Środki chelatujące drugiej generacji w produktach czyszczących

• Strona główna
• Artykuły
• Środki chelatujące drugiej generacji w produktach czyszczących

2019-06-06  / Autor: Mariusz Trzciołek, Biesterfeld Chemia Specjalna Sp. z o.o.

Wpływ na to mają rosnące wymagania rynku dotyczące biodegradowalności składników, unikania niebezpieczeństw od strony surowców oraz utrudnień w konserwowaniu produktów. We wszystkich tych aspektach środki chelatujące, przede wszystkim jednak środki chelatujące drugiej generacji, są niezwykle ważne.

Czym są środki chelatujące?

Środki chelatujące, zwane też środkami kompleksującymi, są to substancje zdolne do wychwytywania kationów metali wielowartościowych i łączenia się z nimi w formę chelatów, rozpuszczalnych w wodzie i silnie związanych kompleksów utrzymujących kation metalu w swej strukturze na tyle mocno, że staje się on trudno dostępny dla innych substancji, także anionów, zdolnych do reakcji z tym kationem. Jednocześnie cały kompleks, chociaż trwały, nadal pozostaje rozpuszczony w wodzie. Ze względu na powszechnie występujące (zwłaszcza w twardej w wodzie) kationy metali, szczególnie wapnia, magnezu, ale też żelaza czy manganu, mogą łatwo utworzyć się trudno rozpuszczalne sole tych metali, wytrącające się z wody w postaci osadu, jak węglany, siarczany czy fosforany tych właśnie metali. Dzięki zaś przybraniu kationu w formę chelatu, za pomocą środka chelatującego, cały kompleks pozostaje rozpuszczony, ale kation nie jest już zdolny do stworzenia innego związku, w tym także trudno rozpuszczalnego węglanu, siarczanu albo fosforanu. Uwolnienie kationu z kompleksu (chelatu) jest trudne i wymaga istotnej zmiany warunków w roztworze, w jakim ten chelat się znajduje. Środki chelatujące mają strukturę kleszczy (gr. „chele”– kleszcze kraba), przy pomocy których silnie wiążą kation metalu. Mogą też wpływać na powolne rozpuszczenie już wcześniej powstałych osadów, złożonych z trudno rozpuszczalnych soli wapnia, magnezu albo innych metali tak, że przechodzą one w formę chelatów i stają się znów rozpuszczalne w wodzie. Środki chelatujące mogą tworzyć kompleksy jedynie z kationami; nie są w stanie wiązać anionów.

W recepturze prawie każdego detergentu wykazującego pH lekko lub silnie alkaliczne występują środki chelatujące. Słusznie uważa się, że są niezwykle ważnym składnikiem receptur.

Zdolność środków chelatujących do tworzenia chelatów z kationami metali jest niezwykle ważna w procesach mycia czy prania z użyciem wody, zwłaszcza w środowiskach alkalicznych, gdzie najłatwiej następuje wytrącanie się trudno rozpuszczalnych soli wapnia czy magnezu, z których powstaje kamień wodny. Kompleksy (chelaty) można łatwo usuwać wraz z kąpielą myjącą/piorącą oraz podczas końcowego płukania wodą, ponieważ są one rozpuszczalne w wodzie. Twardość wody jest główną przyczyną stosowania środków chelatujących w wyrobach detergentowych.

Problem twardości wody

Twardość jest właściwością wody polegającą na obecności w niej jonów, głównie wapnia, magnezu, żelaza oraz manganu, a także innych metali, rozpuszczonych w wodzie. Wyrażana jest najczęściej w stopniach niemieckich (°d albo °dH), czasem w stopniach francuskich albo milivalach. Im większe stężenie jonów, tym woda twardsza. Potocznie twardość bywa określana jako zdolność pienienia się wody z mydłem – im piana mniejsza, tym woda twardsza i na odwrót.

Istnieją dwa rodzaje twardości wody:

• twardość przemijająca (węglanowa), powstała w wyniku obecności w wodzie wodorowęglanów ww. metali, głównie wapnia. Można ją usuwać poprzez gotowanie, ponieważ wodorowęglany nie są trwałe termicznie i wytrącają się podczas gotowania w postaci węglanów, głównie wapnia. Powstały osad nie jest już rozpuszczony w wodzie, a więc twardość zostaje w ten sposób zmniejszona (z wody ubywają kationy metali). Przy okazji poznajemy tu przyczynę powstawania tzw. kamienia kotłowego. Wytrąca się on z wody podczas jej ogrzewania albo gotowania. Reakcję polegającą na wytrącaniu z wody kamienia kotłowego można odwrócić i często – co ciekawe – występuje ona w przyrodzie. Polega na rozpuszczaniu skał wapiennych (podobnych składem do kamienia kotłowego) w wodzie i w obecności dwutlenku węgla z powietrza. Jest to zjawisko krasu węglanowego, występujące także w Polsce.
• twardość trwała (niewęglanowa), powstała w wyniku obecności w wodzie innych soli ww. metali, jak chlorki czy siarczany. Także i tę twardość można usuwać, stosując metody chemiczne (wykorzystywanie w odpowiedniej proporcji wodorotlenku wapnia i sody, czy tzw. kalgonu (soli Grahama)). Można stosować metody fizyczne, takie jak odwrócona osmoza czy destylacja. Często stosowane są też wymieniacze jonowe (jonity). Metody obniżania twardości wody są coraz skuteczniejsze, jednak zawsze wiążą się z określonymi kosztami.

Suma twardości przemijającej i trwałej stanowi twardość całkowitą wody.

CAŁY ARTYKUŁ DOSTĘPNY JEST W NR 2/2019 KWARTALNIKA "CHEMIA I BIZNES. RYNEK KOSMETYCZNY I CHEMII GOSPODARCZEJ". ZAPRASZAMY.

detergentychemia gospodarczaśrodki chelatująceprodukty czyszczące