Давайте сначала разберемся, что такое ПАВы. Это поверхностно-активные вещества, но такая расшифровка нас не устроит, непонятно же ничего. Говорят, что они, ПАВы, сейчас есть в любом моющем средстве, порошке, шампуне, мыле… Даже всяких кремах для обуви и лица.
Как видно из названия, ПАВ каким-то образом вступает в реакцию с поверхностью веществ. Все знают, как сложно, а порой и невозможно, смыть с рук смазку, жир или масло обычной водой без применения мыла или растворителей. Все потому что молекулы воды и молекулы жира не взаимодействуют между собой вообще никак, не цепляются друг к другу. Тут и вступают в игру поверхностно-активные вещества.
Дело в том, что молекула ПАВ содержит в себе одновременно гидрофильный (любящий воду) и гидрофобный (боящийся воды) компоненты, то есть молекула ПАВ может прицепиться одним боком к молекуле жира, а другим боком – к молекуле воды. Таким образом, ПАВ оказывается мостиком между двумя веществами, до этого никак между собой не взаимодействующими.
Однако и это не все их свойства. Одновременно с этим молекулы ПАВ внедряются в поверхностный слой загрязнения и понижают силы взаимного притяжения между молекулами загрязнения, то есть снижают поверхностное натяжение. Отдельные частицы грязи отрываются друг от друга и смываются водой.
Классический пример ПАВ – обычное мыло, да-да, именно обычное мыло, с фабрики, а не какое-нибудь мыло ручной работы. Но также ПАВами являются синтетические моющие средства (а какие из них не синтетические?), спирты, карбоновые кислоты, производные аммиака – амины и др.
Посмотрим на мыло с другой стороны. Нас постоянно пугают входящими в состав ПАВами у моющих средств, кремов, пасты. Все боятся ПАВов, все стремятся к натуральной косметике, а тут раз и обычное, привычное с детства мыло – ПАВ. Всю жизнь пользовались и не знали. Из чего же состоит обычное мыло и откуда оно пошло?
Моющие вещества в виде мыла были известны еще в Древнем Египте, у цивилизации Шумер и Вавилоне. Около трех тысяч лет до нашей эры люди уже использовали мыло. Изначально известно, что масло отлично очищают загрязнения – протрите подсолнечным маслом испачканные руки и грязь легко сойдет. Или возьмите грязной рукой горячий шашлык и вся грязь на пальцах отойдет. Если же в вытопленный жир добавить золу или песок получится прекрасный первобытный скраб или доисторическое мыло.
В 1808 году французский химик Мишель Эжен Шеврёль по просьбе владельцев текстильной фабрики установил состав мыла. В результате анализа оказалось, что мыло — это натриевая соль высшей жирной (карбоновой) кислоты. Основным компонентом твёрдого мыла на сегодняшний момент является смесь растворимых солей высших жирных кислот. Обычно это натриевые, реже — калиевые и аммониевые соли таких кислот, как стеариновая, пальмитиновая, миристиновая, лауриновая и олеиновая. Вот вам и ПАВы.
Сейчас мыло на заводах делают следующим образом – жиры, животные и растительные, а то и синтетические, нагревают в специальных котлах и омыляют едкой щелочью, в результате образуются соли щелочных металлов и спирты. Получается однородная вязкая жидкость, которая при охлаждении затвердевает и превращается в хозяйственное мыло – это мыло и глицерин. Есть еще ядровое, пилированное, натриевое, калиевое мыло. Но это уже особенности. Это и есть ПАВ, натуральный. Точнее один из многих видов. Помимо натуральных, существуют синтетические, они-то и вызывают претензии.
Сами по себе ПАВы имеют разную классификацию, основной считается разделение на анионные, катионные, амфотерные и неионогенные ПАВЫ, впрочем, обычному человеку такая классификация тоже ни о чем не говорит. Эта классификация удобна химикам, и связана с химическими реакциями, ионами и молекулами.
Можно их разделять также по характеру использования: моющие средства, эмульгаторы, смачиватели, солюблизаторы. Вообще ПАВы используются не только в моющих средствах. Смачивание, солюблизация, эмульгирование – все эти процессы являются стадиями моющего действия. Любой ПАВ, в той или иной степени, одновременно является и смачивателем, и солюблизатором, и эмульгатором, и моющим веществом. Но, при этом, разные ПАВы проявляют разную эффективность на разных стадиях моющего действия.
Всеми нами, ну или почти всеми, любимый шоколад, да и мороженное, печенье, соусы, часто содержат лецитин – это ПАВ в виде эмульгатора. Эмульгаторы – это вещества, обеспечивающие стабилизацию эмульсий из несмешивающихся жидкостей.
Смачиватели – вещества, вызывающие измельчение твёрдых тел на мелкие частички или жидкой фазы на мелкие капельки. Смачивание – первая фаза моющего действия, когда загрязнение распадается на отдельные частички или капельки и впоследствии обволакивается ПАВом (солюблизируется), и удаляется водой.
Солюблизаторы – вещества, помогающие повысить растворение частиц другого вещества, слаборастворимого в данной жидкой среде. Молекулы солюблизатора обволакивают плохо растворимую в данной среде частичку и образуют вокруг неё, так называемую мицеллу. Сама мицелла имеет сродство к среде растворителя и поэтому растворяется в нём, обеспечивая растворение изначально нерастворимой в нём частицы.
Использование ПАВа, как моющего средства – всего лишь вершина айсберга органической химии.
Они применяются в текстильной и кожевенной промышленностях, лакокрасочной и бумажной, металлургии и нефтедобыче, в строительстве, сельском хозяйстве и пищевой промышленности, медицине, теплоэнергетике… В общем проще найти сферу, где они не применяются, чем перечислить все остальное.
Давайте теперь подумаем, чем же они могут быть опасны.
Что таят в себе ПАВы
Первая опасность, о которой говорят все – наша кожа является естественным барьером между нами и окружающей средой, на ней образуется защитная пленка из жиров, которые не пропускают вредоносные бактерии. Разумеется, ПАВ, и мыло в частности, первым делом смывает защитный слой с кожи. Высушенная и обезжиренная кожа быстрее стареет, подвержена различным болячкам. Проникновение ПАВов в более глубокие слои кожи из-за неправильно подобранной концентрации и состава, может привести к аллергическим реакциям на другие компоненты моющего средства из-за снижения барьерных функций кожи. По нормам, которые установлены ГОСТом, защитный слой должен восстановиться через 4 часа, после употребления ПАВа, однако кто ж это проверяет. Без ПАВа мы не смоем грязь, с ПАВом мы смоем и защитный слой.
Вторая опасность непосредственно для человека исходит от уже смытых в канализацию ПАВов. Многие синтетические моющие средства, в отличие от мыл, не подвержены естественному биохимическому разложению и не задерживаются фильтрующими установками. Конечно, по закону подлости, самые стойкие к разрушению ПАВы самые и дешевые. Водные растворы ПАВ постоянно поступают в стоки из множества источников, начиная от стиральных машин домохозяек и заканчивая удобрениями с полей. Все оказывается в конечном итоге в водоемах. Несмотря на то, что очистке сточных вод от ПАВ уделяется все большее внимание, очистные сооружения плохо справляются с удалением ПАВов. Таким образом, они могут возвращаться к людям уже в питьевой воде и накапливаться в организмах в недопустимых концентрациях.
Третья опасность – экологическая, возможно самая неприятная, но и самая незаметная. Из-за низкой скорости разложения ПАВ вредные результаты их воздействия на природу и живые организмы непредсказуемы. Сточные воды, содержащие продукты ПАВ, могут вызвать интенсивный рост растений, что приводит к загрязнению ранее чистых водоемов: по мере отмирания растений начинается их гниение, а вода обедняется кислородом, что в свою очередь ухудшает условия существования других форм жизни в воде. ПАВ может адсорбироваться на частичках земли, песка, глины, и высвобождать ионы тяжёлых металлов, удерживаемые этими частичками, и тем самым повышать риск попадания данных веществ в организм человека. Их свойство понижать поверхностное натяжение, в океанах приводит к снижению показателя удерживания CO2 и кислорода в массе воды.
Сточные воды пытаются чистить от ПАВ по-разному - перевод ПАВ в пену, адсорбция активным углем, использование ионообменных смол, нейтрализация катионактивными веществами и др. Эти методы дороги и недостаточно эффективны, и, скорее всего, не применяются в России – вы видели те отстойники? Сейчас считается, что предпочтительна очистка в отстойниках (аэротенках) и в естественных условиях (в водоемах) путем биологического окисления под действием бактерий, которые входят в состав активного ила.
По отношению к этому процессу ПАВ принято делить на "мягкие" и "жесткие". Жесткие ПАВ в настоящее время практически не производятся (некоторые алкилбензолсульфонаты и оксиэтилированные изооктилфенолы). Теоретически биоразложение идет до превращения мягких ПАВ в воду и углекислый газ, проблема сводится лишь к времени окисления. Если окисление происходит медленно, ПАВ успевает произвести вредное влияние на живые организмы и природную среду.
В настоящее время самым распространенным ПАВ в синтетических моющих средствах является алкилбензосульфонат. К группе анионных ПАВ также принадлежат алкансульфонат (SAS), алкилсульфат (FAS) и летучий алкилсульфат (FAES). FAS может быть получен из растительного сырья, например рапсового масла, или масла кокоса.
Катионные ПАВ особенно активно используются в синтетических средствах для "щадящей" стирки, так как играют роль смазки. Неионогенные ПАВ абсолютно невосприимчивы к жесткости воды, демонстрируют высокую эффективность даже при низких концентрациях и низких температурах стирки, не образуют много пены и препятствуют потемнению белья. Кстати, неиногенные ПАВ разлагаются легче, чем анионактивные.
Сапонин, полученный из мыльнянки или стиральных орешков (Waschnussen) принадлежит к неионогенным ПАВ. Другим примером неионогенного ПАВ является сахарный алкилполиглюкозид (APG), добываемый из возобновляемого сырья: кукурузы, сахарного тростника и кокосового ореха. APG является биологически разлагаемым и имеет отличную совместимость с кожей. Именно эти ПАВ используются в натуральных стиральных порошках.
По убыли раздражающего действия на кожу и глаза человека ПАВы можно расположить в следующий ряд: катионные > анионные > неионные. Эта цепочка справедлива и для токсичности: наиболее токсичными являются катионные ПАВ, менее токсичными – анионные и наименее – неионогенные ПАВ. Между прочим катионные ПАВ имеют интересное свойство – они обладают бактерицидным действием, поэтому получили широкое применение в медицине, а ПАВ цетилпиридиний хлорид вообще стал лекарственным средством.
В настоящее время приняты законы, разрешающие производство и применение ПАВ для моющих средств, биоразлагаемых не менее чем на 80%. Считается, что в стиральном порошке достаточно не более 5% ПАВ, чтобы он хорошо стирал. Только немногие ПАВ являются абсолютно безопасными (алкилполиглюкозиды), так как продуктами их деградации являются углеводы.
Не стоит забывать, что, как правило, в шампунях, моющих средствах. Содержится не один-одинешенек ПАВ, а их там целая композиция. Помимо основного ПАВа в состав входят Со-ПАВы в соотношении 1:3, 1:4. Если основной ПАВ – это обычно анионнные, то Со-ПАВами выступают различные амфотерные, неионогенные и анионные ПАВ.
Итак, мы подошли к нашей теме – что такое мыльная основа и при чем здесь ПАВ. Сейчас мы уже понимаем, что мыльной основы без ПАВ быть не может в принципе. Очень часто на мыльной основе пишут – FREE SLS, FREE SLES. Интересно, что это за звери такие, понятно, что ПАВ, но почему именно без них.
Тут мы подходим к созданию мыльной основы. На самом деле мыльная основа имеет отношение к мылу такое же, как плавленые сырки к сыру. Называется она – мыльный продукт и изготавливается из синтетических поверхностно-активных веществ, в основном из нефтяных продуктов (лаурилсульфат натрия) и т. д.
В отличие от мыла, полученного промышленным путём, мыло ручной работы хуже мылится, поскольку входящие в состав мыльной основы ингредиенты более щадящие и мягкие (!). По той же причине оно быстрее истрачивается, чем аналогичного веса промышленное мыло.
SLS и SLES – это лаурилсульфат натрия и лауретсульфат натрия соответственно – присутствуют в большинстве моющих средств и косметике. SLES это более безопасная производная из SLS. Лаурилсульфат натрия (SLS) может вызывать раздражение кожи у некоторых людей при длительном контакте, однако даже в высокой концентрации не выявлено канцерогенного или эмбриотоксического действия. Признается безопасным в очищающих средствах, которые смываются водой (шампуни, очищающие гели, пенки и пр.). Продукты, содержащие любой из этих ингредиентов, не рекомендуются людям, страдающим угревой болезнью, дерматитами, сухостью кожи или потерей волос. SLES (лауретсульфат натрия) действует менее раздражающе, чем лаурилсульфат натрия, но приводит к более сильному высушиванию, которого можно избежать при тщательном смывании.
Итог
Итак, после такого количества терминов и наборов слов, давайте подведем конечный итог.
ПАВ сильно демонизировали в последнее время, большинство людей после такой активной пропаганды не догадываются, что количество ПАВов на самом деле огромное и ими мы все пользуемся, так или иначе. Классическое мыло это по сути анионный ПАВ и довольно жесткий. Натуральные ПАВ безопаснее синтетических, однако натуральные в любых шампунях и мылах, продающихся в разных магазинах, не содержатся (во всяком случае, как основа моющей композиции), хотя в природе существуют.
Для получения достаточного моющего действия, ПАВ вводят в состав косметического моющего средства в количестве не менее 10 %, оптимальное содержание — 12–14 %. При выборе средства (шампуня, мыла, моющего средства, порошка) можно ориентироваться на этикетку. Однако не стоит забывать, что процент введенных ПАВов ставится довольно редко, а в некоторых случаях ПАВ вообще обозначается цифровым кодом без указания наименования – если состав средства закрыт патентом или является коммерческой тайной.
По сути, натуральным моющим средством можно признать только мыльный корень и сапонины (мыльные вещества) из растений. Если поискать в сети продажу ПАВов, то часто можно встретить овсяный, яблочный ПАВы, сахарный и кокосовый – это все натуральные или частично-натуральные ПАВы, которые используются в домашней косметике, но никак не в промышленных масштабах.
