Kemiaa pyykinpesussa

Likaa on monenlaista Vesiliukoinen lika: epäorgaaniset suolat, sokeri, virtsa Pigmenttilika: noki, humus, metallioksidit Rasvalika: kasvi- ja eläinrasvat, ihorasva, mineraaliöljy Valkuaisainelika: veri, kananmuna, maito, hiki Hiilihydraattilika: tärkkelys Valkaisua vaativa lika: hedelmä- ja vihannesmehu, kahvi, tee, viini

Pyykinpesun perustekijät Lian irrottamiseksi tarvitaan neljää tekijää kemiaa eli pesuainetta lämpöä, jonka avulla pesuaineen eri ainesosat aktivoituvat aikaa, jotta lika ehtii irrota mekaniikkaa eli tekstiilien liikettä toisiaan vastaan Pesussa tapahtuu useita erilaisia reaktioita, joiden seurauksena lika irtoaa tekstiilistä.  Kemiallisia reaktioita ovat muun muassa valkaisuaineen toiminta ja vedessä olevien, pesua häiritsevien metalli-ionien eli kovuustekijöiden sitominen pesuliuoksesta. Lisäksi pesutapah-tumassa emäkset neutraloivat hapanta likaa tai saippuoivat rasvalikaa kemiallisesti.  Fysikaalis-kemiallisia reaktioita ovat suolojen liukeneminen veteen, tensidien tai liuottimien avulla tapahtuva lian pilkkoutuminen sekä liukeneminen ja rasvalian emulgoituminen.  Entsyymit toimivat biologisesti pesutapahtumassa. Tuotekehityksen avulla pesuaine saa lopullisen koostumuksensa, sen ominaisuudet testataan ja varmistutaan siitä, että tuote täyttää sille asetetut laatuvaatimukset ja on käyttäjälleen ja ympäristölle turvallinen. Lian irrottamiseksi pesussa tarvitaan neljää tekijää:  Kemiaa eli pesuainetta  Lämpöä, jonka avulla pesuaineen eri ainesosat aktivoituvat  Aikaa, jotta lika ehtii irrota  Mekaniikkaa eli tekstiilien liikettä toisiaan vasten

Pyykinpesun perustekijät

Pyykinpesussa tapahtuvat reaktiot Kemialliset, fysikaalis-kemialliset ja biologiset reaktiot Kemialliset: valkaisuaineen toiminta, metalli-ionien kompleksointi, happaman lian neutralointi emäksellä, rasvalian saippuointi Fysikaalis-kemialliset: vesi liuottaa suoloja, tensidit emulgoivat rasvalikaa tai dispergoivat likaa, orgaaniset liuottimet liuottavat rasvalikaa Biologiset: entsyymien toiminta Pyykinpesuaineet on kehitetty erilaisille tekstiileille ja lioille, siksi pyykinpesuaineen valinnassa on hyvä kiinnittää huomiota siihen, millaista pyykkiä sillä pestään. Materiaalista ja liasta riippuen tekstiilit tarvitsevat erilaista käsittelyä tullakseen puhtaiksi. Valkaisuaineellinen pesuaine on monipuolisin ja tehokkain tuote. Valkaisuaineen lisäksi tämä pe-suaine voi sisältää myös aktivaattorin, joka alentaa valkaisulämpötilaa. Valkaisuaineen tehtävänä on poistaa tekstiileistä värillisiä tahroja, kuten tee-, kahvi-, mehu-, marja-, ja punaviinitahroja sekä kirkastaa kellastuneita vaaleita tekstiilejä. Värillisten tekstiilien säännöllinen pesu valkaisuaineelli-sella pesuaineella haalistaa niiden värejä. Kirjo- eli "Color"-pesuaineessa ei ole valkaisuainetta ja siksi se sopii värillisten tekstiilien säännöl-liseen pesuun. Hienopesuaineet ovat kehitetty erityisesti arkojen tekstiilien, kuten villan ja silkin pesuun. Tekstiileissä erityyppiset liat ja tahrat ovat yleensä sekoittuneet toisiinsa ja imeytyneet tekstiilin kuituihin. Siksi pyykinpesuaineessa on oltava erilaisia tehoaineita, jotka irrottavat lian ja tahrat, mutta säästävät tekstiilin kuituja ja värejä mahdollisimman hyvin.

Pyykinpesu-aineen kemikaalit tensidit vedenpehmentäjät pesuemäkset valkaisuaineet kuidunsuoja-aineet entsyymit harmaantumisen estäjät väriensuoja-aine vaahdonsäätelijät hajusteet säilöntäaineet apuaineet optiset kirkasteet

Tensidit (1) Pesuaktiivinen aine = tensidi Tensidit ovat ns. pinta-aktiivisia aineita, joiden tehtävä on vähentää veden pintajännitystä eli saada vesi kastelemaan tekstiilit paremmin Tensidit irrottavat likaa ja estävät irronneen lian laskeutumisen takaisin tekstiilille Tavallisesti pesuaineessa on useita eri tensidityyppejä, jolloin saavutetaan hyvä lianirrotuskyky mahdollisimman vähäisellä tensidimäärällä Tensidejä valmistetaan maaöljystä sekä kasviöljyistä esim. kookosöljystä ja eläinrasvoista Pesevät ainesosat pyykinpesuaineissa ovat tensidejä. Ne ovat tärkeitä pesutapahtumassa. Ne pienentävät veden pintajännitystä, jolloin vesi kostuttaa tekstiilit nopeasti. Tensidejä kutsutaankin myös pinta-aktiivisiksi aineiksi. Niiden molekyylirakenteessa on rasvahakuinen (vettä hylkivä eli hydrofobinen) häntä ja vesihakuinen (hydrofiilinen) pää. Ennen synteettisiä tensidejä pesuaktiivisena aineena käytettiin saippuaa, jota valmistetaan kasvi- tai eläinrasvoista lipeän avulla. Saippua on erittäin herkkä veden kovuudelle muodostaen kalk-kisaippuaa, mikä on saippuan suurin heikkous. Saippuan tilalle pyykinpesuaineisiin ovat siksi tulleet synteettiset tensidit, joita valmistetaan maaöljystä sekä nykyään yhä enenevässä määrin kasviöljyistä esim. kookosöljystä sekä maissista. Nykyisin pyykinpesuaineisiin lisätyn saippuan tehtävä on lähinnä toimia vaahdonestoaineena.

Tensidit (2): Jaottelu sähkövarauksen perusteella Kationiset huuhteluaineissa Anioniset pesu- ja puhdistusaineissa herkkiä veden kovuudelle irrottavat hyvin hiukkaslikaa esim. PAS (primäärinen alkoholisulfaatti), SAS (sekundäärinen alkaanisulfonaatti), LAS (lineaarinen alkyylibentseenisulfonaatti) Tensidit jaetaan sähkövarauksen perusteella kationisiin, anionisiin, ionittomiin ja amfoteerisiin tensideihin. Anionisia ja ionittomia tensidejä käytetään pesu- ja puhdistusaineissa eniten. Ionittomilla tensideillä ei ole varausta. Ne irrottavat hyvin rasvalikaa alhaisissa lämpötiloissa, eivätkä ne ole herkkiä veden kovuudelle. Anioniset tensidit, jotka ovat negatiivisesti varautuneita, irrottavat hyvin hiukkaslikaa, mutta niiden vaahtoavuuden takia täytyy pesuaineisiin lisätä vaahdonestoainetta. Kationisilla tensideillä, joilla on positiivinen varaus, ei ole hyvää pesukykyä, mutta niiden positiivisen sähkövarauksen takia niitä käytetään neutraloimaan negatiivisesti varautuneita pintoja. Esimerkiksi tekstiilien huuhteluaineissa kationiset tensidit poistavat sähköisyyttä ja tekevät pyykistä pehmeää. Amfoteeristen tensidien sähkövaraus riippuu pesuliuoksen pH arvosta ja se voi olla negatiivisesti varautunut eli anioninen alkaalisessa liuoksessa tai positiivisesti varautunut eli kationinen happamassa liuoksessa tai neutraalissa liuoksessa varaukseton.

Tensidit (3): Jaottelu sähkövarauksen perusteella Ionittomat pesu- ja puhdistusaineissa irrottavat hyvin likaa alhaisissa lämpötiloissa eivät ole herkkiä veden kovuudelle irrottavat hyvin rasvalikaa esim. AE (rasva-alkoholietoksylaatti) Amfoteeriset hygieniatuotteissa esim. shampoissa

Tensidien toiminta (1) Tensdidien molekyylirakenteessa on rasvahakuinen (vettä hylkivä eli hydrofobinen) häntä ja vesihakuinen (hydrofiilinen) pää.

Tensidien toiminta (2) Veden pintajännityksen pienentämisen lisäksi tensidit irrottavat likaa tekstiilistä. Esimerkiksi rasvalikaa poistettaessa tensidimolekyylin rasvahakuinen häntä hakeutuu rasvalikaan ja tekstiiliin päin. Pallomainen vesihakuinen pää hakeutuu veteen päin.

Tensidien toiminta (3) Kun tensidimolekyylit ovat peittäneet rasvalian, se irtoaa pesuveteen, koska tensidin vesihakuiset päät hakeutuvat nimensä mukaisesti veteen. Pestävän kankaan liikuttelu nopeuttaa tensidimolekyyleillä ympäröidyn likahiukkasen irtoamista kankaasta Yksittäiset tensidimolekyyleillä ympäröidyt likahiukkaset eivät tartu toisiinsa, koska tensidimolekyylien vesihakuisilla päillä on samanmerkkinen sähkövaraus. Tensidityyppejä on useita erilaisia ja pesuaineissa niitä käytetään monipuolisesti, jotta saataisiin hyvä lianirroituskyky mahdollisimman vähäisellä tensidimäärällä.

Veden- pehmentäjät Fosfaatti, polymeeriset kompleksinmuodostajat ja karboksyylihappojohdannaiset sitovat Ca- ja Mg-ionit vesiliukoisiksi yhdisteiksi Fosfaatti tehostaa tensidien toimintaa, ainoa vedenpehmentäjä, jolla on tämä ominaisuus Zeoliitti (natriumalumiinisilikaatti)toimii vedessä ionivaihtajana, vaihtaa Na-ionit veden Ca-ioneihin Usein zeoliitin yhteydessä käytetään polykarboksyylihappoja Pyykinpesuaineiden vedenpehmentäjinä käytetään useita eri yhdisteitä. Yleisimpiä näistä ovat fosfaatti ja zeoliitti. Niiden tehtävä pesuaineessa on sitoa veden kovuustekijät, kuten kalsium ja magnesium yhdisteiksi joista pesutapahtumassa ei ole haittaa. Näin muut pesuaineen komponentit pystyvät suoriutumaan tehtävästään pesussa. Fosfaattien käyttö pyykinpesussa on ollut tunnettua jo 1940-luvulta lähtien. Fosfaatti-yhdisteistä pesuaineissa käytetään natriumtripolyfosfaattia STPP, jonka kemiallinen kaava on Na5P3O10. Fosfaattia valmistetaan mm. apatiittimineraalista, joka prosessoidaan fosforihapoksi ja edelleen pesuaineisiin sopivaksi. Fosfaattien tiedetään rehevöittävän vesistöjä. Ympäristösyistä fosfaatteja on korvattu pyykinpesuaineissa muilla yhdisteillä, etenkin synteettisellä zeoliitilla. Suomessa vesistöjen rehevöitymistä on pyritty vähentämään ensisijaisesti yhdyskuntien ja teollisuuden jätevesien tehokkaalla käsittelyllä. Jätevedenpuhdistamojen piirissä asuu n. neljä miljoonaa asukasta ja niiden fosforinpoisto on lähes 100 % (keskimäärin 93 %). Lähde: Suomen Ympäristö-keskus Pesuaineissa käytettävä zeoliitti on savenkaltainen synteettisesti valmistettu yhdiste. Pesuaineissa zeoliittia on käytetty 1970-luvulta lähtien ja sen kemiallinen kaava on Na12(AlO2)12(SiO2)12· 27 H2O. Zeoliitit tulivat pesuaineisiin korvaamaan fosfaatteja, joilla on haitallinen vaikutus vesistön liialliseen rehevöitymiseen. Luonnossa esiintyviä zeoliitteja tunnetaan noin 40 erilaista ja synteettisesti osataan valmistaa useita satoja erilaisia zeoliittityyppejä. Zeoliitti pesuaineisiin valmistetaan kemiallisen prosessoin-nin avulla natriumsilikaatista ja natriumaluminaatista tai kaoliinista ja natriumhydroksidista. Zeoliitti yksin ei riitä pehmentämään vettä, vaan pesuaineessa tarvitaan zeoliitin lisäksi polykarboksylaatteja, jotka ovat polymeerisiä kompleksinmuodostajia. Ne ovat usein yhden tai useamman kar-boksyylihapon esim. akryylihapon ja maleiinihapon polymeerejä. Veden kovuus Veden kovuudella tarkoitetaan veteen liuenneiden kalsium- ja magnesiumsuolojen määrää. Mitä enemmän näitä yhdisteitä on liuennut veteen, sitä kovempaa vesi. Suomessa veden kovuus ilmoi-tetaan yleensä saksalaisena kovuusasteena ° dH. Pesuainepakkauksissa veden kovuus luokitellaan 0-6 ° dH pehmeä vesi, 6-13 ° dH keskikova vesi ja > 13 ° dH kova vesi.

Pesuemäkset Natriumkarbonaatit ja natriumsilikaatit Säätelevät pesuliuoksen pH:ta Nostavat pH:ta siten, että tensidien toiminta paranee Pilkkovat likaa Sitovat hieman veteen liuenneita rautasuoloja, mikä estää pyykin kellastumista Silikaatit suojaavat pesukoneen metalliosia korroosiolta Pesuemäksien tehtävä pyykinpesuaineissa on säädellä pesuliuoksen pH arvoa ja nostaa sen emäk-sisyyttä siten, että tensidien toiminta paranee. Pesuemäksinä käytetään yleisimmin natriumkarbo-naattia Na2CO3 ja natriumsilikaattia Na2O·SiO2. Ne pilkkovat likaa hienojakoisemmaksi ja sitovat jossain määrin veteen liuenneita rautasuoloja, mikä estää pyykin kellastumista. Lisäksi silikaatit suojaavat pesukoneen metalliosia korroosiolta.

Valkaisuaineet Natriumperkarbonaatit ja tetranatriumperboraatit Valkaisuaktivaattorin avulla perkarbonaatit ja perkarbonaatit vapauttavat valkaisevaa happea jo yli 40°C lämpötiloissa Tunnetuin valkaisuaktivaattori on TAED (tetra-asetyylietyleenidiamiini) Pyykinpesuaineissa käytetään natriumperkarbonaattia Na2CO3·1.5 H2O tai tetranatriumperbo-raattia NaBO3·4 H2O valkaisuaineina. Ne vapauttavat valkaisevaa happea kun lämpötila pesuliuoksessa kohoaa tarpeeksi korkeaksi ja vapautuva happi muuttaa värillisen tahran esimerkiksi klorofylli- tai karoteiiniyhdisteen toiseksi yhdisteeksi, jolloin myös sen väri häviää. Valkaisuaine alkaa toimia lämpötilan noustua yli 60°C:n, mutta valkaisuaktivaattorin eli TAEDin (tetra-asetyylietyleenidiamiinin) avulla perkarbonaatti ja perboraatti saadaan vapauttamaan happea jo 40°C:sta alkaen. Natriumperboraatti hajoaa vesiliuoksessa hitaasti booraksiksi ja vetyperoksidiksi, josta sitten vapautuu happea. Sama mekanismi on myös natriumperkarbonaatilla, joka hajoaa natriumkarbonaatiksi ja vetyperoksidiksi.

Entsyymit Valkuaisaineita, luonnon katalysaattoreita, jotka nopeuttavat reaktioita kulumatta niissä itse Voivat toimia useaan kertaan pesun aikana Tarvitaan pesuaineissa vain hyvin pieniä määriä Toimivat tarkasti halutussa kohteessa (spesifisiä) Proteaasit pilkkovat proteiineja eli valkuaisainepitoista likaa Lipaasit poistavat rasvalikaa Amylaasit poistavat tärkkelyspitoista likaa Sellulaasit poistavat tekstiilikuidusta irronnutta puuvillanukkaa Entsyymit ovat proteiineja, jotka pystyvät nopeuttamaan reaktioita kulumatta niissä itse eli ne toimivat katalysaattoreina. Entsyymien ansiosta monet tahrat lähtevät alhaisemmassa pesulämpötilassa kuin mitä muuten tarvittaisiin, jos entsyymejä ei käytettäisi. Kun entsyymit pilkkovat likayhdisteitä, niiden kemiallinen rakenne ei muutu eikä niiden määrä vähene reaktion aikana. Entsyymit voivat toimia siis useampaan kertaan pesun aikana. Tästä toimintatavasta johtuen entsyymejä tarvitaan vain hyvin pieniä määriä pesuaineissa. Ne valmistetaan fermentoimalla eli mikrobien kasvatuksen avulla. Ne ovat hyvin valikoivia, eli ne tehoavat vain tietyntyyppiseen likaan.

Entsyymien toiminta Entsyymien toiminta on esitetty oheisessa kuvassa: 1) Pesuliuoksessa on sekä entsyymejä että likahiukkasia. 2) Entsyymit toimivat “avain-lukko-periaatteella”, jossa lika on lukko ja entsyymi on avain. Tietyntyyppiset entsyymit hakeutuvat tietyntyyppisten likahiukkasten luo. Esimerkiksi proteaasit tarttuvat proteiinilikaan ja lipaasit rasvalikaan. Vain oikealla avaimella saa lukon auki. 3) Entsyymi on hajottanut lian, mutta on itse entisellään valmiina hajottamaan lisää likaa. Proteaasit pilkkovat valkuaisainepitoista likaa vesiliukoiseen muotoon, lipaasit pilkkovat vastaavasti rasvapitoista likaa ja amylaasi-entsyymit tärkkelyspitoista likaa. Sellulaasit lisätään pesuaineisiin estämään nyppyjen syntyä tekstiilien pinnalle ja siten tekstiilien värit näyttävät kirkkailta entistä pidempään. Pesuaineissa käytetyt entsyymit ovat joko rakeistettuja eli päällystettyjä tai nestemäisiä entsyymejä.

Muut pesuaineen komponentit Kuidunsuoja-aineet Harmaantumisen estäjät Vaahdonsäätelijät Hajusteet Säilöntäaineet Apuaineet Erikoisaineet Kuidunsuoja-aineet Pesuliuoksessa esiintyy hyvin vähäisinä määrinä metalleja, kuten rautaa, kuparia, sinkkiä ja mangaania, jotka voivat kiihdyttää hapen vapautumista valkaisuaineesta tai häiritä pesuaineen toimintaa. Liian aikaisin tapahtuva hapen vapautuminen vähentää valkaisuaineen tehoa ja saattaa samalla vahingoittaa kangasta. Valkaisuprosessin moitteettoman kulun takaamiseksi lisätään pesuaineeseen esim. magnesiumsilikaattia tai fosfonaatteja sitomaan metalli-ionit pesuliuoksessa sellaiseen muotoon, että niistä ei ole haittaa pesutapahtumassa. Harmaantumisen estäjät CMC eli karboksimetyyliselluloosa ja polymeerit esim. polykarboksylaatit estävät irronneen lian laskeutumisen takaisin vaatteelle, mikä ehkäisee vaatteiden harmaantumista. Selluloosasta valmistettava CMC on suurimolekyylinen yhdiste. Polykarboksylaatteja valmistetaan maaöljystä. Vaahdonsäätelijät Pesuliuos ei saa vaahdota pyykinpesuaineessa. Tämän vuoksi pesuaineeseen lisätään parafiinia, silikoniöljyä, pitkäketjuista saippuaa ym. estämään sen liiallista vaahtoamista. Hajuste Hajuste peittää pesuaineissa raaka-aineiden ominaistuoksua. Pyykinpesuaineiden hajusteet valmistetaan synteettisesti, mutta kemialliselta rakenteeltaan ne ovat luonnollisten mm. kasveista ja hedelmistä saatavien tuoksuaineiden kaltaisia. Lopullisessa hajusteseoksessa voi olla useita kymmeniä eri tuoksukomponentteja, joilla saadaan aikaiseksi tuotteelle ominainen tuoksu. Säilöntäaine Säilöntäaineen tehtävä on varmistaa valmisteen säilyminen valmistuksen jälkeen kuluttajalle laadullisesti moitteettomana. Pesujauheissa säilöntäaineita ei tarvita, koska vedettömässä tuotteessa mikrobit eivät kasva tai lisäänny. Nestemäisten pesuaineiden tiivistyminen on vähentänyt tarvittavan säilöntäaineen määrää, koska valmisteessa on aikaisempaa vähemmän vettä ja enemmän teho-aineita. Apuaine Jauheissa apuaineena on käytetty natriumsulfaattia, joka on voitu jättää pois lähes täysin tiiviste-pesuaineista uuden valmistusteknologian ansiosta. Apuaineen tehtävä jauheissa on helpottaa tuotteen annostelua pakkauksesta pyykinpesukoneen annostelulokeroon sekä edelleen lokerosta pesurumpuun. Nestemäisissä pesuaineissa käytetään apuaineina muun muassa vettä, etanolia ja propyleeniglykolia, jotka parantavat myös eri ainesosien liukenevuutta toisiinsa ja estävät niiden erottumisen käytön aikana. Erikoisaineet Riippuen siitä minkälaisille tekstiileille pyykinpesuaine on kehitetty, siihen voidaan lisätä erilaisia ainesosia parantamaan tekstiilien pesutulosta. - Optiset kirkasteet ovat kuidun pinnalle tarttuvia fluoresoivia aineita, jotka muuttavat näkymätöntä UV-säteilyä sinisen valon suuntaan, jolloin normaalisti hieman kellertävä tekstiili näyttää valkoisemmalta. Myös tekstiiliteollisuus käyttää usein kirkasteita kankaiden viimeistelyssä. - Väriensuoja-ainetta, esim. PVP eli polyvinyylipyrrolidonia voi olla kirjopesuaineissa. Sen tehtävänä on ehkäistä pesussa tekstiileistä irronnutta väriä laskeutumasta takaisin vaatteelle ja vä-rien sekoittumista.