Wstęp

Mydło zostało odkryte na Bliskim wschodzie bardzo dawno temu (około 5 tysięcy lat temu). Był to jedyny znany i używany detergent. Głównym jego zastosowaniem było prania odzieży oraz przemywanie ran. W XI wieku po raz pierwszy mydło zastosowana do codziennej higieny. 

Środki czyszczące oraz piorące, czyli mydła i syntetyczne detergenty, to substancje powierzchniowo czynne. Charakteryzują się tym, że wodne roztwory tych substancji są w stanie usunąć brud. Brud to mieszanka sadzy, soli mineralnych, krzemionki i substancji pylistych, które zlepiają się składnikami potu (tłuszcze oraz białka). Brud nie jest łatwy do usunięcia bez użycia detergentów, tylko w sposób mechaniczny, gdyż mocno przylega do tkanin, powierzchni skóry oraz różnych przedmiotów. Usuwanie brudu polega na zmniejszenia takiego zjawiska fizyko-chemicznego jak napięcie powierzchniowe wody. W wyniku tego zwiększeniu ulega przemieszczanie wody między włókienkami tkaniny oraz odrywanie cząstek brudu od tych tkanin.

Charakterystyka mydła

Mydła to sole sodowe lub potasowe wyższych kwasów tłuszczowych tzn. kwasu palmitynowego, kwasu stearynowego oraz kwasu oleinowego. Oczywiście odczyn roztworów wodnych mydeł ma charakter zasadowy, gdyż sole mocnych oraz słabych kwasów są hydrolizowane w roztworach wodnych na zasadę oraz kwas. Zasadowy charakter jest spowodowany jonów wodorotlenowych. Mydła to produkty bardzo popularne i na szeroką skalę stosowane jako środki do prania oraz mycia, ponieważ charakteryzują się zdolnością emulgatorską w stosunku do tłuszczów. Roztwór wodny mydła oraz tłuszcz tworzy charakterystyczną emulsję, która jest w prosty sposób usuwana później przez wodę.

Mydła możemy podzielić na:

- mydła stałe (sól sodowa);

- mydła ciekłe;

- mydła maziste (sól potasowa oraz mieszanki).

Z pewnością wszystkich ciekawi jakie związki tworzą mydło toaletowe. Otóż rodzaj mydła jest zbudowany z wysokogatunkowego mydła sodowego, które zawiera różnorodne dodatki, takie jak: olejki zapachowe, substancje barwnikowe, substancje lecznicze oraz olejki kokosowy i wiele innych.

Mydła są otrzymywane w reakcjach zmydlania tłuszczów, przy pomocy wodorotlenków oraz węglanu potasu i sodu, czasami z syntetycznie otrzymanych kwasów tłuszczowych.

Procesy produkcyjne mydła

Proces produkcyjny dzielimy na 2 etapy:

I etap polega na warzeniu oraz gotowaniu mydła. Postępujemy w ten sposób, ponieważ chcemy zmydlić surowce tłuszczowe oraz wytworzyć masę mydlaną.

II etap polega na konfekcjonowaniu. Postępujemy w ten sposób, ponieważ w ten sposób nadamy mydłu postać oraz właściwości, które są wymagane przez potencjalnego konsumenta.

Pierwszy etap, czyli zmydlanie właściwe, w szerszym aspekcie polega na podgrzaniu tłuszczu, czyli łoju, oleju kokosowego oraz oleju palmowego z odrobiną stężonego NaOH  (ług sodowy) i wodą do chwili sklejenia się otrzymanej masy. W trakcie nieustannego mieszania dodajemy resztę tłuszczu oraz ługu. Czas tego procesu wynosi 2-5 godzin. Jest przeprowadzany w urządzeniach periodycznych. Proces, który ma tam miejsce ma swoją chemiczną nazwę- jest to zmydlanie. Następnym etapem jest proces domydlania. W procesie tym dodajemy wodę przy nieustannym mieszaniu aż do czasu, gdy masa mydlana będzie się ciągnąć jak nitka. Następnym zachodzącym procesem jest wysalanie, któremu poddawana jest masa mydlana. W procesie tym oddzielane jest mydło od innych składników. Solanka, ewentualnie stała sól jest dodawana periodycznie przy nieustannym mieszaniu powstającej zawartości. Takie postępowanie powoduje, że wytrąca się mydło, a następnie wypływa na górę. W odstępie kilkudziesięciu minut następuje proces rozwarstwienia na dwie warstwy: warstwę mydlaną oraz ług spodni, który zawiera glicerynę. W następnym etapie ług spodni jest usuwany, zaś wysalanie musi być powtórzone kilkukrotnie. Otrzymujemy w konsekwencji wysół.

Równocześnie w innym drugim urządzeniu jest prowadzone zmydlanie kwasowych surowców, które występują w mydle (kalafonia, ewentualnie kwasy tłuszczowe). Po tym procesie uzyskiwany jest wysół pomocniczy. Wesół pomocniczy ulega zmieszaniu z wysołem podstawowym. Taka mieszanina musi ulec następnie szlifowaniu. Proces ten polega na powolnym dolewaniu wody, jednocześnie mieszając parą wodną. Dodawana jest także  niewielka ilość ługu sodowego. Szlifowanie oraz wysalanie jest powtarzane kilkakrotnie, po to, aby całkowicie wyeliminować z mydła glicerynę oraz inne szkodliwe zanieczyszczenia. W końcowym etapie rozwarstwienia otrzymywany jest wesół oraz klej. Uzyskany wysół należy spuścić, ochłodzić oraz wysuszyć. Otrzymane w taki sposób mydło, to mydło rdzeniowe. Mydło w takiej postaci może być gotowym produktem lub może być poddana procesowi konfekcjonowania.

Mydło sodowe jest uzyskiwane w wyniku wysuszenia stopionego mydła, a następnie poprzez dodanie określonych środków zapachowych oraz substancji barwiących. Następnie jest formowane w kostki. Mydło toaletowe charakteryzuje się tym, ze jest uzyskiwane z lepszych gatunkowo tłuszczów, zaś po wysuszeniu jest jeszcze raz ogrzewane, w celu zmniejszenia zawartości wody.

Substancje przydatne w procesie  produkcyjnym mydła to:

- sól kamienna, czyli chlorek sodu (NaCl). W wyniku dodania tego składnika mamy do czynienia z procesem wysalania. Następuje wytrącanie się cząstek kleju mydlanego oraz zlepianie ich w skupiska, z których możliwe jest formowanie.

- kalafonia, której zadaniem jest zwiększenie zdolności pieniących mydła oraz dzięki niej mydło uzyskuje właściwą konsystencję.

- szkło wodne, czyli(krzemian sodu). Pełni funkcję wypełniacza.

Mydło jest stosowane na szeroką skalę. Jest wykorzystywane w różnych celach, m.in.: w branży technicznej (jako dodatki do emulgatorów oraz smarów).

Charakterystyka procesu prania

Proces prania to proces fizyko-chemiczny i polega na usunięcie brudu z zanieczyszczonych tkanin. To złożony proces, który zachodzi w kąpieli piorącej. Kąpiel piorąca jest wodnym roztworem mydła, ewentualnie detergentu. W trakcie usuwania brudu ma miejsce obniżenie napięcia powierzchniowego roztworu mydła, powstawanie na zanieczyszczonych tkaninach otoczek, które wiążą brud z roztworem mydła. Woda „bez niczyjej pomocy” nie jest w stanie usunąć brudu oraz tłuszczu, ponieważ charakteryzuje się niskim napięciem powierzchniowym. W trakcie stykania się z tłuszczem formują się kropelki. Stosowanie różnego rodzaju środków piorących (mydło, ewentualnie detergent) sprawia, że woda może wniknąć w tkaninę, ponieważ obniżeniu uległa wartość napięcia powierzchniowego. Cenną aktywność powierzchniową mają związki, które są amfifilami. Ten typ cząstek charakteryzuje się tym, że w jego skład wchodzą: część hydrofilowa oraz hydrofobowa.

Łańcuchy węglowodorowe tworzą część hydrofobową. Jeżeli rozpuszczalnik stanowi inna substancja niż woda to mamy do czynienia z liofobowością. Grupa -COO- Na+ w mydle stanowi część hydrofilową. Hydrofilowość jest to zdolność makrocząsteczek oraz cząsteczek koloidalnych do adsorbowania cząstek wody. W przypadku, gdy mamy do czynienia z innym rozpuszczalnikiem niż woda, to mamy do czynienia z liofilowością.

Substancje piorące są w stanie ułatwić proces zwilżania przez wodę tłuszczów. W wyniku takich procesów mechanicznych jak: tarcie, mieszanie, itp. stosowane w czasie prania mogą spowodować uzyskanie emulsji brudu oraz wody. Działają także korzystnie na ten proces i powodują jego przyśpieszenie.

Powstaje w wyniku tego procesu piana, której zadaniem jest utrzymanie na powierzchni cząstek brudu. Uniemożliwia to powtórne stykanie się z materiałem oczyszczonym. Cząstki  brudu są hydrofobowe. W czasie prania są otaczane przez cząstki mydła, ewentualnie detergentu stroną hydrofobową skierowaną do zabrudzenia. Cząstki mydła są w stanie unieść cząstki brudu wraz z pianą, ponieważ są od wodnej powierzchni. Woda, która jest stosowana musi nie zawierać soli wapniowych oraz magnezowych. Jest miękka, w przeciwieństwie do wody twardej zawierające obie wymienione sole. Biorąc pod uwagę rozpuszczone w wodzie sole wapniowe oraz magnezowe możemy twardość wody podzielić na: twardość przemijającą, czyli węglanową oraz twardość trwałą, czyli niewęglanową.

Twardość węglanowa spowodowana jest rozpuszczonymi w wodzie wodorowęglanami wapnia oraz magnezu.

W czasie ogrzewania w wodzie jonów wapnia oraz magnezu otrzymujemy miększą wodę. Twardość węglanowa jesteśmy w stanie zlikwidować poprzez zagotowanie wody. W czasie tego procesu na powierzchni czajnika lub innego pojemnika do gotowania osadza się węglan wapnia oraz magnezu i tworzą kamień kotłowy.

Twardość niewęglowa jest spowodowana przez sole wapnia oraz magnezu, które występują pod postacią chlorków, azotanów lub siarczanów. Nie jesteśmy w stanie usunąć tego typu twardości wody gotując wodę. W środowisku naturalnym woda deszczowa jest wodą miękką.

Woda twarda używana w procesie prania powoduje, że rozpuszczone w niej sole magnezu oraz wapnia wraz z substancjami piorącymi tworzą związki, które tylko przeszkadzają i przyczyniają się do strat substancji piorącej. Substancje tego rodzaju są w stanie „przyczepiać” się do oczyszczanej tkaniny powodując szarzenie oraz żółknięcie. Aby usunąć ten rodzaj twardości dodajemy różnego rodzaju substancji, które usuwają skutecznie z roztworu jony wapnia oraz magnezu lub wiążą te jony w różnego rodzaju związki kompleksowe, które wykazują rozpuszczalność w wodzie. W celu zmiękczenia wody do kąpieli wodnej substancji piorącej, czyli kompleksowa. Zadaniem tej substancji jest eliminacja osadów i ochrona przed nimi. Powodują w ten sposób zmiękczenie wody. Powstające związki kompleksowe, które zamykają w swojej strukturze atomy wapnia oraz magnezu. Zmiękczanie wody może nastąpić także w wyniku dodania do roztworu Na2SiO3, czyli krzemianu sodu, ewentualnie Na2CO3, czyli sody kalcynowanej węglanu sodu. Podczas stosowania węglanu sodu często na ubraniach zgromadzeniu ulęgają jego kryształy. Tego typu kryształki mogą spowodować przecieranie się, szorstkość, a nawet uszkodzenie włókna podczas zginania.

Krzemian sodu może być także stosowany jako zmiękczacz, jednakże  wywołuje łamliwość, szorstkość, szarzenie oraz żółknięcie oczyszczanych tkanin.

Podczas prania dodawane są także wypełniacze, które choć nie uczestniczą bezpośrednio podczas prania, ale odgrywają bardzo ważna rolę nośników poszczególnych składników wchodzących w skład mieszanki.

Gdy pierzemy tkaniny białe, to bardzo ważnym składnikiem są  rozjaśniacze optyczne, czyli substancje, które są absorbowane z piorącej kąpieli na powierzchnię włókien oraz są w stanie sprawić, aby widmo światła odbijanego od tkanin było inne niż światła, które pada. W ten sposób uzyskiwany jest zjawisko pogłębionej bieli.

Mydło to detergent wykazujący wrażliwość na działanie wody o dużej twardości, zaś inne stosowane detergenty nie wykazują takiej wrażliwości i dużą łatwością mogą wytwarzać. Zapewnia to ograniczenie użycia substancji piorącej, czyli gwarantuje oszczędność. Aktualnie mydła zastępuje się podczas prania różnego rodzaju detergentami.

Charakterystyka detergentów

Detergentami nazywamy substancje piorące uzyskane syntetycznie oraz substancje mydlące, które nie zawierają mydła. Do tej grupy należy głównie: sól sodowa kwasu sulfonowego (alkilobenzenosulfonian, alkilosulfonian) oraz wodorosiarczan wyższych alkoholi.

Substancje te wchodzą w skład proszków używanych do prania, różnorodnych płynów do czyszczenia naczyń, środków, które zapobiegają elektryzowani się odzieży, szamponów, itp. Detergenty charakteryzują się wieloma cennymi właściwościami, dzięki którym jesteśmy w stanie odróżnić ich od mydeł. Są to następujące właściwości:

- detergenty są w stanie tworzyć w wodzie o wysokiej twardości dobrze rozpuszczalne sole magnezu oraz wapnia.

 - detergenty charakteryzują się znacznie lepszą zdolnością piorącą;

- wielkim plusem detergentów jest uzyskiwany, prawie że obojętny odczyn kąpieli piorących (mydło tworzy roztwór zasadowy);

- wodne roztwory detergentów charakteryzują się zdolnością znakomitego zwilżania powierzchni materiałów, dzięki temu prostsze staje się pranie materiałów złożonych z substancji syntetycznych, ponieważ wykazują one gorszą zdolność do zwilżania niż w przypadku roztworów z mydeł;

-obojętny odczyn detergentów powoduje, że możemy przy ich użyciu prać wełnę, która prana przy udziale mydła niszczy się;

- detergenty wykazują bardzo dużą zdolność prania w niezbyt wysokich temperaturach.

Wszystkie te zalety spowodowały, że mydła zostały wyparte przez lepsze detergenty. Podobnie jak mydła detergenty to związki powierzchniowo czynne. W ich składzie obecne są związki, które są w stanie zwiększyć stosowalność oraz polepszyć ich działanie. Są to substancje wybielające, zapachowe, enzymatyczne, różnego rodzaju wypełniacze oraz inne. Po to. Aby zwiększyć siłę działania detergentów dodawane są do nich wypełniacze aktywne, takie jak na przykład trójpolifosforan. Okazało się jednak, że substancja ta jest szkodliwa dla środowiska, dlatego stopniowa jest usuwana z obiegu. Proszki fosforanowe wykazują większą zdolność do prania, i przy małych stężeniach zwiększają szybkość procesu, w przeciwieństwie do proszków, które nie zawierają związków fosforanowych. Proszki, które nie zawierają wypełniacze aktywne mogą tworzyć węglan sodu, zeolit A oraz polikarboksylan. Gdy zastosujemy małe ilości proszku fosforanowego mamy do czynienia ze zjawiskiem inkrustracji, który polega na osadzaniu się dosyć trudno rozpuszczalnych związków na odzieży i sprzęcie pralniczym. W przypadku użycia proszku, który nie zawiera związków fosforowych, w małej ilości w wodzie inkrustracja będzie mała, zaś zdolność do prania będzie znacznie niższa niż w przypadku proszków fosforanowych. Mała inkrustracja, przy różnorodnych stężeniach proszków, które nie zawierają związków fosforanowych opiera się na zeolicie A. Substancje są wciąż doskonalone oraz dobierane w odpowiedni sposób, biorąc pod uwagę niską szkodliwość dla środowiska naturalnego, możliwość zachodzenia biodegradacji oraz wpływ, jaki mogą spowodować na człowieka. Aktywne wypełniacze mogą spowodować, że odzież po praniu jest nadal jasna oraz zachowuje kolory pełne życia.

Specjalne substancje są odpowiedzialne za proces usuwania barwnych plam po różnych owocach, kawie, winie, herbacie. Są to tzw. wybielacze chemiczne. Związki te uwalniają w wysokiej temperaturze tlen aktywny (tlen atomowy), którego zadaniem jest niszczenie substancji barwnikowych zawartych w plamach. Podchloryn sodu to znanym wybielacz, ale także substancja używana do celów dezynfekcyjnych. Roztwór podchlorynu sodu wchodzi w skład wielu produktów wybielających, takich jak: ACE, Clorox, Domestos. Mogą być stosowane zarówno jako wybielacze do tkanin, jak i środki dezynfekujące. Aktualnie najpopularniejszym wybielaczem jest nadboran sodu. W czasie kąpieli ulega rozkładowi, w wyniku czego uwalniany jest aktywny tlen, który działa wybielająco na kolorowe zanieczyszczenia. Wraz z substancja wybielającą współdziała aktywator, czyli substancja charakteryzująca się skomplikowaną budowa oraz nazwa chemiczna (wieloczłonowa nazwa- tetraacetyloetylodiamina). Często stosujemy skrót TAED. Substancja ta powoduje efektywne działanie substancji wybielającej już w niskich temperaturach. Nie jest konieczne już stosowanie wysokich temperatur (900C). Konsekwencją prania tkanin barwnych w proszku wraz z wybielaczem może spowodować także ich blaknięcie. Sytuacja taka występuje, gdy proszek w swoim składzie zawiera aktywator (TAED).

Często w środkach piorących występują hydrolazy. Hydrolizy mogą katalizować reakcję mającą na celu rozczepianie wiązań chemicznych w wyniku przyłączania wody. Enzymy te są w stanie rozłożyć niektóre składniki plam, i tak: protezy są w stanie rozszczepić białka, amylazy są w stanie rozszczepić skrobię, lipazy są w stanie rozszczepić tłuszcze, celulazy są w stanie rozszczepić kłaczki bawełny. Proteza jest najczęściej stosowana w proszkach piorących, ponieważ jest w stanie usunąć zanieczyszczenia zawierające białka w: krwi, jajkach, mleku, kakao, szpinaku, trawie. W wyniku zadziałania substancji wybielających i podczas suszenia proteiny są w stanie się utlenić i spowodować na trwale zaplamić tkaninę.

Tylko dzięki protezie jesteśmy w stanie usunąć trwałe zanieczyszczenia, niemożliwe do usunięcia przez inne substancje. Inny enzym- lipaza usuwa w niewysokiej temperaturze tłuste plamy z: kosmetyków, czekolady, tłuszczów, masła, mleka, potu. Poza tym lipaza jest w stanie wzmocnić działanie substancji powierzchniowo czynnych. Następny enzym- amylaza nie jest stosowana tak często jak dwa poprzednie enzymy. Dzięki amylazie możliwe do usunięcia są zanieczyszczenia skrobię (zabrudzenia czekoladą). Enzym celulaza jest w stanie poprawić działanie oczyszczające. Powoduje ożywienie kolorów i zmiękczenie włókien celulozowych. Przy zastosowaniu tego enzymu tkanina po praniu nie ulega mechaceniu enzymowi jest bardziej miękka. Enzymy są dodawane do środków piorących w małych ilościach, gdyż są dosyć skuteczne i wydajne. Enzymy bez problemu mogą ulec biodegradacji.

Innym stosowanym składnikiem detergentów może być karboksymetyloceluloza. Substancja ta powoduje nieosadzanie się zanieczyszczeń ponownie na tkaninie. Jej działanie się tylko do tego ogranicza, gdyż nie jest w stanie polepszyć skuteczność prania.

Do innych produktów zawierających mydła oraz detergenty należą:

- produkty, które są wykorzystywane do czyszczenia naczyń oraz szklanych wyrobów (Dosia, Lucek, Sylwek, Tadek, Ludwik, Kop, Pur Universal);

- produkty czyszczenia urządzeń kuchennych oraz sanitarnych;

- produkty wykorzystywane w myciu podłóg, urządzeń sanitarnych oraz kuchennych, glazury (MR.Proper, Ajax, Domestos Universal);

- produkty wykorzystywane w czyszczeniu WC (Domestos, WC Piker);

- produkty myjące oraz czyszczące do specjalnego zastosowania (czyszczenie armatury, środki do dezynfekcji oraz mycia stosowane w ośrodkach zdrowia, restauracjach, zakładach przemysłowych, szampony samochodowe);

- produkty, które zawierają środki związki ścierające, i które są stosowane w czyszczeniu urządzeń sanitarnych (Błysk, Cif oraz Skrzat);

- produkty higieny ustnej (pasta do zębów, która zawiera sproszkowane mydło);

- szampony zawierające w swoim skaldzie sproszkowane mydło, ewentualnie detergenty o nieszkodliwym i łagodnym działaniu.

Niekorzystnym efektem stosowania detergentów są duże zanieczyszczenia środowiska naturalnego. Aktualnie stosuje się mniejsze ilości fosforanów ze względów ekologicznych.  Dlaczego fosforany są tak bardzo szkodliwe? Dzieje się tak dlatego, gdyż substancje te mogą powodować eutrofizację wód stojących oraz powierzchniowych wolno płynących. Wody są wzbogacane pierwiastkami biogennymi (potas, sód azot oraz fosfor). W konsekwencji tego produkowane są ogromne ilości glonów i gromadzą się duże ilości mułów. Organizmy beztlenowe zaczynają dominować. Jezioro jest w stanie przekształcić się w bagno, staw, torfowisko. Dużym osiągnięciem było odkrycie sodowego krzemianu glinu (zeolitu A). Możliwe stało się produkowanie bezfosforanowych, ekologicznych środków piorących. Niestety biodegradacji nie są w stanie uleć wszystkie substancje wchodzące w skład środków piorących. Taki stan rzeczy wpływa szkodliwie na klarowność wód powierzchniowych.

Część ze stosowanych środków czystości mogą wywołać przewlekle uczulenia. Skóra człowieka zmienia wygląd i może spowodować stany zapalne. Podczas stosowania detergentów należy zachować szczególna ostrożność, gdyż w wyniku kontaktu tego środka ze skórą może dojść do poparzeń. Mydła produkowane na bazie sodowych soli może spowodować produkowanych osób produkowanych delikatnej skórze wysuszenie, podrażnienie oraz alergię. Dlatego tez często do mydła dodawane są substancje o odczynie neutralnym, ewentualnie lekko kwaśnym. Jesteśmy w stanie wówczas uzyskać pH o wartości (5,5). Tego rodzaju mydła znakomicie usuwają zanieczyszczenia oraz powłokę woskowo- tłuszczową, która chroni skórę przed wysuszeniem, wyjałowieniem oraz łuszczeniem.

Literatura:

„Towaroznawstwo wybranych artykułów spożywczych i nieżywnościowych”, Grażyna Mataczyńska,  Aniela Malarz.

Słownik szkolny. Chemia”, Krzysztof M. Pazdro, Jadwiga Sobczak, Zofia Sobkowska.

„Towaroznawstwo wyborów nieżywnościowych” Piotr Miller, Halina Rawdanowicz.

„Chemia dla szkół średnich część 2”, Elżbieta I. Matusewicz, Anna Bogdańska Zarembina, Janusz Matusewicz.

„Chemia ogólna organiczna”, Maria Trenkner.