است ملاحظه می شود که سر آبدوست به سمت آب جهت گیری کرده و سر آب گریز به سمت خارج آب جهت گیری نموده است. به همین سبب است که سورفکتانها در سطح تجمع پیدا می کنند و آنرا تحت تاثیر خود قرار می دهند.

شکل (1-3): جهت گیری ملکولهای سورفکتانت در سطح تماس هوا با یک محلول

در شکل (2-3) بصورت شماتیک گروه آبدوست و آب گریز نمایش داده شده است. (گروه آبگریز در سمت چپ و گروه آبدوست در سمت راست).

در توده مایع ملکولهای سورفکتانت به فرم: micelle هایی جمع می شوند که نمایش دیاگرامی فرم کروی یک micelle در شکل (3-3) نشان داده شده است:

استفاده اصلی سورفکتانتها برای ساخت دترجنت ها است، بدون اغراق هزاران ترکیب از آن بصورت، پودرها، ژلها، محلولها و خمیرها فرموله شده و فروخته می شوند.

برای اپتیمم کردن قدرت پاک کنندگی قسمت غیرآبدوست که همان ملکول هیدروکربن است باید در رنج  ترکیبات بالای  عموماً حلالیت کم دارند و ترکیبات زیر  فرم Micelle موثر ندارند.

ویژگیهای سورفکتانتها:

سورفکتانتها مواد شیمیایی هستند که شش ویژگی بنیادی زیر را دارا هستند:

جذب بین سطحی:

غلظت تعادلی یک ماده فعال سطحی در سطح تماس دو فاز بیشتر از غلظت آن در کل فضای هر یک از فازهاست. به این دلیل است که مقادیر کم این مواد می‌تواند کشش سطحی را به مقدار زیادی کاهش دهد.

ساختار دو گونه خواه:

ملکول هر ماده فعال سطحی حاوی گروه های دارای تمایل متضاد در انحلال پذیری است. یعنی برخی گروهها به حل شدن در فاز قطبی متمایل هستند، و گروههای دیگر به انحلال در فازهای غیر قطبی تمایل دارند. این ویژگی را با ضریب موازنه آبخواهی چربی خواهی (HLB) بیانی می کنند.

3-انحلال پذیری:

یک ماده فعال سطحی باید حداقل در یک فاز مربوط به یک سیستم مایع انحلال پذیر باشد تا بتوان آنرا ماده فعال سطحی نامید.

4- توانایی تشکیل Micelle:

ملکولها یا یونهای مواد فعال سطحی حل شده، وقتیکه غلظت آنها در محلول یک مایع به یک مقدار حداقل برسد، انبوهه های کوچکی بنام micelle بوجود می آورند.

5- جهت گیری در سطح تماس دو مایع:

ملکولها یا یونهای فعال سطحی در سطح تماس دو فاز مایع و گاز لایه منظمی که در آن ملکولها بطور منظم جهت گیری کرده اند بوجود می آورند.

6- خواص اصلی:

محلول مواد فعال سطحی باید چند نوع از اینگونه خواص را دارا باشد، این خواص عبارتند از: زدایش (شویندگی)، کف کنندگی خیس کنندگی، امولسیون کنندگی، حل‌کنندگی و پخش کنندگی.

دسته بندی سورفکتانتها:

تعداد ملکولهای سورفکتانت مختلف که در زمانهای مختلف ساخته شده اند یا ساخته خواهند شد به صدها یا حتی ممکن است به هزارها برسد و این تعداد در تئوری ممکن است به میلیونها ملکول سورفکتانت برسد.

در فهرست و دسته بندی سورفکتانتها که در ادامه آورده می شود، R ممکن است بصورت 12 تا 18 اتم کربن درنظر گرفته شود.

زنجیرهای هیدروکربنی که از روغنهای گیاهی یا چربیهای حیوانی بدست می آیند شامل تعداد زوجی از اتمهای کربن می باشند ولی زنجیرهای هیدروکربنی از منابع پتروشیمیایی شامل تعداد زوج و فردی از کربن می باشند.

الف – دترجنت های آنیونی:

دترجنت های آنیونی دسته ای از شوینده ها هستند که هنگامیکه در آب حل می شوند تولید یک آنیون بزرگ می کنند که آنیون دارای یکطرف آبدوست و یک طرف چربی دوست می باشد.

شکل (4-3) شماتیک یک دترجنت آنیونی را نشان می دهد.

طرف آبدوست این دترجنت ها عبارتند از: سولفاتها، هیدروکربنهای سولفونه شده، استرهای سولفونه شده، آمیدهای سولفونه شده، کربوکسیلاتها و فسفاتها و بخش غیرآبدوست آنیون می تواند آلیفاتیک، سیکلوآلیفاتیک یا آروماتیک باشد.

کاتیونهایی که استفاده خواهند شد شاید بیشتر و  و تری اتانل آمونیوم  می باشند اما یونهای  و  و دیگر آلکانول آمونیومها نیز وجود دارند.

سولفوناتهای پتروشیمیایی ممکن است حتی دارای یونهای  و  نیز باشند.

در ضمن مواد ویژه ای وجود دارند که دارای کمپلکسهای کاتیونی آلی دیگری نیز می‌باشند.

دترجنت آنیونی ارزان ترین گروه سورفکتانتها هستند و از نظر تجاری بیشترین فروش را دارا می باشند.

انوع دترجنت های آنیونی:

آلکیل آریل سولفوناتها:

اینها اولین و مهمترین و پرمصرف ترین پاک کننده های آنیونی می باشند و نزدیک به 65 درصد کل مواد که بعنوان پاک کننده مصرف می شوند در این طبقه قرار دارند. البته این اهمیت تنها بدلیل خاصیت پاک کنندگی بسیار خوب آنها نبوده بلکه بیشتر مربوط به این است که مواد خام آنها آسانتر و ارزانتر بدست آمده و روش تولید آنها آسانتر است. معروفترین ترکیبات این دسته دودسیل بنزل سولفونات یا پروپیلن تترامربنزن سولفونات یا دی دی باس و دو دسیل بنزن سولفونات زنجیری یا آلکیل سولفونات خطی (LABS) می باشند.

دلیل اینکه بعضی ممالک هنوز هم دودسیل بنزن را ترجیح می دهند و آنرا تولید می‌کنند، آسانی و ارزانی تولید آن و عدم احتیاج به کلریناسیون است. هسته حلقوی فرمول در این گروه معمولاً بنزن و گاه نفتالن، گزیلن و یا تولوئن است.

وقتی نفتالن به این منظور مورد استفاده قرار می گیرد، ریشه آلیفاتیک می تواند تا حد پروپیل کوچک شود و هنوز ترکیب سولفوناته خاصیت مرطوب کنندگی و شویندگی ضعیف را دارا می باشد.

بدین ترتیب هرچه بنیان حلقوی بزرگتر باشد، ریشه آلیفاتیک کوچکتری را نیاز خواهیم داشت.

هنگامیکه صحبت از دو دسیل بنزن می شود، منظور ترکیبی است که در ریشه آلیفاتیک هیدروکربنهایی با تعداد کربنهای بین 10 تا 14 دارد که قسمت اعظم آن 12 کربنی و وزن ملکولی متوسط آن 246 است.

لازم به ذکر است که تری دسیل بنزن یا نونیل بنزن نیز در برخی کشورها بعنوان پایه مورد استفاده قرار می گیرد ولی هیچیک، از نظر خواص به حد دودسیل بنزن نمی‌رسند.

برای تبدیل دو دسیل بنزن (DDB) و آلکیل بنزن خطی (LAB) به محصول نهایی آماده مصرف برای سازندگان سه راه وجود دارد:

اول: شروع از DDB – سولفوناته کردن و خنثی کردن و سپس ساخت پودر، خمیر و یا مایعات از آنها.

دوم: شروع از مرحله اسید سولفوریک با پایه دو دسیل نرم یا سخت و صرفه جویی در هزینه های نسبتاً سنگین بر پایی یک واحد سولفوناسیون.

سوم: شروع از خمیر خنثی اسید سولفوریک و تبدیل آن به محصول نهایی بصورت یک خمیر آبکی، و یا با استفاده از روشهای تولید اسپری درایر و درام درایر و تبدیل به پودر، که البته اجباراً بایستی از سایر مواد نیز در فرمول محصول استفاده نمود.

2- الکهای سولفاته با زنجیر بلند:

اینها در سالهای قبل از جنگ جهانی دوم در حدود سال 1930 بنام تجاری Gradinol در آلمان وارد بازار شدند و به آمریکا و سایر کشورها راه پیدا کردند. در آن زمان الکل چرب لازم از راه هیدروژنه کردن اسیدهای چرب طبیعی بدست می آوردند.

در سالهای اخیر این الکهای چرب را بجای منابع طبیعی از طریق فرآیند Ziegler با استفاده از اتیلن بعنوان ماده خام اولیه و آلومینیوم هیدرید بعنوان کاتالیست تولید می نمایند، که می توان الکلهایی با کربن زوج و با هر تعداد و هر بلندی زنجیری که مورد نظر باشد بدست آورد.

بعنوان مثال میریستیک الکل که در طبیعت منابع بسیار محدودی دارد با این روش بطور نامحدود قابل تهیه است.

3- الفین سولفوناتها و سولفاتها:

اینها شامل موادی هستند با نامهای تجاری: Teepol و Comprox که مواد خام اولیه آنها از کراکینگ بدست می آید.

خاصیت مرطوب کنندگی بسیار خوبی دارند و شویندگی متوسطی را داشته و نقطه ضعفشان بوی بد و نیز محدودیت در بالا بردن غلظت بالای 40 درصد از آنها می‌باشد.

در سالهای اخیر سولفاته کردن الفینها و یا تولید الفین بنزن سولفوناتها مورد توجه قرار گرفته است.

معمولاً آنها را در راکتور فیلمی با جریان گازی که 3 درصد  داشته باشد و در حرارتی بین 40-10 درجه تولید می نمایند در حال حاضر الفین سولفوناتها در محصول آرایشی و بهداشتی و نیز در صنعت پاک کننده ها مصرف می شوند و فقط بعلت گرانی قیمت و مشکل فراهم کردن الفینها مصرفشان محدود است.

4- اترسولفاتها (Sulphated Eters):

اگر یک الکل چرب را اتوکسیله نموده و سپس OH انتهایی آنرا سولفاته نمائیم، اثر سولفات بدست می آید. معمولاً الکلهای چرب را با مقدار کمی اکسید اتیلن (حدود 3 تا 4 ملکول) اتوکسیله کرده و قبل از اینکه به نقطه توازن آبدوستی – آبگریزی (HLB) رسیده و تشکیل دترجنت غیر یونی بدهند آنها را به کمک کلروسولفونیک اسید و یا انیدرید سولفوریک سولفاته نموده و با سود سوزآور خنثی می نمایند.

اثر سولفاتهای خنثی شده حاصل، خاصیت مرطوب کنندگی کمتری نسبت به سایر آنیونی ها داشته ولی قدرت کف کنندگی زیادتر دارند، به همین دلیل ماده مطلوب و ایده آلی برای مصرف در شامپوها هستند، البته نه بصورت کل ماده فعال بلکه برای کمک به ماده فعال اصلی که تا حدود 20 درصد در شامپوها و مایعات ظرفشویی مصرف می شوند.

5-سولفوسوکسیناتها:

این مواد از خاصیت شویندگی فوق العاده ای برخوردارند و از کندانس کردن یک هیدروفوب دارای بنیان هیدروکسیل با مالئیک انیدرید و سپس اثر دادن سولفیت سدیم برروی آن تهیه می شوند. برای شامپوها پاک کننده های بسیار خوبی هستنند.

6- الکین سولفوناتها:

اینها جزء اولین گروه دترجنت ها می باشند که از طریق کلروسولفونه کردن نرمال پارافینهای حاصل از غربال ملکولی (Molecular sieve) در جریان تصفیه نفت بدست می آمدند.

یکی از روشهای تهیه پارافین سولفونات اینست که: نرمال پارافین و انیدرید سولفور و اکسیژن تحت تابش اشعه ماوراء بنفش با طول موج 3600-3300 و در حرارت و فشار معمولی ترکیب می شوند که آلکن سولفونات بدست می آید.

در این مرحله بایستی اسید سولفوریک از محیط خارج شود و بهمراه آن نرمال پارافینهای باقی مانده و گازهای  حل شده در آب نیز زدوده شوند. سپس پارافین سولفونات حاصل با سود سوزآور خنثی شده، بصورت 30 تا 60 درصد به بازار عرضه می شود، دترجنتی این مواد شبیه LABS است ولی پایداری آنها در مقابل سختی آب و نیز تجزیه پذیریشان بهتر است.

7- استرهای فسفاته:

اگر  را در اسید فسفریک حل کنیم، اسید پلی فسفریک حاصل می شود که می‌تواند الکلها را فسفاته نماید:

این مواد خاصیت پاک کنندگی بسیار خوبی برروی فلزات داشته، مصارفشان در تمیز کردن فلزات و خشکشویی است.

8- آلکیل ایزوتیونات ها:

این دسته از واکنش اکسید اتیلن با بیوسولفیت سدیم حاصل می شوند:

عامل OH این ایزوتیونات بعد از خشک شدن با یک اسید چرب استریفیه می شود. چون برروی پوست اثر ملایمی دارند در صابونهای توالت سنتزی و شامپوها مصرف می شوند.

از دیگر انواع دترجنت های آنیونی می توان سوکروز استرها و فلوئور و سورفکتانتها را نیز نام برد.

ب- دترجنت های کاتیونی

دترجنت های کاتیونی سورفکتانتهایی می باشند که بخش آبدوست آنها حاوی بار مثبت می باشد یا بواقع بخش آبدوست یک کاتیون بزرگ می باشد، شکل (5-3)، لذا هنگامیکه وارد محلول شوند تولید بنیان مثبت می کنند.