Surfaktanty z chemicznego punktu widzenia

Związki powierzchniowo czynne są to substancje złożone z grup hydrofilowych i hydrofobowych. Ich działanie myjące polega na zdolności obniżania napięcia powierzchniowo czynnego na powierzchni cieczy, przez co ułatwiają zwilżanie powierzchni. Pozwalają także na tworzenie miceli, czyli tak naprawdę na wymieszanie się cieczy, które nie są w sobie rozpuszczalne. W związku z tym surfaktanty są powszechnie stosowane w wielu gałęziach przemysłu – od kosmetycznego, przez produkty spożywcze i farmaceutyczne, po agrochemikalia czy farby. Są także stosowane w wielu procesach przemysłowych takich jak czyszczenie półprzewodników, przetwarzanie tekstyliów, wydobywanie gazu łupkowego.

„Zielona chemia” – odpowiedź na błędne koło, jakie zatoczył przemysł chemiczny

Przemysł chemiczny w Polsce i na świecie zatoczył błędne koło. Kilkadziesiąt lat temu, w momencie, gdy nastąpiła era konsumpcjonizmu i przepychu dostępności artykułów, zareagował na to również przemysł. Produkty miały być wytwarzane szybciej, miało być ich coraz więcej i miały być niedrogie, aby trafiały do rąk przeciętnego konsumenta. Wobec tego zaczęto stosować sztuczne metody rozwoju roślin i zwierząt oraz różnego rodzaju procesy dążące do optymalizacji procesów produkcyjnych, które dla danej organizacji były opłacalne z ekonomicznego punktu widzenia, lecz niestety, jak się później okazało, z punktu widzenia globalnego nie były korzystne dla środowiska. Dotyczy to także produkcji surfaktantów oraz produktów z ich udziałem. W związku z powyższym zostały wprowadzone przepisy i regulacje prawne dotyczące produkcji i eliminacji odpadów przemysłowych i emisji gazów. Obecnie zatem przemysł musi wycofywać się z wielu wdrożonych wówczas metod oraz chce korzystać z surowców pochodzenia naturalnego – mimo tego, iż niedawno środowisko naturalne niszczył i zaniedbywał. „Zielona chemia” opiera się na zasadzie projektowania procesów chemicznych i produkcyjnych tak, aby stosowanie i wytwarzanie substancji niebezpiecznych było zmniejszone lub wyeliminowane.

Dlaczego surfaktanty syntetyczne stanowią zagrożenie dla środowiska?

Środki powierzchniowo czynne syntetyczne stanowią duże zagrożenie dla środowiska naturalnego. Są one składnikami wielu produktów zmywalnych, które po zmyciu trafiają do kanalizacji, skąd przedostają się do wód i gleb, powodując ich skażenie. Są one trudne do usunięcia z systemów kanalizacyjnych i wcale nie ulegają rozkładowi w stosunkowo krótkim czasie, przez co hamowane są procesy samooczyszczania wody. Powoduje to potrzebę poddawania recyklingowi ZPC po użyciu ich przez przemysł. Aby obniżyć koszty zużycia, należy korzystać z odnawialnych źródeł energii oraz projektować procesy produkcyjne przyjazne dla środowiska, a także korzystać z surowców pochodzenia naturalnego.

Przewaga związków powierzchniowo czynnych pochodzenia naturalnego

Naturalne związki powierzchniowo czynne wytwarzane są z naturalnych źródeł roślinnych lub zwierzęcych na drodze ekstrakcji, wytrącania, destylacji. Są one zupełnie nieszkodliwe dla środowiska naturalnego. Po przedostaniu się ich do wód gruntowych czy gleb – ulegają biodegradacji i nie stanowią zagrożenia. Są też łagodniejsze i bezpieczniejsze dla samego użytkownika. Nie powodują podrażnienia i suchości skóry, nie wywołują alergii oraz są nietoksyczne przy zachowaniu ich funkcjonalności. Jedynym dość istotnym minusem korzystania z surfaktantów naturalnych jest dość wysoki koszt produkcji. W związku z tym, środki finansowe na tego typu inwestycje są ograniczone. Rozwiązaniem problemu mogą być biosurfaktanty, czyli związki wytwarzane przez drobnoustroje, które są ekstrahowane z biomasy lub otrzymywane przez biotransformację, amidację, eteryfikację czy estryfikację. Są to między innymi poliglikozydy, estry kwasów tłuszczowych, poliglicerolowe kwasy tłuszczowe, surfaktanty na bazie aminokwasów.

Surfaktanty na bazie cukru

Środki powierzchniowo czynne z grupami cukrowymi powstały w wyniku opracowania produktów chemicznych na bazie zasobów naturalnych i odnawialnych. W przeciwieństwie do klasycznych środków powierzchniowo czynnych, środki powierzchniowo czynne na bazie cukru zawierają w swojej strukturze grupy cukrowe. Mogą to być między innymi:

- związki monomeryczne (glukoza, fruktoza, sorbitol),

- związki dimeryczne (sacharoza, laktoza),

- związki polimerowe (skrobia, celuloza, pektyna, polisacharydy, dekstryny, hydrolizaty skrobi).

Grupy cukrowe stanowią polarną część substancji, która połączona jest z łańcuchem alkilowym, który może stanowić grupy eterowe, aminowe, estrowe, amidowe, tioeterowe, acetale, uretany. Połączenie między grupą polarną i niepolarną związku weryfikuje właściwości surfaktantu. Dużą popularnością cieszą się surfaktanty będące połączeniem z grupą glikozydową. Przy pewnych modyfikacjach ich struktury i metodologii produkcji można uzyskać nowe środki powierzchniowo czynne: termicznie stabilne i rozpuszczalne w wodzie. Problemy badawcze to między innymi uzyskanie produktu, który będzie mało wrażliwy na hydrolizę i dobrze rozpuszczalny w wodzie. Jednakże są one bardzo stabilne oraz tak samo funkcjonalne, jak pozostałe środki powierzchniowo czynne.

Podsumowując…

Surfaktanty otrzymywane zgodnie z zasadami „zielonej chemii” to zaplecze do prac badawczych i odkryć naukowców. Rosnące zapotrzebowanie na wszystkie surowce naturalne w przemyśle kosmetycznym, nagonka na olej palmowy, z którego pozyskiwana była większość surfaktantów pochodzenia naturalnego – to wszystko wymusza próby pozyskiwania innowacyjnych naturalnych związków powierzchniowo czynnych spełniających wymogi funkcjonalności i zrównoważonych systemów produkcji.