IX Международная студенческая электронная научная конференция
«Студенческий научный форум» - 2017
 
     

АРХИВ "Студенческий научный форум"

ХИМИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ МЫТЬЯ ПОСУДЫ И ДРУГИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Новожилова С.А.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

Сегодня современным хозяйкам предоставляется огромный выбор специально разработанных моющих средств, которые якобы могут даже в холодной воде отмыть грязную посуду. Производители обещают, что именно их продукт справится с горой грязных тарелок, а реклама по телевизору демонстрирует эффект «до» и «после». Согласно рекламе они даже защищают от вредного воздействия веществ моющего средства кожу рук, увлажняя и ухаживая за ними. Но как дела обстоят на самом деле, действительно ли средства для мытья посуды безвредны, как нас пытаются убедить и каков состав этих средств?

К выбору моющих средств для кухни нужно подходить внимательно. Особенно если речь идет о том средстве, которое контактирует с посудой. Ученые выяснили, что ежегодно человек съедает до 0,5 кг бытовой химии. Важно, чтобы моющее средство хорошо справлялось со своим прямым предназначением, а также было безопасным для здоровья.

Средства для мытья посуды выбирают по многим критериям: от эффективности до безопасности. Ассортимент таких средств сегодня очень велик, и понять, какое из них лучше, не так-то легко.

  1. Теоретическая часть

    1. История возникновения моющих средств

Стиркой и мытьём занимались ещё в глубокой древности. Посуду мыли обычной водой. Иногда использовали масла и абразивы, такие как влажный песок и влажную глину. Более чем за две тысячи лет до нашей эры в городах Римской империи существовали превосходно оборудованные бани с бассейнами для плавания. В этих банях для мытья тела использовали отруби, соки растений и некоторые сорта моющих глин. Впервые о получении мыла из жира и золы упоминается в трудах римского врача Галена. Мыло явилось результатом варения животного жира с водой и древесной золой. Другие моющие средства — воловья жёлчь и растительные сапонины.

До появления синтетических моющих средств стирали только мылом. Оно и теперь занимает значительное место среди моющих средств. Многие письменности позволяют считать, что уже в средине XI столетия слово мыло было понятным в Киевской Руси. Материалы истории дают основание допускать завоз мыла в Киевскую Русь из стран Востока, Византии и других.

При Петре I возникло в России производство зеленого мыла из конопляного масла и поташа. Центрами мыловарения в XVIII столетии были Петербург, Москва, Валдай, Архангельск, Коломна, Калуга, Нижний Новгород, Курск, Томск, Тюмень, Тобольск, Иркутск. Мыловарение было распространено на Украине, в Эстонии, Грузии, Азербайджане.

Промышленное производство мыла в отдельных европейских странах возникло, по-видимому, в 19 веке. В это время мыло уже варили в Германии и во Франции. Позже мыловарение стало развиваться в Англии. В 1400 г. Исключительной славой пользовалось «венецкое» мыло. В 13 веке мыловарение на Руси уже существовало как вполне развитый промысел. Более того, мыло стало даже предметом вывоза в другие страны [8].

Моющие эффекты определённых синтетических ПАВ были отмечены в 1913 А. Рейхлером, бельгийским химиком. Первым коммерчески доступным детергентом была смесь Nekal, продававшаяся в Германии в 1917, чтобы облегчить нехватку мыла в первой мировой войне. Синтетические моющие средства главным образом использовались в промышленности до Второй мировой войны. После неё заводы авиационного топлива США, перешедшие на мирную продукцию, широко производили тетрапропилен, используемый в бытовых моющих средствах, что вызвало быстрый рост домашнего использования в конце 1940-х. В конце 1960-х биологические моющие средства, содержащие ферменты, расщепляющие белки, появились в США. Сейчас поступление синтетических моющих средств в водную среду со сточными водами достигло существенных величин и с точки зрения экологии их рассматривают как один из классов загрязняющих веществ [1].

  1.  
    1. Классификация моющих средств

Моющие средства разделяют по назначению, консистенции, видам моющего вещества, содержанию моющего вещества и другим признакам.

По назначению моющие средства делят на хозяйственные, туалетные, специальные (медицинские, технические и др.).

По консистенции различают моющие средства твердые (кусковые, гранулированные, порошковые), мазеобразные (пасты) и жидкие. Наиболее широкое применение нашли порошковые средства. Удобны моющие средства в виде гранул и паст. Жидкие средства легко растворяются, хорошо дозируются. Они эффективны для стирки текстильных изделий и мытья посуды, автомашин, стекла и т. д. Выпуск жидких средств будет увеличиваться. Их изготовление проще и дешевле (отпадает процесс сушки), они не пылят, подобно порошкам, легче дозируются.

В зависимости от вида моющего вещества моющие средства разделяют на мыла и синтетические моющие средства. Содержание моющего вещества в средстве колеблется от 5 до 85 %. Большинство моющих средств хозяйственного назначения содержат 10 – 75% моющего вещества.

Мыло готовится из натуральных растительных масел и животных жиров. Один его кусок при изготовлении «съедает» 250 г растительного масла. Теперь химики значительно уменьшают расход питательного продукта на мыловарение, компенсируя получение жирных кислот из отходов нефтяной и коксохимической промышленности. А это значительно дешевле.

Кусковое мыло и сегодня остается достаточно удобным средством для ручной стирки. Но хороший моющий эффект оно дает при температуре воды 60—70 °С, а ее выдерживают только хлопчатобумажные и льняные ткани. Причем, они хорошо стираются только в мягкой воде. Вода же речная и водопроводная большей частью содержит соли жесткости — углекислые, сернокислые и хлористые кальция и магния. При стирке с мылом получается осадок солей, и белье со временем приобретает сероватый оттенок. Поэтому необходимо воду смягчать стиральной содой или содово-фосфатными порошками [7].

Для улучшения моющей способности мыла в жесткой воде выпускаются моющие средства на основе мыла и добавок, смягчающих воду. Они выпускаются в основном местной промышленностью и не выдерживают конкуренции синтетических моющих средств.

В настоящее время с помощью разнообразных эффективных быстродействующих химических средств процессы стирки значительно ускорились, а качество ее при минимальной затрате труда неизмеримо возросло.

В последние десятилетия использование мыла для стирки тканей, очистки стеклянных, керамических, деревянных, металлических и полимерных изделий резко сократилось в связи с появлением синтетических моющих средств (СМС), которые называют также детергентами.

Синтетические моющие средства — стиральные порошки, моющие пасты, жидкости — составляют значительную часть продукции бытовой химии. Стиральные порошки и пасты изготовлены из синтетических поверхностно-активных веществ и полезных добавок, обеспечивающих высокое моющее действие, содержат оптический отбеливатель и специальные отдушки, придающие выстиранному белью белизну, свежесть, приятный запах, даже в жесткой воде белье почти не застирывается, сохраняет хороший цвет [2].

Но порошки, как и другие моющие средства, в отличие от мыла, очень трудно отполаскиваются. Поэтому при стирке надо строго соблюдать норму их расхода. А обильная пена, образующаяся при стирке, снижает механическое воздействие на белье в домашних стиральных машинах. Поэтому в последнее время увеличивается выпуск стиральных средств с пониженным пенообразованием специально для стирки в стиральных машинах. Следует помнить, что синтетические моющие средства хорошо стирают и в жесткой воде. Здесь эффективность стирки вообще не зависит от обилия пены. Снижение пенообразования обычно достигается введением в моющее средство добавок мыла [6].

В последнее время значительное внимание уделяется не только составу, качеству средств, но и побочному действию этих веществ. Возможность развития побочных реакций связано с неправильным применением препаратом бытовой химии.

  1.  
    1. Активные компоненты моющих средств

Существуют моющие и чистящие средства для уборки в доме, а также средства для мытья посуды, которые состоят из моющей основы и вспомогательных компонентов.

Поверхностно-активные вещества (ПАВы)

В качестве моющей основы используют поверхностно-активные вещества (ПАВ), именно они образуют пену. При этом обильная пена, не гарантирует качественное смывание загрязнений и безопасность вымытой поверхности.

Поверхностно-активные вещества — химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения. Как правило, ПАВ — органические соединения, имеющие амфифильное строение, то есть их молекулы имеют в своём составе полярную часть, гидрофильный компонент (функциональные группы -ОН, -СООН, -SOOOH, -O- и т. п., или, чаще, их соли -ОNa, -СООNa, -SOOONa и т. п.) и неполярную (углеводородную) часть, гидрофобный компонент.

Как правило, все ПАВы являются химическими синтезированными соединениями, они подразделяются на два типа: анионноактивные и неионогенные. Такое разделение они получили из-за различного поведение в водных растворах: неионогенные не подвержены электролитической диссоциации, которая заключается в распаде на положительные и отрицательные ионы. ПАВ, которые в результате диссоциации распадаются с образованием ионов с отрицательным зарядом, называются анионными, с положительным - катионными. Амфолитные ПАВ – соединения, которые в водных растворах ионизируются и ведут себя в зависимости от условий (главным образом от рН – среды), т. е. в кислом растворе проявляют свойства катионных ПАВ, а в щелочном растворе – анионных ПАВ. В состав почти всех современных средств для мытья посуды входят комплексы анионных и неионогенных ПАВ, за счет чего повышается эффективность моющего средства, поскольку разные компоненты ПАВ взаимно усиливают действия друг друга [3].

В мировом производстве поверхностно-активных веществ большую часть составляют анионные вещества. Важнейшие представители синтетических анионных ПАВов – соли сульфокислот и кислых сульфоэфиров (алкилсульфонаты, алкиларилсульфонаты, алкилсульфаты) и сульфированные жиры, масла и жирные кислоты. Эти названия чаще всего встречаются на этикетках средств для мытья посуды.

Второе место по объёму промышленного производства занимают неионогенные ПАВы – эфиры полиэтиленгликолей. В настоящее время ряд производителей применяет неионогенные ПАВы нового поколения – полиалкилгликозиды, обладающие меньшей токсичностью и более мягким воздействием на кожу рук, чем традиционно используемые.

Примером ПАВ могут служить обычное мыло (смесь натриевых солей жирных карбоновых кислот — олеата,стеарата натрия и т.п.) и СМС (синтетические моющие средства), а также спирты, карбоновые кислоты, амины и т.п.

Чем выше концентрация ПАВ, тем выше моющая способность. По ГОСТу ПАВы должны составлять не более 5 % , так как, с точки зрения экологии, относятся к классу загрязняющих веществ [1].

Самые опасные ПАВы — анионные (А-ПАВ). Они вызывают нарушения иммунитета, аллергию, поражение мозга, печени, почек, легких. Имейте в виду, при использовании моющих средств ПАВ попадает к вам в организм, так как даже десятикратное полоскание в горячей воде полностью не освобождает посуду от химикатов. Чтобы уменьшить вредное воздействие, используйте средства, в которых содержание ПАВ не превышает 5% [8].

Моющая способность средства для мытья посуды также определяется показателем активности водородных ионов (рН). Водородный показатель характеризует, является ли средство нейтральным или обладает щелочной или кислотной реакцией, что обязательно скажется на состоянии кожи рук. Соответственно, по показателю рН можно судить о безопасности средства. Согласно требований российского стандарта, регламентирующих производство товаров бытовой химии, для средств, имеющих непосредственный контакт с кожей рук, значение показателя рН должно находиться в пределах от 4,0 до 11,5. Однако для средств, которыми пользуются часто, особенно при мытье большого количества посуды, оптимальным является рН, близкий к нейтральному значению 6,0 – 7,0.

Поскольку все средства представляют собой водные растворы различных химических компонентов, очень важным показателем безопасности для средств для мытья посуды является смываемость с поверхности. Этот показатель характеризует способность средства быть удаленным с посуды при ополаскивании и тем самым гарантировать, что его остатки не попадут в дальнейшем на продукты питания [5].

В силу того, что ПАВы разных групп имеют различную токсичность, действующий ГОСТ Р 51696-2000 «Товары бытовой химии. Общие технические требования» устанавливает индивидуальные нормы требований по смываемости для анионных и неионогенных ПАВ. Так, в условиях стандартного метода определения остаточное количество неионогенных ПАВ должно быть не более 0,1 мг/дм3, а анионных ПАВ не более 0,5 мг/дм3.

Недостаточное ополаскивание посуды после мытья может привести к сохранению остатков средства на посуде и с последующим попаданием в пищу и соответственно в организм человека. Но так или иначе, наличие подобного ГОСТа свидетельствует о том, что средство, пусть в мельчайших долях, но на посуде остаётся [9].

Важную роль в составе средств для уборки и мытья посуды играют органические компоненты ПАВов: карбоксиметилцеллюлоза, которая предотвращает повторное отложение загрязнений из моющего раствора на отмытой поверхности, и так называемые гидротропы (кумол- и ксилолсульфонат, карбамид, низшие спирты), увеличивающие растворимость и ускоряющие растворение ПАВов в воде.

Также в состав моющих средств добавляют соли слабых неорганических кислот (карбонат и бикарбонат натрия, силикаты натрия, фосфаты различного состава), нейтральные соли (сульфат, хлорид натрия) с целью повысить моющую или чистящую способность средств [7].

Отбеливающие реагенты (перборат и перкарбонат натрия, ди- или трихлоризоцианураты натрия) обладают отбеливающими и дезинфицирующими свойствами. Применяются для разложения особо прочных окрашенных загрязнений, например от чая, кофе, фруктов, а так же для дезинфекции посуды.

Вспомогательные компоненты применяются для очищения поверхности посуды: для разложения полисахаридов, протеинов, омыления масел и жиров. Кроме того, силикаты натрия, нередко работают и как ингибиторы коррозии, предотвращают отложение солей жесткости на посуде и образованию накипи на деталях посудомоечных машинах.

Аналогичную функцию выполняют комплексообразующие агенты (полифосфаты натрия, цитрат натрия, нитрилотриацетат, цеолиты, поликарбоксилаты).

Нейтральные соли (сульфаты, хлориды) используется для загущения средств. Чаще всего для этих целей используется хлорид натрия.

Некоторые моющие средства содержат в качестве активных добавок энзимы (амилазы, протеазы, липазы), которые обеспечивают удаление нерастворимых белковых загрязнений.

Для того чтобы пена не оседала в процессе мытья посуды, к средству добавляют стабилизаторы пены, например, алкилоламиды.

Для улучшения потребительских свойств в средства для мытья посуды добавляют вещества, для смягчения и защиты кожи рук: глицерин, силикон, аллатоин, растительные экстракты. Они создают на поверхности кожи рук защитную пленку, предотвращающую интенсивное испарение влаги. Одновременно поверхностная пленка, создаваемая силиконом, способна защитить от проникновения вредных для кожи веществ, содержащихся в моющем средстве.

Растительные экстракты смягчают кожу, обладают успокаивающим действием, снимают раздражение, которое может быть вызвано отдельными компонентами ПАВов (таким действием обладает, например, молочко алоэ-вера). Еще один полезный компонент в деле защиты – аллатоин. Он применяется в косметической промышленности, и способствует смягчению воды и кожи рук.

Ароматизаторыиспользуют для придания продуктам или изделиям определённых запахов, создания или улучшения аромата. Отдушки добавляют практически во все СМС для придания им приятного запаха или для сокрытия неприятного запаха в порошкообразных СМС, особенно содержащих ферменты, устраняется введением парфюмерных отдушек с использованием недорогих эфирных масел с запахом свежести, цитрусовых или цветочных ароматов.

Красители обладают способностью интенсивно поглощать и преобразовывать энергию электромагнитного излучения в видимой и в ближних ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра и применяемые для придания этой способности другим телам. Красители используются для придания привлекательного вида продуктам или для сокрытия неприятного цвета исходных веществ [4].

Консервантыугнетают рост микроорганизмов в продукте. При этом, как правило, предупреждают продукт от образования токсинов микробного происхождения. Консерванты начали использоваться людьми ещё в древнем мире. Одной из целей консервации было длительное хранение продуктов. Например, консервант DMDM Hydantoin применяют в жидких моющих средствах, декоративной косметике, увлажняющих салфетках. Бактерицид, устойчив до 80 0С. Уровень активности pH 3-10. Ввод: 0,15 - 0,4%.

В качестве дезинфицирующих добавок чаще всего применяются вещества, обладающие противогрибковым, бактерицидным или бактериостатическим действием. Антибактериальный компонентэто специальные добавки, придающие обрабатывающей поверхности гигиеническую чистоту, за счет препятствия развития различных микроорганизмов.

Динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты или трилон Б это ион коагулянт. Схема действия его основана на извлечении ионов металла из нерастворимых солей металлов и замещения их на ионы натрия, почти все соли которого растворимы в воде причем независимо от валентности металла 1 молекула трилона реагирует с 1 молекулой металла. Это ценное свойство нашло огромное применение в различных отраслях, а также в производстве бытовой химии и синтетических моющих средств [7].

Ацетат калия представляет собой одну из солей уксусной кислоты. По своей токсичности ацетат калия соответствует уксусной кислоте. Обладает выраженными консервирующими свойствами, благодаря которым предотвращает развитие патогенных грибков и бактерий. В пищевой промышленности кристаллы и раствор ацетата калия используются как консерванты и регуляторы кислотности.

Вода является химическим растворителем для многих веществ. Она используется для очистки, как самого человека, так и различных объектов человеческой деятельности. Вода используется как растворитель в промышленности, в том числе используется при производстве моющих средств.

  1.  
    1. Влияние синтетических моющих средств на организм человека

В результате мы имеем дело с многокомпонентным, как правило, химически синтезированным продутом. Однако, несмотря на строгие требования, предъявляемые к безопасности моющих и чистящих средств, а также достоинства, входящих в состав вспомогательных компонентов мы, рядовые потребители, не застрахованы от возникновения «побочных эффектов» чистоты – аллергических реакций, и уж точно не застрахованы от ежедневных микродоз всех этих веществ на своих тарелках.

Влияют ли СМС на человека? Попадание синтетических моющих средств в организм человека с водой всё же возможно. В первую очередь это происходит, когда человек ест или пьёт из плохо промытой от детергентов посуды. Другой путь попадания синтетических моющих средств – во время купания. Он наиболее част для детей. В желудке находится соляная кислота. Она выполняет важную задачу – позволяет расщеплять белки пищи. Почему же тогда желудок не растворяется под её воздействием? Потому что он покрыт защитной оболочкой из слизи, которая постоянно вырабатывается клетками стенок желудка, которая разрушается под действием СМС. Значит, если в организм человека попадает СМС с недомытой тарелки, то защитная, отталкивающая воду оболочка вокруг стенок желудка, становится тоньше. Результат – развивается язва желудка.. Что же делать? Во-первых, мыть посуду преимущественно без синтетических моющих средств или с их минимальным количеством. Во-вторых, очень тщательно ополаскивать посуду. Самые опасные ПАВы — анионные (А-ПАВ). Они вызывают нарушения иммунитета, аллергию, поражение мозга, печени, почек, легких. Имейте в виду, при использовании моющих средств ПАВ попадает к вам в организм, так как даже десятикратное полоскание в горячей воде полностью не освобождает посуду от химикатов. Чтобы уменьшить вредное воздействие, используйте средства, в которых содержание ПАВ не превышает 5%. Также следует избегать средств, в составе которых имеются следующие вещества: фенолы и крезолы. Эти бактерицидные вещества очень едки и могут вызвать диарею, головокружение, потерю сознания и нарушение функций почек и печени. Формальдегид, канцероген, вызывающий сильное раздражение глаз, горла, кожи, дыхательных путей и легких. Может присутствовать в составе чистящих веществ. Фосфаты и фосфонаты содержатся в большинстве стиральных порошков в качестве смягчителя воды и способны вызвать аллергические реакции кожи и поражение дыхательных путей. Кроме того, фосфаты, попадая в природные водоемы, служат удобрением для водорослей и вызывают цветение, что приводит к гибели большинства их обитателей. В настоящее время многие производители отказываются от введения в средства бытовой химии фосфатных добавок, заменяя их более экологичными веществами — цеолитами и поликарбоксилатами. Гипохлорид натрия — sodium hypochlorite (отбеливатели). Хлор очень опасен, а данное химическое соединение весьма нестойкое и легко «отпускает» хлор. Он является причиной заболевания сердечно-сосудистой системы, способствует возникновению атеросклероза, анемии, гипертонии, аллергических реакций, отрицательно влияет на кожу и волосы, повышает риск заболевания раком. Нефтяные дистилляты (в полиролях для металлических поверхностей): кратковременное воздействие может привести к временному расстройству зрения; долговременное воздействие ведет к нарушениям функционирования нервной системы, почек, органов зрения и к кожным заболеваниям. Нашатырный спирт (чистящие вещества для стеклянных поверхностей): приводит к раздражению глаз, дыхательных путей, вызывает головные боли. Нитробензол (в полиролях для полов и мебели): вызывает обесцвечивание кожи, одышку, рвоту, а в особо тяжелых случаях — смерть; воздействие этого вещества вызывает раковые заболевания, оно является причиной врожденных дефектов у детей [8].

  1.  
    1. Правила предосторожности

Сложно представить, что полный отказ от использования моющих средств возможен – эти вещества значительно облегчают поддержание чистоты в доме, упрощают такие неприятные бытовые обязанности, как уборка и мытье посуды. Но можно свети риск от использования бытовой химии к минимуму, соблюдая простые правила предосторожности: При покупке проверять моющие средства на подлинность. Отдавать предпочтение средствам без ярко выраженного запаха. Ополаскивать посуду от моющего средства не менее 15 секунд в проточной воде. Никогда не смешивать несколько средств бытовой химии. Обращать внимание на содержание вредных веществ в составе средства. Отдавать предпочтения средствам с содержанием ПАВ и фосфатов не более 5%.

  1.  
    1. Состав анализируемых средств для мытья посуды

Подробно рассмотрим состав трех химических средств для мытья посуды: «Sortiбальзам с алоэ вера», «AOS Бальзам», «Pril Дуо Актив Лимон».

  1.  
    1.  
      1. Средство для мытья посуды жидкое «Sorti бальзам с алоэ вера»

(Производитель: ПАО «Нэфис Косметикс»,420021, Российская Федерация, Республика Татарстан, г. Казань, ул. Г. Тукая, д. 152)

В состав входят активные компоненты против жира и натуральные добавки, бережно заботящиеся о коже рук; эффективно удаляет жир даже в холодной воде; придает посуде зеркальный блеск, не оставляет разводов; отлично пенится и легко смывается водой; натуральный экстракт алоэ вера смягчает и увлажняет кожу.

Таблица 1

Компонентный состав, назначение и действие на организм человека средства для мытья посуды «Sorti бальзам с алоэ вера»

Компонент средства для мытья посуды

Характеристика

Действие на организм человека

Анионные ПАВ (5 – 15%) (общая формула RCOO — Ме+, где R — органический радикал C8 — С20; Ме+ — К+, Na+ или NH+4)

Основная часть моющего средства, удаляют твердые и жидкие загрязнения с поверхности, высокое пенообразование, солюбилизация загрязнений маслянистого характера

Нарушают защитный слой кожи (обезжиривают и обезвоживают кожу), могут накапливаться в мозге, печени, сердце, жировых отложениях и продолжать разрушение организма длительное время. Смывание защитного слоя стимулирует активность сальных желез

Неионогенные ПАВ (