Mydła i detergenty. Na czym polega mechanizm prania.

Mydła
Są one znane od bardzo dawna i stosowane powszechnie w życiu codziennym, stanowią, bowiem podstawowy składnik mydła. Mydło jest mieszaniną soli sodowych wyższych kwasów tłuszczowych z dodatkiem substancji zapachowych i środków ułatwiających jego formowanie w kostki.
Zdolność mydła do usuwania brudu, czyli na ogół cząstek pyłów nieorganicznych zlepionych tłuszczem, wiąże się z budową cząsteczek mydła. Cząsteczka stearynianu sodu składa się z długiego, siedemnasto węglowego łańcucha i grupy karboksylowej (-COO-), z którą jest związany jonowo kation sodu:
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-COO-Na+
Konsekwencją takiej budowy jest dwoista natura tej cząsteczki. Silnie polarna grupa karboksylowa wykazuje duże powinowactwo do wody, ponieważ jest dobrze solwatowana przez cząsteczki wody. Z kolei, niepolarny łańcuch węglowy wykazuje duże powinowactwo do węglowodorów i innych substancji niepolarnych, w tym także tłuszczów. Jeśli do wodnego roztworu mydła wprowadzi się nieco tłuszczu, to cząsteczki mydła lokują się na granicy faz między tłuszczem a wodą w taki sposób, że są one skierowane łańcuchami do wnętrza kropelki tłuszczu z grupą karboksylową pozostającą na powierzchni. Dzięki temu powierzchnia tłuszczu może zostać zwilżona przez wodę.
Roztwory mydła dobrze zwilżają zatłuszczone powierzchnie, a następnie po mechanicznym oderwaniu cząstek brudu, tworzą z nimi trwałą emulsję, którą można łatwo spłukać wodą.
Substancje o takim działaniu jak mydło nazywamy substancjami powierzchniowo czynnymi.
Siarczan(VI) sodu, Na2SO4, siarczan(VI) dwusodu, bezbarwna substancja krystaliczna, łatwo rozpuszczalna w wodzie, temperatura topnienia 884C. W przyrodzie występuje w minerałach i wodach mineralnych. Jest produktem ubocznym przy produkcji kwasu solnego.
Znajduje zastosowanie do produkcji środków piorących (proszek do prania).


Detergenty
Należą do różnych klas związków chemicznych, ale ich cechą wspólną jest obecność w cząsteczkach fragmentów polarnych, o dużym powinowactwie do wody, oraz fragmentów niepolarnych, o dużym powinowactwie do tłuszczów. Fragmenty polarne określa się ogólnie mianem grup hydrofilowych, a niepolarne - lipofilowych. Przykładem detergentów o odmiennej niż mydła budowie są związki o wzorze ogólnym:
R-O-(-CH2-CH2-O-)-H,•w którym R oznacza grupę węglową o kilkunastu atomach węgla w łańcuchu. Grupa ta jest grupą lipofilową, natomiast fragmentem hydrofilowym jest łańcuch złożony z kilku do kilkunastu grup -CH2-CH2-O-. Ma on właściwości hydrofilowe dzięki obecności atomów tlenu. Detergenty tego typu nie są solami - ich roztwory wodne są, więc obojętne. Są one stosowane do wyrobu łagodnych środków myjących, takich jak szampony do włosów.

Ważną zaletą detergentów syntetycznych w porównaniu z mydłami jest ich niewrażliwość na obecność w wodzi jonów wapnia lub magnezu, czyli twardość wody. Mydło w roztworze zawierającym jony wapnia źle się pieni, a z bardziej stężonych roztworów strąca się po pewnym czasie kłaczkowaty osad. Jest to spowodowane słaba rozpuszczalnością w wodzie soli wapniowych i magnezowych wyższych kwasów tłuszczowych. Nierozpuszczalny w wodzie stearynian wapnia nie wykazuje już czynności powierzchniowej. W Przypadku detergentów obecność soli Ca2+ lub Mg2+ nie stanowi przeszkody, ponieważ albo ich sole wapniowe i magnezowe są rozpuszczalne w wodzie, albo też te detergenty nie są solami.
Nowoczesne środki piorące, oprócz odpowiedniej kombinacji kilku na ogół detergentów, zawierają także rozmaite dodatki zwiększające ich skuteczność. Te dodatki to na przykład środki zmiękczające wodę, środki wybielające, a także odpowiednie enzymy mające właściwości katalizowania hydrolizy białek i tłuszczów - częstych składników plam na odzieży.

Ujemnym skutkiem powszechnego stosowania detergentów jest zanieczyszczenie środowiska przyrodniczego. Obecnie względy ekologiczne spowodowały dodatkowo konieczność zredukowania ilości stosowanych fosforanów. Fosforany zawarte w środkach piorących wywołują eutrofizację wód stojących i wolno płynących wód powierzchniowych, czyli wzbogacenie wód się w substancje odżywcze – pierwiastki biogenne (głównie azot i fosfor, a także potas i sód). Powoduje to nadmierną produkcję glonów, co prowadzi do gromadzenia się mułów. Przez co zaczynają dominować organizmy beztlenowe. W sumie jezioro może przekształcić się w staw, bagno lub torfowisko. Przełomem było odkrycie zeolitu A (sodowy krzemian glinu), przez co zapoczątkowano produkcję bezfosforanowych, czyli ekologicznych proszków do prania. Nie wszystkie składniki proszków do prania ulegają biodegradacji, czyli ich rozkładzie pod wpływem czynników środowiska. Co wpływa niekorzystnie na czystość wód powierzchniowych.

Niektóre proszki do prania, a także szampony mogą wywoływać uczulenia, co wpływa niekorzystnie na skórę człowieka. Poza tym w wyniku spożycia lub oblania skóry czy innej części ciała detergentem może dojść do poparzeń. Stosowanie mydeł produkowanych na podstawie soli sodowych przez osoby o skórze wrażliwej może doprowadzić do wysuszenia skóry, podrażnień i alergii. W tym celu do mydeł dodaje się detergenty o odczynie obojętnym lub lekko kwaśnym. Dzięki temu mydła mają odczyn zbliżony do obojętnego i zalecane są dla wrażliwej cery, gdyż mają neutralne pH (5,5). Mydła takie znaczniej lepiej usuwają brud, lecz przy tym także powłokę tłuszczowo-woskową, chroniącą skórę przed wysuszeniem, łuszczeniem i wyjałowieniem.


Środki zmiękczające wodę•
Zapobiegają strącaniu się soli wapnia i magnezu podczas ogrzewania wody. Powszechnie stosowane były wodorofosforany sodu. Z solami wapnia i magnezu tworzą one wodorofosforany tych metali, które nie strącają się w wysokiej temperaturze. Ogromne ilości fosforanów, dostające się ze ściekami do rzek i jezior, powodowały szkodliwe skutki dla środowiska naturalnego. Obecnie w proszkach wyższej jakości stosuje się dodatki innych związków zmiękczających wodę, na przykład tzw. zeolitów (uwodnionych glinokrzemianów metali alkalicznych). Nie eliminują one całkowicie fosforanów, ale pozwalają zmniejszyć ich zawartość. Środki te, oprócz wielu zalet, mają też jedną, istotna wadę - znacznie wyższą cenę. W skład proszku wchodzą również węglan sodu i siarczan sodu, których zawartość sięga łącznie od około 20% w zwykłych proszkach do ponad 60% w proszkach o zmniejszonej zawartości fosforanów.


Środki wybielające;
Usuwają żółtawe lub szarawe zabarwienie długo używanych, białych tkanin. Są to najczęściej związki uwalniające podczas ogrzewania aktywny tlen, który utlenia do bezbarwnych produktów barwniki, odbarwiając w ten sposób tkaniny. Cząsteczki wybielaczy zawierają wiązanie nadtlenowe -O-O- takie jak na przykład w nadtlenku wodoru. Związkiem najczęściej stosowanym jest tak zwany nadboran sodu, będący w rzeczywistości boraksem, w którym jedną cząsteczkę wody hydratacyjnej zastąpiła cząsteczka wody utlenionej: Na2B4O7.H2O2.9H2O.
Wybielacze tego typu działają jednak skutecznie dopiero w temperaturze 80'C, której nie wytrzymuje wiele tkanin, zwłaszcza z włókien syntetycznych. Jednym z rozwiązań tego problemu jest tzw. system TAED. Skrót TAED oznacza tetraacetyloetylenodiaminę.Związek ten reaguje z wybielaczem w znacznie niższej temperaturze, a produkty tej reakcji wykazują działanie utleniające. Dzięki temu proszki z systemem TAED wybielają skutecznie w niższej temperaturze, co zmniejsza szkodliwe działanie wybielacza na włókna pranej tkaniny.Detergenty używane są również na wielka skalę w przemyśle włókienniczym do wstępnego oczyszczania włókien naturalnych (zwłaszcza wełny) oraz są nadawania włóknom odpowiednich cech użytkowych (np. środki antystatyczne zapobiegające elektryzowaniu się włókien tkanin).


PROCES PRANIA
Pranie jest złożonym procesem fizykochemicznym, którego celem jest usuniecie brudu z powierzchni pranego materiału. Odbywa się za pośrednictwem kąpieli piorącej, którą stanowi wodny roztwór mydła lub detergentu. Mechanizmy, które przyczyniają się
do usuwania brudu to zmniejszenie napięcia powierzchniowego kąpieli piorącej, tworzenie na powierzchni brudu otoczek wiążących brud z kąpielą piorącą. Sama woda nie usuwa zbyt łatwo brudu i tłuszczu, gdyż ma wysokie napięcie powierzchniowe, co sprawia, że w zetknięciu z tłuszczem zbiera się w krople. Użycie środka piorącego, czyli na przykład mydła lub detergentu, umożliwia wniknięcie wody w tkaninę, gdyż obniża on napięcie powierzchniowe. Aktywność powierzchniową wykazują wszystkie związki, których cząsteczki są amfifilowe, czyli składające się z części hydrofilowej i hydrofobowej.

W mydle część hydrofobowa, czyli część, która wykazuje właściwości hydrofobowe to łańcuch węglowodorowy. Hydrofobowość to brak tendencji do gromadzenia cząsteczek wody na powierzchni cząsteczek koloidalnych lub makrocząsteczek. Jeżeli rozpuszczalnikiem nie jest woda to właściwość tę określa się jako liofobowość. Częścią hydrofilową w mydle jest grupa –COO–, Na+, która wykazuje właściwości hydrofilowe. Hydrofilowość to zdolność niektórych cząstek koloidalnych i makrocząsteczek do gromadzenia na swojej powierzchni, czyli adsorbowania cząsteczek wody. Jeżeli adsorbowanym rozpuszczalnikiem nie jest woda to właściwość tę określa się jako liofilowość. Środki piorące ułatwiają zwilżanie tłuszczów przez wodę. Mieszanie, tarcie lub inne sposoby mechaniczne użyte podczas prania powodują wytworzenie się emulsji brudu z wodą oraz ułatwiają i przyspieszają ten proces. Wytwarza się przy tym piana, która utrzymuje cząsteczki brudu na powierzchni. Utrudnia to powtórne zetknięcie się ich z materiałem czyszczonym. Cząsteczka brudu jest hydrofobowa. Podczas prania jest ona otaczana przez cząsteczki mydła (detergentu) częścią hydrofobową w skierowaną w stronę brudu. Cząsteczki mydła (detergentu) unoszą cząsteczki brudu z pianą, gdyż odrywają je od powierzchni wody. Woda używana do prania powinna być pozbawiona soli wapnia i magnezu, czyli powinna być miękka. Woda, która zawiera dużo tych soli nazywamy wodą twardą.

W zależności od rodzaju rozpuszczonych w wodzie soli wapnia i magnezu rozróżniamy twardość wody przemijającą (węglanową) i twardość trwałą (niewęglanową).

Twardość przemijającą wywołują rozpuszczone w wodzie wodorowęglany (tak zwane kwaśne węglany) wapnia i magnezu. W wyniku podgrzania zawartości jonów wapnia i magnezu w wodzie, woda staje się bardziej miękka. Twardość przemijającą można usunąć przez zagotowanie wody. Gotowaniu takiej wody towarzyszy osadzanie się na powierzchni naczynia węglanów wapnia i magnezu, tworząc tak zwany kamień kotłowy.Twardość trwałą wywołują sole wapnia i magnezu, w postaci chlorków, siarczanów i azotanów, rozpuszczone w wodzie. Nie można jej usunąć przez zagotowanie wody. W przyrodzie jedynie woda pochodząca z opadów atmosferycznych (deszczówka) jest wodą bardzo miękką. Stosowanie podczas prania wody o zbyt dużej twardości powoduje, że rozpuszczone w niej sole wapnia i magnezu tworzą w reakcji z środkami piorącymi różnego rodzaju związki, które nie mają zdolności usuwania brudu i są przyczyną strat środka piorącego. Związki te mogą ponadto osadzać się na pranym materiale, powodując jego szarzenie lub żółknięcie. W celu usunięcia twardości wody, a więc zmiękczenia, dodaje się do kąpieli piorącej różnych substancji, których zadaniem jest eliminacja z roztworu jonów wapniowych i magnezowych przez wytrącenie nierozpuszczalnych w wodzie związków wapnia i magnezu oraz wiązania jonów wapnia i magnezu w związki kompleksowe rozpuszczalne w wodzie. Aby zmiękczyć wodę dodaje się do wodnego roztworu środka piorącego substancji zwanych kompleksonami. Zapobiegają one powstawaniu osadów jednocześnie zmiękczając wodę. Tworzą związki kompleksowe, które rozpuszczalne są w kąpieli piorącej zamykając w swojej budowie atomy wapnia lub magnezu. Wodę można zmiękczyć także poprzez dodanie do kąpieli piorącej krzemianu sodu (Na2SiO3) lub sody kalcynowanej (amoniakalnej) – węglanu sodu (Na2CO3). Przy stosowaniu węglanu sodu niekorzystnym efektem jest to, że na ubraniach gromadzą się kryształy węglanu sodu. Kryształy powodują szorstkość, przecieranie się oraz uszkodzenie włókien przy zginaniu.
Krzemian sodowy także używany jest jako substancja zmiękczająca, ale także powoduje szorstkość, łamliwość, szarzenie i żółknięcie pranych tkanin.

Mydło jest detergentem wrażliwym na działanie twardej wody, natomiast inne detergenty nie są wrażliwe na twardość wody i bardzo łatwo wytwarzają pianę, co przy praniu zapewnia znaczną oszczędność środka piorącego. Właśnie, dlatego obecnie bardzo często mydła
w procesie prania zastępowane są detergentami

Źródło: Internet