I. كيف يتم إزالة الدهون والزيت من الأطباق؟
غسل الصحون هو عملية إزالة الدهون وغيرها من الأوساخ من سطح أواني الطعام وغالبا ما يتطلب استخدام غسالة الصحون، والتي هي مواد فعالة سطحيا عنصر أساسي.عادة ما تحتوي جزيئات المواد السطحيّة على سلسلة هيدروفوبية طويلة وجماعة هيدروفيليّةالسلسلة الهيدروفوبية في حالة غير مستقرة في الماء، ويميل إلى الهجرة إلى الواجهة ثنائية المراحل أو متعددة المراحل لتقليل منطقة الاتصال بالماء،مما يؤدي إلى انخفاض التوتر بين الوجهات، والذي ينتج الرطوبة والذوبان ووظائف أخرى. عندما يكون تركيز عامل السطح كبيرًا بما فيه الكفاية ، تتجمع جزيئات عامل السطح في الماء ،سلاسل هيدروفوبية مع بعضها البعض لتشكيل كولويد، والجماعات الهيدروفيلية إلى الخارج لتشكيل سطح اللولب. الجماعات الهيدروفيلية تشكل سطح اللولب.يمكن أن يحتوي اللولب على الزيت ويزيد من ذوبان الزيت في الماء بشكل ملحوظمن خلال تطبيق عمل ميكانيكي ، يمكن إزالة الزيت من سطح أدوات الطعام.
هناك العديد من المواد النشطة السطحية المستخدمة عادة في غسالات الصحون ، مثل سلفونات الصوديوم دوديسيل بنزين (LAS) والكحول الأليفاتي سلفات بوليوكسي إيثيلين إيثير (AES) ،لكنها ليست مرضية من حيث السلامة، التأثير على الجلد، أداء التدهور البيولوجي وهلم جرا.
ما هو APG؟
APG تعني AlkylPolyglucoside ، والتي عادة ما تكون مركب غليكوزيد الأكل من أحادي السكريات والأوليغوسكريات. السلسلة الهيدروفوبية R في الجزيء عادة ما تكون مجموعة ألكيل C8 ~ C12 ،والجماعة الهيدروفيلية هي غليكوزيد أحادي السكريات أو أوليغوسكريات (درجة البوليمرة عادة ما تكون 1~3وبما أن جزيء السكر يحتوي على مجموعات هيدروكسيل متعددة، على سبيل المثال، الجلوكوز يحتوي على 5 مجموعات هيدروكسيل، السكروز، المالتوز يحتوي على 8 مجموعات هيدروكسيل،لذا بنية الجليكوزيدات الألكيلية معقدة للغاية، هناك مجموعة متنوعة من الميزومرات.
III. أداء المنظفات من APG
لا توجد مجموعة تأين قوية في جزيء APG ، والذي ينتمي إلى عامل السطح غير الأيوني ، ونشاطه السطحي من بين الأعلى ، وهو أقوى من المواد الفعالة السطحية غير الأيونية الشائعة (مثلإيثير البوليوكسي إيثيلين الكحولية الأليفاتية)، ولا يزال بإمكانه الحفاظ على النشاط السطحي العالي في محلول قاعي وكهربائي مركز (على سبيل المثال سليكات الصوديوم ، إلخ).يطلق على أدنى تركيز يمكن للمادة السطحيّة أن تشكّل فيه ميسيلات تركيز الميسيل الحرج (cmc)، وهو معيار مهم لقياس النشاط السطحي للمادة النشطة السطحي. كلما كان CMC أصغر، كلما كان النشاط السطحي أعلى. كلما كان CMC أصغر، كلما كان النشاط السطحي أعلى.عندما تكون مجموعة الألكيل هي نفسها، والسي ام سي من سوديوم دوديسيل بنزين سولفونات الأنيونية المستخدمة بشكل شائع و سوديوم دوديسيل سولفات هي 1.2x10-3mol و 9.3x10-3mol على التوالي ،و cmc من إيثير بوليوكسي إيثيلين لاوريل غير الأيوني C12H250 ((OC2H4) 9H = 1.0x10-4mol ، ويمكن أن تكون مختلف APGs صغيرة بحيث 8.0x10-5mol-2.2x10-4mol / L. أدنى تركيز من micelles يسمى تركيز micellar الحرج (cmc) ،وهو معيار مهم جداً لقياس نشاط سطح المواد السطحيّة.4مول/ لتر
يحتوي APG أيضًا على مزايا أخرى ، بما في ذلك الرغوة الغنية ، والقدرة على الرغوة والمواد الصناعية السطحية الأنيونية متشابهة تقريبًا ؛ والمواد الصناعية السطحية الأخرى لها تأثير متكافئ ،يمكن أن يحسن نشاط السطح ويقلل من كمية المواد النشطة في السطح المهيجة: يشعر بالهدوء، أقل تهيجًا للبشرة. لأنه غير سام، وسهل التدهور، ومنتج بنسبة 100٪ من المواد الخام الطبيعية المتجددة،علم وظائف الأعضاء، التوافق البيئي، وما إلى ذلك، وبالتالي يُعرف بأنه عامل سطحي أخضر. عيبه هو أنه يتأثر بشكل كبير بجودة المياه، ومع زيادة صلابة المياه،القدرة على التطهير تنخفض.
IV. تجميع APG
عادة ما يتم تحضير APG عن طريق تكثيف النشا الطبيعي ومنتجات هيدروليزه مع الكحولات الدهنية.منتجات هيدروليز النشا يمكن أن تكون الجلوكوز أو أوليغوساكاريدات مثل الديساكاريدات والتريساكاريداتهناك طرق مختلفة للتوليف، ولكن في الوقت الحاضر، الطريقة الرئيسية هي طريقة التوليف الكيميائي.
يتم وصف اثنين من أساليب التوليف الصناعي الأكثر اعتمادا هنا. أحدهما يشار إليه غالبًا باسم طريقة خطوة واحدة ،الذي يستخدم تفاعل مباشر من الكحولات الدهنية C8 إلى C16 مع منتجات هيدروليز النشويات لإنتاج الغليكوزيدات الألكيلية، عادة ما تتطلب الحرارة ومحفز. المحفزات المستخدمة بشكل شائع هي حمض الكبريتيك، حمض p-toluenesulphonic، والأحماض ذات الخصائص المحلبة (على سبيل المثال، حمض dodecylbenzenesulphonic) ،التي تسبب تكوين مستقر للمواد الخام، قطرات دقيقة تساعد في تفاعل الغليكوسيد.
بعد الانتهاء من التفاعل ، يتم إزالة الكحول الدهني ، ثم بعد المحايدة والبيضاء ، يتم الحصول على منتج APG.هذه الطريقة بسيطة نسبيا ،ولكن بسبب ضعف قابلية الذوبان للكحولات عالية الكربون والسكر، وقت التفاعل طويل، وتحتاج ظروف التفاعل إلى أن تكون مراقبة بعناية، وإلا فمن السهل جدا لتشكيل كتل الكوكس المتجمعة.تستخدم الدول الأجنبية هذه الطريقة بشكل رئيسي لتوليف الغليكوزيدات الألكيل.
طريقة أخرى للتوليف غالبا ما تسمى طريقة خطوتين. خذ طريقة التداول على سبيل المثال ، وهي في وجود حمض الكبريتيك ، حمض p-toluenesulfonic وغيرها من المحفزات الحمضية ،أولا دع الكحولات الدهنية منخفضة الكربون (بصفة عامة بوتانول) والنشويات (أو منتجات هيدروليزها) لتوليد سلسلة منخفضة الكربون من غليكوزيدات الألكيل، ومن ثم الكحولات الدهنية ذات السلسلة الكربونية العالية بدلاً من الجليكوزيدات في السلسلة المنخفضة الكربون ، بحيث تحصل على سلسلة عالية الكربون من الجليكوزيدات الألكيلية.
في الوقت الحاضر، والإنتاج المحلي الرئيسي مع هذه الطريقة، والظروف المستخدمة عادة هي: الخطوة الأولى من التفاعل لمدة ساعتين، في 100 ~ 120 درجة مئوية،تحت الفراغ في أقرب وقت ممكن لإزالة n-butanolبعد 40 دقيقة من التفاعل ، يتم تحييد المنتج مع Na2CO3 ويتم إزالة الدوديكانول عند 165 درجة مئوية و 0.تتميز طريقة الخطوتين بوقت رد فعل قصير، عملية بسيطة، وحل جيد لمشكلة التوافق بين الكحول والسكر، ولكن الإنتاج على نطاق واسع يحتاج إلى زيادة فصل عمليات ومعدات الكحول منخفضة الكربون،ونقاء المنتج ليس جيداً مثل طريقة الخطوة الواحدةبالإضافة إلى الطريقة الكيميائية ، يمكن أيضًا تخليق APG عن طريق الطريقة الإنزيمية ، والتي لها مزايا الانتقائية الجيدة ، والظروف المعتدلة ، والعملية البسيطة ، ونقاء المنتج العالي ، إلخ.,معدل التحويل منخفض، سرعة التفاعل بطيئة، ومن المعقد إنشاء نظام إنزيم مناسب، لذلك لا يزال في مرحلة البحث المعملي.
V. صياغة مواد غسيل الصحون مع APG
عادةً ما تحتوي مواد غسل الصحون المصممة مع APG أيضًا على مواد أخرى نشطة في السطح ، بحيث تكون مواد الغسيل المصممة غنية بالرغوة ، جيدة في مقاومة الماء الصلب ،سهل الشطف و لطيف لللمستجدر الإشارة إلى أنه لا توجد علاقة مباشرة بين الرغوة وأداء المنظفات،ولكن ظاهرة الرغوة التي تنخفض تدريجياً أثناء عملية الغسيل يمكن أن تشير إلى انخفاض في المكونات النشطة في محلول الغسيل وانخفاض في القدرة على التنظيفبسبب ارتفاع سعر APG نسبياً ، فإن كمية APG المستخدمة في الصيغ العامة منخفضة (عادة ما تكون في نطاق 1٪ إلى 15٪) من أجل خفض التكاليف.يستخدم NaCl عادةً كمضخم في الإنتاج التجاري لتقليل التكلفة وزيادة اللزوجة.
فيما يلي مخطط تجريبي لإعداد صيغة بسيطة: يزن 0.70 غرام من APG (50٪) و 1.20 غرام من AES (70٪) ، يضاف الماء إلى 10 غرام على التوالي ،ثم احرقه قليلاً بحمام ماء (أو سترة تدفئة) لتذويلهمزج الحللتين، إضافة NaC1 محلول مشبع 3.5m، تحريك بلطف بالتساوي، المنتج هو الحصول عليها. المنتج لديه قدرة قوية على التطهير،و تأثير الغسيل في الماء الصلب لا يزال جيدا جدا بعد أن يتم تخفيفها 5 مرات.
في التجربة ، من الضروري الانتباه إلى الأمور التالية: (1) AES لديه حموضة ضعيفة ، مما يثير الجلد ،يجب تجنب الاتصال المباشر بالجلد قدر الإمكان. (2) عند تحضير المنظف ، يجب أن يتم إذابة APG و AES بشكل منفصل قبل الخلط ، وإلا سيكون الإذابة أكثر صعوبة.لكن الإثارة القوية ستنتج الكثير من الرغوة، و التأثير المذيب ليس واضحًا. لذلك ، لا ينبغي تحريكها بقوة عند الذوبان ، و يمكن تسخينها قليلاً لتعزيز الذوبان.(4) يجب إضافة NaCl في شكل محلول مشبع، إضافة مباشرة إلى المواد الصلبة سوف يسبب حل من الصعب. كمية من NaCl يجب أن لا تكون كبيرة جدا، وإلا فإنه سوف تفقد تأثير السمنة، بدلا من جعل المنظف أكثر رقيقة.(5) معظم المواد التجريبية هي مواد عضوية قابلة للاشتعال ، لذلك لا يمكن أن يكون للعملية بأكملها لهب مفتوح.
من أجل تلبية الاحتياجات المختلفة ، يمكن إضافتها إلى مادة التنقيط في المنظف (عادةً القليل من الجليسرين) لتجنب تجفيف الجلد بعد الغسيل ، ويمكن إضافتها إلى التوابل (توابل الليمون 0.02g) لتحسين الرائحة، ولكن أيضاً لإضافة كمية مناسبة من المواد الحافظة (النيتريوم ديهيدروأكيتات 0.01 غرام) لتمديد مدة صلاحية المنتج.
I. كيف يتم إزالة الدهون والزيت من الأطباق؟
غسل الصحون هو عملية إزالة الدهون وغيرها من الأوساخ من سطح أواني الطعام وغالبا ما يتطلب استخدام غسالة الصحون، والتي هي مواد فعالة سطحيا عنصر أساسي.عادة ما تحتوي جزيئات المواد السطحيّة على سلسلة هيدروفوبية طويلة وجماعة هيدروفيليّةالسلسلة الهيدروفوبية في حالة غير مستقرة في الماء، ويميل إلى الهجرة إلى الواجهة ثنائية المراحل أو متعددة المراحل لتقليل منطقة الاتصال بالماء،مما يؤدي إلى انخفاض التوتر بين الوجهات، والذي ينتج الرطوبة والذوبان ووظائف أخرى. عندما يكون تركيز عامل السطح كبيرًا بما فيه الكفاية ، تتجمع جزيئات عامل السطح في الماء ،سلاسل هيدروفوبية مع بعضها البعض لتشكيل كولويد، والجماعات الهيدروفيلية إلى الخارج لتشكيل سطح اللولب. الجماعات الهيدروفيلية تشكل سطح اللولب.يمكن أن يحتوي اللولب على الزيت ويزيد من ذوبان الزيت في الماء بشكل ملحوظمن خلال تطبيق عمل ميكانيكي ، يمكن إزالة الزيت من سطح أدوات الطعام.
هناك العديد من المواد النشطة السطحية المستخدمة عادة في غسالات الصحون ، مثل سلفونات الصوديوم دوديسيل بنزين (LAS) والكحول الأليفاتي سلفات بوليوكسي إيثيلين إيثير (AES) ،لكنها ليست مرضية من حيث السلامة، التأثير على الجلد، أداء التدهور البيولوجي وهلم جرا.
ما هو APG؟
APG تعني AlkylPolyglucoside ، والتي عادة ما تكون مركب غليكوزيد الأكل من أحادي السكريات والأوليغوسكريات. السلسلة الهيدروفوبية R في الجزيء عادة ما تكون مجموعة ألكيل C8 ~ C12 ،والجماعة الهيدروفيلية هي غليكوزيد أحادي السكريات أو أوليغوسكريات (درجة البوليمرة عادة ما تكون 1~3وبما أن جزيء السكر يحتوي على مجموعات هيدروكسيل متعددة، على سبيل المثال، الجلوكوز يحتوي على 5 مجموعات هيدروكسيل، السكروز، المالتوز يحتوي على 8 مجموعات هيدروكسيل،لذا بنية الجليكوزيدات الألكيلية معقدة للغاية، هناك مجموعة متنوعة من الميزومرات.
III. أداء المنظفات من APG
لا توجد مجموعة تأين قوية في جزيء APG ، والذي ينتمي إلى عامل السطح غير الأيوني ، ونشاطه السطحي من بين الأعلى ، وهو أقوى من المواد الفعالة السطحية غير الأيونية الشائعة (مثلإيثير البوليوكسي إيثيلين الكحولية الأليفاتية)، ولا يزال بإمكانه الحفاظ على النشاط السطحي العالي في محلول قاعي وكهربائي مركز (على سبيل المثال سليكات الصوديوم ، إلخ).يطلق على أدنى تركيز يمكن للمادة السطحيّة أن تشكّل فيه ميسيلات تركيز الميسيل الحرج (cmc)، وهو معيار مهم لقياس النشاط السطحي للمادة النشطة السطحي. كلما كان CMC أصغر، كلما كان النشاط السطحي أعلى. كلما كان CMC أصغر، كلما كان النشاط السطحي أعلى.عندما تكون مجموعة الألكيل هي نفسها، والسي ام سي من سوديوم دوديسيل بنزين سولفونات الأنيونية المستخدمة بشكل شائع و سوديوم دوديسيل سولفات هي 1.2x10-3mol و 9.3x10-3mol على التوالي ،و cmc من إيثير بوليوكسي إيثيلين لاوريل غير الأيوني C12H250 ((OC2H4) 9H = 1.0x10-4mol ، ويمكن أن تكون مختلف APGs صغيرة بحيث 8.0x10-5mol-2.2x10-4mol / L. أدنى تركيز من micelles يسمى تركيز micellar الحرج (cmc) ،وهو معيار مهم جداً لقياس نشاط سطح المواد السطحيّة.4مول/ لتر
يحتوي APG أيضًا على مزايا أخرى ، بما في ذلك الرغوة الغنية ، والقدرة على الرغوة والمواد الصناعية السطحية الأنيونية متشابهة تقريبًا ؛ والمواد الصناعية السطحية الأخرى لها تأثير متكافئ ،يمكن أن يحسن نشاط السطح ويقلل من كمية المواد النشطة في السطح المهيجة: يشعر بالهدوء، أقل تهيجًا للبشرة. لأنه غير سام، وسهل التدهور، ومنتج بنسبة 100٪ من المواد الخام الطبيعية المتجددة،علم وظائف الأعضاء، التوافق البيئي، وما إلى ذلك، وبالتالي يُعرف بأنه عامل سطحي أخضر. عيبه هو أنه يتأثر بشكل كبير بجودة المياه، ومع زيادة صلابة المياه،القدرة على التطهير تنخفض.
IV. تجميع APG
عادة ما يتم تحضير APG عن طريق تكثيف النشا الطبيعي ومنتجات هيدروليزه مع الكحولات الدهنية.منتجات هيدروليز النشا يمكن أن تكون الجلوكوز أو أوليغوساكاريدات مثل الديساكاريدات والتريساكاريداتهناك طرق مختلفة للتوليف، ولكن في الوقت الحاضر، الطريقة الرئيسية هي طريقة التوليف الكيميائي.
يتم وصف اثنين من أساليب التوليف الصناعي الأكثر اعتمادا هنا. أحدهما يشار إليه غالبًا باسم طريقة خطوة واحدة ،الذي يستخدم تفاعل مباشر من الكحولات الدهنية C8 إلى C16 مع منتجات هيدروليز النشويات لإنتاج الغليكوزيدات الألكيلية، عادة ما تتطلب الحرارة ومحفز. المحفزات المستخدمة بشكل شائع هي حمض الكبريتيك، حمض p-toluenesulphonic، والأحماض ذات الخصائص المحلبة (على سبيل المثال، حمض dodecylbenzenesulphonic) ،التي تسبب تكوين مستقر للمواد الخام، قطرات دقيقة تساعد في تفاعل الغليكوسيد.
بعد الانتهاء من التفاعل ، يتم إزالة الكحول الدهني ، ثم بعد المحايدة والبيضاء ، يتم الحصول على منتج APG.هذه الطريقة بسيطة نسبيا ،ولكن بسبب ضعف قابلية الذوبان للكحولات عالية الكربون والسكر، وقت التفاعل طويل، وتحتاج ظروف التفاعل إلى أن تكون مراقبة بعناية، وإلا فمن السهل جدا لتشكيل كتل الكوكس المتجمعة.تستخدم الدول الأجنبية هذه الطريقة بشكل رئيسي لتوليف الغليكوزيدات الألكيل.
طريقة أخرى للتوليف غالبا ما تسمى طريقة خطوتين. خذ طريقة التداول على سبيل المثال ، وهي في وجود حمض الكبريتيك ، حمض p-toluenesulfonic وغيرها من المحفزات الحمضية ،أولا دع الكحولات الدهنية منخفضة الكربون (بصفة عامة بوتانول) والنشويات (أو منتجات هيدروليزها) لتوليد سلسلة منخفضة الكربون من غليكوزيدات الألكيل، ومن ثم الكحولات الدهنية ذات السلسلة الكربونية العالية بدلاً من الجليكوزيدات في السلسلة المنخفضة الكربون ، بحيث تحصل على سلسلة عالية الكربون من الجليكوزيدات الألكيلية.
في الوقت الحاضر، والإنتاج المحلي الرئيسي مع هذه الطريقة، والظروف المستخدمة عادة هي: الخطوة الأولى من التفاعل لمدة ساعتين، في 100 ~ 120 درجة مئوية،تحت الفراغ في أقرب وقت ممكن لإزالة n-butanolبعد 40 دقيقة من التفاعل ، يتم تحييد المنتج مع Na2CO3 ويتم إزالة الدوديكانول عند 165 درجة مئوية و 0.تتميز طريقة الخطوتين بوقت رد فعل قصير، عملية بسيطة، وحل جيد لمشكلة التوافق بين الكحول والسكر، ولكن الإنتاج على نطاق واسع يحتاج إلى زيادة فصل عمليات ومعدات الكحول منخفضة الكربون،ونقاء المنتج ليس جيداً مثل طريقة الخطوة الواحدةبالإضافة إلى الطريقة الكيميائية ، يمكن أيضًا تخليق APG عن طريق الطريقة الإنزيمية ، والتي لها مزايا الانتقائية الجيدة ، والظروف المعتدلة ، والعملية البسيطة ، ونقاء المنتج العالي ، إلخ.,معدل التحويل منخفض، سرعة التفاعل بطيئة، ومن المعقد إنشاء نظام إنزيم مناسب، لذلك لا يزال في مرحلة البحث المعملي.
V. صياغة مواد غسيل الصحون مع APG
عادةً ما تحتوي مواد غسل الصحون المصممة مع APG أيضًا على مواد أخرى نشطة في السطح ، بحيث تكون مواد الغسيل المصممة غنية بالرغوة ، جيدة في مقاومة الماء الصلب ،سهل الشطف و لطيف لللمستجدر الإشارة إلى أنه لا توجد علاقة مباشرة بين الرغوة وأداء المنظفات،ولكن ظاهرة الرغوة التي تنخفض تدريجياً أثناء عملية الغسيل يمكن أن تشير إلى انخفاض في المكونات النشطة في محلول الغسيل وانخفاض في القدرة على التنظيفبسبب ارتفاع سعر APG نسبياً ، فإن كمية APG المستخدمة في الصيغ العامة منخفضة (عادة ما تكون في نطاق 1٪ إلى 15٪) من أجل خفض التكاليف.يستخدم NaCl عادةً كمضخم في الإنتاج التجاري لتقليل التكلفة وزيادة اللزوجة.
فيما يلي مخطط تجريبي لإعداد صيغة بسيطة: يزن 0.70 غرام من APG (50٪) و 1.20 غرام من AES (70٪) ، يضاف الماء إلى 10 غرام على التوالي ،ثم احرقه قليلاً بحمام ماء (أو سترة تدفئة) لتذويلهمزج الحللتين، إضافة NaC1 محلول مشبع 3.5m، تحريك بلطف بالتساوي، المنتج هو الحصول عليها. المنتج لديه قدرة قوية على التطهير،و تأثير الغسيل في الماء الصلب لا يزال جيدا جدا بعد أن يتم تخفيفها 5 مرات.
في التجربة ، من الضروري الانتباه إلى الأمور التالية: (1) AES لديه حموضة ضعيفة ، مما يثير الجلد ،يجب تجنب الاتصال المباشر بالجلد قدر الإمكان. (2) عند تحضير المنظف ، يجب أن يتم إذابة APG و AES بشكل منفصل قبل الخلط ، وإلا سيكون الإذابة أكثر صعوبة.لكن الإثارة القوية ستنتج الكثير من الرغوة، و التأثير المذيب ليس واضحًا. لذلك ، لا ينبغي تحريكها بقوة عند الذوبان ، و يمكن تسخينها قليلاً لتعزيز الذوبان.(4) يجب إضافة NaCl في شكل محلول مشبع، إضافة مباشرة إلى المواد الصلبة سوف يسبب حل من الصعب. كمية من NaCl يجب أن لا تكون كبيرة جدا، وإلا فإنه سوف تفقد تأثير السمنة، بدلا من جعل المنظف أكثر رقيقة.(5) معظم المواد التجريبية هي مواد عضوية قابلة للاشتعال ، لذلك لا يمكن أن يكون للعملية بأكملها لهب مفتوح.
من أجل تلبية الاحتياجات المختلفة ، يمكن إضافتها إلى مادة التنقيط في المنظف (عادةً القليل من الجليسرين) لتجنب تجفيف الجلد بعد الغسيل ، ويمكن إضافتها إلى التوابل (توابل الليمون 0.02g) لتحسين الرائحة، ولكن أيضاً لإضافة كمية مناسبة من المواد الحافظة (النيتريوم ديهيدروأكيتات 0.01 غرام) لتمديد مدة صلاحية المنتج.
