Mechanizm działania substancji powierzchniowo czynnych.

Pierwszym znanym i używanym detergentem było mydło, wynalezione na Bliskim Wschodzie ponad 5000 lat temu. Na początku używano go głównie do prania odzieży i przemywania ran. Dopiero w 11 wieku n.e. zaczęto używać mydła do mycia się.


Detergenty są środkami czyszczącymi, szeroko używanymi zarówno w gospodarstwach domowych jak i w przemyśle. Dzielimy je na mydła i detergenty syntetyczne, nie zawierające mydeł. Te ostatnie zresztą często określamy po prostu mianem detergentów, wyłączając z tej ogólnej nazwy mydła.
Mydło wytwarzane jest w procesie chemicznym, w którym tłuszcz reaguje z ługiem (wodorotlenkiem). Mydło często powstaje przypadkowo, gdy mięso jest pieczone nad ogniskiem a trochę tłuszczu pryśnie na popiół, zasadowy w odczynie. Prawdopodobnie ktoś bardzo dawno temu przypadkowo wziął do rąk takie prymitywne mydło i stwierdził, że bardzo łatwo miesza się z wodą i dobrze zmywa brud.
Chociaż wytwarzanie mydła ma długą historię, to pierwszy detergent syntetyczny pojawił się dopiero w 1916 roku, stworzony przez niemieckiego
chemika Fritza Gunthera. Był to środek do zastosowań przemysłowych. Syntetyczne środki dla gospodarstw domowych, wystarczająco delikatne by nie uszkodzić skóry rąk, wprowadzono w 1933 roku. Od tego czasu stworzono szeroką gamę syntetycznych detergentów o różnych właściwościach, przystosowanych do czyszczenia różnorakich rzeczy. Ich produkcja stanowi dziś jedną z podstawowych gałęzi przemysłu chemicznego.
Wewnątrz cieczy, na przykład wody, siły przyciągające wiążą cząsteczki ze sobą. Na powierzchni cieczy działają dzięki temu siły napięcia powierzchniowego, tworzące stosunkowo niełatwą do przebicia błonkę powierzchniową. Siły te zakrzywiają powierzchnię swobodną cieczy, co dobrze widać na przykładzie kropli wody, która ma prawie sferyczny kształt.
To właśnie siły napięcia powierzchniowego nie pozwalają wodzie samej w sobie był efektywnym środkiem czyszczącym. Gdy woda wchodzi w kontakt z cząstkami brudu na tkaninie, to jej cząsteczki mają tendencję do łączenia się ze sobą zamiast z brudem. Innymi słowy czysta woda nie zwilża brudu.


Środki powierzchniowo czynne


Mydła i detergenty syntetyczne zawierają substancje zmniejszające napięcie powierzchniowe wody, co powoduje, że dużo lepiej rozpływa się ona po powierzchni tkanin, naczyń itp., zwilżając brud. Substancje te nazywamy środkami powierzchniowo czynnymi.



Można przyjąć, że cząsteczki substancji powierzchniowo czynnej mają kształt kijanek. Zwykle "główka" takiej "kijanki" łączy się z wodą, podczas gdy "ogonek" z cząsteczkami brudu. Gdy wymieszamy taki środek z wodą, to na jej powierzchni "kijanki" skierują się "główkami" do wewnątrz cieczy. "Ogonki" cząsteczek substancji powierzchniowo czynnej sterczą natomiast na zewnątrz, wystając poza powierzchnię wody. Gdy w ten sposób porozrywamy powierzchnię to znacząco zmniejszymy napięcie powierzchniowe, co pozwoli wodzie zwilżać i penetrować czyszczoną tkaninę. Z drugiej strony "ogonki" cząsteczek substancji powierzchniowo czynnej przylepiają się do każdej cząstki brudu, którą napotkają.
Gdy czyścimy tkaninę zabrudzoną tłuszczem, to połączone działanie detergentu i mechanicznych wstrząsów podczas prania usuwa ten tłuszcz. Malutkie kropelki tłuszczu pokrytego substancją powierzchniowo czynną rozproszone w wodzie tworzą wówczas tzw. emulsją. Substancje powierzchniowo czynne mogą być anionowe, kationowe lub niejonowe. Cząsteczki substancji anionowych tworzą w roztworze wodnym jony ujemne, natomiast kationowych - jony dodatnie. Substancje niejonowe w roztworze wodnym nie tworzą jonów.
Substancje powierzchniowo czynne w mydłach są zawsze anionowe, podczas gdy detergenty syntetyczne mogą zawierać wszystkie ich rodzaje, razem lub osobno.
Mydła

Mydło jest wyrabiane przez przereagowanie tłuszczu, jak łój, olej kokosowy czy olej palmowy, z jakimś wodorotlenkiem (ługiem), na przykład wodorotlenkiem sodowym (sodą kaustyczną) lub wodorotlenkiem potasowym (potażem żrącym).
Zachodzący tam proces chemiczny nazywa się zmydlaniem.
W nowoczesnych instalacjach do ciągłej produkcji mydła substraty są mieszane, a potem podgrzewane pod ciśnieniem do ok. 130C. Produktami reakcji są mydło i gliceryna. Po oddzieleniu gliceryny stopione mydło przechodzi dalsze procesy technologiczne, w których uzyskuje się żądany produkt finalny.
Mydła sodowe otrzymuje się przez wysuszenie stopionego mydła oraz dodanie środków zapachowych i barwiących, po czym formuje się je w kostki. Mydła toaletowe są wytwarzane z lepszych gatunków tłuszczu, a po wysuszeniu są ponownie podgrzewane aby zmniejszyć zawartość wody.
Płatki mydlane formuje się zestalając mydło na zewnętrznej powierzchni walca i następnie zeskrobując je. Proszki mydlane powstaję w ten sposób, że stopione mydło mieszane jest z dodatkami wspomagającymi i polepszającymi działanie piorące oraz wygląd i strukturę pranej tkaniny. Następnie mieszaninę tą suszy się rozpryskowo. Podobne dodatki stosowane są także w przypadku detergentów syntetycznych. Obecnie produkowanych jest wiele rodzajów detergentów syntetycznych, zarówno w formie proszków jak i płynów. Proszki, zawierające około 20-25% substancji powierzchniowo czynnych, produkowane są przez suszenie rozpryskowe mieszaniny tych substancji i innych składników. Niektóre proszki do prania zawierają enzymy proteolityczne, na przykład proteazę, które pomagają usunąć zabrudzenia pochodzenia białkowego - takie jak plamy z krwi czy jajek. Tego typu proszki określane są mianem proszków "biologicznych".
Detergenty syntetyczne

Płynne detergenty syntetyczne produkuje się dodając do roztworu składników substancji zwanej hydrotropem. Zwiększa on rozpuszczalność substancji w wodzie, nie pozwalając tym samym składnikom płynu wytrącać się z roztworu.
Detergenty syntetyczne używane są także w innych środkach czyszczących, takich jak np. proszki czy mleczka do szorowania. Taki typowy
proszek zawiera detergent anionowy, drobno sproszkowany związek mineralny (np. skaleń czy marmur) oraz wybielacz chlorowy.