XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование составов стиральных средств и их влияние на ткани

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Клюшниченко М.С. 1

---

1МАОУ СОШ № 135

Каптелина И.А. 1

---

1МАОУ СОШ № 135

Работа в формате PDF

829.3 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В современном мире стиральные средства важны, но их состав может вредить тканям, здоровью и окружающей среде. Нужно разобраться в различиях между порошками и гелями, а также в воздействии компонентов на волокна. Неправильный выбор средства ухудшает качество тканей, особенно цветного и деликатного белья. Поэтому анализ составов стиральных средств важен для выработки рекомендаций по безопасной и эффективной стирке.
Цель — проанализировать влияние стиральных средств на различные типы тканей, а также рассмотреть их экологические последствия. Изучить физико-химические свойства стиральных средств, их хим./состав, а также влияние этих факторов на эффективность стирки и состояние тканей. Определить, какие средства оптимальнее использовать для различных типов тканей. Задачи: 1. Изучить свойства и состав стиральных средств. 2. Проклассифицировать средства по компонентам. 3. Рассмотреть эффективность. 4. Выяснить воздействие средств на ткани. 5. Проанализировать виды стир.средств на российском рынке, вследствие путем опроса выбрать наиболее популярные бренды для проведения эксперимента. 6. По итогу эксперимента провести сравнительный анализ эффективности выбранных средств. Объектом исследования являются стиральные средства, представленные на современном российском рынке. Предметом исследования станет влияние компонентов стиральных средств на физические и химические свойства тканей, а также их эффективность в процессе стирки. Рассмотрим, как различные факторы влияют на конечные результаты стирки. Гипотеза: существуют определенные закономерности воздействия стиральных средств на ткани. Некоторые компоненты оказывают наиболее негативное влияние чем другие и эти факторы значительно варьируются в зависимости от типа ткани или способа стирки. Методы исследования: анализ, опрос, эксперимент, описание, сравнение. Практическая ценность результатов проекта заключается в том, что полученные данные помогут потребителям сделать более осознанный выбор при покупке стиральных средств.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. Свойства стиральных средств

1.1.1. Стиральные порошки - порошкообразные моющие средства, предназначенные для стирки вручную или в стиральных машинах. Их состав и свойства определяются активными компонентами, которые выполняют роль моющих агентов. Основные компоненты стиральных порошков: ПАВ катионные или анионные (в высокой концентрации), отбеливатели и энзимы, ароматизаторы и отдушки.

Особенности стиральных порошков:

1. Порошки могут образовывать пыль при использовании и вызывать аллергические реакции, особенно у людей, склонных к аллергии или астме. Пыль порошка может осесть в легких и вызвать раздражение дыхательных путей. 2. Порошки плохо выполаскиваются при низкотемпературных режимах, а агрессивные вещества в составе порошка могут негативно влиять на ткани и вымывать цвет. 3. Порошки эффективны при стирке на высокотемпературных режимах, таких как режимы для белого белья. Они хорошо справляются с удалением грязи и бактерий, а также подходят для стирки более прочных тканей, таких как хлопок и лен. 4. Порошки отлично подходят для замачивания белья и предварительной обработки пятен. Их гранулированная структура может помочь в борьбе с сильными загрязнениями. 5. В отличие от гелей, порошки обычно имеют более длительный срок хранения и долго сохраняют свои свойства.

1.1.2. Стиральные гели- жидкие средства для стирки, которые отличаются от порошков быстрой растворяемостью в воде и щадящим воздействием на ткани. В гелях, как правило, меньше анионных ПАВ и больше щадящих компонентов – катионных и неионогенных ПАВ.

Особенности стиральных гелей:

1. Быстрая растворимость в воде, не оставляя в тканях мелкие частицы хорошо выполаскиваются. Поэтому риск аллергической реакции на вещи минимален. Из-за отсутствия пыли гели не вызывают раздражения слизистой и дыхательных путей. 2. Гели бережно очищают ткани, не деформируя их и сохраняя цвет. Они эффективны при стирке при низких температурах, что помогает снизить энергопотребление стиральной машиной.3. Гели могут использоваться для стирки различных видов тканей, включая шерсть и шелк.
4. Гели обычно менее эффективны при стирке на высокотемпературных режимах и плохо справляется с трудно выводимыми пятнами из-за низкого количества комплексообразователей, в отличие от порошка, в котором их может быть до 30%.5. В отличие от порошков, гели менее эффективны при стирке прочных тканей, таких как хлопок и лен.

1.1.3. Сравнение стирального порошка с гелем

Таблица 1 «Главные различия стиральных гелей и порошков»

В порошках концентрация ПАВ выше, это важно, чтобы не утратить эффективность при растворении средства в воде. В гелях нет необходимости в большом количестве ПАВ, так как их эффективность достигается за счет жидкой формы, которая обеспечивает сфокусированное проникновение веществ в волокна ткани. Стиральному порошку необходим диапазон температуры 60-90 градусов, т.к. гранулам порошка необходимо время на растворение в воде, что может длиться весь цикл стирки, что непосредственно влияет на ткани.

1.2. Классификация стиральных средств

1.2.1. По способу использования.

1. Средства, предназначенные для ручной стирки, отличаются более щадящим составом и высоким пенообразованием. Они бережно относится к кожным покровам и не вызывают раздражений при прямом контакте с раствором. Если засыпать их в машинку-автомат, обильная пена начнет выходить наружу, попадая во внутренние части машины, что может привести к ее поломке.

2. Средства для применения в автоматических машинках отличаются высококонцентрированной формулой и низким пенообразованием. Они отлично справляются с машинным удалением пятен. Но из-за малого количества пены неэффективны при использовании в ручном режиме.

1.2.2. По типам тканей и загрязнений.

- Универсальные. Используются в качестве основной бытовой химии. Они стоят на порядок дешевле, справляются с ежедневной очисткой вещей и способны отстирывать разнообразные легкие загрязнения.

- Для белого. В активную формулу таких составов входят отбеливатели: хлорные, оптические, кислородсодержащие и другие. Они удаляют сложные пятна и придают поверхности кристально белый вид.

- Для цветного. Отличаются присутствием цветоудерживающих компонентов. Они предотвращают вымывание красителей из волокон, сохраняют яркость и насыщенность цвета. Благодаря этому, даже после многократных стирок вещи остаются, как новые.

Некоторые виды цветоудерживающих компонентов:

Стабилизаторы цвета - удерживают краситель на ткани, предотвращая ткань от потускнения. Ингибиторы переноса красителей (ИПК) - помогают защитить и сохранить интенсивность цвета без миграции красителя и повторного его осаждения на ткани. Закрепители цвета - например, соли и лимонная кислота, которые предотвращают линьку. Усилители - поддерживают яркость красителей при стирке и предупреждают их выгорание при носке. 

- С пятновыводителями. Предназначены для удаления стойких пятен.

- Для деликатных тканей. Большинство стиральных средств применяется для вещей из хлопчатобумажных, синтетических и смесовых тканей. При этом для деликатных волокон нужно использовать только специально предназначенные для этого составы.

1.2.3. В зависимости от состава.

- Детергентные. Традиционные средства основаны на агрессивной химической формуле. Благодаря этому современная продукция обладает мощным действием и способна справиться с любыми видами пятен. Но из-за этого волокна ткани со временем повреждаются. Они становятся тусклыми и легко рвутся. К тому же химические компоненты негативно влияют на природу и здоровье человека.

- Натуральные. Альтернативой химической бытовой химии стали натуральные средства. В основу их рецептуры входят растительные компоненты: масла, экстракты, ферменты, вытяжки из растений и т.д. Они безопасны для человека и окружающей среды. Из-за сложности производства такая продукция стоит на порядок дороже и, к сожалению, справляется с очисткой тканей хуже синтетических аналогов.

Основные компоненты натуральных стиральных порошков:

1. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) - это синтетические химические соединения, которые снижают поверхностное натяжение на границе двух фаз, проникают в загрязнения и растворяют их, облегчая процесс очищения.

Виды ПАВ:

Основные свойства ПАВ:

1. Моющая способность — способность очищать поверхности от загрязнений. 2. Эмульгирование — образование смеси двух неоднородных жидкостей. 3. Пенообразование — создание пузырьков газа

2. Деликат натрия (С₁₀Н₂₁ОNa) - смягчает воду.

3. Цеолит (Na₂AI₂Si₃O_10•H₂O)- представляют собой минералы, обладающие свойствами сорбента. И наподобие активированного угля «вытягивают» грязь из одежды. В природе существует больше 40 видов цеолитов, образующихся при определенных условиях из вулканических или донных морских пород. Натуральные цеолиты абсолютно безопасны и даже добавляются в эко-порошки. 

4) Энзимы (ферменты) - расщепляют молекулы загрязнений. Каждый вид ферментов отвечает за свою часть работы: например, липазы борются с жиром, амилазы - с пятнами, содержащими крахмал. 

5) Натуральные эфирные масла - вместо синтетических отдушек.

Отличаются отсутствием в рецептуре веществ, которые могут вызывать раздражения и аллергии. Чтобы избежать попадания пыльных частиц в легкие, средства производят в виде гранул или гелей. Такую продукцию активно используют для людей склонных к аллергии или детей, в том числе новорожденных.

1.2.4. Фосфаты в стиральных средствах

Фосфаты – смягчители воды, усиливающие действие ПАВ.

Вред для человека и окружающей среды:

1. Увеличивают токсичность поверхностно-активных веществ (ПАВ);
2. Очень плохо вымываются из одежды и через нее проникают в кожу и кровь, нарушая работу клеток; 3. Вредят окружающей среде, через очистные сооружения попадая в реки и становясь удобрением для водорослей, тем самым стимулируя их разрастание. От этого в водоемах может гибнуть рыба и другие морские обитатели; 4. При контакте с кожей делают ее сухой и уязвимой для внешней среды. Как итог защитные функции дермы снижаются, возрастает риск проникновения в нее пыли, грязи, бактерий и вирусов.

1.2.5. Фосфонаты в стиральных средствах.

Фосфонаты – это органические соли или эфирные соединения фосфорной кислоты. В отличие от фосфатов - они действуют эффективнее требуя меньшее количество вещества.

Фосфонаты выполняют в стиральных порошках несколько функций:

1. Усиливают действие поверхностно‑активных веществ (ПАВ): помогают эффективнее удалять загрязнения; 2. Смягчают жёсткую воду — для этого их требуется в разы меньше, чем фосфатов 3. Помогают удалять загрязнения без предварительного замачивания.

Механизм работы: проникая в волокна ткани, фосфонаты выталкивают частицы грязи, разбивают их на мелкие частицы и распределяют в моющем растворе.

Таблица 2. Сравнение фосфатов и фосфонатов

Таким образом, можно сделать вывод, что фосфонаты более безопасны.

ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Проведение опроса и его анализ

Нами был проведен опрос о влиянии стиральных средств на ткани, в котором приняло участие 47 человек. Результаты опроса показали какие типы тканей составляют основу регулярно стираемых тканей голосовавших, самую часто используемую марку и форму стирального средства, также наиболее важные факторы выбора и наиболее частые проблемы.

1. Основу регулярно стираемых тканей (Приложение1. Рисунок 11) составляет хлопок (85.1 %); смесовые ткани (70.2 %) и синтетические ткани (38.3 %) 3. Наиболее часто выбираемая форма средства (Приложение 1. Рисунок 12) – стиральные гели (68.1%). 4. Наиболее важным при выборе стирального средства (Приложение 1. Рисунок 13) для голосовавших указана эффективность удаления пятен и сильных загрязнений (85,1%), гипоаллергенность и безопасность состава (59,6%), экологичность состава/упаковки и отсутствие остатков порошка/разводов на одежде (38,3%). Большинство респондентов (85.1%) как приоритет назвали эффективность стирки. Это значит, что удаление загрязнений - ключевой фактор при выборе средства. Вместе с тем 60% считают важной гипоаллергенность, то есть запрос на более мягкие формулы, безопасные для кожи. При этом фактическая частота аллергий - ниже (19%), что говорит о предпочтении профилактических мер. 5. Наиболее частые проблемы с тканями после многократных стирок с использованием обычного стирального средства (Приложение 1. Рисунок 14) — это выцветание и потеря яркости ткани (59,6%), появление катышков (51,1%), усадка и потеря формы (29,8%). Это указывает на то, что современные стиральные средства часто приводят к мех-ому и/или хим. повреждению тканей. Или же о неподходящем выборе средств для конкретных материалов, либо о несоблюдении режима стирки.

2.2. Исследование физико-химических свойств стиральных гелей:

2. 2. 1. Определение рН водных растворов

Для начала добавив в водные растворы гелей раствор фенолфталеина он никак не изменил окраску раствора (приложение 1 рис.1), что говорит об отсутствии щелочной среда в растворах. Определяя pH раствора лакмусовой бумагой, наблюдалось изменение окраски лакмуса на зеленоватый у всех гелей, что определяет среду раствора слабокислой (pH 5-6) (приложение 1 рис.2). Но для более точных данных был проведен эксперимент с рН метром. В ходе эксперимента с помощью pH‑метра были измерены значения водородного показателя (pH) для трёх стиральных гелей при идентичных условиях и равных концентрациях растворов. Полученные результаты:

Образец №1: pH=5,6 (приложение 1 рис.3); Образец №2: pH=4,8 (приложение 1 рис.4); Образец №3: pH=5,2 (приложение 1 рис.5).

Все исследуемые гели имеют кислую среду (pH <7). Это типично для средств для стирки цветного белья: слабокислая среда помогает: сохранять яркость красителей; предотвращать вымывание пигмента из волокон; снижать риск появления разводов и пятен. Разброс значений pH невелик (от 4,8 до 5,6), что говорит о схожей рецептурной основе гелей. Однако заметны различия: наиболее кислым является образец №2, а наименее кислым образец №3, промежуточное значение у образца №1. Разница в показателях pH между стиральными гелями может быть связана с несколькими факторами, даже если на упаковке заявлен схожий состав. В первую очередь на значение влияет различия концентрации активных компонентов, потому что даже при одинаковом перечне ингредиентов в составе их количественное соотношение может варьироваться. Например, в образце №2 может быть выше концентрация кислот или кислотных добавок, которые влияют на снижение pH. Это связано с особенностями формулы геля, направленной на защиту цвета. Также важно заметить, что энзимы эффективнее действуют в кислой среде. Образец №1 имеет наиболее щадящий состав, что предпочтительно для деликатных тканей, но менее эффективно при сохранении цвета.

2.2.2. Оценка химического состава

Для начала, стоит отметить о сходстве составов стиральных гелей:

Образец №1: также включает фосфонаты, анионные и неионогенные ПАВ, энзимы. Отличается биоразлагаемостью и отсутствием фосфатов.

Образец №2: содержит фосфонаты, анионные и неионогенные ПАВ, энзимы. Адаптирован к жёсткости воды в СНГ и Европе, эффективно удаляет типичные бытовые загрязнения.

Образец №3: содержит фосфонаты, анионные и неионогенные ПАВ, энзимы. Формула разработана для защиты цвета и глубокого проникновения в волокна ткани.

В растворы стиральных гелей (в одинаковой концентрации) образцов №3, №1 (приложение1 рис.6) и №2 (приложение 1 рис 7) добавили избыток хлорида бария. в результате во всех пробирках, кроме образца 2 (приложение 1 рис 8), образовался белый творожистый осадок. Что указывает на наличие в составе этих стиральных гелей сульфат-ионов (SO₄²⁻). Реакция основана на взаимодействии ионов бария (Ba²⁺) с сульфат-ионами, в результате чего образуется нерастворимый сульфат бария (BaSO₄) в виде белого осадка. Наличие сульфатов в образцах №1 и №3 может оказывать влияние на их взаимодействие с водой, эффективность удаления загрязнений, совместимость с определёнными типами тканей или другими параметрами. Отсутствие сульфатов в образце №2 может обуславливать его уникальные характеристики. Сульфаты в составе эффективно удаляют загрязнения, растворяя жиры и органические соединения, образуя сильную пену (они «захватывают» частицы грязи и удерживают их в растворе, предотвращая повторное оседание на ткани). Сульфаты в составе эффективно смягчают воду, взаимодействуя с ионами кальция (Ca²⁺) и магния (Mg²⁺), снижая жесткость воды, это необходимо для регионов с жесткой водой. Однако, не смотря на вышеперечисленное, сульфаты агрессивно воздействуют на ткани, ослабляя волокна, у людей с чувствительной кожей или склонностью к аллергии сульфаты способны вызывать сухость и стянутость, покраснение и зуд, контактный дерматит, при не полном выполаскивании. Также сульфаты в составе способствуют вымыванию красителей, приводя к потере цвета. Сульфаты плохо биоразлагаются и могут накапливаться в водоёмах, высоких концентрациях они токсичны для водных организмов, способствуют цветению водорослей, ухудшая качество воды. Для определения фосфатов в наших средствах была проведена качественная реакция на фосфат-ион с нитратом серебра (AgNO₃). В ходе реакции в пробирке с раствором образца №3 наблюдалось выпадение осадка (приложение 1 рис. 9), что не соответствует заявленному составу. При добавлении к растворам стиральных порошков соляной кислоты (приложение 1 рис 10) наблюдаются значительные изменения, так в пробирке номер 3 с образцом №3 образовался желеобразный желтоватый осадок, образовавшийся при кислом гидролизе фосфонатов. В пробирке номер 2 с образцом №1 осадка не наблюдалось, но раствор стал более густым, а в пробирке номер 1 с раствором образца №3 наблюдается менее железообразный и яркий осадок, это связано с различными типами и концентрацией фосфонатов в растворах.

Таблица 3. Видимые изменения тканей после 3х циклов стирки:

Образец №1: наощупь ткани стали жестче, но при этом не потеряли цвет.

Образец №3: наощупь ткани стали жестче, при этом жестче чем у образца №1, потери цвета не наблюдается.

Образец №2: незначительную жесткость обрела синтетическая и смесовая ткань.

Эти изменения объясняются химическим составом средств. Так как в составе образца №1 большое количество цеолитов - могут оставлять нерастворимые частицы на ткани, делая ее более грубой, сульфаты - усиливают проникновение ПАВ в волокна, что может способствовать накоплению моющих компонентов в структуре ткани, дополнительно увеличивая её жёсткость, ПАВ (анионные) эффективно удаляют загрязнения, но при избыточном содержании могут нарушать структуру волокон, делая ткань менее эластичной. В образце №3 повышенная жёсткость связана с более высокой концентрацией анионных ПАВ (до 15%), которые сильнее нарушают эластичность волокон; присутствием фосфатов; сульфатами. В образце №2 мягкий эффект обусловлен использованием фосфонатов (менее агрессивная альтернатива фосфатам); комбинацией анионных и неионогенных ПАВ, которые действуют деликатнее на волокна ткани.

2.2.3. Экономические расчеты: для проведения экономических расчетов были взяты цены из официальных сайтов трех магазинов: Новекс (novex.ru), магнит-косметик, лента. Была определена цена за литр каждого.

Таблица 4. Сравнение цены за литр стиральных гелей.

Самая низкая средняя цена у образца №2 (614,02 руб./л), средняя по стоимости у образца №3 (699,29 руб./л), а самая высокая у образца №1 (766,28 руб./л).

Вывод

Нами было проведено комплексное исследование влияния стиральных средств на ткани, выявлены особенности воздействия фосфатов, сульфатов, пав и т.д. Мы подробно изучили и описали разницу между стиральным порошком и гелем, придя к выводу о том, что лучше всего использовать именно гель. Мы провели опрос, который показал: основными проблемами после стирки являются потеря цвета и усадка. Также путем опроса были отобраны 3 наиболее популярных бренда, среди опрашиваемых, свойства и состав которых мы детально изучили. Проклассифицировали стиральные средства по различным признакам: форме выпуска, способу использования, типам тканей, по составу. Изучили влияние фосфатов, сульфатов, фосфонатов на ткани, выявили что сильнее разрушают структуру ткани именно фосфаты. В ходе работы мы подтвердили нашу гипотезу: существуют определенные закономерности воздействия стиральных порошков на ткани. Фосфаты, анионные ПАВ и т.п. оказывают наиболее негативное влияние чем фосфонаты, неионогенные ПАВ. Для стиральных гелей образцов №1, №2 и №3 мы определили точный рН их водных растворов, провели качественные реакции на сульфат, который показал их наличие в образцах №1 и №3 и выявили незаявленные фосфаты в образце №3. Но несмотря на популярность брендов и их высокую себестоимость гели образцов №1 и №3 показали себя не с лучшей стороны. Оба геля при трех циклах стирки значительно высушили ткани. На основе нашего проекта мы создали идеальный состав стирального геля для цветного белья (Приложение 2. Таблица 7). Этот состав объединяет лучшие характеристики изученных средств и исключает выявленные недостатки: сульфаты, фосфаты, анионные пав. Наш гель имеет слабокислый рН (5,5;6,0), фосфонаты вместо фосфатов, исключает сульфаты, не содержит анионные ПАВ, предотвращает катышки. Такой гель безопасен, эффективен, экологичен и бережен к тканям.

Список литературы:

А. З. Алиев, А. М. Юдин. Бытовая химия — москвичам. — М: Московский рабочий, 1988.

К. Н. Жаравин, А. М. Юдин. «1001 полезный совет по бытовой химии» — Пермь: Пермское книжное издательство, 1977.

Ланге К. Р. «Поверхностно-активные вещества: синтез, свойства, анализ, применение». — СПб: Профессия, 2016.

Неволин Ф. В. «Химия и технология синтетических моющих средств». — М: Пищевая промышленность, 1971.

Т. С. Горяинова, П. В. Исаев, Г. В. Манакова. «Товары бытовой химии» — Москва: Экономика, 1975.

Юдин А.М. Сучков В.Н. Коростелин. Химия для вас.-М.: "Химия", 1985.

Юдин А. М., Сучков В.Н. Химия в быту. - М.: "Химия", 1981.

https://chemistry.usue.ru/sobytiya/1496-otkuda-imya-tvojo-polezno-znat-o-stiralnom-poroshke/?ysclid=mht3u5rlu1583740153

https://www.bytovaya-himiya.ru/bytovaya-himiya/vidy-stiralnyh-poroshkov-i-osobennosti-ih-ispolzovaniya/?ysclid=mht3ssoqml877551526

https://habr.com/ru/articles/861164/?ysclid=mluq1bgyaw11888688

https://acetyl.ru/o/ae101t9.php?ysclid=mmvs5rrhtw262700742

https://green-club.su/ceoliti-v-stiralnom-poroshke/?ysclid=mmvsmjh3jx83840945

Приложение 1

Рис.2 - измерение уровня рН растворов стиральных гелей.

Рис3. - измерение уровня рН раствора образца №1.

Рис.4 – измерение уровня рН раствора образца №2.

Рис.5 – измерение уровня рН раствора образца №2.

Рис.6. – Качественная реакция на сульфат ион. Образец №1	Рис.7. – Качественная реакция на сульфат ион. Образец №3	Рис.8. – Качественная реакция на сульфат ион. Образец №2
Рис.9. – Качественная реакция на фосфат ион. Образец №3	Рис. 10. – Качественная реакция с НСI

Рисунок 11 – Ответы на вопрос о регулярно стираемых тканях

Рисунок 12 - Ответы на вопрос о формах средства

Рисунок 13 - Ответы на вопрос о выборе средства

Рисунок 14 - Ответы на вопрос о проблемах стирки

Приложение 2

Таблица 7. Идеальный состав стирального геля для цветного белья