Жесткая вода и хелатирующие агенты: что на самом деле делают GLDA и MGDA с кальцием и магнием

Жесткая вода не выглядит драматичной. Нет видимого отказа, нет внезапной поломки. Это просто заставляет продукты работать немного хуже, каждый божий день. Моющее средство меньше очищается, стекло выходит на видео, ткань кажется жесткой, весы накапливаются в машине. Никто не винит воду. Они винят продукт.

Химия, стоящая за этим, проста, как и исправление. Хелатирующий агент удерживает кальций и магний в растворе, поэтому остальная часть состава может выполнять свою работу. Эта статья объясняет механизм в простых терминах, а также то, как биоразлагаемые хелаторы GLDA и MGDA ведут себя, когда вода действительно твердая.

Какая жесткость воды на самом деле

Жесткость воды - это мера растворенного кальция и магния, выраженная в эквиваленте карбоната кальция. Обычными единицами являются миллионные доли (ppm CaCO3) и немецкие степени жесткости (dH), где 1 dH равен примерно 17,8 ppm.

Грубый масштаб: ниже 60 ppm мягкий, 120-180 ppm твердый, а все, что выше 180 ppm, считается очень твердым. Части южной Англии работают на уровне 200-300 ppm. Большая часть Германии находится между 15 и 25 dH, что трудно до очень трудно. Испания и южная Франция похожи. Скандинавские страны, напротив, в основном мягкие, что является одной из причин, по которой рецептуры, настроенные на один европейский рынок, часто отстают от других.

Что происходит, когда кальций и магний высвобождаются

В жесткой воде анионные поверхностно-активные вещества встречаются с ионами кальция до того, как они встречаются с грязью. Кальций образует нерастворимые соли с поверхностно-активным веществом, и происходят сразу две вещи: поверхностно-активное вещество потребляется до того, как оно сможет эмульгировать почву, и нерастворимые солевые отложения на ткани или поверхностях. Это жесткий, седеющий эффект белья и белая пленка на стеклянной посуде.

Кальций и магний также реагируют с карбонатом и бикарбонатом в воде, образуя накипь. Внутри посудомоечной машины или трубы эта накипь накапливается цикл за циклом. А в личной гигиене жесткая вода превращает мыло в липкое известковое мыло, поэтому кожа чувствует себя плотной после мытья в труднодоступных местах.

Хелатирующий агент изменяет все это, удаляя ионы металлов из уравнения до начала любой из этих реакций.

Как работает хеляция

Хелатирующий агент представляет собой молекулу с несколькими сайтами связывания, расположенными вокруг ядра. Когда он встречает ион металла, сайты связывания оборачиваются вокруг катиона и образуют кольцевую структуру, надежно удерживая металл в растворе. Металл больше не может реагировать с ПАВ, карбонатом или тканью. Он эффективно нейтрализуется.

Из механизма вытекают два практических момента. Во-первых, хелатирование является стехиометрическим: одна молекула связывает один ион, поэтому доза должна соответствовать жесткости. Во-вторых, pH меняет баланс. При низком pH ионы водорода конкурируют с металлом за сайты связывания, поэтому хелаторы теряют эффективность в кислых условиях. При щелочной очистке сайты связывания свободны, а секвестрация работает наилучшим образом.

[Изображение: ион кальция, удерживаемый в структуре хелатного кольца]

GLDA и MGDA в твердоводных композициях

И GLDA (CAS 51981-21-6), и MGDA (CAS 164462-16-2) эффективно улавливают кальций и магний и легко биоразлагаются при тестировании OECD 301. Разница проявляется, когда вода становится жесткой, а температура становится высокой.

MGDA сильнее связывает кальций и сохраняет это преимущество в щелочном диапазоне, в котором работает машинное мытье посуды. В посудомоечной машине, работающей на воде 25 dH при 60 ° C, MGDA является надежным выбором, поэтому она доминирует в моющем средстве для автоматических посудомоечных машин в Европе. Он также переносит устойчивую жару цикла сушки без деградации.

GLDA не сильно отстает по кальцию и сохраняет свою производительность в гораздо более широком окне pH, примерно от 2 до 14. Это делает его лучшим вариантом, где один продукт должен работать во всем, от кислотных дескейлеров до щелочных очистителей пола, и его исключительная растворимость подходит для концентрированных жидких составов.

Для очень жесткой воды честный ответ заключается в том, что и работа, и разница в степени. Пробные данные Yuanlian Chemical, чья лаборатория проверяет свои сорта GLDA и MGDA на способность к секвестрации кальция, показывают, что MGDA сохраняет производительность на уровнях жесткости, где GLDA начинает требовать немного более высокой дозы.

Хелаторы и строители работают вместе

Хелаторы являются частью системы строителя, а не заменой всего этого. Другие строители работают по другим механизмам:

                ● Карбонат натрия повышает pH и осаждает кальций, но осадок может осаждаться в виде накипи.

                Цеолиты обменивают натрий на кальций, но они нерастворимы и медленны в холодной воде.

                ● Хелаторы секвестрируют, удерживая металл в растворе, поэтому вообще ничего не осаждается.

Сочетание - это то, что заставляет работать современные составы: хелатор для металлов, строитель для pH и силикаты или полимеры для поверхностей. Когда составитель говорит, что они "заменили EDTA на GLDA", они обычно перебалансируют всю систему вокруг биоразлагаемого секвестранта.

Порядок добавления имеет значение и в производстве. В жидком концентрате добавление хелатора до поверхностно-активных веществ позволяет полностью растворить его и избежать локализованных осадков при последующем разбавлении концентрата. Некоторые составители также несут небольшой избыток хелатора при хранении, поскольку вода, используемая на заводе, редко бывает чистой, а металлы могут выщелачиваться из трубопроводов.

[Изображение: тест-полоски для стирки и мытья посуды с разным уровнем жесткости воды]

Дозировка на практике

Универсальной дозы нет, но есть надежная отправная точка. Для бытового моющего средства типичен 1-3-процентный активный хелатор в воде от мягкой до умеренной. В жестких регионах составители повышают его до 3-5 процентов, а промышленные концентраты для очистки могут нести 5-10 процентов в зависимости от нагрузки на металл.

Правильный способ установить дозу - это лестничный тест на твердость: запустить ту же композицию при 10, 20 и 30 dH, измерить эффективность очистки, пены и осаждения и позволить воде решить. Поставщики, такие как Yuanlian Chemical, предоставляют рекомендации по дозировке начальной точки и сравнительные данные для своих марок GLDA, MGDA и IDS, что значительно сокращает это упражнение.

Об одной сезонной ловушке стоит знать. Твердость во многих регионах повышается летом по мере концентрации поверхностных источников, поэтому формула, настроенная в феврале, может не работать в августе. Перепроверка дозы два раза в год, а не один раз при запуске - это привычка, которая окупается.

Часто задаваемые вопросы

Что такое жесткая вода?

Жесткая вода содержит растворенные кальций и магний, измеренные как эквивалент карбоната кальция в ppm или немецких градусах. Выше примерно 120 ppm она считается жесткой, а выше 180 ppm очень жесткой, причем регионы Великобритании, Германии, Испании и Франции регулярно превышают эти уровни.

Сколько хелатирующего агента мне нужно для жесткой воды?

Для бытовых моющих средств начинайте с 1-3-процентного активного хелатора и повышайте до 3-5 процентов в районах с жесткой водой. Промышленным концентратам может потребоваться 5-10 процентов. Лестничный тест на твердость через 10, 20 и 30 dH дает ответ на основе данных быстрее, чем догадки.

GLDA или MGDA лучше работают в жесткой воде?

MGDA сильнее связывает кальций при высоком pH и высокой температуре, что делает его первым выбором для машинного мытья посуды в жесткой воде. GLDA охватывает более широкий диапазон pH и подходит для многоцелевых и жидких составов. Оба являются легко биоразлагаемыми альтернативами EDTA.