آشنایی با ساختار و انواع پاک کننده های غیر صابونی

پاک کننده های غیر صابونی یا سنتزی به گروهی از شوینده ها گفته می شود که مانند صابون از یک زنجیر هیدروکربن متصل به نمک یک اسید محلول در آب تشکیل شده است. با این تفاوت که به جای کربوکسیلات از گروه های قطبی مشتق شده از اسید سولفوریک استفاده می شود.

از گروه های قطبی مشتق شده از اسید سولفوریک می‌توان به آلکیل سولفات ها (ROSO_۳Na) آلکان سولفونات ها (RSO_۳Na) و آلکیل آریل سولفونات ها (R-C_۶H_۴-SO_۳Na) اشاره کرد.

این پاک کننده ها برخلاف صابون در آب سخت به خوبی کف می کند. علاوه بر این، آسیب کمتری به محیط زیست وارد کرده و به عنوان ترکیبات دوستدار طبیعت شناخته می شوند. در این مقاله از نشریه علمی جهان شیمی به بررسی انواع پاک کننده های غیر صابونی و ویژگی های آن ها می پردازیم.

پاک كننده غير صابونی چیست

پاک کننده غیر صابونی که اصطلاحا دترجنت نامیده می شود به ماده ای تمیز کننده، سورفاکتانت و یا مخلوطی از چند سورفاکتانت با خاصیت پاک کنندگی در محلول ها گفته می شود. این مواد معمولا در دسته بندی آلکیل بنزن سولفونات ها قرار می گیرند. خانواده ای با ترکیبات شبیه به صابون که به سختی در آب حل می شوند.

در صابون گروه كربوكسيلات وجود دارد. اما، در دترجنت به جای آن گروه هايی مانند سولفونات  (-SO3-)دیده می شود. سديم دو دسيل بنزن سولفونات پاک كننده ای از اين دست است. گروه سولفونات گروهی آبدوست )هيدروفيل( بوده و در آب حل می شود. بخش زنجيره كربنی آب گريز) هيدروفوب) بوده و در چربی محلول است.

پاک کننده های غیر صابونی، از بین برنده ذرات چربی و چرک از روی انواع سطوح مانند پارچه‌ و یا اجسام دیگر است. این پاک کننده ها در انواع مختلف اسیدی، قلیایی و حلال ها تهیه می شوند.

آب به دلیل داشتن کشش سطحی بالا، به تنهایی عامل پاک کننده موثری محسوب نمی شود. از ین رو، افزودن دترجنت به آب، کشش سطحی آن را کاهش می دهد. به این ترتیب، آب می تواند به درون آلودگی نفوذ کند. در نتیجه تماس بین آب و آلودگی موجود بر سطح افزایش یافته و آلودگی به راحتی از سطح پاک می شود.

ساز و کار مواد پاک کننده چگونه است

ذره های چربی و آلودگی جامد بوده و به پارچه یا بدن متصل می شوند. به همین دلیل، با شستشوی ساده و به وسیله آب پاک نشده، اما با صابون و دیگر شوینده ها به خوبی شسته می شوند.

دلیل اثر پاک کنندگی صابون و شوینده ها این است که مولکول آن ها از دو بخش آبدوست (هیدروفیل) و آب گریز یا چربی دوست (هیدروفوب یا لیپوفیل) تشکیل شده است.

بخش آبدوست همان سر نمکی صابون یا گروه سولفات و دیگر گروه های قطبی در انتهای مولکول مواد شوینده است.این بخش، توسط حلال های آلی دفع می شود. اما، مولکول های آب را جذب و در آب محلول است.

سر دیگر مولکول های صابون و مواد پاک کننده غیر صابونی، یک هیدروکربن با زنجیر طولانی است. این بخش، آب را از خود دفع کرده، اما در حلال های آلی محلول است.

مولکول های صابون از طریق قسمت یونی در آب حل می شوند. سپس از به هم پیوستن زنجیر های هیدروکربنی آب گریز، مجموعه های بسیار کوچکی به وجود می آید. سطح خارجی این مجموعه ها توسط آنیون های آبدوست پوشیده می شود.

علاوه بر این، این مجموعه های کوچک با مولکول های آب پیوند هیدروژنی برقرار کرده و به صورت ذره های شناور در آب باقی می مانند. به این ترتیب، مولکول صابون مانند پلی بین ذرات چربی و آب قرار می گیرد.

به واسطه انحلال ذرات چربی و آلودگی در ذره های شناور صابون، این مواد از روی الیاف پارچه یا اجسام دیگر به داخل آب کشیده شده و با شستشو پاک می شوند. در پاک کننده های غیر صابونی، چربی ها و آلودگی ها به زنجیر آلکیل چسبیده و گروه سولفونات سبب حل شدن آن ها در آب می شود.

کاربرد های عمده پاک کننده های غیر صابونی

• برای نظافت و رفع چربی و کثیفی و آلودگی
• نظافت منازل و مغازه ها از جمله شستن ظرف و لباسشویی
• مواد افزودنی سوخت
• از شوینده های صنعتی یا دترجت های موجود در سوخت ها برای جلوگیری از ایجاد رسوب در کاربراتورها و اجزای انژکتور استفاده می شود. غلظت این شوینده ها حدود ۳۰۰ ppm است.

معرفی انواع پاک كننده های غيرصابونی

پاک کننده های غیر صابونی یا دترجنت ها به سه دسته غیر یونی یا خنثی، کاتیونی و آنیونی تقسیم می شوند. در ادامه به بررسی هر یک از آن ها می پردازیم.

دترجنت های غير يونی

حدود  ۲۵%از دترجنت های توليد شده غیریونی هستند. نام دیگر شوینده های غیر یونی یا نانیونیک، دترجنت خنثی است. این دسته از پاک کننده های غیر صابونی خاصيت كف كنندگی كمتری دارند. آن ها از تركيب اپركسيدها با الكل ها و اسيد های آلی به دست می آيند.

این دسته از پاک کننده ها جهت تمیز کاری موثر با سازگاری عالی بستر در داروسازی، بیوتکنولوژی، لوازم آرایشی، مکمل های غذایی و سایر صنایع کاربرد دارند.

دترجنت های كاتيونی

این دسته از پاک کننده ها به ميزان كمتری توليد شده و از تركيبات آمونيوم نوع چهارم هستند. اين تركيبات از خاصيت باكتری كشی برخوردار هستند.

دترجنت های آنيونی

بیشتر دترجنت های توليد شده در این گروه قرار می گیرند. اين دترجنت ها به دليل زيست تخريب ناپذير بودن، به سختی در طبيعت تجزيه شده و موجب آلودگی محيط زيست می شوند.

ساختار پاک کننده های غیر صابونی غیر یونی

پاک کننده های غیر یونی، گروه های هیدروفیلی بدون بار دارند. نوع معمولی آن بر پایه پلی اکسی اتیلن یا گلیکوزید ساخته می شود. نمونه های متداول آن شامل توئین، تریتون و سری بریج هستند.

این ترکیبات به عنوان اتوکسیلات یا PEGylates و متابولیت های آن ها، نونیل فنل شناخته می شوند. گلیكوزیدها دارای قند مانند اکتیل تیوگلوکوزید و مالتوزید ، گروه های آب دوست بدون بار هستند.

مواد شوینده سریHEGA  و MEGA مشابه یکدیگر بوده و حاوی الکل قندی به عنوان گروه اصلی هستند. مواد شوینده زوئیتری (Zwitterionic)  دارای یک بار صفر خالص هستند. به این معنی که مانند CHAPS از تعداد مساوی گروه های شیمیایی با بار ۱ + و ۱ – تشکیل شده اند.

روش سنتز پاک کننده های غیر صابونی غیر یونی

این پاک کننده ها از طریق ترکیبات متراکم دارای گروه مولکولی آبگریز (معمولا یک گروه هیدروکسیل(OH) ) با اکسید اتیلن یا اکسید پروپیلن به دست می آیند. معمول ترین ترکیبات این دسته، آلکیل فنول یا یک الکل با زنجیره بلند دارای یک گروه هیدروکسیل در انتهای مولکول است.

طی واکنش چگالش، مولکول های اکسید اتیلن یک زنجیره تشکیل داده و با گروه هیدروکسیل پیوند برقرار می کنند. طول این زنجیره، ساختار آلکیل فنل و یا الکل، خصوصیات مواد شوینده را تعیین می کند.

گروهی دیگر از مواد شوینده غیر یونی، از اسیدهای چرب و آمین های آلی متراکم تهیه می شوند. آن ها به عنوان تثبیت کننده کف در آماده سازی مواد شوینده مایع و شامپو ها کاربرد دارند.

واکنش پاک کننده های غیر صابونی غیر یونی

واکنش این پاک کننده ها ممکن است به صورت مداوم یا به صورت دسته ای انجام شود. این واکنش به شدت گرمازا بوده و گرما تولید می کند. این پاک کننده ها به دلیل داشتن اتیلن و پروپیلن اکسید، سمی بوده و به طور خطرناکی منفجره است.

پاک کننده های غیر یونی در صورت اعمال فشار، به مایع تبدیل می شوند. به همین دلیل، سنتز این مواد شوینده به تجهیزات ویژه، ضد انفجار، نظارت و کنترل دقیق نیاز دارد.

کاربرد پاک کننده های غیر صابونی غیر یونی

پاک کننده های غیر یونی یا خنثی ، ضد عفونی کننده فسفاته، خورنده، باقی مانده و قابل اشتعال نیستند. از این رو، برای تمیز کردن و ضد عفونی کردن انواع کف ها و سطوح پلاستیکی، فلزات، فولاد ضد زنگ، سرامیک، شیشه، چوب، لعاب و سطوح رنگ شده به کار می روند.

معایب پاک کننده های غیر صابونی غیر یونی

مواد پاک کننده غیر یونی مانند پاک کننده های آنیونی اثرات جانبی دارند. به همین دلیل، در اکثر برنامه ها به اندازه کافی راضی کننده نیستند. زیرا آن ها به شدت آب دوست نبوده و به راحتی در تجزیه مواد آلی پیچیده کمک نمی کنند. از این رو، معمولا در برنامه های کاربردی مورد نظر، ظرفیت پاک کنندگی مطلوبی ندارند.

ممکن است برخی از پاک کننده های مصنوعی غیر یونی سبب ایجاد مشکلات کف ناخواسته در سیستم های فاضلاب شوند. البته، این مشکل به اندازه پاک کننده های مصنوعی آنیونی جدی نیست.

نکته

هدف از مصرف پاک کننده های غیر یونی برای کاربردهای خانگی یا تجاری به این دلیل است که عملا تحریک، خشک شدن و پوسته پوسته شدن پوست انسان و حیوان را از بین می برد.

پاک کننده های غیر صابونی کاتیونی

گروهی از سورفاکتانت های مصنوعی که دارای گروه فعال بار مثبت در آب هستند، پاک کننده غیر صابونی یا دترجنت کاتیونی نامیده می شوند. در این ترکیبات، جز آب دوست حاوی بار مثبت است.

پاک کننده های کاتیونی از سال ۱۹۳۵ مورد توجه قرار گرفتند. بخش کاتیونی آن ها از خاصیت پاک کنندگی برخوردار است. اثر هیدروفیلیک این ترکیبات مربوط به یون های دارای بار الکتریکی مثبت است.

این ترکیبات پاک کننده دارای یک جز آب دوست و سورفاکتانت های کاتیونی دارای آمونیوم چهارم به عنوان انتهای قطب هستند. مرکز سولفات آمونیوم دارای بار مثبت است. اغلب این پاک کننده ها حاوی مشتقات آمونیاک هستند.

پاک کننده های کاتیونی باعث تحریک پوست و چشم می شوند. به همین دلیل، نسبت به پاک کننده های آنیونی کاربرد محدودتری دارند. این پا ک کننده ها، گران قیمت و دارای خاصیت ضد باکتریایی زیادی هستند.

کاربرد پاک کننده های غیر صابونی کاتیونی

در صورت ترکیب پاک کننده های غیر صابونی آنیونی و کاتیونی، از خواص هر دو کاسته می شود. پاک کننده های کاتیونی فعالیت ضد باکتریایی را از دست می دهند.

این پاک کننده ها در حالت دهنده های مو مانند نرم کننده و ژل با درصد خاص و اندک به کار می روند. اسیدهای آمینه موجود در کراتینه مو دارای تعداد زیادی گروه کربوکسیل است.

از این رو، بخش مثبت پاک کننده های آنیونی هم می توانند به راحتی به این گروه های کربوکسیل متصل شوند. به عنوان مثال، سدیم موجود در سدیم لوریل سولفات می تواند روی کراتین مو قرار گیرد. اما، اثر حالت دهندگی به مو نمی دهد.

به این دلیل است که پاک کننده های کاتیونی می توانند به عنوان ضد الکتریسیته و آنتی استاتیک مورد استفاده قرار گیرند. این امر به راحت تر شانه شدن مو کمک می کنند.

این پاک کننده ها  قدرت پاک کنندگی کم و خاصیت میکروب کشی قوی دارند. عناصر کاتیونی با پروتئین، چربی و فسفات ترکیب می شوند. به همین دلیل، اثر آن ها در حضور سرم، خون و سایر مواد آلی کاهش می یابد.

این مواد نسبت به پاک کننده های آنیونی یا غیر یونی با شدت بیشتری جذب پارچه ها می شوند. به همین دلیل به عنوان عوامل مرطوب کننده، نرم کننده های پارچه، باکتری ها و امولسیون کننده ها کاربرد دارند.

ویژگی پاک کننده های غیر صابونی کاتیونی

ترکیبات آمونیوم کواترنر، کلرید بنزالکونیوم و استیل از پاک کننده های کاتیونی هستند که به احتمال زیاد در یک شامپو یا شوینده های لباس یافت می شود.

هدف از این کار، خنثی سازی بارهای الکتریکی ساکن از مولکول های شوینده آنیونی (یون های منفی) باقیمانده است. از آن جا که بارهای منفی یکدیگر را دفع می کنند، پاک کننده های کاتیونی این بار را خنثی می کنند.

پاک کننده های غیر صابونی آنیونی

به سورفکتانت یا پاک کننده ای که دارای بار منفی باشد، پاک کننده آنیونی گفته می شود. آلکیل بنزن سولفونات ها از پاک کننده های معمولی هستند. در این دسته از ترکیبات آنیونی، قسمت آلکیل بنزن لیپوفیلیک یعنی آبگریز و قسمت سولفونات آن، آب دوست است.

دو نوع از این پاک کننده های آنیونی رایج هستند. یک نوع گروه آلکیل منشعب دارند و نوع دیگر دارای گروه آلکیل خطی هستند. پاک کننده های دارای گروه آلکیل منشعب، عمدتا در جوامع پیشرفته اقتصادی استفاده نی شوند. زیرا، ترکیباتی زیست تخریب پذیر هستند.

آمونیوم لوریل سولفات، سدیم لوریت سدیم، سدیم لوریل سارکوزینات، سدیم میرت سولفات، سولفات پارت سدیم، استریت سدیم، سدیم لوریل سولفات، سولفونات اولفین α و لورات سولفات آمونیوم نمونه هایی از پاک کننده های آنیونی هستند.

اسیدهایی مانند اسید دئوکسی کولیک  (DOC)، از پاک کننده های آنیونی هستند که توسط کبد تولید و به هضم و جذب چربی ها و روغن ها کمک می کنند.

تقسیم بندی پاک کننده های غیر صابونی آنیونی

این پاک کننده ها بر اساس ایجاد کف، تمیز کردن و نتیجه نهایی به گروه هایی زیر تقسیم می شوند.

• الکیل بنزن سولفونات ها
• ترکیب الکیل سولفات های درجه یک
• الکیل سولفات نوع دوم
• الکیل اتوکسی سولفات ها
• سولفوساکسینات ها

برتری پاک كننده های غير صابونی چیست

برتری پاک كننده های غير صابونی نسبت به صابون ها در اين است كه به خوبی در آب سخت كف می كنند. در آب شهر مقاديری از يون های كلسيم و منيزيم وجود دارد كه با صابون واكنش داده و جانشين يون پتاسيم ، سديم يا آمونيوم می شوند.

در نتیجه این کار تركيبی حاصل می شود که در آب نامحلول است. به همین دلیل، صابون به خوبی كف نمی كند. در صورتی که تركيبات حاوی منيزيم و كلسيم پاک كننده های غيرصابونی محلول بوده و در آب سخت كف می كنند.

تاثیر پاک کننده های غیر صابونی بر اکوسیستم

پاک کننده ها و شوینده ها به عنوان آلاینده های مهم، خطری جدی برای اکوسیستم های طبیعی محسوب می شوند. مواد پاک کننده می توانند به تصفیه خانه های فاضلاب منتقل شده و تاثیر بدی بر عملکرد آن ها داشته باشد.

اجزای مواد شوینده می توانند از منابع مختلف به خاک و آب وارد شوند. به این ترتیب، شوینده ها روی جانوران و گیاهان اثر منفی می گذارد. به این ترتیب، تاثیر مستقیم و غیرمستقیم بر اکوسیستم دارند.

محققان معتقدند فرایند های هوازی مواد شوینده را بیشتر تخریب می کنند. به همین دلیل، تخریب بی هوازی به دلیل محدود بودن مسیرهای متابولیکی و سمیت آن ها امکان پذیر نیست. از این رو، تولید پاک کننده های سازگار با محیط زیست مسئله مهمی در سراسر جهان است.