Экономическая часть процесса стирки

Стирка - самый трудоемкий процесс в нашем быту. Очень хочется, чтобы она была в радость любому человеку. Помощниками в стирке являются синтетические поверхностно-активные вещества, которые в чистом виде используются только в промышленности, для бытовых же целей чаще всего готовят специальные смеси, в состав которых, входят различные полезные добавки. Эти вещества в том или ином количестве входят в состав товарных порошков – синтетических моющих препаратов и часто определяют их целевое значение. В последние годы производство синтетических моющих средств (СМС) в мире стало исчисляться уже десятками миллионов тонн в год. Около 70% потребляемых населением СМС расходуется на так называемую общую стирку (в США и Англии ее называют «тяжелой»), которая производится раз в 3-7 дней. Эту стирку, при которой стирают постельное, столовое и нательное белье, проводят чаще всего в стиральных машинах. Если верить рекламе, то в России каждые 30 секунд от накипи ломается одна стиральная машина, тем самым, нанося большой материальный ущерб семье. Поэтому я считаю, что проблема выбора экономически выгодного моющего средства для автоматической стиральной машины в настоящий момент очень актуальна. Для её решения определяем: цель исследования: выявить качественное и экономически выгодное моющее средство для автоматических стиральных машин; объект исследования: водопроводная вода, синтетические моющие средства. Стиральные порошки были выбраны в результате опроса служащих в филиалах магазинов бытовых товаров «Любимый» и «Оптима» города Радужный. По рейтингу продаж были выявлены 4 стиральных порошка (Ariel M-Zim 5», «Persil Gold», «Tide plus» и «Миф»).

задачи:

• определить моющее свойство выбранных стиральных порошков;

• исследовать качество воды по химическим параметрам (определение жесткости воды);

• определить экспериментальным путем возможность использования синтетических моющих средств для умягчения воды;

• определить экономически выгодное моющее средство путем расчета стоимости одной стирки каждого порошка;

• довести информацию до населения о полученных результатах.

Теоретическая значимость результатов исследования состоит в том, что оно вносит вклад в дальнейшее развитие теории использовании химических знаний для определения качественного состава используемых препаратов бытовой химии.

Практическая ценность работы связана с возможностью использования разработанных методических рекомендаций результатов исследования в повседневной жизни с целью повышения экономического состояния семьи. Так выводы работы были представлены учащимся, преподавателям и служащим МОУ СОШ №5 - «Школа здоровья и развития» через выпуск информационной газеты и листовок “Полезные новости для Вас”.

Достоверность результатов исследования определяется достаточным объемом выборки в проведении диагностирующего эксперимента, устойчивой повторяемостью результатов.

Гипотеза исследования: использование широкого спектра добавок в синтетических моющих средствах определяют не только качественный уровень стирки, но и делают ее экономически выгодной.

Синтетические моющие средства

СМС – это композиция, в состав которых входят поверхностно-активные вещества или ПАВ (15-20%) и различные добавки – органические и неорганические.

ПАВ – это органические вещества, в молекулах которых имеются гидрофобные (водоотталкивающие) и гидрофильные (любящие удерживать воду) части. Гидрофобная часть определяется углеводородными радикалами (например, С17Н35- или С12Н25-), способными проникать и взаимодействовать с загрязняющим веществом (жиром). Гидрофильная часть – это полярные группы (например, -СООН, -СООNa, -SO3H, -SO3Na, -OH), которые легко растворяются в воде и переводят грязевые частицы в моющий раствор. Благодаря этому ионы моющего средства вместе с загрязнением отрываются от поверхности ткани и переходят в водную среду в виде эмульсии или суспензии. В настоящее время мы широко используем синтетические моющие средства (СМС) – детергенты. Основой СМС являются синтетические поверхностно-активные вещества, в которых длинный углеводородный предельный радикал соединен с сульфатной или сульфонатной группой, например: С12Н25 - - SO3Na алкилбензолсульфонат натрия, или неионогенные вещества, которые в водных растворах не диссоциируют на ионы, но их поверхностная активность создаётся самими электронейтральными молекулами, содержащими гидрофильные функциональные группы. Такими веществами могут быть, например:

R – (CH2 – CH2O - ) n – CH2 – CH2OH алкилполиэтиленгликоль.

Преимущество неионогенных ПАВ состоит в том, что они не образуют обильной пены и поэтому удобны для применения в стиральных машинах. Получать СМС с хорошими свойствами позволяет удачное сочетание добавок, роль которых различна. Одни из них усиливают действие ПАВ, другие препятствуют повторному оседанию загрязнений на ткань из раствора, дезинфицируют и отбеливают ткань, придают ей приятный запах, повышают пенообразование и умягчают воду и т. д.

Из кислородсодержащих отбеливателей наиболее распространён перборат натрия

NaBO2 H2O23H2O. В состав этого вещества входит пероксид водорода, который проявляет чаще всего окислительные свойства. Для доказательства этого можно использовать раствор йода, который будет выполнять роль восстановителя, меняя слабо коричневую окраску на бесцветную. При этом происходит следующий процесс:

H2O2 + 2H+ + 2e - 2H2O 5

I2 0 - 10 e - 2I+5 1

Что может происходить с перборатом натрия в ходе стирки? Это соль метаборной кислоты – HBO2. Эта кислота менее гидратирована, является слабой кислотой, но более сильной, чем ортоборная H3BO3. Соли борной кислоты – бораты – большей частью являются производными тетраборной кислоты. Метаборная кислота, в водном растворе переходит в тетраборную: 4 HBO2 H2B4O7 + H2O. При стирке метаборат натрия превращается в тетраборат натрия по схеме: NaB+3O2 Na2B3+3O7. Водные растворы буры вследствие гидролиза обладают сильнощелочной реакцией. Следовательно, стиральные порошки, содержащие перборат натрия, особенно хорошо будут отстирывать загрязнения, имеющие кислую реакцию среды.

Методика исследовательской работы и результаты по определению моющих свойств стиральных порошков.

Оборудование и материалы: 4 вида порошков; белый хлопчатобумажный лоскуток ткани размером 80х50; загрязнители (кофе, томатная паста, подсолнечное масло), стакан с жесткой водой при t0= 450C.

Ход работы: Приготовим мыльные растворы стиральных порошков, учитывая норму загрузки одной стирки в автоматической стиральной машине (1,5г порошка на 100г воды). Лоскутки ткани испачкаем загрязнителями и опустим в стаканы с мыльными растворами на 30 минут.

Результаты смотрим после высыхания лоскутков, которые оцениваются по 3-х бальной системе: 1балл – загрязнитель не удален; 2 балла – следы загрязнителя; 3 балла – полное удаление загрязнителя. По результатам исследования можно сделать следующие выводы: во-первых, очень хорошие моющие свойства у порошков «Ariel M-Zim 5» и «Persil Gold» (9баллов) и достаточно хорошие у «Tide plus»(8баллов) и «Миф(7баллов). Во-вторых, легче всего отстирываются пятна от кофе и больше проблем доставляют пятна от подсолнечного масла.

Методика исследовательской работы и результаты по определению окислительных свойств стиральных порошков.

Оборудование и материалы: мыльный раствор порошков, спиртовой раствор (5%) йода, вода, пипетка, бюретка.

Ход работы: Наливаем 10 мл воды и добавляем 4 капли спиртового раствора йода. Затем титруем мыльным раствором каждого порошка до исчезновения слабой коричневой окраски раствора йода [2]. Результаты показывают, что для обесцвечивания раствора йода потребовалось: 3,7 мл «Persil Gold», 9,5 мл «Ariel M-Zim 5», 10,3 мл «Tide plus» и 11,1 мл «Миф». Эти данные определяют следующее:

• окислительные свойства наиболее выражены у порошков «Persil Gold» и «Ariel

M-Zim 5» , что даёт возможность более экономно расходовать порошки даже при сильных загрязнениях. Моющие средства «Tide plus» и «Миф» требуют дополнительного объёма порошка при каждой стирке.

Влияние жесткости воды на процесс стирки в автоматических стиральных машинах

Пресная вода любого открытого водоёма содержит растворенный кислород и углекислый газ, поступающие как из атмосферы, так и в результате жизнедеятельности фауны. Когда вода проходит через известняковые скалы и слои почвы происходит растворение карбонатов кальция и магния. В основном протекает реакция, в которой труднорастворимый карбонат кальция превращается в растворимый гидрокарбонат: CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2. Наличие гидрокарбонатов кальция и магния в воде является причиной её жесткости, которая измеряется в миллиграмм-эквиваленте на литр (мг-экв/л). По классификации принятой в России при содержании солей жесткости менее 1,5мг-экв/л считается очень мягкой, от 1,5 до 3,0 мг-экв/л – мягкой, от 3 до 6 мг-экв/л – умеренно жесткая, от 6 до 9 мг-экв/л – жесткая, более 12 мг-экв/л – очень жесткая.

Для тушения пожаров , полива огорода, уборки улиц и тратуаров жесткость воды не имеет значения, но при стирке в стиральных машинах жесткая вода гораздо менее эффективна, чем мягкая. С повышением температуры создаются условия для протекания реакций разложения гидрокарбоната кальция с образованием карбоната кальция, воды и углекислого газа: Ca(HCO3)2 CaCO3 + CO2 + H2O. Растворимость карбоната кальция в воде сильно уменьшается и в результате перенасыщения раствора CaCO3 откладывается в виде накипи. Слой накипи имеет сильно выраженную пористую структуру и действует как теплоизолятор, ухудшающий теплообмен между нагревателем и водой, что ведёт к сгоранию нагревателей и перерасходу электроэнергии до 40%. Вещества, определяющие жесткость воды, и активные субстанции моющих препаратов образуют нерастворимые кальциевые и магниевые соли высших жирных кислот (С17Н35СООН, С15Н31СООН, С17Н33СООН и др. ), которые выделяются на обрабатываемых тканях, придавая им серовато-желтоватый оттенок. В результате чего любимые вещи ветшают, теряют красоту формы и цвета. Для связывания солей жесткости в состав современных стиральных порошков вводят специальные добавки: полифосфаты, силикаты, кальцинированную соду, некоторые другие соли. Следовательно, преимущество СМС заключается в том, что их кальциевые соли растворимы в воде, и они не утрачивают моющее средство в жесткой воде. Однако качество порошков различно и, чтобы частично преодолеть неблагоприятное влияние жесткой воды, следует использовать или больше порошка, или дорогие смягчители для воды и белья (например «Calgon»). В целом жесткая вода в состоянии обессмыслить все усилия хозяек и увеличить финансовые расходы! Поэтому необходимо определить качество используемых стиральных порошков, определив снижение жесткости воды без добавления специальных добавок.

Для проведения исследования жесткости водопроводной воды, а затем и мыльного раствора используем комплексонометрический метод, который основывается на титровании пробы воды или раствора в присутствии индикатора хрома темно-синего и буферного аммиачного раствора, раствором трилона Б определенной концентрации(0,05Н). Если в раствор, содержащий ионы Са2+ и Mg2+, ввести индикатор, дающий непрочное цветовое соединение с ионами этих металлов, то при добавлении трилона Б к такому окрашенному раствору в эквивалентной точке произойдет изменение окраски (розово-сиреневая окраска раствора становится фиолетовой).

Методика исследовательской работы и результаты по определению жесткости воды в г. Радужный Ханты – Мансийского автономного округа – Югры и растворов выбранных стиральных порошков

Оборудование и материалы: бюретка на 50 мл, колбы, водопроводная вода, дистиллированная вода, буферный раствор (20г хлористого аммония NH4Cl растворяем в дистиллированной воде, добавляем 100 мл 25%-ного раствора аммиака и доводим до 1л дистиллированной водой), раствор хромового темно-синего индикатора (0,5г индикатора растворяем в 20 мл аммиачного буферного раствора и доводим до 100 мл этиловым спиртом), раствор трилона Б (9,30г трилона Б растворяем в воде дистиллированной и доводим объем до 1л), 4 набора порошков.

Опыт№1. Ход работы: В колбу наливаем 50 мл водопроводной воды и добавляем 50 мл дистиллированной воды, 5мл буферного раствора и 5-6 капель индикатора, затем данный раствор титруем трилоном Б (медленно при интенсивном переливании до изменения окраски). Производим расчеты, определяем жесткость воды по формуле:

Ж = 1000 х ( А х Н) / V, где

V – объем пробы взятой для титрования (мл);

Н – нормальность раствора трилона Б (0,05 Н);

А – число мл раствора трилона Б, израсходованное на титрование данного объема пробы.

Результаты первого исследования показали (Приложение II, рис. 1), что водопроводная вода в г. Радужный является очень мягкой (Жср=1,13 мг-экв/л).

Опыт№2. Ход работы: Навеску каждого порошка (1,5г) растворяем в 100 мл воды для приготовления мыльного раствора. В колбу наливаем 50 мл раствора порошка, добавляем 50 мл дистиллированной воды, 5 мл буферного раствора и 5-6 капель индикатора. Затем титруем раствором трилона Б до изменения окраски. Как только добавили в мыльные растворы исследуемых СМС индикатор, он почти сразу изменил окраску и без титрования трилоном Б. Это говорит о том, что жесткость снизилась и стала явно меньше 1 мг – экв / л ; Если сравнивать скорость изменения окраски, то можно сказать, что лучше всех порошков понижает жесткость «Ariel M-Zim 5» , затем почти одинаково «Persil Gold», «Tide plus» и чуть позже изменил окраску “Миф”.

Опыт№3. Ход работы: Для определения снижения жесткости воды синтетическими моющими средствами приготовили пробу жесткой воды, добавив к водопроводной воде соли магния и кальция. Затем определили полученную жесткость и провели опыты с мыльными растворами исследуемых порошков:

А) Определяем жесткость приготовленной воды:

№ пробы V мл А мл Ж= 1000х (АхН) / Vмг-экв/л

Средняя величина 100 19,24 Жср=1000х(19,24х0,05) /100=9,62

• Данная проба воды является жесткой водой.

Б) Определяем уменьшение жесткости при использовании растворов исследуемых СМС:

Жёсткость № V мл А мл Ж= 1000х (АхН) / V Уменьшение

СМС пробы мг-экв/л жесткости

«Миф» ср 100 14,58 Жср=7,29 на 24%

«Tide plus» ср 100 13,46 Жср=6,73 на 30%

«Ariel M-Zim 5» ср 100 3,98 Жср=1,99 на 79%

«Persil Gold» ср 100 11,26 Жср=5,63 на 41 %

Уменьшение жесткости = 100% - ( Ж СМС / Ж пробы воды) х 100%

Результаты выполнения опыта №3 позволяют сделать следующие выводы:

• Использовании стирального порошка «Ariel M-Zim 5» позволяет практически показатель «жёсткой» воды снизить ((9,62 х 21%) / 100% = 2,0) до «мягкой»;

«Persil Gold» уменьшает жесткость на 41% , т. е. «жёсткая» вода становится ((9,62 х 59%) / 100% = 5,68) «умеренно жёсткой»; «Tide plus» уменьшает жесткость на 30% , т. е. «жёсткая» вода остаётся ((9,62 х 70%) / 100% = 6,7) « жёсткой»; «Миф» уменьшает жесткость на 24% , т. е. «жёсткая» вода остаётся ((9,62 х 76%) / 100% = 7,3) « жёсткой»;

Методика определения использования экономически выгодного моющего средства

Для определения экономически выгодного моющего средства необходимо учитывать стоимость одной загрузки порошка, использование дополнительного средства “Calgon” и затраты электроэнергии, которые связаны с продолжительностью процесса в стиральной машине.

Стоимость одной загрузки Стоимость одной загрузки Время стирки Стоимость стирки

“Calgon”

«Миф» 7 руб. 43 коп 13 руб. 30 коп увеличить 20 руб. 73коп + затраты на электроэнергию

«Tide plus» 8 руб. 27 коп 13 руб. 30 коп увеличить 21руб. 57 коп +затраты на электроэнергию

«Ariel M-Zim 5» 14 руб. 40 коп Не требуется Не требуется 14 руб. 40 коп увеличить

«Persil Gold» 13 руб. 95 коп 0,5 нормы Не требуется 20 руб. 60 коп

6 руб. 65 коп увеличить

По результатам исследований можно сделать следующие выводы:

• Учитывая моющие и окислительные свойства исследуемых синтетических моющих средств, быстрее всего, даже сильные загрязнения (в том числе кофе, томатная паста, растительные масла) в жесткой воде можно отстирать с помощью “Ariel M-Zim 5” и “Persil Gold”. Такие порошки, как “Tide plus” и “Миф” требуют дополнительного объема порошка и увеличение времени стирки, что ведет к дополнительному расходу электроэнергии;

• Определив, что в городе Радужный “мягкая” вода, можно использовать все исследуемые порошки не боясь поломки стиральной машины из-за образовании накипи на барабане. Однако, при использовании порошков “Tide” и “Миф” необходимо увеличивать объем порошка и время стирки, что ведет к увеличению экономических затрат;

• При использовании СМС в регионах с жесткой водой для получения отличного результата стирки, только “Ariel M-Zim 5” можно использовать в чистом виде. Порошку “Persil” требуется дополнительный смягчитель воды (“Calgon”) при каждой второй стирки, а “Tide plus” и ”Миф” необходимо всегда использовать совместно с “Calgon” во избежание поломки стиральной машины из-за образования накипи;

• Качественным и экономически выгодным показал себя порошок “Ariel M-Zim 5”, не требующий дополнительных добавок и увеличении времени стирки. Хорошие качественные показатели в мягкой воде имеют порошки «Persil Gold» “Tide plus” и “Миф”. Однако использование в районах с жесткой водой они требуют добавок, смягчающие воду, увеличения времени работы стиральной машины и дополнительного объема порошка. Все это увеличивает стоимость стирки и делает их менее выигрышными, несмотря на более низкую стоимость пачки порошка.

Необходимо также учитывать, что поступающие в продажу моющие средства различные по свойствам и назначению, могут быть порошкообразными, жидкими, в виде паст.

Порошкообразные СМС: быстро растворяются в воде, ими можно стирать в воде любой жесткости благодаря большому содержанию триполифосфатов (или их заменителей), во многие порошки введены два и более ПАВ, что значительно улучшает их качество. Однако порошки при дозировании пылят, а некоторые люди плохо переносят эту пыль, раздражающие органы дыхания. Кроме того, порошки труднее дозировать.

Моющие пасты не пылят и очень компактны, содержат такие ПАВ, которые в силу ряда технологических причин нельзя ввести в порошки. Однако они растворяются в воде медленнее и содержат в 1,5-2 раза триполифосфатов, чем порошки. Поэтому стирать ими можно в относительно мягкой воде.

Жидкие моющие средства обладают всеми преимуществами и порошкообразных и пастообразных. Кроме того, тонкие синтетические, шерстяные и шелковые ткани все-таки лучше стирать жидкими моющими средствами.

Надеюсь, что результаты данного исследования будут полезны для всех, кто заинтересован в результате стирки и не безразличен к выбору синтетических моющих средств, которые могут быть эффективными для данного процесса, экономичными и безопасными для здоровья.

Гипотеза, выдвинутая в данной работе, подтвердилась, прежде всего, на примере синтетически моющего средства “Ariel M-Zim 5”. Разнообразный состав добавок в данном стиральном порошке позволяет справляться с сильными загрязнениями белья без увеличения времени стирки, без дополнительного объёма моющего средства и без использования веществ, понижающих жёсткость воды и защищающих стиральную машину от поломки. Высокая цена в сравнении с другими более дешевыми порошками оправдывает себя, т. к. дополнительные расходы при их использовании прилично повышают стоимость такой стирки.