MAKALELER / ANYONİK VE KATYONİK KİMYASALLAR
DETERJANIN KİMYASAL YAPISI: Deterjanlar kompleks yapılı sentetik yapılı maddelerdir. Sabun ve deterjanların kimyasal yapısı çok farklı olduğundan temizleme işlevindeki etkileri de farklıdır. Sabun asidik ve sert sularda etkili değildir (Sert sudaki Ca ve Mg ile (C H COO) Ca oluşur ve çöker) Bir çökelti oluşturur. Buna karşılık deterjanlar bu tip sularda etkilidir. Yüzey aktif madde (sürfaktan) ismi sabun, deterjan, emülsiyon oluşturan maddeler, ıslatıcı maddeler için kullanılan genel bir isimdir. Deterjanlar, her biri temizlemede ayrı bir görev yapan, pek çok maddenin çok kompleks bir karışımıdır. Yüzey aktif maddeler veya sürfaktanlarla ilgili modern kavram, sabunları, deterjanları, emülsifiyanları, ıslatıcı maddeleri ve girme (penetrasyon) maddelerini kapsamaktadır. Bütün bunlar, birbirleriyle temasta olan iki faz arasındaki yüzey tabakasının özelliklerini değiştirerek, aktifliklerini sürdürürler. Yüzey aktif maddelerin pek çoğu, molekülün bir ucunda suyu çeken (hidrofilik) ve diğer ucunda suyu iten (hidrofobik) bir grup bulundururlar. Deterjanlar, kirleri uzaklaştırmada etkin olan bu özelliklere, fazlasıyla sahiptirler. Hafif ve ağır iç deterjanları olarak sınıflandırılırlar.
DETERJANDA yüzey Aktif Maddeler: Yüzey aktif maddelerinin hidrofobik kısmı genelde 8-18 karbon içeren düz veya az dallanmış zincirdir, bazı hallerde zincirdeki bazı karbon atomlarının yerine benzen halkası geçmiştir. Örnek olarak C H (dodesil) ve C H C H (dodesil) benzen verilebilir. Yüzey aktif maddenin içerdiği hidrofilik grup çok farklı olabilir. Hidrofilik grubun yapısına göre yüzey aktif maddeler; Anyonik : OSO veya SO Katyonik : N (CH ) veya C H N İç tuz : N (CH ) (CH ) COO Yarı polar : N(CH ) O İyonik olmayan : (OCH CH ) OHYüzey aktif madde olmak üzere sınıflandırılabilir. Anyonik deterjanlar sulu çözeltide – iyon içeren yüzey aktif maddelerdir.C H OH + SO C H OSO H C H OSO Na
Katyonik deterjanlar, çözeltide pozitif yüklü iyon veren yüzey aktif maddelerdir. C H Cl + N(CH ) C H N(CH ) Cl Yarı polar deterjanların yapısı: CH | C H N(CH ) + H O C H N 0 + H O | CH İç tuz yapısındaki deterjanların yapısı: O O || ||C H N(CH ) + Cl CH C Ona C H N(CH ) CH C O + NaCl İyonik olmayan deterjanların yapısı: C H OH + nCH CH C H (OCH CH ) OH
DETERJANIN HAM MADDELERİ:
Büyük hacimlerde yüzey aktif organik bileşikler sabun ve deterjan üretiminde kullanılırlar. Lineer alkilbenzen sülfonat (LAS) ve yağ alkolü sülfatı, bunlara örnek oluştururlar ve yüz milyonlarca kilo üretilirler. Aynı durum, sabunların ana maddesi olan yağ asitleri için de doğrudur. Bu amaçla oleum, sud kostik, çeşitli sodyum fosfatlar ve ürün ağırlığının %3 veya daha azını oluşturan, çok sayıdaki katkı maddelerin büyük bölümü satın alınır.
Köpük Ayarlayıcı Maddeler :
Bu maddeler ya köpüğün sabit kalmasını yada köpüğün azalmasını sağlarlar. Genellikle yüzey aktif madde ile birlikte kullanılırlar. Bu maddelerin ortak bir kimyasal yapısı yoktur. Genellikle her bir yüzey aktif madde için özel bir köpük ayarlayıcı kullanılır. Köpüğün kalıcı olmasını sağlayan maddelere örnek olarak, laurik etanolamit, alkilbenzen sülfonat ve laurik alkol-alkilsülfat verilebilir. Köpük azaltan maddeler genellikle hidrofobik maddelerdir. Bunlara örnek olarak da uzun zincirli yağ asitleri, silikonlar ve hidrofobik iyonik olmayan yüzey aktif maddeler verilebilir.
Deterjanın Etkisini Artıran Maddeler :
Bu amaçla daha ziyade sodyumtripolifosfat gibi kompleks fosfatlar kullanılır. Bu maddeler suda bulunan ve sertlik veren Ca ve Mg iyonlarını kompleks oluşturarak başladıklarından çökmeleri önlenmiş olur. Ayrıca suya geçmiş olan kirlerin çamaşır üzerine tekrar çökmesine mani olurlar.
Kompleks polifosfatlar kullanılarak hazırlanmış bir deterjanla, karışım oranlarının iyi olması halinde iyi bir temizleme sağlanır. Deterjan etkisini artırdıklarından, deterjan maliyetini düşürürler. Deterjanların bileşiminde, yüzey aktif madde, köpük ayarlayıcı ve yüzey aktif maddenin etkisini artıran maddeler yanında %3 oranında katkı maddeleri de bulunur.
Deterjan Katkı Maddeleri : Korozyon inhibitörü olarak kullanılan sodyum silikat (Na SiO ), çamaşır makinesinin metal kısmını ve tabakları korur. Benzotriazol, Alman gümüşü gibi metalleri korur. Korozyon inhibitörlerinin etkisini artırır. Karboksimetil selüloz, tekrar çökmeyi önlemek için kullanılır. Kumaşın parlak olmasını sağlamak için UV ışığı görünür ışığa çevrilebilen florsan maddeler kullanılır: Mavileştiren maddeler, kumaşın sararma yatkınlığını önler. Ultramarin mavisi (çivit) gibi maddelerdir. Peroksijen yapılı ağartıcılar, yüksek sıcaklıkta etkili bileşiklerdir. Parfüm: Sabun ve deterjan endüstrisi en fazla parfüm kullanılan endüstrilerdir.
Deterjanların Çevreye Etkisi :
1960 ve 1970’lerde deterjanların bileşimleri, çevreyi koruma düşüncesiyle hızlı değişimlere uğramışlardır. Deterjanlardan kaynaklanan (sularda sürüklenen) fosfatlar, göl sularında ötrifikasyona neden olmakta ve bu nedenle deterjanlara fosfatların katılması, bazı ülkelerde yasaklanmış bulunmaktadır. Deterjan endüstrileri tarafından takınılan tavır, atık su işlem ünitelerinde özel işlemlerle atık sulardan fosfatların uzaklaştırılabileceği şeklindedir; ayrıca fosfatların zehirli olduğu konusu da yeterince ispatlanmamıştır ve bunların yerine başka maddelerin konulması da pek istenen bir çözüm yolu değildir. Sabun ve deterjan endüstrileri ve bunları donatanların karşı karşıya geldikleri muazzam bir görev, yeni malzemelerin çevre üzerindeki etkilerinin araştırılmasıdır. Bu karmaşık problemin çözülmesinden önce, çok sayıda araştırmanın yapılması gerekmektedir.
Su kirlenmesini kontrol ve önleme konusunun önem kazanması nedeniyle, ürün-geliştirme işiyle görevli kimyager ve kimya mühendisleri son yıllarda atık su işleme ünitelerinde ve yüzey sularında (akarsular) yer alan mikrobik etki tarafından, ev ve endüstri deterjanlarının, kolaylıkla bozundurulabilen türde olmaları üzerinde durmaktadırlar. Bu yeni parametre, deterjan endüstrisinin yeni ürünler geliştirmede göz önünde bulundurduğu işlerlik, yeterlik ve fiyat faktörlerine katılmıştır. Tetrapropilenden türetilmiş alkilbenzen sulfonat gibi bir kısım surfaktanlar, yavaş yavaş parçalanırlar ve geride kalıcı bir atık bırakırlar. Mikrobik etki tarafından surfaktanların kolay bozunabilirlikleri, biyolojik parçalanabilirlikleri olarak adlandırılır. Bu konuda testler ve standartlar ortaya konulmuştur. Bunun gibi standartlar, geniş bir uygulama alanı bulabilmek için, çevre koşullarında değişim genişliğine sahip olmalıdır. Yetersiz atık işlem prosesleri ile, yalnız kısmen parçalanabilen malzemeler, daha yapay biyolojik işlem sistemleri tarafından tamamıyla bozundurulabilirler. Nehir suyunun da yavaş yavaş yok olma ölçütü veya atık su işleme ünitelerinde kullanılan biyolojik proseslerin tekrarı, biyolojik parçalanabilirliğin ölçülmesinde kullanılan, yaygın testlerden sadece bir kısmıdır.
Birkaç yıldan bu yana yürütülen araştırma esas alınarak, deterjan endüstrilerinin daha kolay parçalanabilen deterjanlar kullanmaları için belirli bir tarih, 31 Kasım 1965 seçilmiştir. Tam bir dönüş herkesin amacıdır ve bu konuda atılan en önemli adım, tetrapropilen benzensülfonatın (TPBS) diğerlerinin yerini almasıdır. Bu deterjan malzemesi, deterjan endüstrisinin ham maddesidir. Bulaşık ve çamaşır yıkama deterjanlarında kullanılan yüzey aktif maddeler pazarında, ağırlık olarak %70’lik paya sahiptir. Yılda yaklaşık 250 milyon kg civarında bir tüketim gücüne erişmiştir. TPBS, benzenin önce bir propilen tetramer ile alkillendirilmesi ve sonra, benzen halkasının sulfonasyonu ile üretilir. Propilen tetramer, dallanmış izomerlerin bir karışımından ibarettir ve pek azı, düz zincirli alkil gruplarına sahiptir. Daha kolay parçalanabilen yüzey aktif bir maddenin bulunabilmesi konusunda yapılan çalışma, alkil benzen oluşturmak için, düz zincirli bir hidrokarbon geliştirilmiştir. Düz zincirli maddeler, daha kolay parçalanabilen deterjanlar verir ve deterjan formülasyonuna kolaylıkla uyar.
YIKAMA ENDÜSTRİSİNİN TARİHÇESİ:
Sabun endüstrisi olarak bilinen, yıkama endüstrisinin kökleri geçmişte 2000 yıl öncesine kadar uzanır. Pompeii kazılarında bir sabun fabrikasına rastlanmıştır. Bunlarla birlikte, pek çok sayıdaki kimyasal ham maddelerinde temelden bir değişme olmamıştır. 1940 ve 1965 yılları arasında, sabun gereksinmesinin %80’ini deterjanlar karşılamışlardır. 1975’lerde bu gereksinme %80’in üzerinde yeni deterjanlar tarafından sağlanmış bulunmaktadır. Bu deterjanlar, üretimleri için tamamıyla farklı yeni ham maddelere ve reaksiyonlara gereksinme duymaktadırlar. Sabunun kendisi hiçbir zaman gerçekten bulunmamıştır. Fakat yağsı maddeler ve alkali karışımlarından yavaş yavaş geliştirilmişlerdir. Pliny the Elder, birincin yüzyılda sert ve yumuşak sabunun her ikisinin de üretildiğine değinmektedir; fakat on üçüncü yüzyıla gelinceye kadar sabun, bir endüstri olarak adlandırılacak miktarda üretilmemiştir. 1800 öncesine kadar sabunun, yağ ve alkalinin mekanik bir karışımı olduğu sanılmaktaydı; bundan sonra bir Fransız kimyacısı olan Chevreul, sabun oluşumunun gerçek bir kimyasal reaksiyon olduğunu göstermiştir. Domeier aynı süre içerisinde, sabunlaştırma karışımından gliserinin kurtarılması konusundaki araştırmasını tamamlaştırmıştır. Leblanc’ın sodyum klorürden ucuz sodyum karbonat üreten önemli buluşuna kadar, sabun üretimi için gerekli alkali, odun külünün kaba bir şekilde ekstraksiyonu veya doğal kalevi sulardan, örneğin Nil nehri gibi, evaporasyonla üretilmekteydi. Sabun yapımında uygulanan temel proses 2000 yıldan bu yana değişmemiştir. Bu yöntemde, katı yada sıvı yağlar parti parti (süreksiz) olmak üzere bir alkali ile sabunlaştırılmakta ve sonra, karışıma tuz katılarak, sabun karışımından ayrılmaktadır. Fabrika işletilmesinde karşılaşılan başlıca değişmeler, katı ve sıvı yağların ön işlemlere sokulmaları ve hazırlanmış sabunun, örneğin püskürtme ile, kurutulması olmuştur. Hidroliz, hidrojenasyon, sıvı-sıvı ekstraksiyonu ve çeşitli katı ve sıvı yağların solventten kristalizasyonu, daha yeni ve daha iyi kalitede ham maddeler sağlamıştır. Sürekli sabun üretim prosesi 1937’de, Procter and Gamble kuruluşunun yüksek basınçta hidroliz ve sürekli nötralizasyon prosesini Quincy (Mass – ABD)’de kurmasıyla başlamıştır. Bunu izleyen gelişme, sürekli sabunlaştırma prosesi, Sharples and Lever Brothers kuruluşlarının müşterek çalışması sonucu ortaya çıkmış ve ilk fabrika 1945’te Baltimore’da kurulmuştur. Sürekli sabun üretim prosesi, önemli bir teknolojik gelişme olmasına karşın, sentetik deterjanların piyasaya çıkarılmasıyla, kısmen de olsa önemini yitirmektedir. Deterjanın Kullanım Alanları ve Ekonomisi : Deterjan satışları 1970’lerde 2 milyon dolara erişmiş, sabun satışı ise aynı süre içerisinde, yaklaşık 400-500 milyon dolar arasında sabit kalmıştır.Sabun ve deterjan üretim ve Satışı
| Sabun | Deterjanlar | Toplam | ||||
| Milyon dolar | Milyon kg | Milyon dolar | Milyon kg | Milyon dolar | Milyon kg | |
| 1940 | 313 | 1452 | 7 | 14 | 320 | 1466 |
| 1945 | 527 | 1713 | 35 | 68 | 562 | 1781 |
| 1950 | 540 | 1306 | 294 | 654 | 834 | 1959 |
| 1955 | 379 | 720 | 649 | 1260 | 1028 | 1980 |
| 1960 | 376 | 557 | 953 | 1785 | 1329 | 2342 |
| 1965 | 389 | 503 | 1154 | 2206 | 1543 | 2709 |
| 1970 | 427 | 476 | 1379 | 2560 | 1806 | 3035 |
| 1980 | 500 | |||||
