Aktüel Kimya

Biz hayatı kimya ile açıklıyoruz. Kimyasız hayatı düşünemiyor, hayatımıza kimya ile anlam katmaya çalıyoruz. Günlük hayatta kimya ile ilgili ip uçlarını bu blogda veriyoruz.

16 Temmuz 2012 Pazartesi

Deterjan Kimyası




 Deterjan, petrol türevlerinden elde edilen, temizleme, arıtma özelliği bulunan, toz, sıvı veya krem durumunda olabilen kimyasal maddedir. İçerisinde yüzey aktif maddeler, yoğunlaştırıcılar, dolgu malzemeleri ve diğer yardımcı maddeler bulunan deterjanlar sıvı, toz, krem, bar, granül, tablet ve benzeri şekillerde olabilir.  Deterjanlar kullanıkları yüzeyleri etkin bir şekilde temizlemeleri için yüzey aktif maddeler içerirler. Yüzey aktif maddelerin pek çoğu, molekülün bir ucunda suyu çeken (hidrofilik) ve diğer ucunda suyu iten (hidrofobik) bir grup bulundururlar.

Kirler Nasıl Temizlenir?

Molekülün bir  kısmında elektron fazlalığı ve bunun sonucu  olarak da kısmi negatif yük, bir kısmında ise elektron noksanlığı ve bunun sonucu olarak da kısmi pozitif yük görülen moleküllere polar moleküller denir. Öte yandan elektron dağılımı kutuplaşma göstermeyen moleküllere polar olmayan moleküller veya kısaca apolar moleküller denir. Su polar bir çözücüdür, karbon tetraklorür (CCI4) apolar bir çözüdür. Polar maddeler polar maddeleri, apolar maddeleri apolar maddeleri iyi çözeler. İyonik maddeler polar çözücülerde iyi çözünürler. Bu nedenle Karbon tetraklorür su içerisinde çözünmez.  Bazı çözücü molekülleri polarlık ve apolarlık özelliklerini birlikte  gösterebilirler. Alkol böyle moleküllerdir. Molekülün karbon - hidrojen bağları apolar, oksijen - hidrojen ve karbon - oksijen bağları ise polar özelliktedir. Bir başka deyişle molekülün bir ucu polar özellik, öteki ucu ise apolar özellik gösterir.  Dolayısıyla  alkol çeşitleri hem polar hem de  apolar maddeler için iyi bir çözücüdür.

Kirler özellikle yağ v.b apolar organik maddeleri içerirler. Su daha önce de belirttiğimiz gibi polar bir çözücüdür. Yukarıda bahsettiğimiz gibi benzer benzeri çözer ilkesinden hareketle su ve kirler bir biri içerisinde çözünmez. Yani su molekülleri kirin etrafını sararak, ortamdan uzaklaşıtırılması için yeterli değildir. Bunu için ortama temizleyici bir maddenin ilave edilmesi gerekmektedir. Temizleyicinin yapısında su ve sabun gibi hem polar hem de apolar kısımların olması gerekmektedir. Bu özellikteki temizleme maddesi suya eklenince hidrofobik kısım yağ molekülleri ile etkileşerek; etraflarını sarar. Hidrofilik kısım ise su molekülleri etkileşip, kirle etkileşmez. Etrafı sarılan yağ tanecikleri birbirlerinden ve yüzeyden ayrılır, su içerisinde dağılırlar. Böylelikle kir yüzeyden ayrılır ve su ile ortamdan uzaklaştırılır.

Sabun ve Deterjan Farkı

Sabun ve deterjan her ikisi de kirleri ortamdan uzaklaştırma özelliğine sahip olsa da, temel kimysal yapı bakımından farklılık gösterirler. Ayrıca temizleme oranları ve şartları da birbirinden farklıdır. Bu farklılıklar tablo-1’de özetlenmiştir.

Sabun
Deterjan
Tanım: Uzun-zincirli bir yağ asidinin soydum ve potasyum tuzudur. 
Tanım: Deterjan, petrol türevlerinden elde edilen, temizleme, arıtma özelliği bulunan, toz, sıvı veya krem durumunda olabilen kimyasal maddedir
Suyun yapısında doğal olarak bulunan kalsiyumla çözünmeyen bileşik meydana getirir. Bu da kirlerin ortamdan uzaklaştırılmasını zorlaştırır.
Deterjanlarda böyle bir sorun yoktur. Deterjanların yapısında bulunan fosfatlar kalsiyum ve mağnezyumu tutarak; bu etkiyi bertaraf ederler.
Sabunlar suda çöker ve ortamda leke bırakırlar. Çünkü sabun suda doğal olarak bulunan mineral ve asitlerle reaksiyona girince; çözülmesi ve suyla ortamdan uzaklaştırılması zor moleküller oluşur.
Deterjanlarda böyle bir reaksiyon meydana gelmez, deterjanlar ortamda leke bırakmazlar.
Kullanma sularının yapısında kalsiyum ve mağnezyum bulunur ve sertlikleri orta derecedir. Sabun yanlızca yumuşak sularda en iyi temizliği gerçekleştirir.
Deterjanlar hem yumuşak hem de sert sularda temizlik yapabilirler.
Sert sularda köpürmez.
Sert sularda iyi köpürür. Ancak bu temizlik açısından olumsuzluk yaratmasa da yıkama sonrası atık suyun arıtımında dezavantaj yaratır. Su kirliğine sebep olabilir.
Tablo-1: Deterjan ve Sabunun Farkı.

Deterjan Formülasyonun Temel Maddeleri

1-Yüzey Aktif  Maddeler

Deterjanların ana maddesini yüzey aktif maddeler oluşturmaktadır. Yüzey aktif madde suda veya sulu bir çözeltide çözündüğünde yüzey gerilimini etkileyen (çoğunlukla azaltan) kimyasal bileşiktir. Yüzey aktif maddeler aynı zamanda iki sıvı arasındaki yüzeylerarası gerilimi de etkiler.Yüzey aktif maddeler suyu seven (hidrofilik) ve suyu sevmeyen (hidrofobik) kısımlardan oluşur. Yüzay aktif maddeler yüzey gerilimini azaltarak, yıkama işleminin temizleme ve köpük oluşturma görevini yerine getirirler. Yüzey aktif maddeler 4 çeşittir:
-Anyonik Aktif Maddeler:
Sentetik temizlik maddelerinde (çamaşır-bulaşık deterjanları, halı yıkama şampuanı vs.) en çok kullanılan yüzey aktiftir. Etkisi ve çözünürlüğü sıcaklıkla artan anyonik maddeler hafif kirleri çıkarıcı özelliğinden dolayı güvenlidir. (Örn: Sabun)
-Katyonik Aktif Maddeler:
Kir çıkarma özelliği zayıf olan katyonikler aynı zamanda pahalıdır. Birbirini nötralize edeceğinden anyoniklerle birlikte kullanılmaz. Daha çok yıkama sonrası işlemlerine uygun olan katyonikler genellikle çamaşır yumuşatıcı ve (çamaşır suyu gibi) dezenfektanlarda kullanılır. Antiseptik özelliği nedeniyle, daha çok sanitasyonda tercih edilir. Özellikle sert yüzeyler, katyonikle temizlendikten sonra daha geç toz tutmaktadır.
-Non-İyonik Aktif Maddeler:
Katyonik ve anyoniklere oranla daha pahalı olan non-iyonik yüzey aktifler, güçlü kir çıkarma özelliğine sahiptir. Non-iyoniklerin su sertliğinden ve düşük sıcaklıktan etkilenmemesi, yağ bazlı kirleri en iyi şekilde çıkarması ve sentetikler için uygun olması, diğer önemli özellikleridir. Köpüksüz olduğundan otomatik yıkayıcılar için elverişlidir. Hem katyonik, hem anyonikle birlikte bulunabilir.
-Amfoterik Aktif Maddeler:
Amfoterik aktif maddelerin yapıları oldukça karmaşıktır ve en az kullanılan yüzey aktiftir. Temizleme gücü yüksek ve cilde zararsızdır. Daha çok kozmetik sanayinde tercih edilmektedir.


2-Köpük Düzenleyiciler:
Formülasyonda yüzey aktif maddelerin yanında bir köpük düzenleyici ve bir stabilizatör (dayanıklaştırıcı) kullanılması gerekmektedir. Bu maddeler direkt olarak kiri temizleme ile ilgili değil, köpüğün oluşumu ve kalıcığıyla ilgilidir. Belirli yüzey aktif maddelerle belirli köpük düzenleyiciler kullanılmaktadır.

3-Yardımcı Maddeler:

Yardımcı maddeler deterjanın temizleme gücünün arttırılmasına katkıda bulunmaktadır. Örneğin sert sulardaki kalsiyum ve mağnezyum iyonlarını tutmak için kompleks fosfatlar kullanılmaktadır. Bu özellik deterjanların sert ve yumuşak sularda etkin bir şekilde temizlik yapabilmesini sağlar. Sabunlarda böyle bir yardımcı madde olmadığı için sert sularda temizleme özellikleri azdır.

Yüzey aktif maddeler, köpük düzenleyiciler ve yardımcı maddeler deterjan formülasyonun ana yapısını oluştururlar . Ancak formülasyonda %3 veya daha az oranda katkı maddesine gereksinim duyulur.

4- Katkı Maddeleri:

Katkı maddelerini; beyazlatıcılar, pas önleyiciler, optik beyazlatıcılar, kolloidal taşıyıcılar, dolgu maddeleri (nem çekiciler ve topaklanmayı önleyiciler), dezenfektanlar, parfüm, ovucular, enzimler ve diğer aktif madde katkıları olarak sıralamak mümkündür.

Toz deterjan yapımında kullanılan bazı hammadeler ve işlevleri tablo-2’de özetlenmiştir. Genel itibariyle tüm deterjanlar kullanım amacına bağlı olarak ana bir yüzey aktif madde, bu maddenin etkinliğini arttırmak amacıyla kullanılan yardımcı maddeler ile koruyucu maddeler içermektedir. Seçilecek ham maddeler deterjanın türü ve kullanım amacına, ayrıca haddelerin maliyetine göre değişmektedir.

Ham madde
Kategorisi
İşlevi
Sülfonik Asit(LAB-HSO3)
LABSA
Yüzey Aktif Madde
Deterjanın ana maddesi, asıl temizleme işini gerçekleştiren madde.
Noniyonikler
LS7 ve LS3
Az köpüren Yüzey aktif madde
Toz deterjanda toza yumuşaklık verir.
Laurik etanolamid
Köpük Düzenleyici
Alkilbenzen sulfonat yüzey aktif maddesi ile kullanılan köpük düzenleyicidir.
Lauril alkol
Köpük Düzenleyici
Alkil sülfat yüzey aktif maddesi ile kullanılan köpük düzenleyicidir.
Sud Kostik (%47)
NaOH
Yardımcı Madde
Sülfonik asit sud kostik ile karıştırıp
yapısındaki Na+ ile nötralleşmesi sağlanır.
Sodyum Silikat Alkali
Na2O.2SiO2
Yardımcı madde
Nötrailze edilen LABSA, Sodyum Silikat Alkali ile reaksiyona sokulur. Silikatlar  suyu yumuşatırlar.
Yağ asitleri
Hem yüzey aktif, hem de matik deterjanlarda köpük kesici
Sud kostikle karıştırılıp, sabun özelliği verilir.
Sokalon CP5
Yardımcı madde
Kristal suyu bağlar, suyu yumuşatır.
Sodyum Karbonat
Yardımcı madde
İyi bir alkalite kaynağıdır. Suyun yumuşatılmasını sağlar.
Fosfatlar
Yardımcı Madde
Kalsiyum ve Mağnezyum iyonlarını tutar.
SCMC Tetra Sodyum Tuzu
Yardımcı Madde
Kirlerin toplanıp, tekrar çamaşıra yapışmasını engellemek.
EDTA
Yardımcı Madde
Hammaddelerden ve sistemden gelen ağır metal iyonlarını tutarak suda çözünebilen bir kompleks oluşturmak.
Sodyum Perborat(mono ve tetra)
NaBO3.H2O / NaBO3.4H2O
Yardımcı Madde
Oksijen açığa çıkararak; beyaztlamaya katkı sağlar.
Optik Parlatıcılar
Photine ve Tinopal
Katkı maddesi
Çamaşırların güneş ışığında daha canlı ve
parlak görünmeleri amacıyla ilave edilir. Oksijen bazlı maddelerdir.
Sodyum Sülfat
Na2SO4

Katkı Maddesi
Deterjanın dansitesini azaltmak için ilave edilir. Dolgu malzemesidir.
TAED
Tetra Acetyl Ethylene Diamine
Katkı Maddesi
Perboratı katalizleyerek; aktif oksijenin
aktivitesini arttırıp, düşük sıcaklıklarda bile aktif oksijen vermesini sağlamak.
EDTMP Asit Ethylene Diamine Tetra Methyl Phosphonic Acid
Katkı Maddesi
Ortamda istenmeyen ağır metal iyonları mevcut ise bunların TAED'i bozmasını engeller.
Enzim
Katkı Maddesi
Organik yapılı kirleri (kan, irin vs.) ve yağlı kirleri çözmek. Kirleri parçalayarak temizlenmesine yardımcı olurlar.
Antifoam
EAG
Katkı Maddesi
Matik türü az köpüren deterjanlarda, köpürmeyi engellemek.
Mavi/Yeşil Tanecikler
Katkı Maddesi
Dolgu amacıyla kullanılır. Köpüren deterjanlarda fosfat, az köpüren deterjanlarda karbonalar kullanılır. Boyar maddesi optik beyazlatma özelliğine sahiptir.
Tablo-2: Toz deterjan yapımında kullanılan bazı hammaddeler ve işlevleri.


Sonuç:

Deterjanların temizleme güçleri sabunlardan daha iyidir. Bir deterjan formülasyonu hazırlaken; ana madde yüzey aktif maddedir. Yüzey aktif madde seçimi, kirin ve kirin bulunduğu ortamın özellikleri bağlı olarak değişmektedir. Formülasyona ayrıca yüzey aktif maddenin temizleme gücünü arttıracak ilave kimyasalların da eklenmesi gerekmektedir. Bu yardımcı maddeler; yüzey aktif maddenin türüne göre değişiklik gösterebilmektedir. Deterjan formülasyonlarında yer verilmesi gereken bir diğer konu da köpüktür. Köpüğün düzenlenmesi gerekmektedir. Matik gibi köpük istenmeyen deterjanlarda köpük engelleyici kimyasalların kullanılması zorunludur. Hazırlamak istediğimiz deterjanın türüne bağlı olarak deterjanların yapısına enzim, optik ağartıcı gibi katkı maddelerinin ilave edilmesi deterjanın temizleme gücüne ve kalitesine etki eden faktörlerdir. Tüm bu başlıklar halinde verilen ham madde gruplarından seçilecek kimyasallardan maliyeti düşürecek ve etkin bir temizleme sağlayacak olanlar seçilmelidir. Yani bir deterjan formülasyonu oluşturuken temizleme gücü ve kalitesinin yanında maliyet ekonomisinin de göz önünde bulundurulması gerekmektedir.

Yük.Kimyager Hasan ÖZ
hasanmail@hotmail.com


Kaynakça

[1] IUPAC, Gold Book, Detergent, http://goldbook.iupac.org/D01643.html Erişim Tarihi: 20.06.2012
[2] Haşim Paralı, Sabun Sanayiinde Geleneksel Metodların Alternatif Teknolojileri, İzmir, 2001.
[3] How Do Detergents Clean?, http://chemistry.about.com/od/howthingswork/f/detergentfaq.htm, Erişim Tarihi:20.06.2012.
[4] Eduard Smulders, Wolfgang Rybinski, Eric Sung, Wilfried Rähse, Josef Steber, Frederike Wiebel, Anette Nordskog, "Laundry Detergents" in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim.

1 yorum:

  • Adsız diyor:
    29 Nisan 2014 21:27

    çok saol hocam ödevi 2 dakikada bitirdim sayende

Yorum Gönder