Сравнительная характеристика стиральных порошков

Сравнительная характеристика стиральных порошков

Выполнила׃

                      Павловская Анна

учащаяся 11Б класса

МАОУ «СОШ №2»

г. Северодвинска,

 Архангельской обл.

Руководитель׃

Чугай Людмила Игоревна

учитель химии,

МАОУ «СОШ №2»

ВВЕДЕНИЕ

 Каждый день мы контактируем с химическими веществами. Утром мы чистим зубы зубными пастами, умываемся специальным гелем для лица или же простым мылом. Даже одежда, которую мы носим каждый день, была постирана порошками, состоящими из различных химических веществ. Но никто не задумывается о том, какое действие выполняют эти химические вещества на человеческий организм: вредят ему или наоборот приносят пользу, или вообще действуют нейтрально по отношению к нашему здоровью.

    Обычному человеку крайне сложно сориентироваться в столь богатом разнообразии предлагаемых стиральных порошков. Проблема выбора средства для стирки рано или поздно встает перед любой хозяйкой. Хочется найти и качественное, и эффективное средство. Выбор порошка, подходящего для данной конкретной семьи, представляет действительную проблему, решить которую поможет данное исследование.

Цель работы: оценить эффективность разных стиральных порошков.

Задачи исследования:

1. Используя различные литературные источники и сайты в Интернет  изучить химический состав стиральных порошков.
2. Изучить методики исследования качественных характеристик стиральных порошков.
3. Исследовать качественные характеристики стиральных порошков: значение pH, пенообразующие свойства, влияние на процесс коррозии.
4.  Определить моющее действие стиральных порошков.
5. Проанализировать результаты и сделать выводы;

Объекты исследования: современные стиральные порошки различных торговых марок.

Предмет исследования: качественные характеристики и свойства стиральных порошков.

Глава I. Литературный обзор

История возникновения моющих средств

Самое простое моющее средство, было получено на Ближнем Востоке более 5 000 лет назад. Скорее всего, оно было открыто по чистой случайности, когда над костром жарили мясо, и жир стек на золу, обладающую щелочными свойствами. Взяв в руки горсть этого простейшего мыла, древний человек обнаружил, что оно легко растворяется в воде и смывается вместе с грязью. Поначалу оно использовалось главным образом для стирки и обработки язв и ран. И только с I века н.э. человек стал мыться с мылом.

Производство мыла имеет давнюю историю, а вот первое синтетическое моющее средство появилось только в 1916 году. Изобретение немецкого химика Фрица Понтера предназначалось для промышленного использования, бытовые синтетические моющие средства, более менее безвредные для рук, стали выпускать в 1935 году. С тех пор был разработан целый ряд синтетических моющих средств (CMC) узкого назначения, а их производство стало важной отраслью химической промышленности. В СССР первый стиральный порошок с соответствующим названием "Новость" был выпущен в 1953 году на Казанском химкомбинате.

Синтетические моющие средства

Современные CMC представляют собой многокомпонентные смеси, главный компонентом которых являются синтетические моющие вещества. СМС в виде водных растворов снимают с поверхности твердых тел (тканей, изделий) загрязнения различно происхождения [4]. Заряженные частицы загрязнений стабильно сохраняются в мыльном растворе, а образующаяся пена и пузырьки воздуха позволяют им всплывать на поверхность. Специальные вещества в составе CMC предохраняют ткани от повторного оседания грязи резорбции [6]. Требования к составу, внешнему виду, показателям качества предусматривают ГОСТы  [1].

Состав стиральных порошков

         В состав стиральных порошков входит определённый ряд веществ, который и определяет их свойства. Как уже было упомянуто выше, обязательным компонентом стиральных порошков являются поверхностно-активные вещества, которые  снижают поверхностное натяжение воды и удаляют загрязнения с ткани. [3]. Молекулы ПАВ имеют линейную (удлиненную) форму, поэтому их концевые группы обладают противоположными свойствами: одни - притяжением только к молекулам воды, другие - только к жиру. Молекулы ПАВ равномерно "окружают" капельки жира, отрывают их от ткани и переводят в водный раствор. Средства, содержащие несколько ПАВ, как правило, лучше отстирывают белье.

Для сохранения белизны изделий белого цвета, в состав СМС вводят кислородосодержащие и оптические отбеливатели. Из кислородосодержащих отбеливателей, которые используют в СМС для льняных и хлопчатобумажных тканей, обычно применяют соли перекисных кислот (персоли), например, перборат натрия [5]. Современные СМС содержат специальные биодобавки для удаления загрязнений жирового происхождения и белковых веществ, содержащих протеин (следы крови, яичного белка, молока) ферменты (энзимы). Протеолитические ферменты (протеазы) осуществляют ферментативный гидролиз полипептидных групп в крупных белковых молекулах и разрушают их до небольших аминокислотных остатков, которые легко удаляются с волокон при стирке. Эффективность моющих средств с ферментами зависит от температуры моющего раствора и рН среды [7].  

Применение красителей в составе СМС основано на оптическом эффекте, поскольку красители адсорбируются на поверхности тканей без химического воздействия на ткань. Для этой цели используют ультрамарин, индиго, синтетические органические пигменты. Поглощая из спектра падающего света ультрафиолетовые лучи, они переизлучают их в виде синего и голубого цвета, что и обеспечивает эффект белизны. На самом деле ткань белее не становится, это лишь радующий глаз оптический обман. [3].    

 Стабилизаторы пены (алкилоаины), которые входят в состав СМС снижают пенообразование. Щелочные добавки (кальцинированная сода, силикат натрия): способствуют проникновению воды в волокна ткани и вымыванию ткани. Усиливают эффективность удаления жирового загрязнения (за счет его омыления). Попадая в воду, они частично расщепляют жиры, в результате чего образуются соединения, легко растворимые в воде. Антисорбенты (карбоксилметилцеллюлоза, натриевая соль целлюлозогликолевой кислоты) препятствует повторному осаждению загрязнений.  

         Отдушки определяют запах стирального порошка. Ароматизаторы и отдушки выполняют две функции: нейтрализуют неприятный запах, выделяющийся при стирке грязного белья, и придают свежесть выстиранному белью. На качество стирки они никоим образом не влияют

Биологическая и экологическая роль стиральных порошков

Основа всех синтетических моющих средств - анионные ПАВы (поверхностно-активные вещества). Они  диссоциируют в воде с образованием поверхностно-активного аниона (концентрируясь на поверхности, вызывает снижение поверхностного натяжения). Анионные ПАВ – самые агрессивные поверхностно-активные вещества, в моющих средствах допустимое содержание не более 2-5%. ПАВ могут накапливаться в организмах в недопустимых концентрациях. У человека могут вызывать нарушения иммунитета, аллергию, поражение мозга, печени, почек, легких.

Фосфаты усиливают проникновение ПАВ через кожу и способствуют накоплению этих веществ на волокнах тканей.  Чем более натуральна одежда (хлопок, шерсть, шелк), тем больше их останется в её волокнах. Они цепляются за натуральные волокна и их невозможно удалить даже при многократном полоскании.

 Фосфаты это соли и эфиры фосфорных кислот. Среди вредных особо ярко выделяется триполифосфат (в дальнейшем ТПФ) натрия. Его содержание в порошке колеблется от 15 до 40 процентов. При стирке ТПФ уменьшает жесткость воды и улучшает моющее действие порошка.

Главная способность ТПФ - мастерски проходить даже через самые современные очистные сооружения. Триполифосфат прямиком попадает в реки и озера. ТПФ накопившись в воде, начинает действовать как удобрения. "Урожай" водорослей в водоемах растет не по дням, а по часам. Водоросли, разлагаясь, будут выделять в огромных количествах метан, аммиак, сероводород. А это значит, что все, что будет в воде - погибнет.

|         Фосфаты способствуют накоплению агрессивных веществ в волокнах тканей, из которых изготовлена одежда, усиливают проникновение ПАВ через кожу и приводят к усиленному обезжириванию кожных покровов и даже нарушению свойств крови.  Альтернатива фосфатам – экологически безвредные цеолиты, но их нерастворимые в воде частички могут оставаться после стирки на ткани, делая ее грубой, или осаждаться в канализационных трубах, забивая их.

Хлор является причиной заболеваний сердечно-сосудистой системы, способствует возникновению атеросклероза, анемии, гипертонии, аллергических реакций. Фосфонаты плохо разлагаются биологически, но частично задерживаются в осадке при очистке сточных вод.

Глава II. Объекты и методы исследования

В качестве объектов исследования использовались стиральные порошки различных марок: Умка, Sarma , Losk, , Биолан, Ушастый нянь, DENI, Bio Mio, Миф. Для определения качественных свойств, представленных СМС, готовился их 1% раствор. Изучался внешний вид стиральных порошков, наличие в них гранул.

Определение pН растворов стиральных порошков

Уровень pН стиральных порошков имеет диапазон 7,5-11,5 (ГОСТ). Для определения водородного показателя стиральных порошков использовалась универсальная индикаторная бумага. Бумага опускалась в раствор стирального порошка сухими чистыми руками на 30 сек, а затем сравнивалась со шкалой уровня pН. Это и есть полученное значение рН.

Определение пенообразующей способности стиральных порошков

           Пенообразующую способность характеризовали высотой столба пены и ее устойчивостью через определённый промежуток времени. В пробирку помещали 2 мл раствора стирального порошка и интенсивно встряхивали в течение 15 секунд, после чего с помощью линейки измеряли высоту образовавшейся пены. Через 5 минут повторяли измерение.

Определение моющего действия растворов стиральных порошков в условиях жёсткой воды

 В условиях жёсткой воды при стирке затрачивается больше стирального порошка, чем при наличии мягкой воды. Поэтому целесообразно исследовать моющую способность стиральных порошков в жёсткой воде. В пробирку помещали 1 мл жёсткой воды и по каплям добавляли раствор стирального порошка, после каждой капли содержимое пробирок встряхивали. Стиральный порошок добавляли до образования устойчивой пены. Количество капель обязательно фиксировалось .

Определение влияния растворов стиральных порошков на протекание процессов коррозии железных гвоздей

       После стирки люди (стиральные машины) сливают использованные растворы стиральных порошков в канализацию. Канализация это в большинстве своём металлические трубы. Для того чтобы проследить влияние растворов стиральных порошков на металлы, в пробирки помещались железные гвозди и заливались 10 мл растворов стиральных порошков. Время наблюдения составило 10 дней.

Определение моющего действия растворов стиральных порошков

На синтетическую и хлопчатобумажную ткань наносились пятна различного происхождения: кофе, чай, варенье, томатная паста, маркеры, чернила. Далее ткань оставляли на 24 часа. После чего образцы тканей замачивались на 60 минут в 1% растворе стирального порошка, стирались в течение двух минут, сушились, проглаживались и сравнивались с контрольными образцами.

Все порошки отстирали изделия с пятнами из хлопчатобумажной ткани, а  с синтетической  тканью с пятнами лучше справились порошки Sarma, Лоск, Deni.

Определение сульфатов

В пробирку налить 10 мл исследуемой пробы, 0,5мл раствора соляной кислоты (1:5) и 2 мл 5%-ного раствора хлорида бария, затем перемешать. По характеру выпавшего осадка определить ориентировочное содержание сульфатов: при отсутствии мути – концентрация сульфат-ионов менее 5 мг/л; при слабой мути, появляющейся не сразу, а через несколько минут – 5-10 мг/л; при слабой мути, появляющейся сразу после добавления хлорида бария – 10-100мг/л; сильная, быстро оседающая муть свидетельствует о достаточно высоком содержании сульфат-ионов (более 100мг/л).

Определение гидрокарбонатов

В пробирку налить 10мл исследуемой пробы и добавить 5-6 капель фенолфталеина. Если при этом окраска не появляется, то считается, что гидрокарбонат-ионы в пробе отсутствуют. Возникновение розовой окраски свидетельствует о наличии в пробе гидрокарбонат-ионов.

Определение фосфатов.

В пробирку налить исследуемую пробу. Добавить несколько капель нитрата серебра. При наличии фосфатов образуется желтый осадок фосфата серебра.

Определение физико-химических характеристик моющих средств

Оценили запах отдушек (проверили стойкость и специфичность запахов растворов порошков). Наличие сильного запаха свидетельствует о большом количестве отдушек. Если запах поменял свою специфичность, то это свидетельствует о плохом качестве отдушек.

Глава III. Результаты исследования

Результаты изучения состава стиральных порошков по содержанию этикеток

Анализируя результаты таблицы видим, что анионные ПАВ отсутствуют в СМС Умка. Фосфаты отсутствуют в порошке Умка и Bio Mio. В порошке Ушастый нянь они содержатся в большом количестве 15-30%. Однако, не все производители указывают % содержание опасных веществ.

Определение pН растворов стиральных порошков

      Этот показатель характеризует агрессивность порошка по отношению к коже рук и тканям. По российскому стандарту (ГОСТ 22567. 5-93) уровень концентрации водородных ионов должен укладываться в диапазон от 7,5 до 11,5. Чем ближе показатель к нижней границе, тем лучше - белье меньше изнашивается при стирке. Наши исследования показали, что показатели рН равняются 8 в стиральных порошках Умка, Ушастый нянь, Миф. В  других стиральных порошках рН 10 (сильно щелочная среда). Все показатели соответствуют ГОСТу. Порошки с такими показателями подходят для стирки хлопчатобумажных и льняных тканей, так как щелочная среда не действует на растительные волокна разрушающе.

Определение пенообразующей способности стиральных порошков

         Образование пены является положительным фактором при стирке. Пена способствует уносу загрязнений из раствора и препятствует вторичному осаждению их на омываемую поверхность. Но обильная пена затрудняет удаление загрязнений, например при механической стирке тканей. Одной из причин снижения моющей способности в машинах барабанного типа является высокое пенообразование исследованных СМС. По мере роста пенообразования перемещение белья внутри барабана затрудняется и снижается механическое воздействие на белье, обусловленное трением слоев белья друг о друга и об барабан. Уменьшение высоты падения белья в моющий раствор приводит к резкому снижению механического воздействия в процессе стирки.

       Самый высокий столб пены образовался в стиральных порошках Sarma и Биолан 2,9см и 3см соответственно. Через 5 мин. пена осела на 0,4 и 0,2 см соответственно. Самый низкий столб пены образовался в случае со стиральными порошками Миф 0,5см, через 5 мин. пена осела на 0,1 см. Оптимальные результаты наблюдались в поршках Умка и Bio Mio столб пены 2 см , после оседания 1,5 см

          Определение моющего действия растворов стиральных порошков в условиях жёсткой воды

 Большее количество 1% раствора стирального порошка Умка и Ушастый нянь было затрачено при добавлении его к жёсткой воде 23 капли. Из этого можно сделать вывод, что данный стиральный порошок, нецелесообразно использовать в условиях жёсткой воды. Лучше всего в жесткой воде зарекомендовали себя порошки Sarma и Лоск 7 и 10  капель  на 2 мл жёсткой воды.

Определение влияния растворов стиральных порошков на протекание процессов коррозии железных гвоздей

          В стиральных порошках Умка, Ушастый нянь, Миф ржавчина на гвоздях появилась примерно на 7 день эксперимента. Растворы при этом стали желтые, остальные растворы стиральных порошков проявили более щадящий эффект по отношению к железным гвоздям. Их растворы не изменили цвет.          

Определение моющего действия растворов стиральных порошков

Хлопчатобумажную ткань отстирали все порошки, а с пятнами на синтетической ткани оказалось куда сложнее справиться. Хороший результат показали: Sarma, Лоск, Deni.

Определение сульфатов

          Сульфаты — это соли серной кислоты. Для добавления в стиральные порошки обычно используют сульфат натрия. По сути, это просто нейтральная добавка, удешевляющая стиральный порошок. Сульфат натрия сам по себе не обладает отстирывающей способностью, но некоторое влияние на стирку он оказывает усиливает действие ПАВ. ПАВ лучше проникают в наиболее загрязненные волокна при взаимодействии с положительными ионами натрия, которые образуются при растворении сульфата в воде. Результаты исследований показали, что в большинстве случаев сульфат натрия безвреден при непродолжительном контакте с кожей. Однако у детей, людей с чувствительной кожей и склонных к аллергии могут возникать раздражения и аллергические реакции. Если в стиральном порошке превышена допустимая концентрация сульфатов, то кожные реакции могут появиться у большего числа людей.

ориентировочно концентрация сульфат-ионов 5 – 10 мг/л составила  в исследуемом образце Bio Mio

концентрация сульфат-ионов 10 – 100 мг/л составила  в исследуемых образцах Ушастый нянь, Deni, Миф

достаточно высокое содержание сульфат-ионов более 100мг/л оказалось в образцах Умка, Sarma , Биолан, Лоск

Определение гидрокарбонатов

Гидрокарбонаты уничтожают грязь с ткани и смягчают воду. Все исследуемые образцы показали наличие гидрокарбонатов в стиральных порошках. По интенсивности малиновой окраски можно сделать вывод, что большее количество присутствуют в   стиральных порошках Sarma, Биолан, Bio Mio . Средне выраженное количество  в   стиральных порошках Умка, Deni , Лоск, Миф . Меньше всего- Ушастый нянь.

Определение фосфатов.

В пробирку налить исследуемую пробу. Добавить несколько капель нитрата серебра. При наличии фосфатов образуется желтый осадок фосфата серебра.

Исследуемые образцы стиральных порошков Биолан; Deni; Лоск проявили сильно выраженный желтый осадок, значит содержат больше всего фосфатов. Раствор стирального порошка Умка, проявил белый осадок- фосфаты отсутствуют.

Определение физико-химических характеристик моющих средств

Оценили запах отдушек (проверили стойкость и специфичность запахов растворов порошков). Наличие сильного запаха свидетельствует о большом количестве отдушек. Если запах поменял свою специфичность, то это свидетельствует о плохом качестве отдушек. Наблюдаем  отсутствие запаха у растворов стиральных порошков Умка, Ушастый нянь, Bio mio. В других растворах СМС запах достаточно стойкий.

Вывод

1. Используя литературные источники, изучили химический состав стиральных порошков.
2. Все значение pН соответствуют ГОСТу.
3. В стиральном порошке Умка отсутствуют анионные ПАВ и большее содержание неионогенных ПАВ.
4. Все исследуемые образцы стиральных порошков содержат фосфаты, но по интенсивности окраски желтого осадка, можно сделать вывод о различном содержании фосфат - ионов.
5.  Лучшими пенообразующими свойствами обладают стиральные порошки Sarma и Биолан.
6. В условиях жёсткой воды нецелесообразно использовать стиральные порошки Умка и Ушастый нянь.
7. Коррозию железных изделий вызывают не все стиральные порошки, но самая высокая скорость протекания коррозии наблюдается при использовании стирального порошка «Ушастый нянь».
8. Достаточно высокое содержание сульфат-ионов более 100мг/л оказалось в образцах Умка, Sarma , Биолан, Лоск. Поэтому у детей, людей с чувствительной кожей и склонных к аллергии могут возникать раздражения и аллергические реакции при их использовании.
9. Отсутствие запаха у растворов стиральных порошков Умка, Ушастый нянь, Bio mio
10. Современные стиральные порошки ориентированы на стирку изделий из хлопчатобумажной ткани и синтетической ткани; но с пятнами на синтетической ткани лучше справились порошки Sarma, Лоск, Deni.

Литература׃

1. ГОСТ Р 52488-2005 «Средства для стирки. Общие технические условия», ГОСТ 25644-96 «Средства моющие синтетические порошкообразные. Общие технические требования»)
2.  Колесецкая Г. И. Прикладная химия. Практикум. Красноярский государственный педагогический университет им. В. П. Астафьева. – Красноярск
3. Риск при использовании СМС. [Электронный ресурс]. Опасность использования СМС, в состав которых входит ПАВ. Режим доступа:
4.  Синтетические моющие средства [Электронный ресурс]. История. Общие сведения об СМС.
5.  Синтетические моющие средства. [Электронный ресурс]. - Товароведение. Характеристика товаров.  
6. Состав СМС. [Электронный ресурс]. Опасность химических веществ, входящих в состав порошков.
7.  Химические способности СМС. [Электронный ресурс]. Состав СМС.
8.  Экологический риск. [Электронный ресурс]. Понятие «экологический риск».