Momenteel leggen consumenten, te midden van veranderende milieuomstandigheden en de opkomst van verschillende volksgezondheidscrises, steeds meer nadruk op huishoudelijke hygiëne en gezondheid. Tegelijkertijd is functionaliteit naar voren gekomen als een belangrijke ontwikkelingstrend in de sector van huishoudelijke wasmiddelen; consumenten zijn niet langer tevreden met wasmiddelen die alleen maar standaardreinigingsmogelijkheden bieden, maar ook op zoek zijn naar aanvullende eigenschappen zoals sterilisatie en geur. Bovendien heeft de wijdverbreide acceptatie van volautomatische wasmachines ertoe geleid dat consumenten er steeds meer de voorkeur aan geven om verschillende soorten kleding in gecombineerde wasbeurten te wassen. Deze factoren hebben geleid tot een snelle stijging van de consumentenvraag naar huishoudelijke wasmiddelen met desinfecterende en zuiverende eigenschappen.
De afgelopen jaren is de verscheidenheid aan ontsmettings- en desinfectieproducten ook aanzienlijk uitgebreid, van ontsmettingsmiddelen voor een enkel- doel naar multifunctionele- samengestelde producten die zowel reinigende als steriliserende eigenschappen combineren. Bovendien is het toepassingsgebied uitgebreid van alleen textiel naar een breed scala aan huishoudelijke schoonmaakproducten-zoals afwasmiddelen, vloer- en oppervlaktereinigers en toiletpotreinigers.
Volgens de relevante bepalingen van standaard QB/T 2850-2007, *Antibacteriële en bacteriostatische wasmiddelen*, worden de producten die binnen deze industrie "antibacteriële en bacteriostatische wasmiddelen" worden genoemd, geformuleerd met behulp van oppervlakteactieve stoffen in combinatie met specifieke bactericiden of bacteriostatica; dit zijn dagelijks-chemische schoonmaakproducten die zowel antibacteriële/bacteriostatische eigenschappen als reinigende/vlekverwijderende- functies bezitten. De formulering van dergelijke ontsmettings- en desinfecterende detergentia brengt verschillende technische uitdagingen met zich mee: ten eerste, het selecteren van geschikte bactericiden; ten tweede, het evalueren van de compatibiliteit en synergetische prestaties van de geselecteerde bactericiden wanneer ze worden gecombineerd met andere wasmiddelcomponenten; en ten derde, het bepalen van de optimale methode voor het opnemen van de bactericiden in de formulering. Dit artikel concentreert zich op deze drie aspecten, waarbij systematisch de ingrediënten worden beoordeeld die verantwoordelijk zijn voor het verschaffen van steriliserende en bacteriostatische effecten in huishoudelijke wasmiddelen, waarbij specifiek hun compatibiliteitskenmerken en verwerkingsmethoden worden onderzocht.
1. Soorten bacteriedodende middelen in huishoudelijke wasmiddelen
Op basis van hun oorsprong kunnen bactericiden grofweg worden ingedeeld in synthetische bactericiden en natuurlijke bactericiden. Op basis van hun chemische samenstelling kunnen ze worden onderverdeeld in halogeen-gebaseerd, zuurstof-gebaseerd, aldehyde-gebaseerd, fenol-gebaseerd, quaternaire ammoniumzouten, guanidine-gebaseerde verbindingen, traditionele kruidenextracten en andere typen. Bij het dagelijks-gebruik van chemische wasmiddelen zijn de voornaamste doelmicro-organismen voor deze bactericiden *Staphylococcus aureus*, *Escherichia coli* (E. coli) en *Candida albicans*. Bactericiden die in huishoudelijke wasmiddelen worden gebruikt, moeten aan de volgende criteria voldoen: ① Hoge veiligheid-niet-giftig voor mensen en weinig irriterend; ② Hoge efficiëntie-effectief, zelfs als het in kleine hoeveelheden wordt toegevoegd; ③ Goede compatibiliteit met oppervlakteactieve stoffen en andere wasmiddelen; ④ Goede oplosbaarheid en dispergeerbaarheid-zonder afbreuk te doen aan de fundamentele prestaties of geur van het product.
Halogeen-gebaseerde agenten
Op halogeen-gebaseerde bactericiden zijn onder meer chloor-bevattende, broom-bevattende en jodium-bevattende middelen. Omdat halogeenelementen inherent sterke oxiderende eigenschappen bezitten, vertonen verbindingen die deze elementen bevatten doorgaans krachtige bacteriedodende en blekende eigenschappen.
① Chloor-bevattende bacterieciden
Chloor-bevattende bactericiden hebben een sterke bacteriedodende werking en zijn in staat diverse micro-organismen te elimineren-waaronder bacteriesporen. Bovendien bieden ze voordelen zoals ruime beschikbaarheid en lage kosten; hun sterke irritatie en gevoeligheid voor pH beperken echter hun toepassingsgebied. Tot de gebruikelijke chloor-bevattende bactericiden die in huishoudelijke wasmiddelen worden gebruikt, behoren voornamelijk natriumhypochloriet en natriumdichloorisocyanuraat. Industrieel geproduceerd natriumhypochloriet bevat doorgaans een actief chloorgehalte van ongeveer 10% tot 20%; het werkt als een sterk oxidatiemiddel met krachtige bacteriedodende en blekende effecten, hoewel het bijtend is voor metalen en vatbaar is voor ontbinding. Wat de compatibiliteit betreft, kan natriumhypochloriet bepaalde kleurstoffen beschadigen en reageert het negatief met geurstoffen, enzymen en fluorescerende witmakers; Daarom wordt het vaak zelfstandig gebruikt in desinfecterende oplossingen en bleekproducten. Natriumdichloorisocyanuraat-ook bekend als dichloor-is een breed-bactericide; terwijl de droge poedervorm ervan stabiel is tijdens opslag, vertoont de waterige oplossing een slechte stabiliteit. Natriumdichloorisocyanuraat vertoont geen cumulatieve toxiciteit of mutagene effecten, biedt een hoog veiligheidsprofiel en is daarom geschikt voor gebruik in huishoudelijke wasmiddelen. In termen van compatibiliteit oefenen stoffen zoals vetzuurdiëthanolamiden, alkylfenolpolyoxyethyleenethers, borax en natriumcarbonaat een ontledingseffect uit op natriumdichloorisocyanuraat; omgekeerd verhogen stoffen zoals natriumalkylbenzeensulfonaat, natriumvetalcoholethersulfaat, vetalcoholpolyoxyethyleenethers, natriumsulfaat en natriumchloride de stabiliteit van natriumdichloorisocyanuraat.
② Broom-bactericiden
Veel voorkomende varianten van op broom-gebaseerde bactericiden zijn onder meer broomchloordimethylhydantoïne en dibromodimethylhydantoïne; deze middelen zijn na gebruik milieuvriendelijk. Vergeleken met op chloor-gebaseerde bactericiden vertonen broom-gebaseerde middelen een superieure microbiële dodende werking in alkalische omgevingen en worden ze sneller afgebroken. Vanwege hun hogere kosten worden op broom-gebaseerde bactericiden echter voornamelijk gebruikt voor desinfectie in ziekenhuizen en door epidemieën- getroffen gebieden, terwijl hun toepassing in huishoudelijke schoonmaakmiddelen relatief beperkt blijft.
③ Jodium-bactericiden
Op jodium-gebaseerde bactericiden-zoals elementair jodium en jodoforen-worden op grote schaal gebruikt op het gebied van de geneeskunde en de volksgezondheid; de afgelopen jaren hebben ze ook toepassing gevonden binnen de wasmiddelenindustrie. Elementair jodium bezit een uitstekende permeabiliteit, waardoor het snel celwanden kan binnendringen en de denaturatie en inactivatie van eiwitten kan induceren. Studies hebben aangetoond dat door het formuleren van een mengsel van 0,5% jodium met twaalf verschillende oppervlakteactieve stoffen-waaronder natriumvetalcoholpolyoxyethyleenethersulfaat (AES)-het resulterende, op jodium- gebaseerde antimicrobiële wasmiddel zeer bevredigende niveaus van zowel waskracht als bacteriedodende werkzaamheid bereikt.
Peroxiden
Bij oplossing in water dissociëren de peroxide-bactericiden zich en genereren vrije radicalen met een hoog redoxpotentieel. Deze radicalen verstoren vervolgens de permeabiliteitsbarrières van micro-organismen-of vallen hun eiwitten, DNA en andere cellulaire componenten aan-wat uiteindelijk leidt tot microbiële dood.
① Vloeibare peroxiden
De primaire vloeibare peroxiden die in deze context worden gebruikt, zijn waterstofperoxide en perazijnzuur. Deze stoffen zijn zeer corrosief van aard en hebben een blekend effect op stoffen. Momenteel wordt waterstofperoxide voornamelijk gebruikt in de formuleringen van kleur-veilige bleekmiddelen. Hoewel in enig onderzoek de toepassing ervan in afwasmiddelen is onderzocht, brengt de opname ervan in dergelijke formuleringen talrijke compatibiliteitsproblemen met zich mee, aangezien de ontleding ervan kan worden veroorzaakt door factoren zoals zware metalen, alkalische omgevingen en blootstelling aan licht.
② Vaste peroxiden
Vaste peroxiden-met name natriumperboraat en natriumpercarbonaat-worden voornamelijk gebruikt in wasmiddelformuleringen in poedervorm. Met name vereisen zowel natriumperboraat als natriumpercarbonaat verhoogde temperaturen om zuurstof vrij te maken; bijgevolg oefenen ze hun bacteriedodende werkzaamheid pas uit als de temperatuur de 40 graden overschrijdt. Bovendien is de stabiliteit van verbindingen zoals natriumpercarbonaat relatief slecht. Op basis van deze kenmerken wordt deze klasse biociden voornamelijk gebruikt in formuleringen voor reinigingsmiddelen voor wasmachines, afvoeropeners en soortgelijke producten.
③ Gestabiliseerd chloordioxide
Chloordioxide is door de Wereldgezondheidsorganisatie geclassificeerd als een zeer effectief en veilig biocide van klasse A1. Bij kamertemperatuur bestaat het als een geelachtig-groen gas dat wordt gekenmerkt door een hoge chemische reactiviteit, en de desinfecterende werking ervan is vijf keer groter dan die van elementair chloor.
Guanidine-derivaten
Biociden op basis van guanidine- worden grofweg onderverdeeld in biguaniden en monoguaniden. De biguanidecategorie omvat onder meer chloorhexidine en zijn derivaten, polyhexamethyleenbiguanidezouten en polyaminopropylbiguanide. De categorie monoguaniden bestaat voornamelijk uit polyhexamethyleenmonoguanide, verkrijgbaar in verschillende zoutvormen zoals hydrochloride, stearaat en propionaat. Studies hebben aangetoond dat de hydrochloridevorm een sterkere bacteriedodende werkzaamheid vertoont in vergelijking met andere zoutvormen.
Chloorhexidine (ook bekend als Hibitane) is voornamelijk verkrijgbaar in twee vormen: het acetaat en het gluconaat. Het beschikt over breed-spectrum bacteriostatische eigenschappen; bij hoge concentraties vertoont het zowel bacteriedodende als bacteriostatische effecten, terwijl de werking bij lage concentraties voornamelijk bacteriostatisch is. Chloorhexidine is echter niet effectief tegen bacteriesporen en schimmels. Op het gebied van dagelijkse chemische producten wordt het vaak gebruikt als conserveermiddel in handdesinfecterende middelen, tandpasta's en huidverzorgingsproducten.
Polyhexamethyleenguanidinehydrochloride is geclassificeerd als een stof met lage- toxiciteit; het is niet-corrosief voor metalen en heeft geen bleekeffect op stoffen. Deze klasse biociden vertoont een uitstekende wateroplosbaarheid en thermische stabiliteit; ze produceren minimaal schuim, zijn gemakkelijk af te spoelen en zijn ongevoelig voor pH-schommelingen. Vergeleken met biociden op basis van chloor- of peroxide- bezitten polyhexamethyleenguanidine (PHMG) biociden een lagere toxiciteit en irritatie, waardoor ze veiliger in gebruik zijn; Daarom worden ze op grote schaal verwerkt in huishoudelijke wasmiddelen. Studies hebben aangetoond dat de toepassing van PHMG-biociden gedurende een contacttijd van slechts 5 tot 10 minuten voldoende is om het totale aantal bacteriën en coliformen op serviesgoedoppervlakken te verlagen tot niveaus die voldoen aan de relevante nationale hygiënenormen. Grote wasmiddelfabrikanten hebben vervolgens een breed scala aan huishoudelijke schoonmaakproducten op de markt gebracht met PHMG als actief biocide-ingrediënt. Wat de compatibiliteit betreft: aangezien op guanidine-gebaseerde biociden kationische middelen zijn, moet het gebruik ervan worden vermeden in combinatie met zepen, anionische oppervlakteactieve stoffen en soortgelijke stoffen; bovendien kunnen bepaalde niet-ionische oppervlakteactieve stoffen ook hun biocidale werkzaamheid in gevaar brengen. Bovendien wordt PHMG, dat als op zichzelf staand ingrediënt in een formulering wordt gebruikt, geclassificeerd als een laag-biocide; Daarom moet het bij toepassingen die hoge intensiteit of langdurige desinfectie-effecten vereisen, synergetisch worden gebruikt met andere biociden.
Quaternaire ammoniumzouten
Quaternaire ammoniumzouten zijn een klasse van kationische oppervlakteactieve stoffen. Hiervan worden op alkyl-gebaseerde quaternaire ammoniumzouten-specifiek onderverdeeld in varianten met enkele- keten en dubbele-keten- het meest algemeen gebruikt als biociden. Tot op heden is deze klasse geëvolueerd gedurende zeven generaties producten. De eerste en tweede generatie worden gekenmerkt door benzalkoniumchloride en benzalkoniumbromide, terwijl de zevende generatie bestaat uit mengsels omvattende polymere quaternaire ammoniumzouten gecombineerd met alkyldimethylbenzylammoniumchloride en alkyldimethylethylbenzylammoniumchloride. Hoewel quaternaire ammoniumzouten niet effectief zijn tegen schimmels, *Mycobacterium tuberculosis* en bacteriesporen, bezitten ze krachtige bacteriostatische eigenschappen, waardoor ze zelfs bij extreem lage concentraties de groei en voortplanting van bacteriën kunnen remmen.
In termen van compatibiliteit functioneren alle quaternaire ammoniumbiociden als kationische oppervlakteactieve stoffen. Hoewel quaternaire ammoniumzouten met dubbele- keten een zekere mate van resistentie vertonen tegen de nadelige effecten van anionische oppervlakteactieve stoffen en hard water, moet hun co-formulering of gelijktijdig gebruik met anionische oppervlakteactieve stoffen niettemin worden vermeden. Bovendien vertonen stoffen als jodium, kaliumjodide, salicylzuur en peroxiden antagonistische effecten wanneer ze worden gecombineerd met quaternaire ammonium-desinfectiemiddelen; daarom moet het vermengen van deze stoffen tijdens de toepassing worden vermeden. De afgelopen jaren is het gebruik van quaternaire ammonium-ontsmettingsmiddelen in huishoudelijke wasmiddelen steeds wijdverspreider geworden.
Andere synthetische desinfectiemiddelen
Synthetische desinfectiemiddelen omvatten ook categorieën zoals aldehyden en fenolen. Van de op aldehyde-gebaseerde ontsmettingsmiddelen is formaldehyde zeer irriterend, werkt langzaam en brengt potentiële kankerverwekkende risico's met zich mee. Wat betreft desinfectiemiddelen op basis van fenol- worden de potentiële gevaren die gepaard gaan met veelgebruikte middelen-zoals triclosan en triclocarban- voortdurend blootgesteld; gezien deze veiligheidsproblemen vereist de opname ervan in productformuleringen een zorgvuldige en voorzichtige overweging.
Natuurlijke desinfectiemiddelen
Op basis van hun oorsprong kunnen natuurlijke desinfectiemiddelen grofweg worden ingedeeld in categorieën afgeleid van planten-, van dieren- en van micro-organismen-. Vanwege hun lage toxiciteit en minimale irritatie worden natuurlijke desinfectiemiddelen doorgaans gemakkelijker door consumenten geaccepteerd, wat leidt tot een voortdurende toename van de belangstelling voor onderzoek op dit gebied. De huidige onderzoeksinspanningen richten zich voornamelijk op plantaardige-ontsmettingsmiddelen, hoewel een beperkt aantal onderzoeken ook de integratie van dierlijke- of micro-organismen-afgeleide ontsmettingsmiddelen in huishoudelijke wasmiddelformuleringen heeft onderzocht.
① Plant-Afgeleide desinfectiemiddelen
Planten-ontsmettingsmiddelen worden gedefinieerd als antimicrobiële preparaten die worden geproduceerd door het extraheren van componenten-die bacteriedodende of bacteriostatische activiteit bezitten-uit verschillende plantendelen, zoals wortels, stengels, bladeren en bloemen, voor gebruik tegen pathogene micro-organismen. De belangrijkste actieve bestanddelen die in plantaardige-ontsmettingsmiddelen worden aangetroffen, zijn alkaloïden, flavonoïden, steroïden, terpenen, tannines, essentiële oliën, terpenoïden, saponinen, coumarinen, lignanen, stilbenen, polysachariden, fenolen, chinonen, esters en organische zuren. Bij het opnemen van plantaardige- desinfectiemiddelen in wasmiddelformuleringen doen zich twee belangrijke uitdagingen voor: ten eerste: het bepalen van de optimale dosering; en ten tweede, het beheren van de resulterende kleur van het wasmiddelsysteem. Hoewel uit planten-ontsmettingsmiddelen doorgaans een beperkte antimicrobiële werking bestaan en hogere productiekosten met zich meebrengen, heeft hun lage irritatieprofiel geleid tot een steeds wijdverbreidere toepassing ervan in huishoudelijke wasmiddelen.
② Dierlijke-afgeleide biociden
Stoffen gewonnen uit dieren-zoals lysozym, antimicrobiële peptiden en antimicrobiële eiwitten-hebben allemaal een verschillende mate van antimicrobiële werkzaamheid. Momenteel is chitosan het meest gebruikte dierlijke-middel in de wasmiddelensector; de toepassing ervan in wasmiddelen wordt echter aanzienlijk beperkt door de slechte oplosbaarheid in water en de meeste organische oplosmiddelen, evenals door de inherent milde antimicrobiële werking ervan. Om deze beperkingen aan te pakken, zijn de onderzoeksinspanningen gericht op het verbeteren van de antimicrobiële eigenschappen van chitosan door middel van chemische modificatie om een reeks chitosanderivaten te ontwikkelen, of door zeer krachtige antimicrobiële factoren in de chitosanmatrix op te nemen.
③ Microben-afgeleide biociden
Van microben-afgeleide biociden kunnen grofweg in twee typen worden onderverdeeld: de eerste omvat de directe toepassing van micro-organismen-zoals bacteriofagen, virussen, bacteriën en schimmels- om antimicrobiële effecten te bereiken; de tweede gebruikt de metabolische bijproducten van micro-organismen voor antimicrobiële doeleinden. Tot op heden blijft het onderzoek naar de toepassing van deze specifieke klasse biociden in wasmiddelformuleringen relatief beperkt.
Selectie en verwerking van biociden in huishoudelijke wasmiddelen
Het formuleringsontwerp van antimicrobiële reinigingsmiddelen vereist een zorgvuldige afweging van de specifieke kenmerken van de oppervlakken of voorwerpen die worden gereinigd. Dit omvat het selecteren van geschikte biociden en oppervlakteactieve stoffen, evenals het evalueren van de synergetische compatibiliteit van de verschillende componenten in het mengsel. Neem als voorbeeld vloer- en meubelreinigers: op chloor-gebaseerde biociden worden over het algemeen vermeden omdat ze verkleuring van het hout veroorzaken; kationische quaternaire ammoniumzouten zijn relatief mild en bezitten een lage toxiciteit, hoewel hun antimicrobiële werkzaamheid relatief zwakker is; polyhexamethyleenbiguanide (PHMB) is daarentegen effectief tegen zowel Gram-positieve als Gram-negatieve bacteriën. Bovendien is het niet-giftig, niet-irriterend en effectief tegen schimmels en schimmels-zoals *Candida albicans*. Dankzij de polymere moleculaire structuur adsorbeert PHMB na herhaald gebruik op vloer- en meubeloppervlakken, waardoor een langdurig antimicrobieel effect ontstaat. Op basis van deze alomvattende overwegingen maakt de geselecteerde formulering gebruik van een gemengd biocidesysteem dat 20% quaternair ammoniumzout van polyhexamethyleenbiguanide, 45% dodecyldimethylbenzylammoniumchloride en een quaternair dialkylammoniumzout omvat voor gebruik in vloer- en meubelreinigingsproducten. Gezien de selectie van kationische biociden moet bijzondere zorg worden betracht bij de keuze van de oppervlakteactieve stoffen die ermee gemengd moeten worden, om compatibiliteit en optimale prestaties te garanderen. Uiteindelijk maakt de formulering gebruik van vetalcoholpolyoxyethyleenethers, dodecyldimethylbetaïne, vertakte vetalcoholpolyoxyethyleenethers, alkylglucosiden en amineoxiden als de primaire oppervlakteactieve componenten. In het bijzonder verminderen vetalcoholpolyoxyethyleenethers de oppervlaktespanning aanzienlijk, waardoor de migratie van biociden naar bacteriële celoppervlakken en hun daaropvolgende penetratie in het celinterieur wordt vergemakkelijkt, waardoor hun bacteriedodende werkzaamheid wordt verbeterd. Dodecyl-dimethylbetaïne en amineoxiden bezitten inherente bacteriedodende eigenschappen en vertonen een synergetisch effect met betrekking tot de waskracht. Alkylglucosiden zijn mild van aard en beschikken over uitstekende verspreidingsmogelijkheden, waardoor het kleverige gevoel dat achterblijft op de oppervlakken van vloeren en meubels effectief wordt verminderd.
Wat betreft de methode voor het verwerken van biociden: de meeste biociden worden tijdens het bereidingsproces rechtstreeks als grondstof aan wasmiddelformuleringen toegevoegd. Hoewel deze aanpak eenvoudig en gemakkelijk uit te voeren is, biedt deze alleen antimicrobiële of bacteriostatische voordelen voor het gereinigde object tijdens de daadwerkelijke wascyclus; het biedt een beperkt behoud van deze voordelen zodra het reinigingsproces is voltooid. Deze beperking is vooral uitgesproken bij producten zoals wasmiddelen, die tijdens de laatste fasen van de wascyclus uitgebreid spoelen met grote hoeveelheden water vereisen, waardoor het duurzame behoud van antimicrobiële of bacteriostatische voordelen nog uitdagender wordt. Daarom hebben sommige onderzoeksinspanningen zich gericht op de ontwikkeling van alternatieve opnamemethoden-zoals het gebruik van micro-inkapseling-om duurzame-afgifte-eigenschappen voor deze heilzame middelen te bereiken.
