Матвейчук Ю. В., д. х. н. заведующая производственной испытательной лабораторией ООО «НОРДХИМ» (Минск, Республика Беларусь)

Зеленая химия – научное направление в химии, к которому можно отнести любое усовершенствование химических процессов, которое положительно влияет на окружающую среду и призвано кардинально сократить влияние на окружающую среду крупнотоннажных химических производств. Эта идея разрабатывается во всем мире в течение почти 30 лет и базируется на двенадцати принципах, описанных в работе [1].

В то же время зеленая химия предполагает другую стратегию – вдумчивый отбор исходных материалов и схем процессов, который вообще исключает использование вредных веществ, что в свою очередь практически исключает стадии уничтожения и переработки вредных побочных продуктов, использованных растворителей и других отходов. Сокращение числа стадий ведет к экономии энергии. И это тоже положительно сказывается на экологической и экономической оценке производства.

Крупные мировые производители химического сырья и продукции постепенно сводят к минимуму использование хлора, фтора, органических растворителей, формальдегида, парабенов, небиоразлагаемых поверхностно-активных веществ (ПАВ) или ПАВ неприродного происхождения, без НТА (нитрилтриуксусной кислоты и ее солей) [2].

Сегмент экологической косметики, бытовой и промышленной химии в последние годы показывает устойчивый рост [3], что связано, в том числе, с ростом населения и увеличением покупательной способности на средства личной гигиены и бытовую химию [4].

В данной статье сосредоточено внимание на некоторых экологичных составах для промышленного использования (в т. ч. и для дезинфекции) и на характеристике некоторых сырьевых компонентов, применяемых нами для бытовой химии [4].

К достаточно экологичным дезинфицирующим составам относятся составы на основе перекиси водорода, перекиси водорода и органической надкислоты, а также моющие средства на основе молочной, лимонной, гликолевой и др. органических кислот.

Экологичные промышленные составы. Дезинфицирующие составы

Так, разработаны эффективные дезинфицирующие средства на основе перекиси водорода и надуксусной кислоты, которые эффективны при температуре от +50С до +550С. Эффективная концентрация рабочих растворов таких средств составляет от 0,013 до 4,27% и экспозиция, соответственно, от 60 минут до 10 секунд. В составе этих средств надуксусной кислоты от 5 до 17% масс., перекиси водорода – от 11 до 30% масс.

Альтернативной дезинфицирующей смесью выступает перекись водорода и надмолочная кислота, рабочие растворы которой эффективны при температуре от +200С до +400С. Эффективная концентрация рабочих растворов составляет от 0,05 до 5,0% и экспозиция, соответственно, от 60 минут до 30 секунд. В составе подобных средств надмолочной кислоты от 5 до 13% масс., перекиси водорода – от 8,0 до 25,0% масс. [5].

Органические надкислоты имеют одинаковый путь разложения. Они распадаются до органической кислоты (уксусной или молочной) и кислорода, перекись водорода – на воду и кислород (рис. 1).

Рисунок 1. Схема разложения органической надкислоты и перекиси водорода

В промышленности молочную кислоту (пищевая добавка Е270) получают молочнокислым брожением тростникового сахара, свекловичной мелассы, патоки, мальтозы и других сахаристых веществ. Она используется в производстве биоразлагаемого полимера полилактида, в фармацевтической промышленности и производстве косметических препаратов, а также содержится в ряде широко используемых продуктов питания (кефире, твороге, квашеной капусте и др.).

Для изготовления средства на основе перекиси водорода используется пищевая уксусная кислота под наименованием «Пищевая добавка уксусная кислота ледяная Е260». В пищевой же индустрии ее получают путем уксуснокислого брожения этанола, которое представляет собой процесс спиртового брожения.

Экологичные бытовые составы. Органические кислоты

Разработано средство на основе смеси молочной, лимонной и гликолевой кислот, а также с добавлением С8-С14 алкилглюкозида (50%) и натриевой соли L-глутаминовой кислоты в качестве комплексообразователя. L-глутаминовая кислота входит в состав белков живых организмов.

В промышленности глутаминовую кислоту получают, используя штаммы культурных микроорганизмов. Тем самым она является возобновляемым сырьем натурального происхождения.

Гликолевая кислота встречается в природе. Она содержится в овощах и фруктах. Но наиболее распространенным ее источником является сахарный тростник, ананас, незрелый виноград и мускусная дыня. Она очень широко используется в косметической промышленности: пилинги с гликолевой кислотой, сыворотки, мыло и отшелушивающие средства; в пищевой промышленности она используется как консервант и усилитель вкуса.

Средства можно применять для мытья ванной комнаты (кранов хромированных, акриловых поверхностей, керамической плитки, стекла, стеклопластика и др.), удаления окаменевших, известковых и других минеральных отложений, остатков мыльных, ПАВ-содержащих средств.

Поверхностно-активные вещества

Алкилполиглюкозиды

Алкилполиглюкозиды (АПГ) – неионные поверхностно-активные вещества. Получают их из природного сырья, поэтому они полностью биоразлагаемы.

В основе синтеза всех алкилполиглюкозидов лежит гликозидирование по Фишеру – единственный метод химического синтеза, позволивший разработать современные экономичные и технически совершенные решения для крупномасштабного производства алкилполиглюкозидов из D-глюкозы и линейных жирных спиртов C8-C16, которые в свою очередь получают гидролизом или гидрированием растительных масел и жиров.

Производство АПГ стремительно расширяется, появляются новые мощности в Цзиньшане (Китай), в Тайване и США.

Алкилполиглюкозиды (особенно С8-С10 и С12-С14) популярны в производстве шампуней для тонких и ломких волос, гелей для душа, пены для ванн, средств по уходу за телом и лицом, кремов и лосьонов для бритья, детской косметики для водных процедур, в производстве биологически активной бытовой химии для стиральных и посудомоечных машин и др. В сфере производства текстильных изделий АПГ (особенно С8-С10 и С12-С14) используются в качестве антистатика.

Очень широкое использование АПГ и рост их промышленного производства обусловлен такими ценными качествами, как образование стабильной, мягкой, мелкоячеистой пены, высокими смачивающими способностями и растворимостью в воде, дерматологической мягкостью и совместимостью с другими ПАВ и др.

Так, разработан состав для ежедневной уборки кухонных поверхностей на основе С8-С16-алкилполиглюкозида, а также средство для очистки стекол (без спиртов, аммиака) на основе смеси С8-С16-алкилполиглюкозида и С8-С10-алкилполиглюкозида, лимонной кислоты. Для данных АПГ в составе средств характерно отсутствие разводов на обрабатываемой поверхности.

С применением С8-С14-алкилполиглюкозида разработаны средства для робота-пылесоса, очиститель стекол, керамики и стеклокерамических поверхностей, очиститель для столов от отпечатков пальцев, пятен масла, жира.

Бетаин

Вырабатывается из жирных кислот кокосового масла. Это мягкий амфотерный высокопенный соПАВ, совместимый с анионными, катионными, неионогенными ПАВ, который используется в составе жидкого мыла, моющих бытовых средств (средств для пола, посуды).

Он относится к мягким очистителям, предотвращает образование статического электричества, выступает в качестве стабилизатора пены, уменьшает раздражающее действие других ПАВ, в сочетании с анионными ПАВ приобретает свойства загустителя.

Комплексообразователи

К группе безопасных и легко биоразлагаемых сильных хелатирующих агентов, которые могут быть использованы в качестве альтернативы НТА, ЭДТА, фосфатам и фосфонатам, особенно в чистящих и моющих средствах, относятся натриевые соли глутаминовой кислоты (GLDA). GLDA производится из натурального сырья, например отходов производства свекловичного сахара.

GLDA и ее соли имеют наименьший уровень воздействия на окружающую среду среди всех сильных комплексообразователей, самый низкий токсический эффект на организм человека и окружающую среду. Обладают высокой растворимостью в широком диапазоне pH, эффективны как в кислотах, так и в растворах, содержащих до 40% щелочи, а также и в некоторых неводных растворителях.

Именно этот комплексообразователь применяется в косметике, в том числе детской, совместим с энзимами, помогает справляться с пятнами чая, кофе.

С применением этого комплексообразователя разработаны щелочное моющее средство для автоматической посудомоечной машины, кислотное моющее и дезинфицирующее средство на основе азотной кислоты и полигексаметиленбигуанидина гидрохлорида.

Загустители

Для загущения мыла, кислотных очистителей ванной комнаты и душевых кабин можно использовать карбоксиметилцеллюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу. Расширяя ассортимент производимой продукции, в частности средствами для обработки вымени коров до и после доения, мы перешли на такие загустители, как гуаровая и ксантановая камедь (смола).

Ксантановая смола – высокомолекулярный полисахарид. Это вещество даже в малой концентрации (при 0,1%) способно оказывать загущающее действие на водные системы. Чтобы получить еще более вязкий раствор, ксантановую смолу смешивают с гуаровой смолой (камедью) или с промышленными загустителями и стабилизаторами (крахмалом, пектином, желатином, альгинатом, декстрином). Ксантановая смола (или камедь) прекрасно совмещается с щелочами, кислотами, солями, поверхностно-активными веществами, синтетическими и органическими загустителями.

Консерванты

Для консервирования жидкого мыла, средств для мытья посуды, средств для мытья пола и др. мы, например, используем смесь метилхлоризотиазолинона и метилизотиазолинона (смесь CMIT/MIT), т. к. они работают в очень низких концентрациях и в широком диапазоне pH, обладают широким спектром эффективности. С ними легко работать, проблем несовместимости и инактивации другими ингредиентами рецептуры практически не бывает. Аллергические реакции на продукцию с тиазолинонами встречаются, поэтому их использование в качестве консервантов для несмываемой косметики в странах ЕС запрещено.

Ароматизатор

В рецептурах некоторых средств используется D-лимонен – широко распространенный терпеновый углеводород, являющийся основным компонентом масла апельсиновой кожуры (до 80–90%). Помимо цитрусовой направленности аромата, он является растворителем жиров.

Опасность D-лимонен представляет в концентрированном «товарном виде» из-за обжигающего действия на кожу и слизистую и возможности аллергических реакций. Но потребитель не сталкивается с концентрированным продуктом, а в разбавленном виде он безопасен. Дополнительное преимущество перед промышленными растворителями – его быстрая и полная биоразлагаемость.

Источники

1. Алферова Н. А., Минакова А. М., Аверина Ю. М., Меньшикова В. В. Зеленая химия и тенденции ее развития // Успехи в химии и химической технологии. Т. XXXI. 2017. № 15. С.84‒85.
2. Greenbook. Зеленая химия от группы РСС. 2021. www.products.pcc.eu/wp-content/uploads/2021/12/Final-Greenbook-RU.pdf.
3. Как поддержать отрасль экологичной косметики и бытовой химии? // Сырье и упаковка для парфюмерии, косметики и бытовой химии. 2022. Май. № 4 (249).
4. Рынок ПАВ к 2025 году составит $52,4 млрд // Сырье и упаковка для парфюмерии, косметики и бытовой химии. 2022. Май. № 4 (249).
5. Матвейчук Ю. В., Станишевский Д. В. Надмолочная кислота: синтез, аналитическое определение и применение в дезинфекции. Известия высших учебных заведений. Серия «Химия и химическая технология». ‒ 2022. ‒ Т. 65 (2). ‒ С. 102–110.