Моющее средство

Заявляемое изобретение относится к области биохимии, а именно к составам моющих средств, предназначенных для очистки и обезжиривания металлических, пластмассовых,стеклянных и керамических поверхностей от всех типов индустриальных масел, смачивающих и охлаждающих жидкостей (СОЖ), остатков полировочных и доводочных паст, а также от временных антикоррозийных защитных покрытий, в том числе с примесью химически инертных веществ, таких как сажа, графит, кварцевая пыль и др., путем эмульгирования, иммобилизации загрязняющих масляных и жировых частиц и их молекулярной деградации без образования нефтепродуктов в смывных водах с сохранением их исходных нейтральных значений рН. Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в обеспечении моющего и обезжиривающего эффекта в водных средах при температуре от 4 до 70 С с эмульгированием, иммобилизацией загрязняющих масляных и жировых частиц с последующей их молекулярной деградацией без образования нефтепродуктов в смывных водах с сохранением исходных нейтральных значений рН за счет способности молекул используемых в составе заявляемого средства веществ образовывать мицеллы. Поставленная задача решается тем,что моющее средство представляет собой композитную смесь, включающую дериваты жирных кислот, терпеновые сапонины, сурфактанты и воду, при следующем соотношении компонентов,в мас.%: дериваты жирных кислот - 2-32, терпеновые сапонины - 8-20, сурфактанты - 17-29,вода - остальное. Заявляемое моющее средство отличается универсальностью и пригодно для мытья и обезжиривания от всех типов смазочных материалов (продуктов нефтехимии) и пищевых жиров. При этом сочетание дешевых компонентов типа дериватов жирных кислот и сапонинов с дорогостоящими сурфактантами позволяет сохранить высокую моющую и обезжиривающую эффективность заявляемого моющего средства при одновременном снижении его себестоимости до конкурентоспособного уровня.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ООО "НЕО-ЭКОБЛЕСК"; ЗЕЛДИ ИВАН ПЕТРОВИЧ; ПОПОВ ИВАН ИВАНОВИЧ (RU) 017323 Заявляемое изобретение относится к области биохимии, а именно к составам моющих средств,предназначенных для очистки и обезжиривания металлических, пластмассовых, стеклянных и керамических поверхностей от всех типов индустриальных масел, смачивающих и охлаждающих жидкостей(СОЖ), остатков полировочных и доводочных паст, а также от временных антикоррозийных защитных покрытий, в том числе с примесью химически инертных веществ, таких как сажа, графит, кварцевая пыль и др., путем эмульгирования, иммобилизации загрязняющих масляных и жировых частиц и их молекулярной деградации без образования нефтепродуктов в смывных водах с сохранением их исходных нейтральных значений рН. Моющее средство заявляемого состава может быть использовано в автомобильной, приборо- и машиностроительной, пищевой и других отраслях промышленности. Известно моющее средство для очистки металлической поверхности, содержащее следующие компоненты, в мас.%: смесь неионогенных ПАВ (поверхностно-активных веществ) и катионного ПАВ - 1012; метасиликат натрия (жидкое стекло) - 2-5; триполифосфат натрия или тринатрийфосфат - 15-20; гидроокись натрия - 5-10; бихромат калия - 0,07-0,10; карбонат натрия - до 100, где в качестве неионогенных ПАВ используют натриевую соль карбоксиметилата этоксилированного изононилфенола ("синтерол") и"неонол", а в качестве катионного ПАВ - хлористую четвертичную аммонийную соль - продукт взаимодействия гексаметилентетрамина с эпихлоргидрином или с хлористым аллилом. Моющее средство обладает комплексом физико-химических свойств: растворяющей, смачивающей, обезжиривающей, эмульгирующей и антикоррозионной способностью (патент РФ на изобретение 2243255). При высокой моющей и обезжиривающей эффективности катионные синтетические поверхностноактивные вещества (СПАВ), входящие в состав известного моющего средства, относятся к разряду высокотоксичных и экологически опасных соединений (в 100 раз более токсичны, чем анионные или неионные). Таким образом, использование данного средства в качестве моющего и обезжиривающего в системе общепита и пищевой промышленности недопустимо из-за его высокой токсичности. Известно моющее средство для очистки металлической поверхности содержащее, в мас.%: кальцинированную соду - 5-10; триполифосфат натрия - 1-3; тетраборнокислый натрий - 1-2; вторичный алкилсульфат натрия на основе олефинов фракции - 100-320 С общей формулы где n=1,2, m=1-6, 0,05-0,15; изопропиловый спирт 0,2-2; деионизированная вода до 100 (патент РФ на изобретение 2058381). Известное моющее средство относится к классу высокотоксичных. Так, по данным токсикологического справочника "Вредные химические вещества. Органические и неорганические соединения" (изд. 2,т. 2, 3, 4, Москва, Химия, 2002), тетраборнокислый натрий (бура) и 1,2-дизамещенный имидозалин относятся к 1-2 классам токсичности. Период биологического разложения этих соединений из-за их высокой химической устойчивости не установлен. Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является композиция жидкого моющего средства, содержащая 1-90% сурфактанта, выбранного из группы, состоящей из анионных, неионных и атмосферных сурфактантов, а также их смесей, приготовленная с гидротропными веществами, которые являются смесью алкогольных этоксилата и полиэтиленгликолевого эфира. Гидротропность обеспечивает увеличение пенообразования. Использование полиэтиленгликолевого эфира и альфагидроксикислоты в композиции жидкого моющего средства в дальнейшем обеспечивает улучшение качества защитной пленки и защищает кожу человека, использующего моющее средство (патент US 6423678). Средство не обладает характеристиками, позволяющими использовать его в различных отраслях промышленности. Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание нетоксичного и экологически безопасного моющего средства, основанного на компонентах природного происхождения, обладающего высоким и быстрым моющим эффектом. Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в обеспечении моющего и обезжиривающего эффекта в водных средах при температуре от 4 до 70 С с эмульгированием, иммобилизацией загрязняющих масляных и жировых частиц с последующей их молекулярной деградацией без образования нефтепродуктов в смывных водах с сохранением исходных нейтральных значений рН за счет способности молекул используемых в составе заявляемого средства веществ образовывать мицеллы. Загрязняющие вещества, оказавшись в центре такой мицеллы, разрушаются до мономолекурярного состояния и не образуют повторных жировых агрегатов. Поставленная задача решается тем, что моющее средство представляет собой композитную смесь,-1 017323 включающую дериваты жирных кислот, терпеновые сапонины, сурфактанты и деионизированную воду в следующем соотношении компонентов, в мас.%: дериваты жирных кислот - 2-32, терпеновые сапонины 8-20, сурфактанты - 17-29, вода - остальное. Моющее средство дополнительно может содержать неионный детергент в количестве 0,001-0,01 мас.% и хелатообразующее вещество в количестве 0,01-0,02 мас.%, при этом в качестве неионного детергента использован твин 40 и/или тритон Х-100, что необходимо для образования липосом, связывающих хелатный комплекс дисольвин Na-Са 2. Моющее средство в качестве дериватов жирных кислот содержит натриевую соль пальмитиновой кислоты, и/или лауриловой кислоты, и/или арахидоновой кислоты, и/или стеариновой кислоты, и/или линолевой кислоты. В качестве терпеновых сапонинов использованы моно-, ди- и тритерпеновые сапонины, включающие олеаниновые, амирановые, и кукурбитациновые производные агликанов, содержащихся в плодах растений семейства Fagaceae (буковые), рода Asculus. В качестве сурфактантов использованы фракции SL (очищенные) фосфатидилхолин, фосфатидилсерин, фосфатидилэтаноламин, дифосфатидилглицерол или этаноламинплазмалоген. Заявляемое изобретение поясняется схематичными чертежами. На фиг. 1 представлена схема образования трех видов мицелл, входящих в заявляемое средство: плоских - жирными кислотами, сферических - сапонинами и цилиндрических - сурфактантами, связывания и разрушения загрязняющих веществ внутри мицелл. На фиг. 2 представлена схема образования бислойных липосом и процесс связывания ими хелатного комплекса, образованного дисольвином 2Na и ионами Са 2+. Заявляемое моющее средство представляет собой композитную смесь трех типов биологических молекул, полученных из природного сырья с нейтральным значением рН (6,4-7,2), отличается высокой эффективностью, экономичностью и экологической безопасностью. Средство изготовлено из полярных природных молекул, способных в водной среде к самопроизвольной агрегации в мицеллярные структуры разного типа. Основными составляющими компонентами средства являются дериваты жирных кислот,то есть производные жирных кислот. В качестве жирных кислот может быть использован ряд кислот,таких как пальмитиновая, лауриловая, арахидоновая, стеариновая, линолевая и др. кислоты. Указанные кислоты относятся к группе насыщенных, ненасыщенных и полиненасыщенных углеводных соединений с полярной головой. Природные жирные кислоты применяются, в основном, при изготовлении косметических средств и средств гигиены. В водных растворах модифицированные жирные кислоты обладают амфипатическими свойствами, т.е. способностью к самопроизвольной агрегации из-за наличия на гидрофильном конце молекул положительного заряда. Для приготовления заявляемого средства используют натриевые и калиевые соли жирных кислот (дериваты). Главным свойством дериватов жирных кислот является их способность к самопроизвольному мицеллообразованию в водной среде, что придает им эмульгирующие, иммобилизующие свойства связывать загрязняющие средства с последующей молекулярной деградацией жиров и масел до моно-, диуглеродных фрагментов без образования нефтепродуктов в смывных водах. Дериваты жирных кислот при приготовлении заявляемого моющего средства используют в количестве из диапазона 2-32 мас.%, при этом может быть использована как соль одной жирной кислоты, так и смесь нескольких солей жирных кислот. Вещества находятся в жидком состоянии. Физико-химические свойства: жидкость желтого цвета слегка опалесцирующая, плотность 32 мас.% раствора равна 1,002, рН равно 7,0 при t=20 С. Примеры составления смесей дериватов жирных кислот приведены в табл. 1. Таблица 1 Следующим компонентом заявляемого средства являются терпеновые сапонины, а именно моно-, дии тритерпеновые, например олеаниновые, амирановые и др. производные агликанов (Сборник работ ВНИИПСа под ред. А.Ю. Рабиновича. Л.-М. 1936; Kobert. Die Saponine. Abderhaldens Biochemisches HandlexiconBand. Berlin. 1939), содержащихся в плодах растений семейства Fagaceae (буковые), рода A sculus. Сапонины использованы в качестве пенообразующего средства. Сапонины - высокомолекулярные сложные органические соединения гликозидного характера, обладающие специфическими свойствами: водные растворы из сырья, содержащего сапонины, образуют обильную пену. В состав используемого сапонинсодержащего сырья не входят сапонины из других видов растений, например стероидные, которые, попадая в кровь, вызывают гемолиз эритроцитов; а также токсичны для холоднокровных (лягушек,рыб, червей), вызывая их гибель даже в разведении 1:1000000. Используемые в композитной смеси сапонины подобно большинству терпеновых гликозидов состоят из углеводной части и агликона, называемого сапогенином. Терпены - природные углеводороды общей формулы (C5H8)n. Различают монотерпены(n=2), полуторные терпены или сесквитерпены (n=3), дитерпены (n=4) и т.д. Особенно богаты терпенами и их производными (терпеноидами) эфирные масла. Монотерпены присутствуют буквально во всех эфирных маслах, особенно их много в цитрусовых маслах. Как правило, они безопасны и считаются наименее вредоносными компонентами эфирных масел. Дитерпены эффективны не только как моющие средства, но и как противогрибковые; бактерицидные и отхаркивающие средства. Некоторые из них оказывают стабилизирующее влияние на гармональный статус человека. Тритерпены - биоактивные вещества, обладающие антибактериальными, противовирусными и противогрибковыми свойствами. В качестве компонента моющего средства используют смесь терпеновых сапонинов, состоящую из двух и более веществ, взятых в различных пропорциях. Вещества находятся в жидком состоянии. Физикохимические свойства: светло-коричневая жидкость; плотность водного раствора при 29 мас.% концентрации равна 1, 007; рН раствора при 20 С равен 6,9. Примеры составления смесей терпеновых сапонинов представлены в табл. 2. Таблица 2 В качестве поверхностно-активных веществ (ПАВ) природного происхождения при изготовлении моющего средства используют сурфактанты в количестве 17-29 мас.%. Суфрактанты (Теннис Р. Биомембраны: Молекулярная структура и функции: Пер. с англ. М.: Мир, 1997. гл. 2, с. 54-82) представляют собой уникальный природный комплекс веществ, который эффективно связывает ультрамикроскопические частицы пыли благодаря своей амфипильности (полярность молекулы, индекс Девиса-Грифиса выше,чем у сапонинов или дереватов жирных кислот). В качестве конкретных веществ - сурфактантов, используемых для изготовлении моющего средства, применяют смеси, состоящие, как правило, из фосфатидилхолина, фосфатидилсерина, фосфатидилэтаноламина и/или фосфатидилинозитола, дифосфатидилглицерола, этаноламинплазмалогена и/или других вариантов сочетаний. Все комбинации фосфолипидов могут быть использованы в различных дозировках. Примеры составления смесей сурфактантов представлены в табл. 3. Вещества находятся в жидком состоянии. Физико-химические свойства: слегка мутноватая жидкость золотисто-коричнего цвета,слабоопалисцирующая; плотность водного раствора концентрации 29 мас.% при температуре 20 С колеблется от 1,009 до 0,1022. Все вещества, используемые при изготовлении заявляемого средства, являются веществами природного происхождения. Положительный эффект при использовании заявляемого моющего средства достигается за счет комплексного одновременного применения трех типов мицеллообразующих молекул в определенных пропорциях: дериваты жирных кислот, образующих в воде плоские мицеллы, терпеновые сапонины, образующие при разведении водой сферические микромицеллы и сурфактанты, образующие при разведении водой цилиндрические микромицеллы. Дополнительно в состав моющего средства может быть включена химически модифицированная часть жирных кислот (полученная путем присоединения неионного детергента, например Твин-40, стандартными методами неорганического катализа). При этом образуются крупные многослойные липосомы, необходимые для связывания хелатных комплексов, образованных диссольвином Na с двухвалентными ионами металлов, содержащихся в воде. Концентрат заявляемого средства готовят на деионизированной воде. Процентные содержания неионных детергентов и хелатообразователей представлены в табл. 4. Таблица 4 Моющее средство изготавливают в виде композитной смеси, включающей дериваты жирных кислот, терпеновые сапонины, сурфактанты и деионизированную воду. Изготовление производят при стандартном атмосферном давлении и при температуре от 4 до 50 С. В предварительно приготовленную методом ионообменной хроматографии, или обратного осмоса, или диализа, или иным способом деионизированную (массовая доля от 10 до 42,8%) воду вносят смесь дериватов жирных кислот, т.е. омыленных жирных кислот. Под омылением следует понимать обработку этих соединений растворами NaOH или KOH при температуре выше 92 С. Затем к полученному раствору добавляют водный раствор смеси терпеновых сапонинов и водный раствор смеси фосфолипидов (сурфактанты). Химические реакции между компонентами моющего средства, т.е. между дериватами жирных кислот, смесью терпеновых сапонинов и смесью сурфактантов, как таковые, отсутствуют. Каждый из этих компонентов образует в присутствии воды свои типы мицелл. Каждая из полярных молекул дериватов жирных кислот, терпеновых сапонинов, сурфактантов, обладает гидрофобными и гидрофильными свойствами при разведении водой. В этом случае молекулы перемещаются вглубь раствора, где происходит их агрегация в мицеллы с захватом загрязняющих веществ на границе раздела вода - твердая поверх-4 017323 ность. Смеси основных активно действующих компонентов взяты в процентных соотношениях в следующих диапазонах, мас. %: дериваты жирных кислот - 2-32, терпеновые сапонины - 8-29, сурфактанты 17-29. При этом снижение массовой доли одной группы соединений неизбежно сопровождается увеличением другой или третьей. Например, если массовая доля (мас.%) дериватов жирных кислот составляет всего 2%, то доля сурфактантов в составе композита равна 29%, а сапонинов - до 20% (в сумме от 37 до 57,1% от концентрата). И наоборот, при высокой концентрации смеси дериватов жирных кислот массовая доля сурфактантов и сапонинов снижается. Благодаря диффузии компонентов технологический процесс не предусматривает специального перемешивания раствора. Контроль качества концентрата моющего средства, готового к реализации, производится при стандартном атмосферном давлении и при температуре 20 С путем измерения площади обрабатываемой поверхности, измерения рН концентрата, коэффициента Дэвиса-Грифиса (разность величины заряда между гидрофобной и гидрофильной областями молекул), вязкости и плотности смеси. Процесс контроля не требует перемешивания. Смесь представляет собой функционально единую композитную смесь. В композитную смесь моющего средства дополнительно вводят неионные детергенты (Твин 40 и/или Тритон X100), которые при помощи неорганических катализаторов (соли никеля, хрома, кадмия,молибдена и др.) в стандартных условиях присоединяются к полиненасыщенным жирным кислотам(арахиновая и/или арахидоновая). Благодаря этому происходит образование крупных многослойных мицелл (липосом), необходимых для связывания (инкапсуляции) хелатных комплексов. В свою очередь,хелатные комплексы в рабочих растворах моющего средства на основе воды произвольной жесткости образуются в результате взаимодействия диссольвина Na с двухвалентными ионами Са 2+, Mg2+ и Fe2+,что необходимо для снижения жесткости воды. В табл. 5 приведены варианты составов заявляемого средства. Таблица 5 Полученную смесь (концентрат моющего средства) хранят в темном месте при температуре внешней среды от -20 до +50 С. Для приготовления, например, 10 л рабочего раствора, необходимого для очистки металла от масел,сажи, графита и стружки к 150 мл концентрированного моющего средства добавляют около 10 л деионизированной или химически смягченной воды и тщательно перемешивают до образования пены. Полученного количества рабочего раствора достаточно для полного обезжиривания и очистки от посторонних веществ металлической поверхности площадью не менее 50 м 2. Разведение концентрата моющего средства водой ниже критической концентрации (ниже 37%) приводит к самопроизвольной агрегации молекул жирных кислот, сапонинов и сурфактантов в мицеллы с захватом загрязняющих веществ с последующей деградацией (разрушением) до мономолекул жиров,белков и углеводов. Абразивные материалы, сажа и графит ультрамикроскопических размеров (меньше мицелл) также захватываются мицеллами, но не разрушаются ими. Аналогичным образом готовят рабочий раствор для мытья посуды. Приготовленного раствора (10 л) достаточно для машинной или ручной мойки 150 столовых предметов при температуре 40-55 С. При остывании рабочего раствора к нему необходимо добавить 3-4 л горячей воды (80-90 С) и продолжить процесс мытья. Средство легко смывается проточной водой и не оставляет подтеков на посуде. Благодаря образованию мицелл средство эффективно связывает пищевые жиры, белки и углеводы и разрушает-5 017323 их, этим самым предотвращается повторное образование жировых пробок и конгломератов в канализационных сетях и на очистных сооружениях. Для очистки металлических поверхностей от полировочных и доводочных паст объем концентрата при приготовлении рабочего раствора увеличивают до 250 мл на 10 л воды. Молекулы средства проникают внутрь микрораковин очищаемой металлической поверхности и образуют там монополимерную пленку, временно защищающую изделие от повторной коррозии. Таким образом, средство обеспечивает высокую степень адгезии металла с покрытием. Гальваническое покрытие и покраска очищенной металлической поверхности может осуществляться без дополнительной их промывки водой. В табл. 6 приведена сравнительная оценка моющей и обезжиривающей эффективности 1,5% рабочего раствора заявляемого моющего средства с различной массовой долей составляющих активных компонентов на примере различных загрязняющих веществ. Таблица 6 Полное обезжиривание поверхностей металлов и их сплавов достигается при 57,1 мас.% концентрата. Рабочий раствор такого концентрата получен при добавлении воды из расчета 150 мл концентрата на 9850 мл воды. Время полного обезжиривания в этих условиях составило в среднем 10,4 мин. При использовании 37,02 мас.% концентрата, разведенного водой по аналогичной методике, время полного обезжиривания объектов возрастает до 11 мин. Таким образом, результаты, представленные в табл. 1-6, позволили сделать следующее выводы. 1) Максимальной моющей и обезжиривающей эффективностью обладает 1,5% рабочий раствор,приготовленный из 52-57% концентрата. 2) Время и полнота обезжиривания зависят также от типа смазки, максимальной продолжительности требует очистка графит-селиконовых смазок и полировочных паст. 3) Высокая эффективность заявляемого моющего средства обусловлена комбинаций трех типов биологических молекул, образующих мицеллы различного типа. Каждый тип мицелл эффективно связывает только определенные виды жировых и индустриальных загрязнений. Плоские мицеллы, образующиеся из дереватов жирных кислот, эффективно связывают гидролизованные жиры и легкие фракции индустриальных масел, например И-20. Однако данный тип мицелл (плоских) малоэффективен в отношении индустриальных (синтетических) масел и смазывающих материалов. Сферические мицеллы, образованные из сапонинов, эффективно связывают более тяжелые фракции индустриальных масел, например МР-7, технологические смазки типа ШС-2. Цилиндрические мицеллы, образованные сурфактантами, кроме перечисленных выше, эффективно связывают подоснову полировочных паст, а также графит-силиконовую смазку. Включение в состав моющего средства смеси природных суфрактантов (5 типов фосфолипидов) с максимально высоким индексом Дэвиса-Грифиса позволило решить проблему мытья и обезжиривания посуды, технологического оборудования пищевой промышленности, деталей и изделий в индустриально-промышленных областях, а также от подоснов полировочных и доводочных паст без увеличения концентрации заявляемого средства в рабочем растворе. 4) Заявляемое моющее средство отличается универсальностью и пригодно для мытья и обезжиривания от всех типов смазочных материалов (продуктов нефтехимии) и пищевых жиров. При этом сочетание дешевых компонентов типа дериватов жирных кислот и сапонинов с дорогостоящими суфрактантами позволяет сохранить высокую моющую и обезжиривающую эффективность заявляемого моющего средства при одновременном снижении его себестоимости до конкурентоспособного уровня. Заявляемое средство взрыво- и пожаробезопасно. Относится к 4 классу токсичности и экологической опасности.-7 017323 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Моющее средство, характеризующееся тем, что оно представляет собой композитную смесь,включающую дериваты жирных кислот, в качестве которых используют натриевую соль пальмитиновой кислоты,и/или лауриловой кислоты, и/или арахидоновой кислоты, и/или стеариновой кислоты, и/или линолевой кислоты; терпеновые сапонины, в качестве которых используют моно-, ди- и тритерпеновые сапонины,включающие олеаниновые, амирановые и кукурбитационовые производные агликанов, содержащихся,например, в плодах растений семейства Fagaceae (буковые), рода Asculus или в других растениях; сурфактанты, в качестве которых используют фракции SL (очищенные) - фосфатидилхолин, фосфатидилсерин, фосфатидилэтаноламин, дифосфатидилглицерол или этаноламинплазмалоген; деионизированную воду,взятые в следующем соотношении компонентов, в мас.%: дериваты жирных кислот - 2-32; терпеновые сапонины - 8-20; сурфактанты - 17-29; вода - остальное. 2. Моющее средство по п.1, характеризующееся тем, что оно дополнительно содержит неионный детергент в количестве 0,001-0,01 мас.% и хелатообразующее вещество в количестве 0,01-0,02 мас.%,при этом в качестве неионного детергента использован твин 40 и/или тритон Х-100.