Mydła i detergenty (opis, budowa, zasada działania, wpływ na środowisko)

Mydła są solami sodowymi lub potasowymi wyższych kwasów tłuszczowych głównie kwasów palmitynowego, stearynowego i oleinowego. Odczyn wodnych roztworów mydeł jest zasadowy, ponieważ w roztworach wodnych mydła jako sole słabych kwasów i mocnych zasad są zhydrolizowane na kwas i zasadę. O zasadowym odczynie roztworu decyduje obecność jonów wodorotlenowych w roztworze. Mydła są powszechnie stosowane jako środki piorące i myjące, gdyż posiadają zdolność emulgowania tłuszczu. Roztwór mydła wraz z tłuszczem brudu tworzy emulsję, którą już łatwo usuwa woda.
Mydła dzielą się na mydła stałe (sole sodowe) i ciekłe, maziste (sole potasowe i mieszane). Mydła toaletowe to wysokogatunkowe mydła sodowe zawierające różne dodatki: barwniki, olejki zapachowe, substancje lecznicze, olej kokosowy i inne.
Mydła otrzymuje się w reakcji zmydlania tłuszczów za pomocą wodorotlenków i węglanów sodu i potasu lub niekiedy z syntetycznie uzyskanych kwasów tłuszczowych.

C17H35COONa +NaOH + C17H35COOH H2O
zasada sodowa kwas stearynowy stearynian sodu (mydło sodowe)


Proces wytwarzania mydeł można podzielić na dwa etapy:
- warzenie lub gotowanie mydła, którego celem jest zmydlenie surowców tłuszczowych i wytworzenie masy mydlanej,
- konfekcjonowanie, które prowadzi do nadania mydłu postaci i właściwości, jakich wymaga konsument.
1) Pierwszym etapem jest zmydlanie właściwe, które polega na ogrzaniu tłuszczu z niewielką ilością ługu sodowego (stężony NaOH) wraz z wodą do momentu sklejenia się masy. Ciągle mieszając dodaje się pozostałą ilość tłuszczu i ługu. Proces ten trwa około 2-5 godzin i odbywa się w urządzeniach periodycznych.
2) Następnie prowadzi się proces domydlania, który polega na dodaniu wody przy ciągłym mieszaniu do momentu, aż masa mydlana zacznie ciągnąć się jak nić.
3) Kolejnym procesem jest wysalanie masy mydlanej, proces ten prowadzi się, aby oddzielić mydło od reszty składników. Polega na stopniowym dodawaniu do masy mydlanej solanki lub soli stałej, ciągle mieszając zawartość. Z roztworu wytrąca się mydło, które wypływa ku górze. Po pewnym czasie następuje rozwarstwianie na warstwę mydlaną i ług spodni, zawierający glicerynę. Ług spodni usuwa się, a wysalanie powtarza się wielokrotnie. Uzyskanym produktem jest tak zwany wysół.
4) W tym samym czasie ale w drugim urządzeniu prowadzi się zmydlanie surowców kwasowych, wchodzących w skład mydła (kalafonia lub kwasy tłuszczowe). Po wysoleniu otrzymuje się wysół pomocniczy, który miesza się z wysołem podstawowym.
5) Mieszanina wysołu podstawowego i pomocniczego poddawana jest szlifowaniu. Polega ono na wolnym dolewaniu wody, przy energicznym mieszaniu parą wodną, oraz dodaniu niewielkiej ilości ługu sodowego. Wysalanie i szlifowanie powtarza się wielokrotnie by usunąć z mydła glicerynę i inne zanieczyszczenia.
6) Po ostatnim, końcowym rozwarstwieniu uzyskuje się wysół i tak zwany klej. Wysół spuszcza się, chłodzi i suszy. Uzyskane w ten sposób mydło nazywa się mydłem rdzeniowym, które może stanowić gotowy produkt lub być poddane konfekcjonowaniu.

Surowce pomocnicze przy produkcji mydła to:
- kalafonia - zwiększa zdolność pienienia się mydła i nadaje mu właściwą konsystencję,
- sól kamienna (NaCl) - dodanie tego składnika powoduje proces wysalania, czyli wytrącanie się do cząsteczek kleju mydlanego i zbijania się ich w skupiska nadające się do formowania,
- szkło wodne (krzemian sodowy) - jest wypełniaczem.

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 na 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 obniżają 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 i wytwarza się stała emulsja tłuszczu w wodzie. 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. Sole te rozkładają się w temperaturze powyżej 70 rozpuszczalne w wodzie węglany (wapnia i magnezu). W wyniku podgrzania zawartości jonów wapnia i magnezu w wodzie spada i 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.
Detergenty to syntetyczne środki piorące i mydlące nie zawierające mydła. Są to głównie sole sodowe kwasów sulfonowych i wodorosiarczanów wyższych alkoholi. Detergenty są składnikami proszków do prania, płynów do mycia naczyń i zapobiegających elektryzowanie tkanin, szamponów i tym podobnych.
Produkty zawierające mydła i detergenty :
- produkty stosowane do mycia naczyń i wyrobów ze szkła
- środki do mycia i czyszczenia np. urządzeń kuchennych i sanitarnych
- środki ogólnego zastosowania służące do mycia podłóg, urządzeń kuchennych, sanitarnych i glazury
- środki do czyszczenia WC
- specjalne środki myjące i czyszczące (np. do czyszczenia armatury, szampony samochodowe, środki do mycia i dezynfekcji w szpitalach, zakładach żywienia, zakładach przemysłowych)
- środki zawierające substancje ścierające, stosowane między innymi do czyszczenia urządzeń sanitarnych
- pasty do zębów zawierające sproszkowane mydło
- szampony, których podstawowymi surowcami są sproszkowane mydło lub detergenty o łagodnym działaniu
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
Stosowanie mydeł pomaga nam utrzymać higienę. Wiadomo jednak, że nasza skóra ma lekko kwaśny odczyn. Mydła w roztworach wodnych mają odczyn zasadowy. dlatego też stosowanie ich i niewystarczające spłukiwanie doprowadza do zmiany chemicznego odczynu naszej skóry z kwasowego na zasadowy. Nie jest to naturalne,
a dodatkowo wiadomo, że środowisko zasadowe sprzyja rozwojowi różnego typu grzybic. Mydło jednak pomogło uporać się z różnymi dolegliwościami skóry pochodzenia bakteryjnego i pasożytniczego.
Na rynku dostępne są syntetyczne detergenty o lekko kwaśnym odczynie (pH 5,5)
i takie mydła są najwłaściwsze do stosowania, gdyż nie naruszają ochronnej warstwy na skórze. Codziennie kilkakrotnie sięgamy po różnego rodzaju detergenty. Myjąc ręce, naczynia, używając proszków do prania miejmy świadomość, że są to wynalazki pozwalające żyć w czystości oraz zachować zdrowie. Tlenek wodoru i perfumowany stearynian sodu to dwie substancje, których nie powinno się oszczędzać

BIBLIOGRAFIA

1).„Słownik szkolny. Chemia” Jadwiga Sobczak, Krzysztof M. Pazdro, Zofia Dobkowska
2).„Towaroznawstwo wybranych artykułów spożywczych i nieżywnościowych” Aniela Falarz, Grażyna Mataczyńska
3).„Chemia ogólna organiczna” Maria Trenkner