Активатор отбеливателя

нонаноилоксибензолсульфонат натрия (NOBS)

Активаторы отбеливания представляют собой соединения, которые позволяют использовать более низкую температуру стирки, чем потребовалась бы в противном случае для достижения полной активности отбеливающих агентов в моющем растворе. Отбеливающие средства, обычно пероксиды , обычно достаточно активны только при температуре 60°С и выше. С активаторами отбеливания эта активность может быть достигнута при более низких температурах. Активаторы отбеливания включены в некоторые порошки для стирки (например, Tide), некоторые порошковые добавки для стирки и некоторые ^[1] капсулы с добавками для стирки. Они не входят в состав жидких стиральных порошков. Активаторы отбеливателя реагируют с перекисью водорода в водном растворе с образованием пероксикислот . Пероксикислоты являются более активными отбеливателями, чем перекись водорода, при более низких температурах (<60 °C), но они слишком нестабильны, чтобы их можно было хранить в активной форме, и, следовательно, их необходимо генерировать на месте.

Наиболее распространенными коммерчески используемыми активаторами отбеливания являются тетраацетилэтилендиамин (TAED) и нонаноилоксибензолсульфонат натрия (NOBS). NOBS – основной активатор, используемый в США и Японии. ^[2] TAED является основным активатором, используемым в Европе. ^[3]

Структура и свойства

пероксикислоты Активаторы отбеливания обычно состоят из двух частей: предшественника и уходящей группы ; и модифицируются путем изменения этих частей. Предшественник пероксикислоты влияет на отбеливающие свойства пероксикислоты: определяет активность, селективность, гидрофобный/гидрофильный баланс и окислительный потенциал. Уходящая группа влияет на растворимость , скорость пергидролиза и стабильность активатора при хранении. ^[4]

Механизм активации

Активация отбеливателя также известна как пергидролиз. Персоли — это неорганические соли, которые используются в качестве носителей перекиси водорода (примеры включают перкарбонат натрия и перборат натрия ). Персоли и активаторы отбеливания вместе входят в состав порошковых стиральных порошков, содержащих отбеливатель. При стирке оба соединения растворяются в воде. При растворении в воде персоль выделяет перекись водорода ( например, из перкарбоната натрия):

2Na ₂ CO ₃ ∙3H ₂ O ₂ → 2Na ₂ CO ₃ + 3H ₂ O ₂

В основном промывном растворе перекись водорода теряет протон и превращается в пергидроксильный анион:

Н ₂ О ₂ ⇌ Ч ⁺ + _НО2⁻

Затем пергидроксильный анион атакует активатор, образуя пероксикислоту:

HO_НО2⁻ + RC(O)X → ⁻ + RC(O)O ₂ H

Суммарная реакция ТАЭД ( 1 ) с 2 эквивалентами перекиси водорода дает диацетилэтилендиамин ( 2 ) и 2 эквивалента надуксусной кислоты ( 3 ):

С активатором отбеливания вступает в реакцию только пергидроксильный анион, а не молекула перекиси водорода. ^[5] В водных растворах также присутствует гидроксид-ион, но из-за большей нуклеофильности пергидроксильного аниона он будет реагировать преимущественно. После образования пероксикислота может действовать как отбеливатель .

Экономика

Потребление активаторов отбеливания в 2002 году составило около 105 000 тонн. ^[6] Однако потребление находится на прежнем уровне или снижается из-за ценового давления на моющие средства и развития жидких моющих средств (которые не содержат отбеливателей и активаторов отбеливания). Относительно высокая стоимость традиционных систем отбеливания ограничивает их распространение на развивающихся рынках, где для стирки используется холодная вода и широко распространено фотоотбеливание солнечным светом или широко распространено использование раствора гипохлорита натрия (как в США).

В Европе сохраняется значительный потенциал для более активных активаторов отбеливания из-за значительной потенциальной экономии энергии, достижимой при стирке при более низких температурах, но их более высокая активность не должна сопровождаться большим повреждением текстильных красителей и волокон. Помимо отбеливания пятен при стирке, важную роль также играют дезинфицирующие и дезодорирующие эффекты комбинаций отбеливателя и активатора. Поэтому их также используют в средствах для мытья посуды и средствах для чистки зубных протезов. ^[7]

Примеры

Типичными активаторами отбеливания являются по существу N- и O -ацильные соединения, образующие пероксикислоты при пергидролизе (имеется в виду гидролиз перекисью водорода из отбеливателя, персолей). Например, TAED производит в моющем растворе отбеливающую пероксиуксусную кислоту или пероксидодекановую кислоту DOBA. Во всех случаях активатор химически реагирует в зависимости от степени загрязнения белья и, таким образом, «расходуется».

В литературе описаны разнообразные активные N -ацильные соединения, такие как тетраацетилгликолурил и другие ацилированные насыщенные азотсодержащие гетероциклы , такие как гидантоины , гидротриазины, дикетопиперазины и др., а также ацилированные имиды и лактамы. Недостатком этих соединений по сравнению со стандартным соединением ТАЭД являются их обычно худшие экономические и экологические показатели.

Помимо ацилированных производных фенола NOBS, LOBS и DOBA (отрицательно заряженных в водной среде), описаны другие отбеливающие активные O-ацильные соединения, например тетраацетилксилоза или пентаацетилглюкоза. ДОБА, широко используемый в Японии, характеризуется хорошей биоразлагаемостью и большим действием на ряд микроорганизмов по сравнению с ТАЭД. Оба работают синергетически. ^[8] Кроме того, нитрилы, такие как цианопиридин и цианамиды, цианоморфолин и, в частности, соли цианометилтриалкил/ариламмония, являются известными активаторами отбеливания (последние, так называемые нитриловые кваты, ^[9]^[10] присутствуют в водном растворе в виде катионов).

\left[{\ce {R^{2}-{\overset {\displaystyle R^{1} \atop |}{\underset {| \atop \displaystyle R^{3}}{N+}}}-CH2-CN}}\right]{\ce {X-}}

Четвертичные нитрилы активны при отбеливании даже при температуре около 20 °C и действуют через пероксоиминокислоты, которые образуются промежуточно из пероксосоединений . Они разлагаются на соответствующие четвертичные амиды, которые с помощью перекиси водорода реагируют с соответствующими легко биоразлагаемыми бетаинами. ^[11] Недостатком кватов нитрила является плохая биоразлагаемость исходных веществ и их часто выраженная гигроскопичность, которую, однако, можно снизить подходящими противоионами.

Были разработаны и другие новые системы отбеливания, особенно для стирки при более низких температурах и комнатной температуре, а также для использования в составах жидких моющих средств:

Новые и более активные пероксикислоты, такие как фталимидопероксигексановая кислота (PAP). ^[12]

Бустеры перкислоты, которые образуют высокореактивные промежуточные соединения с перкислотами (такими как циклические сульфонимины в качестве предшественников реакционноспособных оксазиридинов). ^[13]) или кетоны на основе сахаров, которые вместе с перекисью водорода образуют отбеливающие диоксираны. ^[14]
Катализаторы отбеливания, которые образуют стабильные комплексы переходных металлов (таких металлов, как марганец, железо, кобальт и т. д.) с персолями, отбеливающими активными формами кислорода, даже при температуре ниже 30 °C. Они превышают активность стандартного соединения ТАЭД почти в 100 раз. ^[15] Такие комплексы обладают огромными экономическими (меньший объем моющего средства, меньше упаковки, меньше транспортные расходы) и экологическими преимуществами (низкая температура стирки, низкое загрязнение сточных вод). Особый интерес представляют катализаторы отбеливания второго поколения, которые уже с кислородом воздуха образуют отбеливающе-активные соединения, т.е. могут имитировать активные центры природных моно- или диоксигеназ . Однако в 1994 году состоялся запуск марганцевого комплекса первого поколения. ^[16] («провал persil power») компании Unilever в Великобритании потерпел катастрофу. В результате доверие потребителей к катализаторам отбеливания постоянно пошатнулось. ^[17] Единственное использование комбинации катализатора отбеливателя и персоли на сегодняшний день (2017 г.) — в средствах для мытья посуды.

Ссылки

^ «Ода кислородному отбеливателю: моя любимая добавка для стирки» . Блог прачечной Ольги .
^ Хиршен, М. (2005). Справочник по моющим средствам, часть C: Анализ . Марсель Деккер. стр. 439–470.
^ Грайм, К.; Клаусс, А. (1990). «Отбеливатели и активаторы для стирки». хим. Индиана (647–649).
^ Рейнхардт, Г.; Борчерс, Г. (2009). «Глава 16: Применение составов отбеливающих моющих средств». Справочник по моющим средствам, Часть E: Применение . ЦРК Пресс. стр. 376–412.
^ Хауталь, ХГ; Шмидт, Х.; Шольц, HJ; Хофманн Дж.; Прицков, В. (1990). «Исследования механизма активации отбеливания». Тенсайд Серфинг. Дет . 27 (3): 7. doi : 10.1515/tsd-1990-270314 . S2CID 235325458 .
^ Г. Рейнхардт, Отбеливать или не отбеливать - новая технология отбеливания на основе кислорода , на 5-й Всемирной конференции по моющим средствам: новое изобретение отрасли: возможности и проблемы, ред. А. Кан, издательство AOCS, 2003 г., ISBN 978-1-893997-40-0 .
^ Подразделение Clariant Surfactant: Чистый и разумный способ отбеливания, PERACTIVE®. Архивировано 17 июля 2013 г. в Wayback Machine (PDF; 885 КБ), август 1999 г.
^ М. Саджитц, Дж. Громанн: Гигиеническое воздействие отбеливающих систем в стиральных порошках ^{[ постоянная мертвая ссылка ]} (PDF; 401 КБ), Журнал SOFW 10-2012.
^ Г. Рейнхардт и др., Новые реактивные активаторы отбеливания – баланс между эффективностью отбеливания и повреждением цвета/волокон , Tensides, Surf. Дет., 34 (6), 404-409 (1997)
^ EP 0790244 , М. Леффлер, «Нитрилы аммония и их использование в качестве активаторов отбеливания», выдан 20 августа 1997 г., передан Hoechst AG.
^ Ларс Кайперс; Мартина Хиршен; Герд Рейнхардт (декабрь 2005 г.). «Разработка отбеливающих продуктов с учетом экологических аспектов». Моющие средства с тензидными поверхностно-активными веществами (на немецком языке). 42 (6): 342–346. дои : 10.3139/113.100277 . S2CID 94560640 .
^ EP 0349940 , Ханспетер Гетхоффер, Герд Рейнхардт, «Фталимидопероксигексановая кислота, способ ее производства и использования», выдан 13 мая 1998 г., передан Clariant GmbH.
^ EP 0923636 , GS Miracle et al., «Безопасные отбеливатели, композиции и методы стирки с их использованием», выдан 20 января 1998 г. 20 января, передан компании Procter & Gamble Co.
^ EP 1209221 , Г. Рейнхардт, Н. Райхардт, «Использование циклических сахарных кетонов в качестве катализатора для пероксидных соединений», выдан 29 мая 2002 г., передан Clariant GmbH.
^ EP 1225215 , Г. Рейнхардт и др., «Использование комплексов переходных металлов с оксимными лигандами в качестве катализаторов отбеливания», выдан 24 июля 2002 г., передан Clariant GmbH.
^ US 5244594 , TLF Favre et al., «Многоядерные координационные комплексы на основе марганца для активации отбеливателя», выдан 14 сентября 1993 г., передан Lever Brothers Co.
^ М. Веррал, «Unilever откладывает марганцевый катализатор на второй план», Nature, 373, (1995), 181 и «Мыльные войны: гиганты моющих средств сражаются грязно» . Химия в действии! 45 . 17 ноября 1996 года. Архивировано из оригинала 12 декабря 2013 года . Проверено 11 марта 2018 г.

[1] «Ода кислородному отбеливателю: моя любимая добавка для стирки» . Блог прачечной Ольги .

[Hirschen-2] Хиршен, М. (2005). Справочник по моющим средствам, часть C: Анализ . Марсель Деккер. стр. 439–470.

[Grime2-3] Грайм, К.; Клаусс, А. (1990). «Отбеливатели и активаторы для стирки». хим. Индиана (647–649).

[Reinhardt2-4] Рейнхардт, Г.; Борчерс, Г. (2009). «Глава 16: Применение составов отбеливающих моющих средств». Справочник по моющим средствам, Часть E: Применение . ЦРК Пресс. стр. 376–412.

[Hauthal-5] Хауталь, ХГ; Шмидт, Х.; Шольц, HJ; Хофманн Дж.; Прицков, В. (1990). «Исследования механизма активации отбеливания». Тенсайд Серфинг. Дет . 27 (3): 7. doi : 10.1515/tsd-1990-270314 . S2CID 235325458 .

[6] Г. Рейнхардт, Отбеливать или не отбеливать - новая технология отбеливания на основе кислорода , на 5-й Всемирной конференции по моющим средствам: новое изобретение отрасли: возможности и проблемы, ред. А. Кан, издательство AOCS, 2003 г., ISBN 978-1-893997-40-0 .

[Clariant-7] Подразделение Clariant Surfactant: Чистый и разумный способ отбеливания, PERACTIVE®. Архивировано 17 июля 2013 г. в Wayback Machine (PDF; 885 КБ), август 1999 г.

[8] М. Саджитц, Дж. Громанн: Гигиеническое воздействие отбеливающих систем в стиральных порошках ^{[ постоянная мертвая ссылка ]} (PDF; 401 КБ), Журнал SOFW 10-2012.

[9] Г. Рейнхардт и др., Новые реактивные активаторы отбеливания – баланс между эффективностью отбеливания и повреждением цвета/волокон , Tensides, Surf. Дет., 34 (6), 404-409 (1997)

[10] EP 0790244 , М. Леффлер, «Нитрилы аммония и их использование в качестве активаторов отбеливания», выдан 20 августа 1997 г., передан Hoechst AG.

[11] Ларс Кайперс; Мартина Хиршен; Герд Рейнхардт (декабрь 2005 г.). «Разработка отбеливающих продуктов с учетом экологических аспектов». Моющие средства с тензидными поверхностно-активными веществами (на немецком языке). 42 (6): 342–346. дои : 10.3139/113.100277 . S2CID 94560640 .

[12] EP 0349940 , Ханспетер Гетхоффер, Герд Рейнхардт, «Фталимидопероксигексановая кислота, способ ее производства и использования», выдан 13 мая 1998 г., передан Clariant GmbH.

[13] EP 0923636 , GS Miracle et al., «Безопасные отбеливатели, композиции и методы стирки с их использованием», выдан 20 января 1998 г. 20 января, передан компании Procter & Gamble Co.

[14] EP 1209221 , Г. Рейнхардт, Н. Райхардт, «Использование циклических сахарных кетонов в качестве катализатора для пероксидных соединений», выдан 29 мая 2002 г., передан Clariant GmbH.

[15] EP 1225215 , Г. Рейнхардт и др., «Использование комплексов переходных металлов с оксимными лигандами в качестве катализаторов отбеливания», выдан 24 июля 2002 г., передан Clariant GmbH.

[16] US 5244594 , TLF Favre et al., «Многоядерные координационные комплексы на основе марганца для активации отбеливателя», выдан 14 сентября 1993 г., передан Lever Brothers Co.

[17] М. Веррал, «Unilever откладывает марганцевый катализатор на второй план», Nature, 373, (1995), 181 и «Мыльные войны: гиганты моющих средств сражаются грязно» . Химия в действии! 45 . 17 ноября 1996 года. Архивировано из оригинала 12 декабря 2013 года . Проверено 11 марта 2018 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]