(детергенты) - вещества, усиливающие моющее действие воды. Первыми детергентами были мыла, полученные из встречающихся в природе веществ. Но сейчас под детергентами обычно понимают синтетические вещества, по моющему действию сходные с мылом. Синтетические моющие средства используются в быту, в промышленности их применяют для отбеливания текстиля, при крашении и аппретировании тканей, на стадиях очистки и травления металлов, для стерилизации оборудования в пищевой промышленности, а также в производстве косметики.

Наиболее распространенные синтетические моющие средства - сульфонаты натрия. Существуют их многочисленные разновидности, несколько различающиеся по свойствам. Для специальных целей используются и другие соединения.

Использование мыла всегда осложняется, если вода жесткая. При стирке в ней приходится расходовать много мыла, чтобы достичь ощущения "мылкости". Это объясняется присутствием в воде солей типа гидрокарбоната кальция, которые реагируют с мылом, образуя нерастворимые соединения. Лишь после того как растворенные соли удалены реакцией с мылом, прибавление дополнительных количеств мыла приводит к проявлению его моющих свойств. Если после стирки мылом прополоскать ткань в жесткой воде, на ней осаждается нерастворимое и трудно удалимое "кальциевое мыло", которое портит ее вид. Поэтому в районах с жесткой водой в прачечных приходится устанавливать оборудование для умягчения воды.

Громадное преимущество почти всех синтетических моющих средств перед мылом состоит в том, что в жесткой воде они действуют не хуже, чем в мягкой. Производство синтетических моющих средств, предназначенных для текстильной промышленности, начиналось в основном в Германии, а синтетических детергентов бытового назначения - в США вскоре после Второй мировой войны, причем их сбыт рос чрезвычайно быстро и в 1953 сравнялся по объему с продажей мыла, а затем быстро превзошел ее.

Моющие средства для стирки и домашнего хозяйства. Имеющиеся в продаже моющие средства редко представляют собой чистые вещества. Обычно они содержат и другие компоненты, например, умягчители воды и отбеливатели, которые увеличивают их эффективность.

Кусок "мыла" для мытья лица и рук может быть действительно мылом, а может быть и синтетическим моющим средством или сочетанием того и другого. Для мытья посуды предназначаются относительно мягкие детергенты, поскольку при этом приходится погружать руки в моющий раствор. В посудомоечной машине можно использовать более сильные средства. Для усиления действия моющих средств применяют различные фосфаты, силикаты и бораты.

В моющих средствах для стирки белья, помимо собственно детергента, используют еще два рода веществ. Одни из них - отбеливатели - окисляют и тем самым разрушают некоторые виды загрязнителей и красящих веществ. Классическим окислителем для этих целей служит хлор. В современных стиральных порошках используют более избирательные отбеливатели, основанные на броме, пероксиборате (часто называемом перборатом) и монопероксисульфате.

Другие - так называемые усилители белизны или осветлители - делают выстиранное белье буквально "белее белого". Известно, что предмет является совершенно белым, если отражает весь свет, падающий на него. Поэтому в стиральные порошки добавляют "бесцветный краситель", который обеспечивает не только полное отражение видимого света, но и частичное превращение ультрафиолетового (невидимого) света в белый или голубоватый. В результате ткань становится "ослепительно белой".

Для удаления грязи с кухонной раковины также применяется моющий порошок. Он содержит сильные моющие средства, отбеливатели и абразивы. Для очистки непригорающих сковород, покрытых тефлоном, используют моющие порошки с низкой абразивностью. Особо эффективные смеси, содержащие сильные щелочи, предназначены для удаления пригара в печах.

Жесткая вода создает серьезные проблемы и при мытье волос. В этом случае полезными оказываются синтетические моющие средства сульфатного типа - алкилсульфаты C12H25OSO3Na, которые смывают природные жиры.

Действие детергентов. Мыло известно уже тысячи лет, но только относительно недавно химики поняли, почему оно обладает моющими свойствами. Механизм удаления грязи в сущности один и тот же для мыла и синтетических моющих средств. Рассмотрим его на примере поваренной соли, обычного мыла и алкилбензолсульфоната натрия, одного из первых синтетических детергентов.

При растворении в воде поваренная соль диссоциирует на положительно заряженные ионы натрия и отрицательно заряженные хлорид-ионы. Мыло, т.е. стеарат натрия (I), сходные с ним вещества, а также алкилбензолсульфонат натрия (II) ведут себя подобным же образом: они образуют положительно заряженные ионы натрия, но их отрицательные ионы, в отличие от хлорид-иона, состоят примерно из пятидесяти атомов.

Мыло (I) можно представить формулой Na+ и C17H35COO-, где 17 атомов углерода с присоединенными к ним атомами водорода вытянуты в извилистую цепочку. Алкилбензолсульфонат натрия (Na+ C12H25C6H4SO3-) имеет примерно столько же атомов углерода и водорода. Однако расположены они не в виде извилистой цепочки, как в мыле, а в виде разветвленной структуры. Значение этого различия станет ясно позднее. Для моющего действия важно то, что углеводородная часть отрицательного иона нерастворима в воде. Однако она растворима в жирах и маслах, а ведь именно благодаря жиру грязь прилипает к вещам; и если поверхность полностью очищена от жира, грязь не задерживается на ней.

Как показано на рисунке, отрицательные ионы (анионы) мыла и алкилбензолсульфоната склонны концентрироваться на поверхности раздела воды и жира. Водорастворимый отрицательно заряженный конец остается в воде, тогда как углеводородная часть погружена в жир. Чтобы поверхность раздела была наибольшей, жир должен присутствовать в виде мельчайших капелек. В результате образуется эмульсия - взвесь капелек жира (масла) в воде (III).

Если на твердой поверхности имеется пленка жира, то при контакте с водой, содержащей детергент, жир покидает поверхность и переходит в воду в виде мельчайших капель. Анионы мыла и алкилбензолсульфоната находятся одним концом в воде, а другим - в жире. Грязь, удерживаемая пленкой жира, удаляется при полоскании. Так в упрощенном виде можно представить себе действие моющих средств.

Любое вещество, склонное собираться на поверхности раздела масло - вода, называют поверхностно-активным веществом. Все поверхностно-активные вещества являются эмульгаторами, потому что способствуют образованию эмульсии масла в воде, т.е. "смешению" масла и воды; все они обладают моющими свойствами и образуют пену - ведь пена является как бы эмульсией воздушных пузырьков в воде. Но не все эти свойства выражены у них одинаково. Есть поверхностно-активные вещества, которые обильно образуют пену, но являются слабыми моющими средствами; есть и такие, которые почти не пенятся, но представляют собой прекрасные моющие средства. Синтетические детергенты - это синтетические поверхностно-активные вещества с особо высокой моющей способностью. В промышленности термин "синтетическое моющее средство", как правило, означает композицию, включающую поверхностно-активный компонент, отбеливатели и другие добавки.

Мыло, алкилбензолсульфонаты и многие другие моющие средства, где именно анион растворяется в жирах, называют анионоактивными. Имеются также поверхностно-активные вещества, в которых жирорастворимым является катион. Их называют катионоактивными. Типичный катионный детергент, хлорид алкилдиметилбензиламмония (IV)

является солью четвертичного аммония, содержащей азот, связанный с четырьмя группами. Хлорид-анион всегда остается в воде, поэтому его называют гидрофильным; углеводородные группы, связанные с положительно заряженным азотом, являются липофильными. Одна из этих групп, C14H29, похожа на длинную углеводородную цепочку в мыле и алкилбензолсульфонате, но она присоединена к положительному иону. Такие вещества называют "обратными мылами". Некоторые из катионоактивных детергентов обладают сильным антимикробным действием; их применяют в составе моющих средств, предназначенных не только для мытья, но и для дезинфекции. Однако если они вызывают раздражение глаз, то при их использовании в аэрозольных составах это обстоятельство должно быть отражено в инструкции на этикетке.

Еще один тип моющих средств - неионные детергенты. Жирорастворимая группа в детергенте (V) представляет собой нечто вроде жирорастворимых групп в алкилбензолсульфонатах и мылах, а остаток - это длинная цепь, содержащая множество кислородных атомов и OH-группу на конце, которые являются гидрофильными. Обычно неионные синтетические моющие средства проявляют высокую моющую способность, но слабо образуют пену.

В конце 1950-х годов обнаружено неожиданное и неприятное явление. Во многих промышленных населенных пунктах канализация стала переполняться пеной. Облака грязной пены громоздились над стоками, ветер разносил хлопья пены по окрестностям. Это создавало угрозу здоровью, поскольку пена из канализации могла быть источником инфекции. Более того, во многих странах (в США - особенно на Лонг-Айленде) что-то случилось с подземными водами, используемыми для водоснабжения: водопроводная вода стала пениться. Было очевидно, что причина в синтетических моющих средствах: после 1953 их стали покупать больше, чем мыло. Но остался вопрос: почему же ничего подобного не случалось раньше?

Были обнаружены почвенные бактерии, способные "переваривать" молекулы мыла, но синтетические моющие средства бактерии не могли метаболизировать. Липофильная часть молекулы мыла (I) представляет собой неразветвленную цепочку углеродных атомов, каждый из которых связан только с двумя соседними атомами углерода. А в алкилбензолсульфонате натрия (II) липофильная часть имеет разветвленную цепь углеродных атомов. Стирке это не мешает, но в природных жирах, из которых делают мыло, такая структура не встречается. Поэтому-то бактерии не могли с ней справиться. Проблема была решена путем замены разветвленной цепи в алкилбензолсульфонате на неразветвленную. Такой детергент (VI) поддается биодеградации, т.е. расщепляется микроорганизмами. По своей структуре он достаточно близок к линейной цепи мыла, и бактерии могут с ним справиться. Таким образом, линейный алкилбензолсульфонат помог решить неприятную проблему.

Последние успехи в разработке моющих средств для стирки связаны с применением ферментов. Ферменты - это вещества, производимые живыми организмами, которые способны катализировать биохимические реакции, т.е. они ускоряют реакцию, но сами при этом не изменяются. Определенные ферменты катализируют реакции, подобные тем, которые идут при переваривании пищи, поэтому они очень эффективны для удаления пятен от травы, яиц, молока, шоколада, детской пищи и соусов. Ферменты, используемые в составе моющих средств, безвредны и применяются в очень малых количествах.

В конце 1960-х - начале 1970-х годов возникла новая проблема, отчасти связанная с широким использованием моющих средств. Речь идет об эвтрофикации, или старении, озер. Эвтрофикацию обычно относят к загрязнениям окружающей среды, хотя процесс этот естественный. Если под загрязнением окружающей среды понимается выброс в водоемы, атмосферу или почву веществ, вредных для растительного и животного мира, то эвтрофикация, напротив, вызывает избыточное накопление необходимых для жизни веществ, например нитратов и фосфатов. Фосфаты, используемые в моющих средствах, участвуют в питании растений. Когда богатые фосфатами сточные воды попадают в озеро, начинается ускоренный рост водорослей и других водных растений. При этом расходуется кислород, растворенный в водоеме. Озеро "задыхается", и от недостатка кислорода может погибнуть рыба. Отходы жизнедеятельности человека и животных также способствуют эвтрофикации водоемов. Основной же вклад вносят удобрения, смываемые с сельскохозяйственных угодий.

Моющие средства не единственный источник фосфатов в озерах, а фосфаты - не единственная причина эвтрофикации, тем не менее, предпринимаются усилия по замене фосфатов в составе детергентов, в частности, нитрилтриацетатом.

вещества или смеси веществ, применяемые в водных растворах для очистки (отмывки) поверхности твёрдых тел от загрязнений. К М. с. относятся многокомпонентные смеси синтетических моющих (мылоподобных) веществ и различных вспомогательных составляющих (минеральных солей, органических добавок и др.) - так называемых синтетических М. с., все виды товарного жирового мыла, ряд продуктов природного происхождения (например, сапонины, жёлчь).

С древнейших времён как М. с. употреблялись щелочные соли (поташ из растительной золы, природная сода), гидрофильные глины (например, бентонитовые), сок или водная вытяжка из некоторых растений. Все эти природные М. с. быстро утратили своё хозяйственное значение с возникновением в 19 в. мыловаренной промышленности. Промышленный выпуск синтетических М. с. впервые осуществлен в Германии ещё в 30-х гг.; с 1950-х гг. их производство резко возросло во всех промышленно развитых странах, причём доля жирового мыла в общем выпуске М. с. значительно снизилась. К 1965 уже 50-90\% общего объёма производства М. с. в основных капиталистических странах составляли синтетические М. с. (см. табл. 1).

Табл. 1. - Выпуск моющих средств в капиталистических странах (1965)

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

| Страна | Общий выпуск, | Доля синтетических | Производство на душу |

| | тыс. т | средств, \% | населения, кг |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| США | 2460 | 89,8 | 12,6 |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Великобритания | 792,4 | 49,4 | 14,6 |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| ФРГ | 713,4 | 84,8 | 11,9 |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Франция | 485 | 63,5 | 9,8 |

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Япония | 530,1 | 67,6 | 6,1 |

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Снижение выработки жирового мыла идёт за счёт сокращения производства хозяйственного мыла. Производство же туалетного мыла во всех странах из года в год возрастает. В СССР выработка туалетного мыла в 1970 увеличилась в 1,4 раза по сравнению с 1965. Суммарный выпуск синтетических М. с. и мыла (в пересчёте на 40\%-ное содержание жирных кислот) в СССР в 1965 и 1972 составил соответственно (в тыс. т): 1926 (в том числе синтетических М. с. 144) и 1757 (534).

Моющие вещества (МВ) составляют основу всех М. с. и определяют их свойства; это мицеллообразующие Поверхностно-активные вещества, благодаря которым растворы (правильнее - Полуколлоидные системы) обладают моющей способностью (см. Моющее действие). МВ делятся на два класса: ионогенные вещества, диссоциирующие в воде на ионы, и неионогенные - не подверженные электролитической диссоциации (См. Электролитическая диссоциация). Ионогенные МВ называются анионактивными, если поверхностно-активные ионы несут отрицательный заряд, катионактивными, если поверхностно-активны положительно заряженные ионы, и амфотерными, или амфолитными, если поверхностно-активные ионы имеют отрицательный заряд в щелочной среде и положительный - в кислой. Анионактивные МВ получили наиболее широкое распространение. На их основе получают все жировые мыла и большинство синтетических М. с. Для производства товарных жировых мыл служат главным образом натриевые или калиевые соли высших жирных кислот, изготавливаемые из масел растительных (См. Масла растительные) и жиров животных (См. Жиры животные). Важнейшие представители синтетических анионактивных МВ - соли сульфокислот и кислых сульфоэфиров (алкилсульфонаты, алкиларилсульфонаты, алкилсульфаты) и сульфированные жиры, масла и жирные кислоты. Др. анионактивные МВ выпускаются в относительно малых количествах. Неионогенные МВ, входящие в состав некоторых М. с., занимают 2-е место после анионактивных по объёму промышленного производства. Большинство неионогенных веществ - полиоксиэтиленовые (полигликолевые) эфиры различных органических кислот, спиртов, алкилфенолов и алкилнафтолов, полиоксиэтиленовые производные алифатических аминов и амидов, меркаптанов и т. д. Катионактивные и амфотерные вещества составляют лишь несколько \% в общем объёме производства МВ и имеют ограниченное хозяйственное значение. Из катионактивных веществ наиболее важны соли четвертичных аммониевых и пиридиниевых оснований, обладающие бактерицидным действием. В молекулах амфотерных веществ находятся как основные (обычно аминогруппы), так и кислотные (карбоксильные, сульфоновые или сульфоэфирные) группы.

Синтетические М. с. обязательно содержат ряд вспомогательных веществ, улучшающих их моющую способность. В состав моющих композиций для стирки включают щелочные соли слабых неорганических кислот (карбонат и бикарбонат натрия, силикаты натрия, фосфаты различного состава), нейтральные соли (сульфат, хлорид натрия), соли перекисных кислот, обладающие отбеливающими и дезинфицирующими свойствами (перборат и перкарбонаты натрия). Важную роль играют органические компоненты М. с.: карбоксиметилцеллюлоза, предотвращающая ресорбцию - повторное отложение загрязнений из моющего раствора на отмытую поверхность; оптические отбеливатели (красители), применяемые для устранения жёлтого оттенка неокрашенных тканей; так называемые гидротропы, увеличивающие растворимость и ускоряющие растворение МВ в воде (см. Гидротропия). Некоторые М. с. содержат ферменты, обеспечивающие удаление нерастворимых белковых загрязнений, органические бактерициды (гексахлорофен, трихлоркарбанилид и др.), стабилизаторы пены (например, алкилоламиды) или пеногасители; во многие М. с. добавляют душистые вещества (отдушки). Рецептурный состав М. с. определяется их назначением, экономическими и санитарно-гигиеническими требованиями.

Большая часть (80-90\%) поступающих в продажу синтетических М. с. - порошки; выпускаются также таблетки, "вермишель", чешуйки, хлопья, пасты и жидкости. Различают синтетические М. с. для стирки, мытья посуды и домашней утвари, туалетные, промышленного назначения и др. М. с. для стирки можно разделить на группы: средства для шерстяных и шёлковых тканей, хлопчатобумажных и льняных тканей, универсальные средства для тканей разных типов, в том числе из химических волокон, для стирки сильно загрязнённых изделий из грубых тканей. Современные синтетические М. с. для стирки не уступают по качеству лучшим сортам жирового мыла, причём их моющая способность, в отличие от мыла, не снижается при отмывке кислых загрязнений и пользовании жёсткой водой. В табл. 2 приведён состав порошков, выпускаемых в СССР, для стирки хлопчатобумажных и льняных тканей ("Эра"), шёлковых, шерстяных тканей и тканей из искусственных и синтетических волокон ("Новость") и универсального порошка для любых тканей ("Лотос").

Табл. 2. - Состав порошков для стирки тканей, \%

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

| Компонент | "Эра" | "Новость" | "Лотос" |

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Смесь моющих веществ | | | |

| (алкилбензолсульфонаты, | | | |

| алкилсульфонаты и алкилсульфаты | | | |

| из первичных синтетических | | | |

| спиртов) | 20 | 33 | 20 |

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Моноалкилоламиды | 2 | 2 | 2 |

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Триполифосфат натрия | 35 | 5 | 40 |

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Перборат натрия | 10-15 | - | - |

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Силикат натрия | 5 | - | 1 |

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Карбонат натрия | 10-15 | - | - |

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Сульфат натрия | 5-10 | 50 | 26 |

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Карбоксиметилцеллюлоза | 0,9 | - | 0,9 |

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Оптический отбеливатель | 0,2 | 0,2-0,3 | 0,2-0,3 |

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Парфюмерная отдушка | 0,1-0,3 |

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Вода | Остальное до 100 |

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

В связи с прогрессирующим загрязнением окружающей среды промышленными и бытовыми отходами особое внимание при разработке новых рецептур синтетических М. с. уделяют подбору веществ биологически "мягких", т. е. легко разлагаемых бактериями в природных условиях. Препараты на основе таких веществ (например, производных алифатических кислот и спиртов линейного строения) постепенно вытесняют из употребления М. с., содержащие биологически "жёсткие" - неразлагаемые - компоненты (например, производные алкилароматических соединений разветвлённого строения).

Синтетические М. с. в виде порошка чаще всего получают высушиванием жидкой композиции при распылении. Композиция обычно представляет собой высокодисперсную суспензию, содержащую 55-65\% твёрдых веществ. В случаях, когда метод распыления применять нельзя, порошки готовят методом смешения компонентов. Этим путём получают также жидкие и пастообразные М. с. В производстве М. с. широко применяются непрерывно действующие автоматизированные технологические линии.

Лит.: Неволин Ф. В., Химия и технология синтетических моющих средств, 2 изд., М., 1971; Штюпель Г., Синтетические моющие и очищающие средства, пер. с нем., М., 1960; Шварц А., Перри Дж., Берч Дж., Поверхностноактивные вещества и моющие средства, пер. с англ., М., 1960; Файнгольд С. И., Синтетические моющие средства из нефтяного и сланцевого сырья, Л., 1964.

Л. А. Шиц.