عملکرد سورفکتانت های سبز در فرمولاسیون مایع لباسشویی سنگین (HDLD) با تأکید ویژه بر آلفا متیل استر سولفونات های پایه نخل (α-MES)
چکیده: یک فرمول مایع لباسشویی (Liquid Laundry Detergent Formulation) نسبت به انواع پودری به دلیل راحتی در استفاده و کارایی تمیز کردن از نظر مصرف کننده ارجحیت دارد. آلفا متیل استر سولفونات (α-MES)، یک سورفکتانت آنیونی مشتق شده از متیل استر بر پایه روغن پالم است که در مقایسه با آلکیل بنزن سولفونات های خطی (LABS) هزینه ساخت پایین تر، شویندگی خوب با دوز کمتر، زیست تخریب پذیری عالی، تحمل بالاتر در برابر آب سخت و سمیت زیست محیطی کمتری دارد. LABS در قرن بیستم به عنوان یکی از مواد اصلی و پرکاربرد در خط تولید مواد شوینده شناخته می شد. اگرچه α-MES مبتنی بر نخل با موفقیت به عنوان تنها سورفکتانت در مواد شوینده پودری استفاده شد، هنوز برخی از مسائل فنی حل نشده مربوط به پایداری فاز و ویسکوزیته هنگام استفاده از این سورفکتانت آنیونی در فرمولاسیون مایع لباسشویی سنگین وجود دارد. این مقاله نه تنها بازار مواد شوینده، کاربرد و عملکرد سورفکتانت های سبز در شوینده های لباسشویی را بررسی می کند، بلکه مسائل فنی مربوط به کاربرد α-MES مبتنی بر نخل در فرمول مایع لباسشویی و برخی از روش های ممکن را برجسته می کند.
مقدمه:
یک شوینده لباس که برای تمیز کردن پارچه ها استفاده می شود، مطابق با ترجیحات مصرف کننده دارای فرمت های مختلفی از جمله پودر، مایع و قرص است. مواد شوینده پودری در کشورهای آسیایی از جمله چین، هند و ژاپن به دلیل هزینه کم در هر بار شستشو و نسبت حجم به وزن بالا مورد علاقه بود. اما شوینده های مایع در آمریکای شمالی و اروپای غربی بسیار محبوب است، زیرا در پیش تصفیه و از بین بردن لکه ها موثرتر عمل می کند، مشکل حلالیت ندارد و استفاده از آن آسان است، نیازی به پیش شستشو ندارد و از این رو در زمان و انرژی صرفه جویی می کند. از سوی دیگر، شوینده به شکل قرص و ساشه در بریتانیا و اتحادیه اروپا بسیار ارجحیت داشت، زیرا استفاده از آن راحت است و نیازی به اندازهگیری مقدار مورد نیاز برای هر بار شستشو ندارد. یک فرمول ساخت مایع لباسشویی سنگین قادر است از طریق فرآیند شستشو و رسوب، خاک سنگین را از منسوجات پاک کند. در سال ۲۰۱۶، تقاضا برای بازار مواد شوینده لباسشویی به ۳/۱۳۳ میلیارد دلار در سطح جهان رسیده بود و پیش بینی می شد نرخ رشد سالانه ترکیبی CAGR حدود ۹/۴% از سال ۲۰۱۷ تا ۲۰۲۵ باشد و از درآمد کل ۲/۲۰۵ میلیارد دلار فراتر رود. در سال ۲۰۱۶ پودر شوینده در بین همه محصولات، بیشترین سهم بازار را به خود اختصاص داد. در بین همه کاربردها، کاربرد خانگی بیشترین سهم را با تقاضای بیش از ۱۱۸ میلیارد دلار تا سال ۲۰۲۵ دارد. سهم بازار جهانی مواد شوینده لباس را به تفکیک منطقه در سال ۲۰۱۶ نشان می دهد. می توان مشاهده کرد که بازار آسیا و اقیانوسیه بیشترین سهم را به خود اختصاص داده است و پس از آن اروپا و آمریکای شمالی قرار دارند. ترکیبات مایع لباسشویی به دلیل استفاده در مقیاس بزرگ در کشورهای آمریکای شمالی و اروپای غربی احتمالاً در مقایسه با مواد شوینده پودری دارای نرخ رشد بالاتری است. شرکت های بزرگ در بازار مواد شوینده عبارتند از: پروکتر اند گمبل (Procter & Gamble)، یونیلیور (Unilever)، هنکل (Henkel)، لایون کورپوریشن (Lion Corporation)، کاو کورپوریشن (Kao Corporation)، Church & Dwight، جانسون (Johnson and Son)، کولگیت-پالمولیو (Colgate-Palmolive) و اَم وی کورپوریشن (Amway Corporation).
بررسی اجمالی سورفکتانت های سبز:
سورفکتانت، جزء اصلی در فرمولاسیون مواد شوینده، به دلیل حجم تولید زیاد و تخلیه آن به محیط چه پس از تصفیه و چه بدون تصفیه، دارای اهمیت زیست محیطی بالایی است. به عنوان مثال، LABS و سازندگان مبتنی بر فسفات که در فرمولاسیون مواد شوینده استفاده می شوند، اثرات مضری بر محیط زیست دارند. با افزایش آگاهی مصرف کننده، تقاضا برای توسعه سورفکتانت های تجدید پذیر و سبز بدون سازنده های مبتنی بر فسفات افزایش می یابد. سورفکتانت های سبز می توانند سورفکتانت های پایه اولئو یا بیو سورفکتانت های مبتنی بر میکروبی باشند.
الکل های چرب سولفاته مبتنی بر اولئو (FAS): الکل های چرب سولفاته مبتنی بر اولئو (FAS) سورفکتانت آنیونی هستند که از سولفاته کردن الکل چرب با طول زنجیره C20-C8 تولید میشوند و پس از خنثیسازی برای تشکیل نمک پایدار (معمولاً نمک سدیم، پتاسیم، آمونیوم یا منیزیم) خشک شدن میشوند. FAS خاصیت کف کنندگی/ پاک کنندگی عالی دارد و معمولاً در بسیاری از فرمول های مراقبت شخصی و شوینده های لباس در ترکیب با سایر سورفکتانت ها به منظور بهبود خواص استفاده میشود. FAS حلالیت محدودی دارد و از این رو در فرمولاسیون شامپوهای کرمی، خمیر دندان و کرم آرایشی استفاده می شود. ۱-۲ ساختار شیمیایی FAS را نشان می دهد.
اتوکسیلات های الکل چرب مبتنی بر اولئو (FAE): الکل های چرب اتوکسیله مبتنی بر اولئو (FAE) سورفکتانت غیر یونی هستند که از واکنش الکل چرب و اکسید اتیلن با حضور کاتالیزورهای قلیایی تولید می شوند. FAE معمولا به عنوان عامل کف کننده در مراقبت های شخصی، عامل مرطوب کننده در مواد شوینده و سورفکتانت در فرمولاسیون مواد شوینده خانگی و صنعتی استفاده می شود. شکل ۲-۲ ساختار شیمیایی FAE را نشان می دهد.
اتر سولفات های الکل چرب مبتنی بر اولئو (FAES): اتر سولفات های الکل چرب مبتنی بر اولئو (FAES) با افزودن اکسید اتیلن به الکل چرب تولید می شوند و به دنبال آن اتوکسیلات های الکل چرب سولفاته می شوند و سپس خنثی می شوند. FAES بسیار محلول در آب بوده، حساسیت کمتر نسبت به آب سخت دارد، در محیط قلیایی پایدارتر است، رفتار رئولوژیکی وکف پذیری خوب و سازگاری بهتری با پوست نشان می دهد. آن ها کاربرد گسترده ای در شوینده های سنگین و سبک، محصولات مراقبت شخصی و پاک کننده های صنعتی دارند. FAES به دلیل خاصیت تحریک پوستی کم برای استفاده در فرمولاسیون محصولات کودک مناسب است. شکل ۳-۲ ساختار شیمیایی FAES را نشان می دهد.
متیل استر اتوکسیلات های مبتنی بر اولئو (MEE): متیل استر اتوکسیلات های مبتنی بر اولئو (MEE) سورفکتانت های غیر یونی هستند که از واکنش متیل استر و اکسید اتیلن تحت کاتالیزورهای کلسیم یا منیزیم تولید می شوند. خواص MEE با FAE مشابه است به جز اینکه قدرت کف کنندگی کمتری دارد و کمتر باعث تحریک پوست می شود. MEE به دلیل هزینه پایین تر، جایگزین رایج برای FAE در فرمولاسیون شوینده ها هستند. با این حال، پایداری هیدرولیتیک ضعیف MEE در محیط قلیایی و عدم وجود فاز ژل، کاربرد آنها را در برخی از فرمول های پودری و مایع محدود می کند. عدم وجود فاز ژل به دلیل گروه متوکسی انتهایی در MEE بود که باعث کاهش پیوند هیدروژنی و متعاقباً کاهش حلالیت در آب و تمایل به تشکیل ژل های آبی می شود. با وجود آن، MEE ممکن است برای کاهش ژل شدن محلول آبی در فرمولاسیون مایع لباسشویی مفید باشد. شکل ۴-۲ ساختار شیمیایی MEE را نشان می دهد.
متیل استر سولفونات های مبتنی بر اولئو (MES): آلفا متیل استر سولفونات های بر پایه اولئو (α-MES) سورفکتانت های آنیونی هستند که عمدتاً از متیل استر مبتنی بر روغن نخل مشتق میشوند. فرآیند تولید α-MES نسبتاً ساده است و در مقایسه با LABS به هزینه ساخت کمتری نیاز دارد. با توجه به مواد اولیه ارزان قیمت α-MES، هزینه یک کارخانه α-MES تنها حدود یک پنجم هزینه مورد نیاز برای تولید LABS با ظرفیت برابر خواهد بود. α-MES در مقایسه با LABS دارای چندین مزیت است که عبارتند از: مواد شوینده بیشتر با دوز کمتر، زیست تخریب پذیری بیشتر، تحمل بیشتر در برابر آب سخت، سمیت کمتر برای محیط زیست، سازگاری بهتر با پوست و بازگشت سرمایه خوب به دلیل هزینه ساخت پایین. شکل ۵-۲ ساختار شیمیایی α-MES را نشان می دهد.
سوفورولیپیدها: سوفورولیپیدها یکی از سورفکتانت های گلیکولیپیدی غیریونی هستند که توسط مخمرهای غیر بیماری زا مانند Candida bogoriensis، Candida bombicola و Candida apicola تولید می شوند. سوفورولیپیدها را می توان به طور گسترده در صنایع مختلف مانند آرایشی و بهداشتی، مواد غذایی، تمیز کردن و صنعت نفت استفاده کرد. به عنوان مثال، Ecover Belgium، MG Intobio Co. Ltd و Synthezyme LLC در برخی از فرمول های خود مانند پاککننده های سطوح سخت، فرمول شیمیایی مایع لباسشویی و صابونها، سوفورولیپیدها را به عنوان سورفکتانت گنجانده اند. شرکت سارایا (یک شرکت ژاپنی با مسئولیت محدود)، سوفورون را که یک مایع ظرفشویی حاوی سورفکتانت سوفورولیپیدی بوده را فرموله و تجاری کرده است. سوفورولیپیدها دارای خواص ضد میکروبی، ضد قارچی و ضد سرطانی نیز هستند.
رامنولیپیدها: رامنولیپیدها یکی دیگر از سورفکتانت های غیریونی گلیکولیپیدی هستند که به وسیله ی باکتری هایی مانند سودوموناس آئروژینوزا، سودوموناس کلرورافیس و سودوموناس پلانتاری تولید میشوند. رامنولیپیدها به طور گسترده در صنایع مختلف مانند شوینده ها و پاک کننده ها، تصفیه زیستی و بازیافت روغن، داروسازی، آرایشی و بهداشتی و صنعت کشاورزی استفاده می شوند. به عنوان مثال، TeeGene BioTech، AGAE Technologies LLC، و Jeneil Biosurfactant Co. LLC رامنولیپیدها را در فرمولاسیون انواع محصولات خود گنجانده اند.
MES و عملکرد آن در فرمول مایع لباسشویی: عملکرد سورفکتانت ها در فرمولاسیون مواد شوینده مایع را می توان با مشاهده برخی از خواص مانند حلالیت، ویسکوزیته، پایداری فاز، تحمل در آب سخت، شویندگی، ترشوندگی، قابلیت کف کردن، زیست تخریب پذیری و سمیت زیست محیطی تعیین کرد
حلالیت: حلالیت سورفکتانت ها به نقطه کرافت فردی آنها بستگی دارد. نقطه کرافت دمایی است که در آن حلالیت یک سورفکتانت یونی برابر با غلظت بحرانی میسل CMC است. در دمای زیر نقطه کرافت، سورفکتانت ها به جای میسل رسوب تشکیل می دهند که منجر به عملکرد کمتر سورفکتانت ها در تمیز کردن می شود. نقطه کرافت سورفکتانت های α-MES بسته به طول زنجیره کربنی آنها در محدوده ۸/۲۴-۱/۱۰ قرار دارد در حالی که برای نمک آن ها ۶۵ است. بنابراین، بالاتر بودن نقطه کرافت و وجود مقدار زیادی نمک، منجر به تشکیل رسوب میشود و حلالیت سورفکتانت را کاهش میدهد. در جدول ۱، نقاط کرافت برخی از سورفکتانت ها فهرست شده است. می توان مشاهده کرد که اگرچه نقطه کرافت α-MES بالاتر از LABS است، اما نقطه کرافت آنها در مقایسه با FAS هنوز پایین تر است. از این رو، سورفکتانت های α-MES نسبت به LABS کمتر محلول بوده اما از FAS محلول تر هستند.
ویسکوزیته: ویسکوزیته که به عنوان مقاومت در برابر تغییر شکل برای یک سیال تعریف می شود، بین سیالات مختلف متفاوت است. ویسکوزیته برای اندازهگیری ضخامت یک سیال استفاده میشود تا اطمینان حاصل شود که برای ریختن ضخیم و یا آنقدر نازک نیست که آبکی به نظر برسد. ویسکوزیته را می توان با استفاده از رئومتر اندازه گیری کرد. یک شوینده در محدوده خاصی از ویسکوزیته دارای جریان قابل ریختن بیشتری بدون نیاز به اصلاح فرمول است. گزارش شده است که استفاده از سورفکتانت α-MES در فرمول مایع لباسشویی، مشکل افزایش ویسکوزیته را به همراه خواهد داشت.
پایداری فاز: شوینده مایع باید در شرایط نگهداری سیال، همگن و دارای فاز پایدار باشد. پایداری فاز یک معیار اساسی در فرمولاسیون مواد شوینده مایع است و بنابراین باید از جداسازی فاز که منجر به ماندگاری کوتاه تر میشود، جلوگیری کرد. این امر کیفیت پایین مواد شوینده مایع و تأثیر منفی در پذیرش مصرف کنندگان را نیز در پی خواهد داشت. آزمایش پایداری فاز را می توان با قرار دادن ۳۰۰ میلی لیتر مایع در یک شیشه ۵۰۰ میلی لیتری با درپوش دربسته به مدت حداقل ۴۸ ساعت در دمای ۵، ۲۵ و ۴۰ به ترتیب تحت فشار اتمسفر ارزیابی کرد. به طور کلی، هیدروتروپ ها اغلب به فرمول مایع شوینده اضافه شده تا از جداسازی فاز جلوگیری شود. سورفکتانت هایی که برای استفاده در فرمولاسیون مایع لباسشویی ترجیح داده می شوند، آنهایی هستند که CMC و نقاط ابری پایینی دارند. نقطه ابری یک ماده شوینده دمایی است که در آن محلول شوینده از یک سیستم میسلی همسانگرد به یک سیستم دو فازی عبور می کند. نقاط ابری برخی از سورفکتانت ها از جمله α-MES در جدول ۲ نشان داده شده است.
تحمل در آب سخت: تحمل سورفکتانت ها در آب سخت با توانایی آنها در تحمل یون های سخت آب (یون های کلسیم و منیزیم) ارزیابی می شود. یون های سخت آب ممکن است باعث رسوب سورفکتانت ها شوند و در نتیجه بر عملکرد آنها تأثیر بگذارند. سورفکتانت هایی که تحمل بالاتری داشته و نسبت به این یون ها حساسیت کمتری دارند، نسبت به سایرین بهتر هستند. مایکل شی اظهار داشت که α-MES در مقایسه با LABS، شویندگی بهتر و تحمل بالاتری در آب سخت دارد. میزان شویندگی α-MES و LABS را روی انواع مختلف خاک در سختی آب مختلف از نظر شاخص حذف تجمعی خاک نشان می دهد. انواع خاک به همراه پارچه مورد استفاده در جدول ۳ ذکر شده است. به راحتی می توان مشاهده کرد که بدون توجه به نوع خاک و سختی آب، پاک کنندگی α-MES همیشه بهتر از LABS است.
قدرت تمیز کنندگی α-MES در فرمول مایع لباسشویی: شویندگی سورفکتانت ها به عنوان توانایی آنها در حذف خاک از پارچه در طول فرآیند تمیز کردن تعریف می شود. این تست برای مواد شوینده با فرمولاسیون های مختلف را می توان با شستشوی نمونه های مصنوعی کثیف یا از طریق ماشین لباسشویی استاندارد با بارگیری بالا ارزیابی کرد. بازتاب نمونه های اولیه بدون لکه و بازتاب نمونه ها قبل و بعد از شستشو با استفاده از اسپکتروفتومتر مینولتا اندازهگیری شد. سپس از معادله زیر برای محاسبه شویندگی فرمول های مختلف شوینده استفاده شد:
۱۰۰×[
] =پاک کنندگی
که در آن AW بازتاب نمونه ها پس از شستشو، BW بازتاب نمونه ها قبل از شستشو و OC بازتاب نمونه های اصلی قبل از کثیف شدن است. تحقیقات نشان داده است که α-MES شوینده بهتری نسبت به LABS است و برای دستیابی به اثر تمیز کنندگی قابل مقایسه به غلظت کمتری از سورفکتانت نیاز دارد. پاککنندگی α-MES و LABS از نظر شاخص حذف تجمعی خاک را میتوان در شکل ۴ مشاهده کرد. با نگاهی به مقدار شاخص حذف تجمعی خاک، مشخص می شود که جدا از سطح سختی آب، شویندگی α-MES همیشه بهتر از LABS است.
خاصیت ترشوندگی α-MES در فرمول مایع لباسشویی: ترشوندگی عبارت است از درجه خیس شدن برای اندازه گیری توانایی پخش شدن مایع روی سطح جامد یا مایع غیر قابل امتزاج.
تست خیس شدن را می توان با انداختن یک نمونه پنبه ای به ابعاد ۴ سانتی متر مربع بدون لکه، در رطوبت نسبی ۲۰% به مدت ۲۴ ساعت، با استفاده از یک موچین، در ظرف حاوی ۱۰۰ میلی لیتری محلول شوینده ۱/۰% انجام داد و زمان صرف شده برای تکمیل را ثبت کرد. مدت زمان غوطه ور شدن کامل نمونه پنبه ای بدون لکه در محلول شوینده α-MES و LABS با سختی آب متفاوت در جدول ۴ نشان داده شده است. نتایج نشان می دهد که ترشوندگی α-MES ضعیف تر از LABS است.
فوم پذیری α-MES در فرمولاسیون مایع لباسشویی: فوم پذیری شامل قدرت تولید، پایداری و دوام کف میشود. قدرت تولید اندازه گیری حجم فوم بلافاصله پس از تولید بوده، در حالی که پایداری معیاری برای اندازه گیری طول عمر فوم است. برای انجام تست کفپذیری، ۲۰۰ میلی لیتر محلول شوینده ۱/۰% را در یک سیلندر اندازه گیری ۵۰۰ میلی لیتری ریخته و با استفاده از یک میله شیشه ای با سرعت ثابت، ۳۰ بار هم زده شد. حجم اولیه فوم تولید شده به عنوان کف پذیری محلول شوینده ثبت شد. پس از ۵ دقیقه، حجم نهایی فوم ثبت شد و میزان زوال، پایداری فوم است. جدول ۵ ارتفاع فوم اولیه را در ۰= t دقیقه و ارتفاع فوم در ۱۵= t دقیقه α-MES و LABS را نشان می دهد که بر حسب میلی متر اندازه گیری شده است. میتوان مشاهده کرد که کفپذیری α-MES ضعیف تر اما قابل مقایسه با کفپذیری LABS است.
تجزیه پذیری زیستی: تجزیه زیستی فرآیندی است که در آن میکروارگانیسم ها تحت یک سری واکنش های آنزیمی قرار می گیرند تا مواد آلی را به مواد شیمیایی با پیچیدگی کمتر مانند دی اکسید کربن، آب و زیست توده تجزیه کنند. برای اندازه گیری تجزیه پذیری زیستی محلول شوینده، آزمایش بطری بسته طبق دستورالعمل های سازمان همکاری اقتصادی و توسعه OECD انجام شد. در این آزمایش، میزان اکسیژن محلول DO دو بطری حاوی مقدار معینی لجن فعال، یکی با و دیگری بدون محلول شوینده، اندازه گیری شد. سپس نمایه تجزیه زیستی با استفاده از محتوای DO اندازه گیری شده در یک دوره ۲۸ روزه ایجاد شد. برای واجد شرایط بودن به عنوان زیست تخریب پذیر، ۶۰% تخریب زیستی باید طی ۲۸ روز در شرایط هوازی به دست آید. جستجوهای مجدد نشان داد که α MES تجزیه زیستی بهتری نسبت به LABS دارد زیرا زمان لازم برای دستیابی به سطح پاس ۶۰ بسیار کوتاهتر از LABS است. زیست تخریب پذیری برخی از سورفکتانت ها به منظور مقایسه در جدول ۶ ذکر شده است.
سمیت زیست محیطی: سمیت زیست محیطی (همچنین به عنوان سمیت آبی نیز شناخته می شود) عبارت است از: اندازه گیری سمیت محلول شوینده در هنگام تخلیه در محیط آبی. سمیت زیست محیطی محلول شوینده را می توان با استفاده از تست سمیت حاد ماهی، تحت دستورالعمل های OECD، تعیین کرد. این آزمون در دو مرحله انجام می شود که مرحله اول مسافت یاب و مرحله دوم تست قطعی است. در مرحله اول، ماهی ها به مدت ۲۴ ساعت در معرض غلظت های مختلف مواد شوینده در سری لگاریتمی قرار گرفتند. غلظتی که تلفات وجود ندارد و ۱۰۰ مرگ و میر وجود دارد ثبت شد و در مرحله دوم که ماهی ها در معرض غلظت های مختلف مواد شوینده در سری های هندسی قرار گرفتند و تلفات به ترتیب در دوره های ۲۴، ۴۸، ۷۲ و ۹۶ ساعت ثبت شد. غلظت ماده شوینده ای که ۵۰ ماهی را از بین برد، با برچسب LC50، تعیین شد و سمیت زیست محیطی بر اساس یک طرح رتبه بندی از خدمات ماهی و حیات وحش ایالات متحده ارزیابی شد. جدول ۷ LC50 را برای α MES و LABS روی ماهی تیلاپیا نشان می دهد. مشخص شد که α-MES سمیت زیست محیطی کمتری دارد زیرا LC50 برای α-MES بالاتر از LAS است، به این معنی که برای کشتن ۵۰ ماهی به غلظت بالاتر α-MES نیاز است.
کاربرد α-MES بر پایه روغن پالم در فرمولاسیون مایع لباسشویی و مواد شوینده:
کاربرد α-MES بر پایه روغن پالم در فرمولاسیون پودر شوینده با موفقیت توسط تعدادی از محققین توسعه یافته است. افزون بر این، α-MES مبتنی بر روغن پالم در فرمولاسیون محصولات مایع مانند محصولات تمیز کننده خانگی، مراقبت شخصی، لباسشویی و محصولات تمیز کننده صنعتی نیز استفاده شده است. در سال ۲۰۰۷، یک اختراع توسط سازمان جهانی مالکیت فکری در مورد فرآیند تولید مواد شوینده مایع حاوی α-MES منتشر شد. مرحله اول تشکیل یک ترکیب جزئی شوینده مایع در مخزن اول با pH 5 تا ۹ است. مرحله دوم تنظیم pH برای اطمینان از اینکه در محدوده ۷ تا ۹ باشد. سپس حدود ۵/۰ تا ۱۵% α-MES با مخلوط کردن اضافه می شود تا مواد شوینده مایع در دمای حدود ۲۰ تا ۶۰ درجه سانتیگراد تشکیل شود. مواد دقیق مورد استفاده در فرمول مایع لباسشویی را می توانید در پتنت مشاهده کنید. در سال ۲۰۱۰، یک حق اختراع ایالات متحده در مورد ترکیبات مایع لباسشویی حاوی α-MES منتشر شد. در این اختراع یک ترکیب مایع لباسشویی موفق با عملکرد تمیز کردن و پایداری عالی حاوی α-MES معرفی شد و رنگ α-MES را می توان با استفاده از یک مرحله سفید کننده کاهش داد. یک فرمول مایع لباسشویی از حدود ۶ تا ۳۵ درصد سورفکتانت تشکیل می شود که در آن نسبت C16 α-MES به کل سورفکتانت ترجیحا کمتر از ۲/۰ است. فرمول دقیق را می توان در پتنت یافت. در سال ۲۰۱۴، بخش تحقیق و توسعه Lion Eco Chemicals Sdn Bhd ارائه فنی MES برای مواد شوینده مایع را ارائه کرد. این مقاله شان می دهد که MIZULAN، که یکی از سورفکتانت های α-MES است، در مقایسه با LABS و FAS دارای خاصیت شویندگی برتر است. خاصیت پاک کنندگی α-MES روی سبوم در مقایسه با AES و LABS تحت غلظت های مختلف سورفکتانت، سختی آب و دمای متفاوت بسیار عالی است. α-MES سازگاری آنزیمی خوب، خاصیت ضد رسوب خاک و زیست تخریب پذیری دارد. در سال ۲۰۱۷، مراد و همکارانش با استفاده از C16/18 α-MES به عنوان سورفکتانت، پنج شوینده مایع مبتنی بر نخل PBLD با ظاهر شفاف، تک فاز و ویسکوزیته قابل ریختن را با موفقیت فرموله کردند. چند نکته مهم وجود دارد که باید به آن توجه داشت، جایی که مواد حساس به حرارت مانند روشن کننده نوری، آنزیم، نگهدارنده و عطر وجود دارد باید در مرحله خنک شدن اضافه شود و pH محلول شوینده باید زیر ۱۰ نگه داشته شود. مطالعه نشان داد که PBLD ها دارای شویندگی عالی در حذف لکه های روغنی و لکه های مبتنی بر پروتئین، کف پذیری و پایداری کف مشابه، ترشوندگی و زیست تخریب پذیری بیشتر در مقایسه با شوینده های مایع تجاری هستند. در سال ۲۰۱۸، تای و همکارانش یک فرمول مایع ظرفشویی با سورفکتانت α-MES طراحی کردند. نشان داده شد که محلول α-MES پایدار است و به وضوح در محدوده ۹-۴=pH هیدرولیز نمی شود، در حالی که در pH بزرگتر از ۱۰، هیدرولیز رخ می دهد. هر دو α-MES و LABS پایداری کف خوبی دارند، با این حال کف پذیری α-MES کمی ضعیف تر از LABS است، از این رو برای استفاده در فرمول شوینده ای که به کف کم نیاز دارد، مناسب است. مطالعه نشان داد که α-MES در مقایسه با LABS تحمل بیشتر در آب سخت و شویندگی بهتری دارد. همچنین در این تحقیق ثابت شده است که فرمول مایع ظرفشویی تهیه شده با استفاده از α-MES ثبات خوبی از خود نشان می دهد. بطوری که پدیده لخته سازی یا چند فاز شدن پس از نگهداری به مدت ۶ ماه مشاهده نشد. در سال ۲۰۱۹، جوهان و همکارانش سورفکتانت α-MES را از ضایعات روغن آشپزی تصفیه شده سنتز و با نانو ذرات اکسید روی ترکیب کردند و بدین ترتیب موفق به تولید مواد شوینده نانو سیال شدند. پایداری و عملکرد شوینده نانوسیال با غلظت ZnO ثابت ۱% و غلظت α-MES متغیر ۱۰، ۵/۱۲ و ۱۵% مورد بحث قرار گرفت. آزمایش پایداری ۲۴ ساعت پس از سنتز مواد شوینده نانوسیال انجام شد که نشان میدهد شوینده با غلظت ۱۵% α-MES بالاترین پایداری را دارد. از سوی دیگر، تست شوینده نیز با و بدون لامپ UV انجام شد که به فعال کردن نانو ذرات برای تجزیه متیلن بلو کمک میکند. با وجود لامپ UV، عملکرد تمام شوینده های نانوسیال بهبود یافته بود. همچنین در سال ۲۰۱۹، Permadani و Slamet سورفکتانت α-MES را از روغن آشپزی تصفیه و با کربوکسی متیل سلولز و نانو ذرات TiO2 برای تولید مواد شوینده نانو سیال ترکیب کردند. پایداری و عملکرد شوینده با غلظت نانو ذرات TiO2 ثابت در ۱/۰ و غلظت سورفکتانت α-MES و همچنین کربوکسی متیل سلولز متغیر مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که مواد شوینده نانوسیال با غلظت α-MES بالای ۱/۱% وزنی پایدار است. عملکرد شوینده با افزایش غلظت سورفکتانت α-MES افزایش می یابد. با وجود لامپ جیوه ای که نانو ذرات TiO2 را برای تخریب لکه فعال می کند، عملکرد مواد شوینده نانوسیال بهبود بیشتری حاصل می کند. افزودن ۴ کربوکسی متیل سلولز، میتواند پایداری فرمول مایع لباسشویی نانو سیال را در عین حفظ عملکرد بهینه، بهبود بخشد.
مسائل فنی مرتبط با α-MES مبتنی بر روغن پالم در فرمولاسیون مایع لباسشویی سنگین HDLD و روش های ممکن برای غلبه بر مشکلات فنی:
α-MES به دلیل برخی از مسائل فنی مانند پایداری فاز و ایجاد ویسکوزیته پس از نگهداری طولانی مدت، به طور گسترده در خط تولید مایع لباسشویی استفاده نشد. مسائل فنی و روش های ممکن برای غلبه بر مشکلات ذکر شده در این بخش مورد بحث قرار می گیرد.
پایداری فاز α-MES در فرمولاسیون مایع لباسشویی: در برخی از تحقیقات گزارش شده است که مسئله عدم پایداری فاز مایع فرموله شده با α-MES ممکن است در دمای پایین تر، pH بالاتر و پس از نگهداری طولانی مدت رخ دهد. این یکی از چالش هایی است که در هنگام فرموله کردن مواد شوینده مایع با سورفکتانت α-MES وجود دارد. طی سال ها تحقیق، برخی از روش های ممکن برای غلبه بر مسئله پایداری فاز با فرمول سازی پیشرفته پیشنهاد شدهاند. یکی از روش ها، گنجاندن هیدروتروپ مناسب در فرمولاسیون مایع لباسشویی (Liquid Laundry Detergent Formulation) است که ممکن است با α-MES نیز هم افزایی نشان دهد و انتظار می رود که یک HDLD پایدار با ویسکوزیته قابل قبول تولید کند. با این حال، این هیدروتروپ ها گران هستند و منجر به افزایش قیمت فرمول مایع لباسشویی می شوند. بنابراین افزون بر اثر هم افزایی بین α-MES و هیدروتوپ، مقرون به صرفه بودن فرمولاسیون نیز باید در نظر گرفته شود. یک ثبت اختراع دیگر ایالات متحده، اضافه کردن نمک های معدنی مانند پلی آکریلو نیتریل هیدرولیز شده با پیوند متقابل فرمالدئید را به فرمول مایع شوینده برای بهبود پایداری فاز پیشنهاد کرده است. موریگاکی و همکارانش با ترکیب α-MES ، آلکیل بنزن سولفونات، پلی اکسی اتیلن آلکیل اتر سولفات و آلکانول آمین در فرمول مایع لباسشویی پایداری فاز بهبود یافته را ایجاد کردند. همچنین Lion Eco Chemical Sdn. Bhd فرمول بهبود یافته دیگری را با استفاده از ۱۵% α-MES-Na، آلکانول آمین ۵%، ترجیحاً مونو اتانول آمین و کنترل pH تا ۵/۷ برای تولید مایع شوینده شفاف و با جریان آزاد بدون جداسازی فاز پیشنهاد کرد. بررسی ها نشان داد که برخی از مواد به ترتیب افزودن به فرمول حساس هستند و این مسئله به پایداری فاز فرمولاسیون کمک می کند. از این رو، مراد و همکارانش پیشنهاد کردند موادی که به گرما حساس هستند در مرحله سرد شدن اضافه شوند و pH فرمول زیر ۱۰ کنترل شود.
ویسکوزیته: در برخی از مطالعات زمانی که صحبت از فرمولاسیون مواد شوینده مایع حاوی سورفکتانت α-MES به میان می آید، به خصوص زمانی که غلظت بالایی از آن استفاده می شود، مشکل افزایش ویسکوزیته گزارش شده است. ویسکوزیته عامل مهمی است که باید در فرمولاسیون تولید مواد شوینده مایع در نظر گرفته شود زیرا ویسکوزیته بالا باعث ایجاد مشکل در پایداری و جریان مایع می شود در حالی که ویسکوزیته کم منجر به از دست دادن مکانیکی مواد شوینده در طول فرآیند شستشو با ماشین می شود. چند روش پیشنهادی برای اصلاح ویسکوزیته فرمول مایع لباسشویی وجود دارد. معمولاً از یک اصلاح کننده ویسکوزیته در فرمولاسیون مورد نظر استفاده می شود. سورفکتانت غیر یونی شاخه ای و نمک محلول در آب برخی از اصلاح کننده های ویسکوزیته در صنعت هستند. ثبت اختراع دیگری از سازمان جهانی مالکیت فکری اشاره می کند که ترکیب فعال آلکیل پلی گلوکوزیدها و الکل اتوکسیلات نیز می تواند به عنوان عامل کاهش دهنده ویسکوزیته عمل کند.
نتیجه گیری:
با افزایش آگاهی مصرف کنندگان در مورد مسائل زیست محیطی ناشی از LABS، تقاضا برای توسعه سورفکتانت های سبز برانگیخته شد. α-MES، یک سورفکتانت آنیونی مشتق شده از متیل استر مبتنی بر روغن نخل، یکی از کاندیداهای امیدوار کننده و بالقوه برای جایگزینی LABS است. این به دلیل هزینه تولید پایین تر، شویندگی بیشتر با دوز کمتر، تجزیه پذیری زیستی بیشتر، تحمل بیشتر در برابر آب سخت و سمیت زیست محیطی کمتر در مقایسه با LABS است. α-MES سال ها با موفقیت در فرمول شوینده های پودری لباس به عنوان یک سورفکتانت استفاده می شد. اما در سال های اخیر تلاش هایی برای گنجاندن موفقیت آمیز α-MES در برخی از فرمول های شوینده مایع صورت گرفته است. اگرچه برخی از مسائل فنی مرتبط با پایداری فاز و ایجاد ویسکوزیته در هنگام گنجاندن α-MES در فرمول بندی های مایع شوینده وجود داشت، بسیاری از تحقیقات برای غلبه بر این مشکلات کار کرده بودند تا این امکان را فراهم کنند. نتایج این تحقیقات نشان داد که برای حل مسئله پایداری فاز، هیدروتروپ، نمک های معدنی و فرمول های تقویت شده موثر هستند. برای رفع مشکل ایجاد ویسکوزیته، اصلاح کننده های ویسکوزیته معرفی شدند. از این رو، پتانسیل زیادی برای جایگزینی LABS با α-MES در آینده نزدیک وجود دارد.
پرسش و پاسخ