فرمول مایع لباسشویی و تاثیر نانو ذرات نقره
مواد شوینده لباسشویی یک ماده تمیز کننده برای از بین بردن کثیفی
لباس ها است که به ماشین لباسشویی اضافه می گردد. صابون تا حد زیادی
توسط آلکیل بنزن سولفونات های شاخه دار به عنوان ماده اصلی تمیز کننده
جای خود را به شوینده های لباسشویی داده اند زیرا صابون در آب سخت
نسبتاً بی اثر است. آلکیل بنزن سولفونات های شاخه ای دارای خواص
زیست تخریب پذیر ضعیفی هستند، با این حال اغلب با
آلکیل بنزن سولفونات های خطی (LABs) جایگزین می شوند. سورفکتانت ها
اغلب با توجه به بار مولکول یا یون طبقه بندی می شوند. سه دسته اصلی
سورفکتانت ها آنیونی، خنثی و کاتیونی هستند. مواد شوینده آنیونی بیشتر
در شوینده های لباسشویی خانگی مشاهده می شود که در آن جزء قطبی
اجازه حل شدن مواد شوینده در آب را می دهد، در حالی که بخش غیر قطبی
مواد چربی (آبگریز) را که هدف معمول فرآیند تمیز کردن است در خود حل می کند.
فرمولاسیون مواد شوینده، توصیف کننده یک محصول علاوه بر
سورفکتانت هاست و معمولاً حاوی چندین جزء دیگر می باشد. سه ماده
اصلی در فرمول مواد شوینده شامل: مواد اولیه، سورفکتانت آلکیل بنزن سولفونات
و سفید کننده ها هستند. مواد اولیه شامل ترکیبات شیمیایی هستند که
یون های کلسیم را توسط کمپلکس یا ایجاد رسوب از بین می برند و شامل
کربنات سدیم، مواد کمپلکس کننده و زئولیت هستند
که یکی از متداول ترین آنها سدیم تری فسفات است. بیشتر سفید کننده های
مواد شوینده در لباسشوئی ها اکسید کننده هستند، یک سفید کننده متداول
سدیم پوربورات یا هیپوکلریت سدیم می باشد.
علاوه بر این، سایر عوامل به عنوان “فعال کننده سفید کننده” به ترکیب افزوده
می شوند تا اثربخشی ماده سفید کننده را افزایش دهند. یک فعال کننده
سفید کننده محبوب تترا استیل اتیلن دی آمین(tetraacetylethylenediamine)
است. آنزیم ها کاتالیزورهای بیولوژیکی هستندکه واکنش های شیمیایی
را تسریع می کنند. مقادیر آنزیم به طور معمول ممکن است تا حدود ۲٪ از
وزن یک ماده شوینده باشد و برای کاهش لکه های متشکل از پروتئین ها،
چربی ها یا کربوهیدرات ها لازم است. آنزیم پروتئاز برای از بین بردن لکه های
پروتئینی، آنزیم لیپاز برای از بین بردن لکه های چربی و آنزیم آمیلاز برای از
بین بردن لکه های کربوهیدرات مورد نیاز می باشد.
فرمول مواد شوینده بسته به کاربرد خاص آنها بسیاری از مواد دیگر را نیز
شامل می شوند. چنین افزودنی هایی با استفاده از فوم تثبیت کننده
یا خنثی کننده، خاصیت کف کنندگی مواد شوینده را اصلاح می کنند. سایر
مواد تشکیل دهنده، ویسکوزیته محلول را افزایش و یا کاهش می دهند.
مهارکننده های خوردگی باعث جلوگیری از ایجاد خوردگی در تجهیزات
ماشین لباسشویی می شوند. مهارکننده های انتقال رنگ برای جلوگیری
از رنگ آمیزی لباس ها استفاده می شوند. علاوه بر این، از عواملی مانند:
نانو ذرات نقره، نرم کننده ها و اسانس ها… نیز می تواند در فرمول استفاده
گردد. انواع اسانس ها نیز جزء مواد شوینده مدرن محسوب می شوند
به شرط آنکه با سایر اجزای شوینده سازگاری داشته
و تاثیری در رنگ ماده شوینده ایجاد نکنند.
بیوسایدهای فعال موجود در این اختراع برای افزایش ماندگاری فرمول
و محدود کردن رشد باکتری ها و قارچ ها فراهم شده اندکه شامل: تری کلو کربن،
هیدروژن پراکسید و سایر سفید کننده های اکسیژن، یُدین و یُدوفرم، الکل ها،
کواترنر ۱۵، کلرو هگزیدین، فنول ها، فسفولیپید ها، روغن لیمو و… هستند.
مواد اولیه موجود در مواد شوینده شامل: كربنات های فلزات قلیایی، بورات ها،
فسفات ها، بیكربنات ها و سیلیكات ها هستند. نمونه هایی از این نمک ها
شامل بوراکس، نمک های اسیدی، تترا بورات های سدیم و پتاسیم،
بی کربنات ها، کربنات ها، ارتو فسفات ها، پیرو فسفات ها، تری پولی فسفات ها
و متافسفات ها و مواد آلی مانند: آمینوکربوکسیلات های محلول در آب و
آمینو پلی استات ها به عنوان مثال: نیتریلو تری استات ها، گلیسینات ها،
اتیلن دی آمین تترا استات ها و… می باشند.
آنزیم های موجود در مواد شوینده شامل آنزیم هایی برای از بین بردن لکه ها
هستند که باعث تخریب انواع پروتئین های نظیر: نشاسته، پروتئین، پکتین
و چربی و… می شوند. چنین آنزیم هایی شامل: سلولز، ماناناز، گلوکوناز،
آمیلاز و پروتئازها هستند. محلول سفید کننده آنزیمی که از پوسیدگی پارچه
و لباس ها جلوگیری می کند شامل آنزیم هایی مانند سلولز می باشد که
رنگ سفید لباس را نیزحفظ می کند.
تثبیت کننده های pH که به مواد شوینده اضافه می شوند شامل: اسید سیتریک،
اسیدهای معدنی و ترکیبات آن می باشند. سورفکتانت هایی که می توانند
به مواد شوینده اضافه گردند شامل: آلکیل بنزن سولفونات ها،
سدیم دی فنیل اکسید دی سولفونات، اتوکسیلات های الکلی،
آلکیل پلی گلیکوزید، الکل ها وترکیبات آنها هستند. همچنین می توان به
علت محلول بودن اسید سولفونیک در آب از آن نیز استفاده کرد. پلیمرهای
کاربردی الیگواسترها هستند و شامل: دی متیل ترفتالات، اتیلن گلیکول،
پروپیلن گلیکول، پلی آلکیلن گلیکول و ترکیب آنها به تنهایی یا با
دیگر مونومرها استفاده می شوند.
کاربرد نانو ذرات نقره در فرمول مایع لباسشویی
استفاده از نانو ذرات نقره (Ag NPs) در فرمول محصولات شوینده ای مانند
مایع لباسشویی در بازار جهانی رو به گسترش است. این امر در درجه اول
به دلیل خاصیت ضد باکتریایی آنها است. غلظت های زیست محیطی
Ag NP ها به طور کلی در محدوده ng / L هستند، این امر به این منظور است
که درحال حاضر هیچ خطری برای شرایط زیست محیطی ناشی از
نانو ذرات نقره وجود ندارد. با این حال، عدم قطعیت زیاد در حجم تولید،
همراه با تنوع نانو ذرات نقره از نظر نمونه، اندازه و پوشش، در حال افزایش است
و خواستار تحقیقات بیشتری در مورد نانو ذرات نقره شده است، زیرا نقره
به طور بالقوه سمی می باشد. غلظت کل نقره در محلول با استفاده از
طیف سنجی جذب اتمی (AAS) در حالت کوره گرافیتی تعیین می شود.
نقره عنصر سفید و براق فلزی است و در موقعیت چهل و هفتم جدول تناوبی
قرار گرفته و با نماد Ag که از کلمه Argentum می آید نشان داده شده است.
در میان کاربردهای بسیار زیاد نقره، استفاده از خاصیت ضد عفونی کنندگی
آن در عرصههای گوناگون صنعت مواد شوینده،کشاورزی، دامپروری،
لوازم خانگی، آرایشی، بهداشتی و نظامی می باشد، اگرچه تا به حال
مکانیزم عمل آن به طور کامل درک نشده است. از ویژگیهای مهم نانو ذرات نقره عبارتند از:
_ خاصیت ضد قارچی
_ خاصیت ضد میکروبی
_ خاصیت ضد التهابی
_ خاصیت ضد ویروسی
_ غیر حساسیت زا
_ غیر سمی بودن
_ سازگار با محیط زیست
_ تاثیر سریع
_ پایداری زیاد
پژوهش حاضر بر روی توصیف و کاربرد ذرات نانو نقره
(AgNPs) بر روی پارچه متمرکز شده است و خاصیت ضد میکروبی ایجاد
کرده و عملکرد مکانیکی آن را بهبود می بخشد. در اينجا ذرات نانو با
كاهش نمك به روش sol-gel سنتز شده و با استفاده از روش تكنيك
حرارتي مكانيكي روي سطح پارچه اعمال مي شوند. تست های
مختلف ابزار مانند: طیف سنجی UVو میکروسکوپ الکترونی روبشی
(SEM) برای توصیف ذرات نانو سنتز شده انجام می شود. اندازه AgNP ها
حدود ۶۰ نانومتر می باشد و شکل این ذرات تقریباً کروی است. AgNP های
تجاری (RAS Chemicals GmbH) ، آلمان به ابعاد ۱۵ نانومتر می باشد.
فعالیت ضد میکروبی در پارچه ها با استفاده از سیستم کاهش باکتری در
دو باکتری بنام S. aureus (گرم مثبت) و E. coli (گرم منفی) بررسی می شود.
نتیجه پژوهش ها نشان می دهد که خاصیت ضد میکروبی بسیار خوبی در
هر دو باکتری گرم مثبت و گرم منفی وجود دارد. فعالیت نقره به عنوان یک
ماده ضد میکروبی در پارچه ها، ممکن است در محلول های حاوی اکسید کننده
محدود شود، زیرا AgCl فعالیت واکنش را بسیار کمتر می کند. فناوری نانو در
فرمول مایع لباسشویی و تاثیر آن بر روی پارچه و لباس ها عمدتاً برای ایجاد
خواصی مانند: محافظت در برابر اشعه ماوراء بنفش، خاصیت ضد الکتریسیته،
ضد میکروبی و دوام و ماندگاری کیفیت لباس و … می باشد.
در بین این مواد شیمیایی ضد میکروبی، نقره به دلیل داشتن طیف گسترده ای از
فعالیت های ضد باکتریایی و به علت سمیت کم در انسان ها مورد استفاده
گسترده قرار گرفته است. فعالیت ضد میکروبی ذرات نقره تحت تأثیر ابعاد ذرات
می باشد و هر چه ذرات کوچکتر، اثر ضد میکروبی آنها نیز بیشتر می گردد.
نقره توانایی چسبیدن به دیواره سلولی باکتریایی و متعاقباً نفوذ در آن را دارد و
از این طریق باعث ایجاد تغییرات ساختاری در غشای سلولی مانند نفوذپذیری
غشای سلولی و مرگ سلول می شود . ترکیبات نقره و حاوی نقره یک ماده
ضد میکروبی است که بازده آن به طور مستقیم به غلظت کاتیون های Ag (Ag +) و
یا نانوذرات Ag NPs ساکن در پارچه و لباس بستگی دارد. محلول حاوی نانو ذرات
توسط طیف اشعه ماوراء بنفش در طول موج از ۳۴۰ تا ۷۴۰ نانومتر مورد تجزیه
و تحلیل قرار می گیرد و این امریک خصوصیات اصلی برای تشکیل نانو ذرات
است. رنگ زرد روشن نانو سل به وضوح نشان دهنده تولید نانو ذرات نقره
می باشد. میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) برای بررسی ویژگی های
سطح پارچه قبل و بعد از فرایند شستشو می باشد. دلایل متعددی برای
عملکرد نانو ذرات نقره شناسایی شدهاندکه عبارتند از:
۱_ عملکرد کاتالیستی: این عملکرد بیشتر در مورد کامپوزیتهای نانو نقرهای
صدق میکند که روی پایههای نیمههادی مانند TiO2(دی اکسید تیتانیوم ) یا
SiO2( دی اکسید سیلیسیوم) قرار گرفته میشود. در این وضعیت ذره مانند
یک پیل الکتروشیمیایی عمل میکند و با اکسید شدن اتم اکسیژن،
یون اکسیژن و در اثر هیدرولیزکردن آب، یون OH- را تولید میکند که هر دو
از قویترین عوامل ضد میکروبی شناخته شده هستند.
۲_ عملکرد یونی: از بین رفتن میکروارگانیسم ها به وسیله تبدیل پیوندهای SH- به SAg-
می باشد. ذرات نانو نقره فلزی به مرور زمان یونهای نقره از خود ساطع میکنند،
در نتیجه این یونها طی واکنش جانشینی، باندهایSH – را در جداره
میکروارگانیسم به باندهای SAg- تبدیل میکنند، که نتیجهی این واکنشها
از بین رفتن میکروارگانیسم ها می باشد.
روش های مختلفی برای سنتز نانو ذرات نقره استفاده شده اند که
می توان احیای شیمیایی یون های نقره در محلول های آبی یا غیر آبی،
روش هایی بر پایه بستر، احیای الکتروشیمیایی، احیا به کمک امواج اولتراسونیک،
احیا توسط تهییج نوری، سنتز به کمک امواج ریز موج، احیای تابشی،
روش میکرو امولسیون، احیای بیوشیمیایی و … را نام برد.
نقش آنزیم پروتئاز در مایع لباسشویی
سال هاست که شرکت ها سعی در استفاده از آنزیم ها در محصولات
مصرفی، به ویژه محصولات شوینده و بهداشتی دارند. با این وجود نمونه های
تجاری معدودی از فرمولاسیون آنزیم در بازار وجود دارد. نمونه موفق در
محصولات تمیز کننده خانگی مانند مواد شوینده لباسشویی است که سلولزها،
لیپازها و پروتئازها می باشند. این ها آنزیم های بسیار پایداری هستند که
پس از سال ها مهندسی آنزیم در مقیاس مشخصی تولید می شوند تا از
حداکثر پایداری آنزیم ها در محلول و دمای اتاق استفاده شود. سابتیلیزین
رایج ترین پروتئاز موجود در محصولات مصرفی تا به امروز می باشد.
پروتئاز ها در طیف گسترده ای از کاربردهای صنعتی از جمله تولید
مواد شوینده، ساخت چرم و محصولات بهداشتی، مواد غذایی حائز اهمیت
هستند و ۶۰٪ بازار آنزیم های صنعتی را به خود اختصاص می دهند.کاربرد
اصلی این آنزیم ها در مواد شوینده لباسشویی، لکه های پروتئینی را از بین
می برد و در درجه حرارت کم شستشو نیز کار می کند و در نتیجه نیاز به انرژی
بیشتری در فرایند شستشو با دمای بالا تر را از بین می برد. استفاده از آنزیم ها
همچنین باعث بهبود حضورگروه فسفات در مواد شوینده می شود. در این مقاله،
ما استفاده از گروه های پپتیدی را برای اثبات فعالیت ها و کاربرد در مواد شوینده
تجاری نشان می دهیم، زیرا روشی مناسب در بهینه سازی پروتئازها در مواد شوینده
می باشد. پروتئاز ها در مواد شوینده لباسشویی برای هضم لکه های حاوی
پروتئین از جمله شیر و مواد غذایی و… استفاده می شوند. از میان خصوصیات
مهم در انتخاب پروتئازها می توان به پایداری حرارتی، پایداری pHقلیایی و
سازگاری با مواد شوینده و سفید کننده های ضعیف اشاره کرد. پروتئازهای تیول
توسط مواد سفید کننده اکسید می شوند. همچنین پروتئاز های سِرین از
گونه باسیلوس به دلیل پایداری بالای آنها مورد توجه قرار گرفته اند. متالوپروتئازها
به دلیل اتصال مواد نرم کننده آب و یون های هیدروکسید،
ترکیبات فلزی خود را از دست می دهند.
پروتئازهای سابتیلیسین به دلیل اهمیت ویژه ای که در صنعت دارند،
مورد توجه بسیاری از تحقیقات قرار گرفته اند که با هدف بهبود تولید
سابتیلیسین و همچنین توصیف فعالیت های مختلف در بسترهای جاذبه
می باشد. پروتئازها از طریق تکامل جهت تقویت پایداری حرارتی و همچنین
میزان اطمینان در دماهای پایین، پایداری قلیایی و سازگاری