Elena Petrovicova
過氧化氫在織物護(hù)理配方中的應(yīng)用
Elena Petrovicova
普通的洗衣劑能夠去除油、微粒、蛋白等污垢,但卻不能去除由茶、咖啡、紅酒、果汁等造成的有色污垢。利用過氧化氫制成的預(yù)洗劑可以有效去除有色污垢,是一種對有色織物安全的漂白劑。
過氧化氫;織物護(hù)理;有色污垢;漂白劑
洗衣劑必須在各種洗滌條件下都能有效地去除不同織物上的各種污垢。洗滌劑中的表面活性劑、助劑和酶可以去除油、脂質(zhì)、微粒、蛋白等類污漬,但對某些有色污漬的去除效果卻不甚理想。多年來,洗滌劑制造商推出了各種各樣的產(chǎn)品和解決方案,以進(jìn)一步提高洗滌劑對衣物污垢的去除效果。例如,通過在預(yù)洗劑和洗滌劑中添加特殊洗滌助劑的方法,可以改善對衣物上色斑的去除效率(圖1)。這大大促進(jìn)了洗滌劑工業(yè)的發(fā)展,也促使洗滌劑工業(yè)開發(fā)出更多安全有效的漂白活性成分。
過去幾十年來,盡管取得了大量的研究結(jié)果,有很多新的漂白劑產(chǎn)品已經(jīng)得到認(rèn)可并投入生產(chǎn),但只有少數(shù)幾款產(chǎn)品進(jìn)入消費(fèi)市場并且贏得了一定的市場份額,分別是氯漂白劑中的次氯酸鈉,氧漂白劑中的過碳酸鈉、過硼酸鈉、過氧化氫和過氧酸的前體。
液態(tài)含氯漂白劑(或稱次氯酸鈉,NaClO)是二十世紀(jì)50年代中期投放市場的唯一家用漂白劑品種。多年來,NaClO一直未產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的改變,唯一的進(jìn)步是制造設(shè)備更好,產(chǎn)品質(zhì)量有所提高。目前,NaClO仍是美國最常用和用途最廣泛的漂白劑。
液態(tài)NaClO是一種非常有效的漂白劑和殺菌劑,低成本和高應(yīng)用性使其成為全球大多數(shù)地區(qū)廣泛使用、最經(jīng)濟(jì)的漂白劑。然而,盡管其在織物漂白領(lǐng)域占主導(dǎo)地位和具有價(jià)格低廉的優(yōu)勢,NaClO還有一些明顯的缺點(diǎn):
■會(huì)損傷織物顏色,不能用于絲、毛織物,且只能用于白色織物的處理;
圖1 2005~2010年美國洗滌/預(yù)洗用去漬劑的銷售額
■有刺鼻的味道;
■意外的溢出或誤用會(huì)給織物帶來不可恢復(fù)的損傷。
用NaClO漂白的另一個(gè)問題是它會(huì)帶來一些副產(chǎn)物。這些物質(zhì)對環(huán)境有害,對化糞池也有負(fù)面影響。因而,過氧漂白劑在織物護(hù)理和在其他方面得到了長足的發(fā)展。過氧漂白劑與環(huán)境有更好的相容性,對織物或表面有更好的安全性,并且有害性較小。
過氧化氫(HP)是一種很普通的漂白劑,也是其它氧系漂白劑的起始原料。目前,美國HP的年消費(fèi)量達(dá)到200萬噸。HP具有弱酸性,具有輕微的電離性(Pka=11.6),它的解離形式具有相對的穩(wěn)定性。
過硼酸鈉(SPB)是歐洲重垢洗衣劑配方中使用的氧漂白劑的主要成分。歐洲上個(gè)世紀(jì)開始生產(chǎn)SPB,在重垢洗滌劑中一直沿用至今。在北美,SPB首次出現(xiàn)于二十世紀(jì)80年代,不過產(chǎn)品形式是快速溶解的SPB單水合物。
在水溶液中,SPB、NaBO3.H2O(也會(huì)以3水合物和4水合物使用)會(huì)水解為HP和硼酸鈉。在大多數(shù)場合,SPB性質(zhì)穩(wěn)定、易于控制并能很好地配入洗滌劑中。SPB最大的應(yīng)用市場仍是歐洲,這是因?yàn)闅W洲人使用的洗衣機(jī)一般配有加熱裝置,可以把水加熱至可使SPB發(fā)揮最佳漂白作用的溫度。在洗滌溫度低于160℉(71℃)、洗滌時(shí)間較短(10~15min)的條件下(以美國為例),SPB的漂白作用不是很有效。盡管研究人員采取了很多措施提高SPB的漂白活性,以使其在較低的水溫中具有良好的漂白性,但在美國人習(xí)慣的洗滌條件下,其作用還是局限于去除一般污垢。
在很長一段時(shí)間,市場上的液體洗滌劑配方中一直沒有使用HP。隨著包含液體過氧化氫漂白促進(jìn)劑的引入,這種情況于1997年才得以改變。為了使HP在液體產(chǎn)品中具有穩(wěn)定性,需要將pH調(diào)成酸性,因?yàn)榈蚿H可以降低HP的分解速度。在洗滌過程中,HP會(huì)被洗滌劑中的堿性物質(zhì)活化。一些新的穩(wěn)定劑可使HP在弱堿性液體洗滌劑中的配合量達(dá)到6%。
過碳酸鈉(SPC)是HP的另一種載體。與SPB不同,它不是一種真正的過氧化合物,而是一種加成化合物(Na2CO3.1.5H2O2)。這種混亂的名稱歸因于碳酸根陰離子與HP分子出現(xiàn)在結(jié)晶中,與SPC結(jié)構(gòu)的不確定性有很大關(guān)系。在溶液中,SPC會(huì)解離成Na2CO3和HP,然后分解為分子氧和水分,這使SPC成為對環(huán)境安全的材料。SPC的漂白性能等同于氧漂白,與SPB相似。
此外,過酸也被認(rèn)為是極好的過氧漂白劑,其中過氧乙酸是最重要的過酸漂白劑。但是,過酸化合物在配方中的相容性很差,在酸性以外的任何條件下很不穩(wěn)定,在運(yùn)輸和貯存過程中必須采取特殊控制手段。因此,其用途僅限于商業(yè)和工業(yè)洗衣的漂白過程。
在未來,HP在洗滌劑配方中應(yīng)用的一種可能方式是與氧化酶配合使用。例如,葡萄糖氧化酶就能以葡萄糖為基質(zhì)產(chǎn)生HP,現(xiàn)在已有利用這種方法產(chǎn)生HP的專利。這樣,HP可被貯存穩(wěn)定性更好的固體氧漂白劑所取代,而且比現(xiàn)在的堿性穩(wěn)定物具有更高的活性。
有色物質(zhì)很容易引起污垢變色,即使少量這種污垢也會(huì)引起織物顏色和外觀發(fā)生明顯變化。有色污垢通常是由植物油引起的(典型的是花青素、類胡蘿卜素或卟啉),人造食用色素和化妝品也是引起污垢變色的原因之一。
污垢往往是顏色與食物、飲料的混合物。漂白的主要任務(wù)就是通過脫色作用把有色污垢從織物或溶液中去除,這可通過使有色污垢中的發(fā)色基團(tuán)產(chǎn)生化學(xué)降解來實(shí)現(xiàn)。在漂白過程中,有色污垢的共軛雙鍵遭到破壞,污垢的顏色由此消失。與此同時(shí),大的污垢分子被擊碎,并且在分子中引入了極性基團(tuán),結(jié)果污垢變得更加親水,更加容易被分散。
過氧化物漂白的過程包含三個(gè)反應(yīng):i)引入漂白劑并且溶解于水中;ii)溶液中的漂白劑摧毀織物上的污垢;iii)漂白織物纖維內(nèi)的污垢。在溶液中發(fā)生的漂白作用遵循假一級(即準(zhǔn)一級或近似于一級)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。然而,目前對于織物上污垢漂白的動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)機(jī)理還不是很清楚。由于同時(shí)存在污垢的去除過程,漂白動(dòng)力學(xué)變得相當(dāng)復(fù)雜:非氧化性的洗滌去污和氧化性的污垢去除。
HP基的漂白劑具有對織物和織物顏色更加安全的優(yōu)點(diǎn)。它們可以用于含酶制劑的產(chǎn)品中,不會(huì)嚴(yán)重影響到酶的活性。次氯酸鹽的高反應(yīng)性使其具有很好的漂白性能,但其又具有無選擇性,對各種織物的顏色均會(huì)產(chǎn)生氧化,并在正常的洗滌時(shí)間內(nèi)使織物發(fā)生褪色現(xiàn)象。在堿性溶液中,HP會(huì)發(fā)生如下電離作用:H2O2→H++HO2-。
盡管還有異議,但過羥基陰離子(強(qiáng)親核性)是最重要的活性漂白基的觀點(diǎn)已為大多數(shù)研究人員所接受。為了更有效地去除污垢,HP漂白的pH值應(yīng)大于10.5,漂白溫度大于50℃。如果在較低溫度下進(jìn)行漂白,則需要更長的反應(yīng)時(shí)間(浸泡)或添加能夠增強(qiáng)漂白作用的活化劑。
將活化劑(?;衔铮┡cHP混合通常能使HP產(chǎn)生更加有效的漂白基團(tuán)。?;≧CO-)可被過羥基陰離子預(yù)水解,生成過酸(RCO3H)。已經(jīng)商業(yè)化的氧漂白活化劑是四乙酰乙二胺(TAED)、壬酰氧基苯磺酸鈉(NOBS)、月桂氧基苯磺酸鈉(LOBS)等。阻礙活化劑進(jìn)入商業(yè)化的主要因素包括:i)成本;ii)控制它們漂白活化的能力,因?yàn)檫^強(qiáng)的促進(jìn)作用會(huì)傷及織物;iii)毒性、敏化作用和對環(huán)境的影響。
漂白催化劑是一類基于金屬的復(fù)合物,是對過氧漂白具有高促進(jìn)作用的增效劑。其商業(yè)前景目前仍不明朗,這要?dú)w咎于它們對織物纖維的傷害問題尚未得到很好解決。
除了溫度和濃度因素外,pH、表面活性劑和助劑也會(huì)影響到漂白劑的效率。根據(jù)不同配方,有些漂白劑可能會(huì)用在有良好緩沖性的體系中。例如,重垢洗衣粉或粉狀洗衣添加劑中,助劑可以維持有效的堿度,保持洗滌液的pH高于9,并增強(qiáng)漂白性能。
就液體洗滌劑而言,微酸性狀態(tài)會(huì)給HP配方提供長期的物理、化學(xué)穩(wěn)定性,但卻不是HP最適宜的漂白條件。通過調(diào)整組成,洗滌劑將為含HP的配方提供一個(gè)溫和的堿性環(huán)境,通常是pH 7~9,這在一定程度上會(huì)提高HP的漂白性能。為使HP有效去除一些污漬,通常要求pH>10,可通過在漂白過程中添加一些物質(zhì),使漂白環(huán)境的pH值達(dá)到理想的范圍。
圖2分析了在pH不同的情況下,HP、SPC與不含酶的洗滌劑共用對污漬去除效果的影響。通常,污漬的去除率隨pH升高而增加,作用效率依賴于污漬的特性,這是因?yàn)閜H會(huì)影響到污垢的去質(zhì)子化作用以及漂白劑對污垢的易感性。污垢分子對織物的粘附性隨織物(棉、合成纖維或混紡織物)的性能不同而變化,可能會(huì)改變污垢的形態(tài)及污垢在洗滌劑或漂白劑作用下的特性。污垢去除效果也與污垢的物理狀態(tài)或所處位置有關(guān)。對存在于織物纖維上的污垢進(jìn)行漂白,比對存在于溶液中的污垢進(jìn)行分解(漂白)更困難,漂白速率也更慢。這是因?yàn)?,漂白可能與擴(kuò)散過程有關(guān):i)污垢從織物纖維上擴(kuò)散至洗滌液中;或者 ii)漂白劑進(jìn)入織物纖維,漂白織物纖維內(nèi)的污垢。
圖2 pH值對各種污漬去除效果的影響
從基本性能與特性考慮,HP能夠有效配入液體類清潔劑中。在粉劑中應(yīng)用氧漂白劑則應(yīng)考慮SPC或SCB,因?yàn)樗鼈兛蔀榉蹱钕礈靹┨峁┓€(wěn)定的HP。HP基的漂白劑對顏色和織物的漂白作用比較溫和,而且無味,對環(huán)境的影響也是很低的。因此,HP是一種安全、可靠的漂白材料,在家用清潔產(chǎn)品中正得到越來越多的應(yīng)用。
岳霄 編譯自inform, 2011.10