Wprowadzenie do środków chemicznych

Transkrypt

1 Leonardo da Vinci Project Sustainability in commercial laundering processes Module 4 Usage of energy and detergents Chapter 1 Wprowadzenie do środków chemicznych Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 1

2 Spis treści Rodzaje Detergentów Rodzaje Prania Zasadnicze komponenty - Surfaktanty - Zasady - Komponenty budulcowe - Inne komponenty Składniki i Legislacja Produkty Pomocnicze Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 2

3 Cele szkoleniowe Po zapoznaniu się z tym rozdziałem powinieneś: Znać główne komponenty budulcowe detergentów Znać podział i funkcje substancji powierzchniowo-czynnych Znać rodzaje i funkcje zasad stosowanych w nowoczesnych detergentach Znać funcje oraz mechanizmy działania substancji budulcowych detergentów Znać rodzaje substancji budulcowych oraz ich zalety i wady Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 3

4 Cele szkoleniowe Poznać rodzaje oraz funkcje of anti re-deposition agents Poznać funkcje związków wybielających stosowanych w detergentach Poznać rodzaje oraz funkcje enzymów stosowanych w detergentach Poznać rodzaje oraz funkcje wybielaczy oraz związków aktywnch stosowanych w detergentach Poznać rodzaje oraz funkcje związków chelatujących stosowanych w detergentach Poznać działanie oraz funkcje polimerów odplamiających stosowanych w detergentach Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 4

5 Stosowanie Detergentów MoŜliwości stosowania detergentów w pralniach przemysłowych są bardzo szerokie Automatycznie dozowane proszki Gotowe roztwory proszków Suche gotowe proszki Pojedyncze dawki roztworu ze zbiornika Multi-system automatycznego dozowania roztworów ze zbiornika Detergenty w postaci past z systemem automatycznego dozowania Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 5

6 Rodzaje Prania KaŜdy wzrost liczby rodzajów prania powoduje wzrost liczby detergentów stosowanych pralniach przemysłowych - Ubrania robocze (InŜynieria, Przemysł spoŝywczy, Ogólne) - Pranie szpitalne (zanieczyszczenia & pranie skaŝone, plamy, lekkie zabrudzenia) - Pranie hotelowe i gastronomiczne (lekko, średnio & mocno zabrudzone, Duvets) - Hospital Theatre Linen ( Specjalne włókna) - Clean Room Linen ( Specjalne wymagania) - Maty wejściowe (HTN i bawełna) - Ręczniki rolowane - Garderoba o duŝej przejrzystości Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 6

7 Substancje Budulcowe Detergentów Proszki Płyny Pasty jako detergenty zawierają generalnie te same składniki umoŝliwiające skuteczne pranie. Substancje Budulcowe detergentów są z istoty te same bez względu na podziałśrodków i prania. Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 7

8 Substancje Budulcowe Detergentów Niezbędne składniki detergentów przemysłowych: 1. Substancje powierzchniowo czynne 2. Zasady 3. Substancje budulcowe 4. Inne Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 8

9 Substancje powierzchniowo-czynne Niezbędne składniki detergentów przemysłowych: 1. Substancje powierzchniowo-czynne 2. Zasady 3. Substancje budulcowe 4. Inne Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 9

10 Substancje powierzchniowo-czynne Substancje powierzchniowo-czynne (Surface Active Agents) Substancje powierzchniowo-czynne są niezbędnym komponenetem wszystkich detergentów pralniczych. Ogólnie, substancje powierzchniowo-czynne są związkami organicznymi posiadającymi zarówno część hydrofobową jak i hydrofilową w obrębie jednej cząsteczki organicznej. Dzięki swej strukturze substancje powierzchniowo-czynne w roztworze migrują przez granice faz na przykład woda-olej, olej-substancja stała, woda-powietrze, przez co mają znaczący wpływ na proces prania. Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 10

11 Substancje powierzchniowo-czynne Tłuszcz-Woda Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 11

12 Substancje powierzchniowo-czynne Substancje powierzchniowo-czynne spełniają następujące funkcje: Szybkie nawilŝanie włókien Usuwanie niektórych zabrudzeń z włókien, dzięki wymianie elektrostatycznej Solubilisation of oil, achieved by micellar action Suspension of soiling matter in the wash liquor Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 12

13 Substancje powierzchniowo-czynne Na rynku komercyjnym dostępne są tysiące aktywnych substancji mających szerokie zastosowanie. Klasyfikacja substancji powierzchniowo-czynnych oparta jest na dysocjacji tych związków. Anionowe: Kationowe: Niejonowe: Hydrofilna część cząsteczki posiada ładunek ujemny Hydrofilna część cząsteczki posiada ładunek dodatni Niedysocjujące Amfoteryczne: rodzaj ładunku zaleŝy od ph Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 13

14 Substancje powierzchniowo-czynne Substancje powierzchniowo-czynne Schemat _ + ANIONOWE KATIONOWE NIEJONOWE + _ AMFOTERYCZNE Hydrofobowy łańcuch węgla Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 14

15 Substancje powierzchniowo-czynne Substancje powierzchniowo-czynne Schemat Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 15

16 Substancje powierzchniowo-czynne Anionowe Substancje powierzchniowo-czynne Mydło jest anionową substancją powierzchniowo-czynną, która prawie całkowicie została zastąpiona przez syntetyczne odpowiedniki będące znacznie mniej wraŝliwe na jony związane z twardością wody (Ca 2+, Mg 2+ ). Anionowe substancje powierzchniowo-czynne są stosowane jako składniki detergentów w celu skuteczniejszego nawilŝania tkanin, usuwania cząstek brudu i ich rozpuszczania. Najnowsze detergenty stosowane w pralniach są mieszaniną anionowych i niejonowych substancji powierzchniowo-czynnych co zapewnia większą skuteczność prania oraz zmniejsza koszty. Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 16

17 Substancje powierzchniowo-czynne Mydło Końcówka Hydrofilna Łańcuch wodorowęglowy (Hydrofobowy) Podczas usuwania zabrudzeń Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 17

18 Substancje powierzchniowo-czynne Niejonowe substancje powierzchniowo czynne są najliczniejszą grupą. Najczęś ęściej spotykane to. Those nonionics predominantly used for laundry detergents are ALCOHOL ETHOXYLATES. Długośćłańcucha alkoholowego, który odpowiedzialny jest za hydrofobową część cząsteczki najczęściej mieści się w granicach między C 9 a C 18. Długość ethoxylate łańcucha odpowiedzialnego za część hydrofilową zazwyczaj wynosi od 3 do 25 cząsteczek of ethylene oxide, Balans pomiędzy częscią hydrofilową a hydrofobową cząsteczki (HLB) słuŝy jako wskaźnik do otrzymania najbardziej optymalnych właściwości emulsyfikujących detergentu mulsifying properties. Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 18

19 Substancje powierzchniowo-czynne Niejonowe substancje powierzchniowo-czynne C13 15 EO7 Ogólna Detergentność C13 15 EO 3-5 Bardziej Hydrofobowa - UmoŜliwia emulsję tłuszczy Oil Emulsifier C9 11 EO7 Bardziej Hydrofilny - UmoŜliwia Szybkie NawilŜanie Rapid Wetting Properties Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 19

20 Substancje powierzchniowo-czynne HLB Values of Nonionic Surfactants Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 20

21 Substancje powierzchniowo czynne Kationowe substancje powierzchniowo-czynne Nie stosowane przy detergentach. Kationowe substancje powierzchniowo-czynne są stosowane w środkach utrwalających oraz jako aktywne składniki w środkach dezynfekujących. Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 21

22 Środki powierzchniowo czynne Amfoteryczne środki powierzchniowo-czynne Jonowośćśrodków powierzchniowo-czynnych zaleŝy od zmian ph. Wiele amfoterycznych środków powierzchniowo-czynnych wykazuje właściwości anionowe w warunkach zasadowych lub kationowe w warunkach obojętnych lub kwaśnych. Pomiędzy substancjami powierzchniowo-czynnymi niejonowymi i amfoterycznymi zachodzą wyraźne oddziaływania synergistyczne. Stosowanie amfoterycznych środków powierzchniowo czynnych w płynnych detetergentach pralniczych stale wzrasta. Słabsze właściwośći draŝniące środków amfoterycznych w porównaniu z tradycyjnymi środkami anionowymi sprawiają iŝ nadają się one doskonale jako jako składniki detergentów przeznaczonych do delikatnych tkanin. Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 22

23 Zasady Zasadnicze składniki detergentów: 1. Substancje powierzchniowo-czynne 2. Zasady 3. Składniki budulcowe 4. Inne Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 23

24 Zasady Zasady Zasady są powszechnie stosowane przy produkcji detergentów stosowanych w pralnictwie przemysłowym. Mieszanina zasad stanowi najczęściej zasadniczą część proszku. Zasady zapewniają płynom pioracym: - Odpowiednie ph (najczęściej 10-11) - Odpowiednią alkaliczność Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 24

25 Zasady Zasady znacząco wpływają na skuteczność procesu prania. Spełniają następujące funkcje: Neutralizują kwaśne zabrudzenia Saponifikują tłuste zabrudzenia Ułatwiają usuwanie plam, na przykład za pomocą anionów Polepszają rozpuszczanie zabrudzeń oraz zapobiegają ich ponownemu osadzaniu się w kąpieli myjącej Optymalizują warunki wybielania Optymalizują warunki enzymatyczne Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 25

26 Zasady The alkalis generally used in laundry detergents are: Sodium / Potassium* Silicates Sodium / Potassium* Carbonates Sodium / Potassium* Hydroxides * Sole potasu są szeroko stosowane w płynnych detergentach ze względu na ich wyŝszą rozpuszczalność. Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 26

27 Zasady Zasady ph 1% Aktywna alkaliczmość jako Na 2 o Właściwości do rozpuszcania zabrudzeń Siła nawilania Zdolność do usuwania zabrudzeń Właściwości płuczące Sodium Metasilicate Pentahydrate % Dobre Dobra Bardzo dobre Dobre Sodium Metasilicate Anhydrous % Dobre Dobra Bardzo dobre Dobre Sodium Carbonate % Słabe Bardzo słaba Fair Słabe Sodium Hydroxide % Fair Słaba Dobre Bardzo słabe STP Fair Słaba Fair Dobre Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 27

28 Zasady Kluczową zasadą w przemysłowych detergentach jest Silicate. Sodium Metasilicate (pentahydrate or anhydrous) jest często stosowany jako średnie /silneśrodki w proszku. The potassium analogue of sodium metasilicate is used for liquid systems. Sodium Carbonate jest mieszaniną zawierajacą silicates dla zapewnienia odpowiedniej alkaliczności i ph w zakresie Sodium Hydroxide jest stosowany w proszkach przeznaczonych do usuwania ekstremalnych zabrudzeń. Potassium and Sodium Hydroxide są szeroko stosowane jako głowne zasady w płynnych detergentach. Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 28

29 Składniki budulcowe Zasadnicze składniki detergentów: 1. Substancje powierzchniowo-czynne 2. Zasady 3.Składniki Budulcowe (wypełniacze?) 4. Inne Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 29

30 Składniki Budulcowe Składniki Budulcowe Składniki budulcowe detergentów przemysłowych są związkami chemicznymi, które usuwają jony związane z twardością wody (Wapno i Magnez) z kąpieli myjącej. Jeśli jony Wapnia i Magnezu nie zostaną usunięte wówczas negatywnie wpływają na proces prania oraz obniŝają jakość pranych tkanin. Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 30

31 Substancje budulcowe Substacje budulcowe detergentów stosowanych w pralnictwie usuwają wapń i magnez poprzez jeden z dwóch mechanizmów: Wymianę jonową Tworzenie kompleksów Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 31

32 Składniki Budulcowe Składnik Mechanizm Zalety Wady Zeolite Wymiana Jonowa Economiczność viable phosphate alternative Słaba reakcja z jonami magnezu, niezdolność do ekstrakcji Ca/Mg z zabrudzeń, brak właściwości rozpuszczania zabrudzeń, konieczność uŝyciainnych składników budulcowych. Condensed Phosphate Tworzenie kompleksów Znakomite właściwości zmiękczania wody. Reguluje akaliczność. Bierze udział w rozpuszczaniu zabrudzeń, działanie synregistyczne z substancjami pow.-czynymi. Przepisy związane z ochroną środowiskowa Sodium Citrate Tworzenie kompleksów Ulega biodegradacjie. Gotowy do stosowania w płynnych detergentachs Brak dodatkowych korzyści dla działania detergentów. Nie nadaje się do stosowania w proszkach. NTA / EDTA Phosphonates Acrylate based Polymers Tworzenie kompleksów Tworzenie kompleksów /hamowanie krystalizacji Gotowy do stosowania w płynnych i proszkowych detergentach Gotowy do stosowania w płynnych i proszkowych detergentach Brak dodatkowych korzyści dla działania detergentóws Przepisy związane z ochroną środowiskowa Brak dodatkowych korzyści dla działania detergentóws. Nieodpowiedni przy niektórych systemach wodnych. Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 32

33 Składniki Budulcowe Przy braku składników budulcowych, jony Wapnia oraz Magnezu są usuwane poprzez strącanie przy udziale innych składników detergentów. Ca 2+ + Silicate Ca 2+ + Carbonate Ca 2+ + Stearic Soap Calcium Silicate Scale Calcium Silicate Scale (Limescale) Calcium Stearate Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 33

34 Pozostałe składniki detergentów Zasadnicze składniki detergentów: 1.Substancje powierzchniowo-czynne 2.Zasady 3.Składniki budulcowe 4.Pozostałe składniki detergentów Zazwyczaj pozostałe składniki detergentów poprzez ich obecność lub brak w detergentach decydują czy dany środek nadaje się do prania wybranej tkaniny. Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 34

35 Substancje zapobiegające redepozycji zabrudzeń Środki zapobiegające Redepozycji Zabrudzeń Zapobieganie redepozycji zabrudzeń poprzez odpowiedni skład detergentu ma ogromny wpływ na prawidłowy przebieg i skuteczność procesu prania. Redepozycja zabrudzeń powoduje szarzenie włókien. Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 35

36 Substancje zapobiegające redepozycji zabrudzeń Zapobieganie redepozycji Znanych jest kilka mechanizmów zapobiegających redepozycji zabrudzeń. Zasadowe warunki prania przyspieszają oczyszczanie włókien z zabrudzeń. Krzemiany są szczególnie przydatne przy rozpuszczaniu zabrudzeń. Środki zapobiegające redepozycji które absorbują się na włóknach (CMC) Środki zapobiegające redepozycji w płynnych środkach piorących (Polyanions, Polycarboxylates, PVP) Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 36

37 Substancje zapobiegające redepozycji zabrudzeń Carboxy Methyl Cellulose: Zapobiegają redepozycji poprzez absorbcję na włóknach bawełny. Polyanions: na przykład, Krzemiany i Fosforany zapobiegają redepozycji poprzez stabilizację zawiesiny cząsteczek brudu. Polycarboxylates: Specyficzna grupa polianiononych czynników dyspersyjnych, które stabilizują pogmenty i inne cząstki zawiesiny. Polyvinylpyrrolidones: A dye scavenging polimer absorbujący barwniki z kąpieli myjacej i zapobiegający redepozycji Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 37

38 Substancje Optycznie Rozjaśniające Substancje Optycznie Rozjaśniające Substancje optycznie rozjaśniające są bezbarwnymi barwnikami absorbującymi niewidoczne promieniowanie ultravioletowe oraz odbijajace widoczne światło niebieskie. Poprzez stosowanie tych substancji białe tkaniny stają się wizualnie bielsze w świetle dziennym zawierającym promieniowanie UV. Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 38

39 Substancje Optycznie Rozjaśniające Najczęściej wszystkie białe tkaniny posiadają w swojej strukturze Substancje Optycznie Rozjaśniające. Detergenty stosowane w pralniach przemysłowych zawierają SOR aby dodatkowo podwyŝszając ich ilość w tkaninach polepszyć ich wygląd. Specjalistyczne środki piorące przeznaczone do kolorowych tkanin nie zawierają SOR. Stosowanie SOR podczas prania kolorowych tkanin powoduje płowienie barw. Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 39

40 Substancje Optycznie Rozjaśniające Rodzaj zastosowanych Substancji Optycznie Rozjaśniających w detergencie będzie zaleŝał od: Temperatury Prania Rodzaju włókien (bawełna, polyester, nylon) Odcienia białości Odporności na środki utlaniające Light Fastness Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 40

41 Enzymy Enzymy Enzymy są naturalnymi katalizatorami, które poprzez efektywny rozkład duŝych czasteczek organicznych znacznie polepszają właściwości piorące detergentów. Enzymy są bardzo selektywne dany enzym odpowiedzialny jest za rozkład tylko jednego typu związku organicznego. Detergenty zawierające enzymy często nazywane są detergentami biologicznymi Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 41

42 Enzymy Znane są cztery rodzaje enzymów stosowanych w detergentach: Proteazy: Działają na proteiny, powodują rozpad na aminokwasy. Amylazy: Działają na skrobie, powodują rozpad na cukry. Lipazy: Działają na tłuszcze trójglicerynowe, powodują rozpad na kwasy tłuszczowe. Cellulazy: Działają na celulozę, powodują rozpad na grupy sacharydowe. Proteazy naleŝą do najczęściej stosowanych enzymów w detergentach przemysłowych. Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 42

43 Enzymy Skład Detergentów Enzymatycznych (Biologicznych) jest tak dobrany aby zapewniał optymalne warunki dla aktywności i stabilności enzymów Temperatura ph / Alkaliczność Ochrona przed hamowaniem aktywności enzymów Enzymy nie są kompatibilne z Sodium Hypochlorite or Chlorine release agents. Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 43

44 Wybielacze oraz aktywatory wybielania Wybielacze Utleniające oraz Aktywatory Wybielania W pralniach przemysłowych najcześciej dodawane są substancje utleniające (w postaci: Sodium Hypochlorite, Hydrogen Peroxide or Peracetic Acid) jako oddzielneśrodki chemiczne poza detergentami. Istenije jednak moŝliwość stosowania detergentów, które w swoim składziezawierają wybielacze utleniające. Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 44

45 Wybielacze oraz aktywatory wybielania Spośród licznych wybielaczy najczęściej stosowane są następujące trzy: Sodium Perborate Tetrahydrate Sodium Perborate Monohydrate Sodium Percarbonate Proszki piorące zawierające jednocześnie substancje wybielające wymagają temperatury C w celu utrzymania optymalnej skuteczności usuwania plam Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 45

46 Wybielacze oraz aktywatory wybielania Obecność AKTYWATORÓW WYBIELANIA zwiększa skuteczność usuwania plam w temperaturze C. Najczęściej stosowanym aktywatorem jest: T.A.E.D Tetra Acetyl Ethylene Diamine TAED skutecznie tworzy peracetic radical w kapieli pioracej. peracetic radical jest efektywnym utleniaczem i dezynfektantem w średnich temperaturach. Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 46

47 Związki Chelatujące Związki Chelatujace Związki Chelatujące były wymieniane wcześniej jako składniki budulcowe kontrolujące negatywne skutki wysokiej twardości wody związane z obecnością jonów (Wapnia i Magnesu). Dokładnie dobrane związki chelatujące mogą wchodzić w skład detergentów w celu usuwania jonów miedzi, manganu, Ŝelaza, które mogą destabilizowaćśrodki wybielające, inaktywować enzymy oraz powodować odbarwianie. Związki Chelatujace zawierają w tym celu: Phosphonates EDTA and NTA Sodium Gluconate Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 47

48 Polimery usuwające zabrudzenia Polimery Usuwajace Zabrudzenia (1) PUZ są hydrofilnymi polimerami, które modyfikują powierzchnie włókien i tkanin w celu skuteczniejszego usuwania zabrudzeń. PUZ są szczególnie skuteczne na poliestrach oraz poliestrach z domieszką bawełny. Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 48

49 Polimery usuwające zabrudzenia Polimery Usuwajace Zabrudzenia (2) PUZ wzmacniają działanie detergentu poprzez silniejszą jego dyfuzję na powierzchnię styku włokienz zabrudzeniami. PUZ nadają włóknom poliestrowym większą odporność na zabrudzenia tłuszczami oraz zapewniają ich łatwiejsze usuwanie podczas kolejnego prania. PUZ nadają włóknom właściwości zapobiegające osiadaniu zabrudzeń. Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 49

50 Inne Składniki Inne Składniki Proszki: Electrolyte Fillers Perfume Free Flow Agents Coloured Speckles Silicone Antifoam Płyny: Woda Viscosity Modifiers Perfumy Glikol i Alkohol Solubilisers Silicone Antifoam Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 50

51 Skład Detergentu a Przepisy Prawne Przepisy prawne i odpowiednie rozporządzenia mają znaczny wpływ na formułę i skład przemysłowych środków piorących. Niektóre substancje piorącenie nie są dopuszczone lub zabrania się ich stosowania w poszczególnych krajach europejskich. Składniki wymieniane w przepisach prawnych: Fosforany Substancje Powierzchniowo Czynne Organiczne Substancje Chelatujace (NTA, EDTA) Substancje Optycznie Rozjaśniające Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 51

52 Produkty pomocnicze Pralnie przemysłowe stosują wiele róznych produktów pomocniczych w celu uzupełnienia i polepszenia działania detergentów. Produkty te zawuerają: Wybielacze Emulsyfika tory Sodium hypochlorite, hydrogen peroxide, PAA for stain removal and disinfection Hydrophobic nonionic adjuncts to improve oily soil removal from hydrophobic fibres Antichlors Sours Starches Final rinse additives to eliminate hypochlorite residues Final rinse additives to eliminate alkalinity and lower ph Final rinse additives to provide body and sheen to table linen etc. Module 4 Energy, Detergents Chapter 1 Background Ingredients 52