اقرأ في هذا المقال
- ما هي المنظفات؟
- ما هو أول منظف صناعي؟
- مراحل عملية التنظيف
- أنواع المنظفات
- المواد التي تعمل على زيادة تأثير المنظفات
- الآثار السلبية للمنظفات
ما هي المنظفات؟
المنظفات: هي مواد عند إذابتها في الماء، تمتلك القدرة على إزالة الأوساخ من الأسطح مثل جلد الإنسان والمنسوجات والمواد الصلبة الأخرى، وتكون غالباً مكوّنة من جزيئات أو شوارد فعالة سطحية لذا هي تتكون من مؤثرات سطحية مضاف إليها مركبات أخرى تهدف إلى تيسير عملية التنظيف.
عملية التنظيف تتمثل في التفاعلات الكيميائية والفيزيائية والتي تستطيع إزالة كل أنواع الأوساخ الصلبة والسائلة وغيرها وعملية التنظيف لها دور أساسي ومهم في حياتنا اليومية، من خلال إزالة كل أنواع الجراثيم والفيروسات المحيطة بنا، وبالتالي ينعكس ذلك على صحتنا وحمايتنا من الأمراض التي تسببها الجراثيم والميكروبات.
ما هو أول منظف صناعي؟
تاريخياً، بدأت المنظفات الاصطناعية كبديل للصابون الذي يحتوي على دهون، ولكنها تطورت إلى منتج متطور متفوق في كثير من النواحي على الصابون، زيت الخروع هو أول منظف صناعي الذي لا يزال يستخدم في صناعات المنسوجات والجلود حتى يومنا هذا، إنّ أول منظفات اصطناعية للاستخدام العام أنتجها الألمان في فترة الحرب العالمية الأولى بحيث يمكن استخدام الدهون المتاحة لأغراض أخرى.
وكانت هذه المنظفات عبارة عن مواد كيميائية من النوع قصير السلسلة (alkylnaphthalene-sulfonate)، تم تصنيعه عن طريق اقتران بروبيل أو كحول بوتيل مع النفثالين والسلفنة اللاحقة، وظهرت تحت اسم (Nekal) كانت هذه المنتجات عبارة عن منظفات جيدة ولكنها عوامل ترطيب جيدة ولا يزال يتم إنتاجها بكميات كبيرة لاستخدامها في صناعة النسيج.
كان المنظف الأول هو الصابون بالمعنى الكيميائي الدقيق، يمكن تسمية أي مركب يتكون من تفاعل حمض دهني غير قابل للذوبان في الماء مع قاعدة عضوية أو معدن قلوي بالصابون، من الناحية العملية إنّ صناعة الصابون تهتم بشكل أساسي بالصابون القابل للذوبان في الماء، والذي ينتج عن التفاعل بين الأحماض الدهنية والمعادن القلوية، ومع ذلك في بعض الحالات، تستخدم أملاح الأحماض الدهنية مع الأمونيا أو مع ثلاثي إيثانولامين كما هو الحال في مستحضرات الحلاقة.
مراحل عملية التنظيف:
المنظفات هي مواد عند إذابتها في الماء، تمتلك القدرة على إزالة الأوساخ من الأسطح مثل جلد الإنسان والمنسوجات والمواد الصلبة الأخرى، إنّ العملية التي تبدو بسيطة لتنظيف الأسطح المتّسخة معقّدة في الواقع وتتكون من الخطوات الفيزيائية والكيميائية التالية:
- ترطيب السطح وفي حالة المنسوجات، اختراق تركيبة الألياف بغسل السائل المحتوي على المنظف، تزيد المنظفات (والعوامل الأخرى ذات النشاط السطحي) من قدرة الماء على الانتشار والترطيب عن طريق تقليل توتره السطحي، أي تقارب جزيئاته مع بعضها البعض في تفضيل جزيئات المادة المراد غسلها.
- امتصاص طبقة من الصابون أو المنظفات عند السطح البيني بين الماء والسطح المراد غسله وبين الماء والتربة.
- تشتت التربة من الألياف أو أي مادة أخرى في ماء الغسيل، يتم تسهيل هذه الخطوة عن طريق التحريك الميكانيكي وارتفاع درجة الحرارة في حالة صابون التواليت، تتناثر الأتربة في الرغوة المتكونة بفعل ميكانيكي لليدين.
- منع ترسب التربة مرة أخرى على السطح، حيث تقوم المنظفات بذلك عن طريق تعليق الأوساخ في مادة غروانية واقية، وأحيانًا بمساعدة مواد مضافة خاصة وفي العديد من الأسطح المتسخة، تلتصق الأوساخ بالسطح بواسطة طبقة رقيقة من الزيت أو الشحوم، يتضمن تنظيف هذه الأسطح إزاحة هذا الغشاء بمحلول المنظف.
أنواع المنظفات:
تصنف المنظفات حسب الاستعمال إلى الأنواع التالية:
- المنظفات الأنيونية.
- المنظفات غير الأنيونية.
- المنظفات الكاتيونية.
- المنظفات الأمفوليتية.
المنظفات الأنيونية:
من بين المنظفات الاصطناعية تعتبر الأنواع النشطة الأنيونية هي الأكثر أهمية جزيء المنظف الصناعي النشط الأنيوني عبارة عن سلسلة طويلة من الكربون، ترتبط بها مجموعة السلفو مكونة الجزء السالب الشحنة، يجب أن تكون سلسلة الكربون هذه منظمة بحيث يمكن ربط مجموعة السلفو بسهولة من خلال العمليات الصناعية، والتي قد تستخدم حمض الكبريتيك أو الأوليوم أو ثالث أكسيد الكبريت الغازي أو حمض الكلوروسولفونيك.
المواد الخام الأساسية في المنظفات الأنيونية:
الكحولات الدهنية: هي مواد خام مهمة للمنظفات الاصطناعية الأنيونية، تمّ اشتقاق أول الكحولات الدهنية المستخدمة في إنتاج المنظفات الاصطناعية. سرعان ما تبعت الجهود لاستخلاص هذه المواد من الدهون الثلاثية الأقل تكلفة، أول عملية من هذا القبيل طريقة (Bouveault-Blanc) لعام (1903)، التي استخدمت لفترة طويلة في المختبرات.
عندما طورت صناعة المعالجة الكيميائية عمليات هدرجة عالية الضغط وتصلب الزيت للزيوت الطبيعية، بدأ مصنّعو المنظفات في اعتماد هذه الأساليب لتقليل زيت جوز الهند وزيت نواة النخيل والزيوت الأخرى إلى كحول دهني، وقد تمّ إنتاج الكحولات الدهنية الاصطناعية من الإيثيلين تُعرف هذه العملية باسم عملية ألفول وهي تستخدم هيدريد ثنائي إيثيل ألومنيوم.
يتم تحويل المركبات العضوية (الكحولات الدهنية أو ألكيل بنزين) إلى منظفات أنيونية نشطة السطح من خلال عملية تسمى السلفنة الكبريت وهو المصطلح الكيميائي الدقيق عند استخدام الكحول الدهني والسلفنة عند استخدام ألكيل بنزين، والفرق بينهما هو أنّ المنظف المنتج من الكحول الدهني يحتوي على مجموعة جزيئية كبريتات (―OSO3Na) متّصلة، وأنّ المنظف المنتج من ألكيل بنزين يحتوي على مجموعة سلفونات (―SO3Na) متصلة مباشرة بحلقة البنزين كلا المنتجين محبّة للماء بالمثل حيث أنّها جميعها تنجذب إلى الماء.
طورت الأبحاث من جانب صناعة البتروكيماويات منظفات صناعية أنيونية جديدة مثل مركبات البارافين المسلفنة مباشرة – أوليفينات ألفا، على سبيل المثال تمّ تحويل البارافينات مباشرة إلى سلفونات عن طريق المعالجة بثاني أكسيد الكبريت والهواء باستخدام محفز من الكوبالت المشع.
المنظفات غير الأنيونية:
يتم الحصول على أهم المنظفات غير الأيونية عن طريق تكثيف المركبات التي تحتوي على مجموعة جزيئية كارهة للماء، عادةً مجموعة الهيدروكسيل مع أكسيد الإيثيلين أو أكسيد البروبيلين، أكثر المركبات شيوعًا هي ألكيل فينول أو كحول طويل السلسلة يحتوي على مجموعة هيدروكسيل في نهاية الجزيء، أثناء تفاعل التكثيف تشكل جزيئات أكسيد الإيثيلين ترتبط بمجموعة الهيدروكسيل، ويحدد طول هذه السلسلة وهيكل الألكيلفينول أو الكحول خصائص المنظف قد يحدث التفاعل بشكل مستمر أو على دفعات، هذا التفاعل طارد للحرارة وكلا من الإيثيلين وأكسيد البروبيلين سامّة وخطيرة للانفجار وتكون سائلة فقط عندما تكون تحت الضغط، إنّ تصنيع هذه المنظفات يتطلب معدات متخصصة مقاومة للانفجار وإشراف ورقابة ماهرة ودقيقة.
يتم تكثيف المنظفات غير الأيونية الأخرى من الأحماض الدهنية والأمينات العضوية وهي مهمة كمثبتات الرغوة في مستحضرات المنظفات السائلة والشامبو وقد تتسبب بعض المنظفات الصناعية غير الأيونية في حدوث مشكلات مع الرغوة غير المرغوب فيها في أنظمة الصرف الصحي ولكنّها ليست مشكلة خطيرة.
المنظفات الكاتيونية:
تحتوي المنظفات الكاتيونية على كاتيون طويل السلسلة مسؤول عن خصائصه النشطة على السطح ويتم تسويقها في شكل مسحوق، كعجينة أو في محلول مائي فهي تمتلك خصائص ترطيب ورغوة واستحلاب مهمة ولكنها ليست منظفات جيدة، معظم التطبيقات في المناطق التي لا يمكن استخدام المنظفات الأنيونية فيها تُستخدم العوامل النشطة الموجبة كعوامل استحلاب للإسفلت في تعبيد الطرق، ومن المتوقع أن تنكسر هذه المستحلبات بعد وقت قصير من وضعها وترسب طبقة من الأسفلت الملتصقة على سطح الركام الحجري.
تمتص هذه العوامل المعادن بقوة خاصةً على السيليكات وبالتالي تصنع رابطة قوية بين الأسفلت والركام، تمتلك المنظفات الكاتيونية أيضاً خصائص مبيدة للجراثيم ممتازة وتستخدم في الجراحة في شكل مخفّف.
المنظفات الأمفوليتية:
تستخدم المنظفات الأمفوليتية لأغراض خاصة في الشامبو ومستحضرات التجميل وفي صناعة الطلاء الكهربائي ولا يتم استهلاكها بكميات كبيرة في الوقت الحاضر.
المواد التي تعمل على زيادة تأثير المنظفات:
يتم استهلاك أكبر كميات من المنظفات الصناعية في المنزل على شكل مساحيق مجففة بالرش، ويتم إنتاجها من محلول مائي يتم تحضيره بشكل مستمر أو على دفعات والذي يحتوي على جميع مكونات البناء المكونين من مواد قلوية معينة، وهي موجودة بشكل عام تقريباً في صابون الغسيل تعمل هذه المواد على زيادة تأثير المنظفات، وأهمها سيليكات الصوديوم (زجاج الماء) وكربونات الصوديوم (رماد الصودا) ومختلف الفوسفات. وقد ساهم هذا الأخير في مشكلة تلوث مياه الصرف الصحي من خلال المساهمة بالمغذيات التي تحافظ على نمو الطحالب والبكتيريا غير المرغوب فيها.
يُضاف أحيانًا بيربورات الصوديوم إلى الحبيبات المجففة بالرش لزيادة قوة التنظيف عن طريق الأكسدة ويمكن إضافة الإنزيمات أيضاً تجمع العديد من مساحيق الغسيل الحديثة بين المنظفات الاصطناعية الأنيونية وغير الأيونية مع الصابون لإعطاء أقصى قدر من الكفاءة والرغوة التي يتم التحكم فيها للاستخدام في الغسالات المنزلية.
الآثار السلبية للمنظفات:
- زيادة نمو النباتات المائية (الطحالب) التي تغزو المنطقة المائية بأكملها وعندما تموت النباتات، فإنّ تحللها يستهلك الأكسجين من البيئة المائية ويضاف إلى ذلك استهلاك الأكسجين بسبب تحلل المواد الخافضة للتوتر السطحي الموجودة في المنظفات فقد لا تجد الأسماك واللافقاريات كمية كافية من الأكسجين وتموت بالاختناق كل هذه المساهمة من المواد العضوية تستمر في التحلل ولكن هذه المرة بدون أكسجين هذا هو التخمير اللاهوائي الذي يطلق كبريتيد الهيدروجين ورائحة البيض الفاسد.
- تلوث المياه الجوفية عن طريق المساهمة بالمغذيات (العوامل الخافضة للتوتر السطحي) والأملاح المعدنية مثل الفوسفات والنترات والأمونيوم والبورون.
- تدهور النباتات الساحلية المعرضة للرذاذ الملوث.
- التسبب في ظاهرة المياه العكرة.
