«ΜΕΛΕΤΗ ΑΠΟΡΡΥΠΑΝΤΙΚΗΣ ΡΑΣΗΣ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΣΕ Υ ΑΤΙΚΑ ΙΑΛΥΜΑΤΑ ΜΕ ΣΚΟΠΟ ΤΗΝ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΣΕ ΥΓΡΑ ΠΡΟΪΟΝΤΑ ΚΑΘΑΡΙΣΜΟΥ, ΩΣΤΕ ΝΑ ΚΑΤΑΣΤΟΥΝ ΦΙΛΙΚΑ ΠΡΟΣ ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ» Κ.ΤΣΑΝΑΚΤΣΙ ΗΣ α, Μ.ΓΟΥΛΑ β, Α.ΠΑΠΑ ΗΜΗΤΡΙΟΥ γ α) Καθηγητής Εφαρµογών Τµήµατος Αντιρρυπαντικών Τεχνολογιών ΑΤΕΙ ΥΤ. ΜΑΚΕ. β) Επίκουρος Καθηγήτρια του Τµήµατος Αντιρρυπαντικών Τεχνολογιών ΑΤΕΙ ΥΤ. ΜΑΚΕ. γ) Υπεύθυνη ερευνητικής οµάδας του εργαστηρίου παρασκευής οικολογικών υγρών καθαρισµού << ΑΚΡΙΝ >> µε έδρα την Κοζάνη. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στα πλαίσια της αναζήτησης µεθόδων για την ενίσχυση της οικολογικής προστασίας πραγµατοποιήθηκε έρευνα στη σύσταση προϊόντων καθαρισµού µε έντονη απορρυπαντική δράση ώστε να καταστούν φιλικά προς το περιβάλλον. Η έρευνα πραγµατοποιήθηκε στο εργαστήριο παραγωγής οικολογικών προϊόντων καθαρισµού <<ΑΚΡΙΝ>> µε έδρα τη υτ. Μακεδονία, το οποίο πραγµατεύεται την παραγωγή αντίστοιχων προϊόντων. Η έρευνα περιελάµβανε την δηµιουργία βελτιωµένων, υγρών απορρυπαντικών τα οποία θα διασφαλίζουν και θα ενισχύουν την απορρυπαντική τους δράση ενώ παράλληλα θα µπορούν να έχουν και οικολογική συµπεριφορά, µε κυριότερο στόχο την εξασφάλιση της οικολογικής τους δράσης, της µη επικινδυνότητας κατά τη χρήση τους και τη βελτιστοποίηση των ιδιοτήτων της απορρυπαντικής δράσης τους. Με την παραπάνω διαδικασία δηµιουργήθηκε συγκεκριµένη πορεία σύνθεσης προϊόντων που περιλαµβάνει τον αριθµό των πρώτων υλών, την σειρά µε την οποία εισάγονται στο µίγµα, την ρύθµιση των παραµέτρων επικινδυνότητας έτσι ώστε να οδηγηθούµε στη διασφάλιση και ενίσχυση της οικολογικής δράσης τους. Κατά την διάρκεια της πειραµατικής πορείας ελήφθησαν σοβαρά υπόψη ζητήµατα ατοµικής προστασίας των εργαζοµένων κατά την χρήση των χηµικών πρώτων υλών, όπως: Αναπνευστική προστασία Προστασία χεριών Προστασία µατιών Προστασία δέρµατος Τα αποτελέσµατα των παραπάνω ερευνητικών πειραµάτων οδήγησαν στην τελική ποιοτική και ποσοτική µορφή σύνθεσης κάθε προϊόντος έτσι ώστε να διασφαλίζεται η φιλική δράση τους ως προς το περιβάλλον. 1
ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Στο πρώτο στάδιο της πειραµατικής διαδικασίας πραγµατοποιήθηκαν δύο πορείες. Αρχικά ασχοληθήκαµε µε τις εξής παραµέτρους: [1-2] Επιλογή πλαστικής φιάλης, εντός της οποίας θα εισαχθεί το προϊόν καθαρισµού, από κατάλληλο υλικό ώστε να είναι ανακυκλώσιµο π.χ. πολυαιθυλένιο ιασφάλιση χηµικής αδράνειας αυτής της πλαστικής φιάλης ως προς τις χηµικές πρώτες ύλες που θα χρησιµοποιηθούν για την παραγωγή των προϊόντων ιερεύνηση της µορφής της πλαστικής φιάλης ως προς την αναγκαιότητα της διαφάνειας ή όχι (κάποια απορρυπαντικά δεν πρέπει να εκτίθενται στον ήλιο) Κατά τη δεύτερη πορεία ασχοληθήκαµε µε την: Επιλογή καταλληλότητας των πρώτων υλών, η οποία περιείχε: Ανάλυση του προορισµού της κάθε χηµικής ένωσης και καθορισµός της απορρυπαντικής δράσης τους. Επιλογή ως επί το πλείστον χηµικών υλικών που σε υδατικά τους διαλύµατα δηµιουργούν ιοντικά διαλύµατα µε βαθµό ιοντισµού περίπου ίσον µε την µονάδα (έτσι ώστε η χηµική ένωση να βρίσκεται µε την µορφή ενυδατωµένων ιόντων, ακίνδυνων στην τελική χρήση) [1] Επιλογή χηµικών πρώτων υλών που κατά την παραµονή τους σε φιάλες συσκευασίας δεν δηµιουργούν ιζήµατα που θα µπορούσαν να αποτεθούν στο περιβάλλον Ανάλυση χηµικών παραµέτρων, ώστε να διασφαλίζεται η µη ύπαρξη αντίδρασης µεταξύ των πρώτων υλών που θα επιλεγούν όπου δεν απαιτείται Ανάλυση της ποσοστιαίας σύστασης των χηµικών πρώτων υλών που κατά την προσθήκη τους πρέπει να επέλθει αντίδραση µεταξύ τους Ποιοτικός έλεγχος των δευτερευόντων χηµικών ενώσεων που παράγονται κατά την αντίδραση (όταν αυτό απαιτείται) ορισµένων χηµικών πρώτων υλών κατά την πορεία προσθήκης τους [2] Επιλογή εκείνων των χηµικών υλικών που είναι πιο εύχρηστες, µη διαβρωτικές και ακίνδυνες ως προς την χρήση ιερεύνηση της δυνατότητας οµογενοποίησης των παραπάνω χηµικών υλικών στο τελικό διάλυµα ιερεύνηση ικανότητας συνεισφοράς των χηµικών υλικών στην διατήρηση του ιξώδους των τελικών προϊόντων όπου αυτό απαιτείται [2-3] Επιλογή χρώµατος κατάλληλου για το κάθε προϊόν Επιλογή αρωµατικών υλών για το κάθε είδος ιερεύνηση της σκληρότητας του νερού που θα χρησιµοποιηθεί προτεινόµενες ρυθµίσεις [5-6] ιερεύνηση της σειράς προσθήκης των χηµικών πρώτων υλών ηµιουργία πιθανών πορειών σύνθεσης Στη συνέχεια πραγµατοποιήθηκε η προτεινόµενη πορεία σύνθεσης, στην οποία λήφθηκαν υπόψη: Τα όρια της ενεργούς οξύτητας για προϊόντα που έρχονται σε επαφή µε το ανθρώπινο δέρµα 2
Κατά πόσο η παρουσία µπεταΐνης των οργανικών ενώσεων, µπορεί να ενισχύσει την οικολογική δράση των τελικών προϊόντων. [3-4] Σε τι ποσοστό µπορεί να χρησιµοποιηθεί η παρουσία χλωριούχου νατρίου ώστε να µην επηρεαστεί το ιξώδες των τελικών προϊόντων Κατά πόσο η χηµική πρώτη ύλη υδροξείδιο του νατρίου (NαΟΗ) (ουσιαστικό συστατικό των προϊόντων καθαρισµού) έχει καλύτερη απόδοση όταν χρησιµοποιείται σε υγρή µορφή ή σε µορφή στερεών κόκκων, Ο βαθµός απόδοσης των χρωστικών ουσιών (tartrazine, azorubine) αν βρίσκονται σε µορφή σκόνης, παστίλιας ή υγρής µορφής (ιδιαίτερο χαρακτηριστικό για την εµφάνιση των υγρών καθαρισµού), Το είδος των αρωµατικών πρώτων υλών που µπορεί να χρησιµοποιηθούν στην σύνθεση των απορρυπαντικών ανά κατηγορία (π.χ. συγκεκριµένες αρωµατικές ύλες για το απορρυπαντικό πιάτων), Ιδιαίτερα µας απασχόλησε η ποσοτική σχέση µεταξύ των χηµικών υλών σούλφο και υδροξειδίου του νατρίου έτσι ώστε να επέρχεται πλήρη εξουδετέρωση των δυο αυτών συστατικών ώστε να διασφαλίζεται η µη επικινδυνότητα των τελικών προϊόντων Η επίδραση της θερµοκρασίας στην ανάµειξη των χηµικών πρώτων υλών, όπως επίσης και στην αποθήκευση των τελικών προϊόντων, Η επίδραση δηµιουργίας συνεχούς ανάδευσης κατά την προσθήκη των χηµικών πρώτων υλών, Το είδος κατασκευής των δεξαµενών (π.χ. ανοξείδωτες ή πλαστικές) εντός των οποίων θα δηµιουργούνται οι συνθέσεις των προϊόντων έτσι ώστε να διασφαλίζεται η αδρανή τους συµπεριφορά ως προς τις χηµικές πρώτες ύλες που προστίθενται, Η ποσοστιαία συµµετοχή της χηµικής πρώτης ύλης EDTA (βασικό συστατικό όλων των προϊόντων καθαρισµού) όπως επίσης και η µορφή µε την οποία θα πρέπει να χρησιµοποιηθεί και επίσης η σειρά προσθήκης της κατά την πορεία δηµιουργίας του προϊόντος σε σχέση µε τις άλλες χηµικές πρώτες ύλες, Το χρονικό διάστηµα που απαιτείται για την πλήρη οµογενοποίηση των τελικών προϊόντων υπό συνεχή ανάδευση. Πρέπει να τονιστεί ότι οι πιθανές εκατοστιαίες αναλογίες των προστιθέµενων χηµικών πρώτων υλών που καθορίζονται από τη νοµοθεσία, διασφαλίζουν τα όρια παρουσίας: Συγκεκριµένα, οι χηµικές πρώτες ύλες που θα χρησιµοποιηθούν πρέπει να κυµαίνονται µεταξύ των ορίων 5% έως 15% του συνολικού διαλύµατος. Αφού εξετάσθηκαν όλοι οι παραπάνω παράµετροι, η πειραµατική διαδικασία έδειξε ότι η προτεινόµενη πορεία σύνθεσης είναι για το µεν προϊόν γενικού καθαρισµού : I. Νερό II. Αιθυλενοδιαµινοτετραοξικό τετρανάτριο III. Αλκοόλη C11 µε 7 mol νερού IV. 1,3 ιϋδρόξυ Μέθυλο-5,5- ιµέθυλο-χυνταντοϊνη V. Αντιαφριστικό VI. Χρώµα VII. ρωµα VIII. Νερό 3
και για το υγρό απορρυπαντικό οικιακών συσκευών: I. Νερό II. Αλκυλοβενζολοσουλφονικό Νάτριο III. Υδροξείδιο του Νατρίου IV. λας Τριαιθανολαµίνη του Αλκυλοβενζολοσουλφονικού οξέος V. Λαουροαιθεροσουλφονικό νάτριο µε 2 mol αιθυλενοξειδίου VI. Κοκοαµιδοπροπυλµπεταΐνη VII. Χλωριούχο Νάτριο VIII. 1,3 ιϋδρόξυ Μέθυλο-5,5- ιµέθυλο-χυνταντοϊνη IX. Χρώµα X. ρωµα XI. Νερό Στους Πίνακες 1 και 2 παρουσιάζονται αναλυτικά οι χηµικές πρώτες ύλες που χρησιµοποιήθηκαν για το κάθε προϊόν, ο χηµικός τους τύπος και οι ιδιότητες της καθεµιάς: ΠΙΝΑΚΑΣ 1:Παρουσίαση των προτεινόµενων χηµικών ενώσεων για την πορεία σύνθεσης προϊόντος καθαρισµού γενικών επιφανειών. [2-3] ΥΓΡΟ ΓΕΝΙΚΟΥ ΚΑΘΑΡΙΣΜΟΥ ΟΝΟΜΑΣΙΑ ΧΗΜΙΚΟΣ ΤΥΠΟΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ Νερό H 2 O Απεσταγµένο Αιθυλενοδιαµινοτετραοξικό τετρανάτριο C 10 H 12 O 8 N 2 Na 4 εσµευτής σκληρότητας αλάτων ασβεστίου- µαγνησίου Inbentin V-70 C11 µε 7 mol H 2 O Μη ιονικό τασενεργό συστατικό- ιαβρέκτηςπλυντικό 1,3 ιϋδρόξυ Μέθυλο-5,5- ιµέθυλο-χυνταντοϊνη C 7 N 2 H 16 O 2 Συντηρητικό 4
ΠΙΝΑΚΑΣ 2: Παρουσίαση των προτεινόµενων χηµικών ενώσεων για την πορεία σύνθεσης προϊόντος καθαρισµού οικιακών συσκευών. [2-3] ΥΓΡΟ ΑΠΟΡΡΥΠΑΝΤΙΚΟ ΟΙΚΙΑΚΩΝ ΣΚΕΥΩΝ ΟΝΟΜΑΣΙΑ ΧΗΜΙΚΟΣ ΤΥΠΟΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ Νερό H 2 O Απεσταγµένο Αλκυλοβενζολοσουλφονικό Νάτριο R-C 6 H 4 -SO 3 Na R=C 8 H 17 -C 14 H 29 Ανιονικό τασενεργό ιαβρέκτης-πλυντικό Υδροξείδιο του Νατρίου λας Τριαιθανολαµίνη του Αλκυλοβενζολοσουλφονικο ύ οξέος Λαουροαιθεροσουλφονικό νάτριο µε 2 mol αιθυλενοξειδίου NaOH R-C 6 H 4 -SO 3 -N- [C 2 H 4 OH] 3 R=C 8 H 17 -C 13 H 27 R-O-C 2 H 40 -C 2 H 4 - SO 3 Na R=C 12 H 25 -C 15 H 31 Ανιονικό τασενεργό ιαβρέκτης-πλυντικό Ανιονικό τασενεργό ιαβρέκτης-πλυντικό Κοκοαµιδοπροπυλµπεταΐνη - Παράγων διατήρησης της υγρασίας του δέρµατος Γλυκερίνη [CH 2 OH-CH{OH}- CH 2 {OH}] Παράγων διατήρησης της υγρασίας του δέρµατος Χλωριούχο Νάτριο NaCl Ρυθµιστής ιξώδους 1,3 ιϋδρόξυ Μέθυλο-5,5- ιµέθυλο-χυνταντοϊνη C 7 N 2 H 16 O 2 Συντηρητικό ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ-ΣΥΖΗΤΗΣΗ Μετά το πέρας της πειραµατικής διαδικασίας τα τελικά προϊόντα παρουσίαζαν τις εξής ιδιότητες: - Υγρό απορρυπαντικού οικιακών συσκευών το ph βρέθηκε στην περιοχή 5.5 7.5 το NaCl χρησιµοποιήθηκε σε ποσοστό περίπου 2 % οι χρωστικές χρησιµοποιήθηκαν σε µορφή σκόνης οι αρωµατικές πρώτες ύλες που χρησιµοποιήθηκαν ήταν τα αρωµατικά έλαια η ποσοτική σχέση ανάµεσα στο υδροξείδιο του νατρίου και το σούλφο ήταν η εξής: σε 10 kg σούλφο περίπου 2.5 kg υδροξείδιο του νατρίου η θερµοκρασία ανάµειξης των χηµικών πρώτων υλών ήταν περίπου 20 0 C η ανάδευση ήταν συνεχής η δεξαµενή που χρησιµοποιήθηκε ήταν ανοξείδωτη το χρονικό διάστηµα που απαιτήθηκε για την πλήρη οµογενοποίηση των τελικών προϊόντων ήταν περίπου µία ηµέρα Στο σηµείο αυτό πρέπει να αναφερθεί ότι, µετά από µια σειρά πειραµάτων, χρησιµοποιώντας γλυκερίνη παρατηρήθηκε ότι δεν επιτυγχάνεται οµογενοποίηση του µίγµατος, µετά τη χρήση των τελικών προϊόντων βρέθηκαν κατάλοιπα που δεν βιοδιασπώνται εύκολα - άρα δεν βοηθούν στην βιοαποικοδόµηση- και γενικά το τελικό προϊόν δεν είναι πολύ εύκολο στη χρήση. Στη θέση λοιπόν της 5
γλυκερίνης χρησιµοποιήθηκε η µπεταΐνη, η οποία δεν παρουσίασε όλα τα παραπάνω µειονεκτήµατα της γλυκερίνης. - Υγρό προϊόν γενικού καθαρισµού οι χρωστικές χρησιµοποιήθηκαν σε µορφή σκόνης οι αρωµατικές πρώτες ύλες που χρησιµοποιήθηκαν ήταν τα αρωµατικά έλαια η θερµοκρασία ανάµειξης των χηµικών πρώτων υλών ήταν περίπου 20 0 C η ανάδευση ήταν συνεχής η δεξαµενή που χρησιµοποιήθηκε ήταν ανοξείδωτη το EDTA συµµετείχε σε ποσοστό 2%, µε τη µορφή σκόνης και προστέθηκε πρώτο κατά τη δηµιουργία του προϊόντος το χρονικό διάστηµα που απαιτήθηκε για την πλήρη οµογενοποίηση των τελικών προϊόντων ήταν περίπου µία ηµέρα Κατά τη δοκιµασία των παραπάνω προϊόντων σε µια σειρά επιφανειών και σκευών διαπιστώθηκε ότι η δυνατότητα βιοαποικοδόµησης των χρησιµοποιούµενων οργανικών χηµικών πρώτων υλών ήταν ικανοποιητική, διασφαλίζοντας έτσι την µη επιβάρυνση του περιβάλλοντος µέσω της συνεχούς χρήσης των προϊόντων. Συγκεκριµένα, κατά την εφαρµογή τους τα προϊόντα παρουσίασαν µεγάλο βαθµό διαλυτότητας στην τελική χρήση, εύκολη αποµάκρυνση από τις επιφάνειες χρήσης έως αδρανή συµπεριφορά ως προς τις επιλεγµένες επιφάνειες και αδρανή συµπεριφορά ως υπολείµµατα απορρυπαντικής χρήσης σε τελικούς αποδέκτες όπως π.χ. τα δίκτυα αποχέτευσης των περιοχών. Η έρευνα αυτή βέβαια αποτελεί την αρχή µιας προσπάθειας για δηµιουργία πιο απλών και ακίνδυνων προϊόντων καθαρισµού, τα οποία θα βασίζονται σε ελεγχόµενες ως προς την επικινδυνότητά τους χηµικές ενώσεις, προτείνοντας έτσι στη σύγχρονη βιοµηχανία καθαρισµού την επιλογή νέων πορειών σύνθεσης, που στόχο θα έχουν τη φιλική συµπεριφορά προς το περιβάλλον και ταυτόχρονα την αποτελεσµατική δράση. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. DAUGHERTY, Jack, Assessment of chemical exposures: calculation methods for environmental professionals, Lewis Publishers, c1998. 2. MCMURRY,John, Οργανική χηµεία. Τόµος 1. 2η έκδ., Πανεπιστηµιακές Εκδόσεις Κρήτης, 2000, Πανεπιστηµιακή Βιβλιοθήκη Θετικών Επιστηµών. 3. MCMURRY, John, Οργανική χηµεία. Τόµος 2. 1η έκδ., Πανεπιστηµιακές Εκδόσεις Κρήτης, 1999. Πανεπιστηµιακή Βιβλιοθήκη Θετικών Επιστηµών. 4. YU, Ming-Ho., Environmental toxicology: impacts of environmental toxicants on living systems, Lewis Publishers, c2001. 6
5. N. L. Nemerow, Industrial Water Pollution, Addisor-Wesley, Reading, Mass,1978. 6. M. J. Humenick, Jr., Water and Wastewater Treatment, M. Dekker, N. York, 1977. 7