硬水とキレート剤: GLDAとMGDAが実際にカルシウムとマグネシウムに及ぼす影響

硬水は劇的に見えません。目に見える故障や突然の故障はありません。それはただ、製品を毎日少し悪くするだけです。洗剤が少なくなり、ガラスがフィルム状になり、生地が硬く感じられ、機械にスケールがたまります。誰も水を責めません。彼らは製品を責めます。

これの背後にある化学は簡単であり、修正も同様です。キレート剤はカルシウムとマグネシウムを溶液中に保持して、製剤の残りの部分がその役割を果たすことができます。この記事では、メカニズムをわかりやすく説明し、水が本当に硬い場合に生分解性キレート剤GLDAとMGDAがどのように振る舞うかを説明します。

実際の水の硬度は何ですか?

水の硬度は、溶解したカルシウムとマグネシウムの測定値であり、炭酸カルシウム当量として表されます。一般的な単位は、百万分の一(ppm CaCO3)とドイツ硬度度(dH)であり、1 dHはおよそ17.8 ppmに相当します。

大まかなスケールとして、60 ppm未満はソフト、120-180 ppmはハード、180 ppmを超えるものは非常にハードとしてカウントされます。南イングランドの一部は200-3 00 ppmです。ドイツの多くは15ー25 dHの間にあり、ハードから非常にハードです。スペインと南フランスも同様です。対照的に、北欧諸国はほとんどソフトであり、1つのヨーロッパ市場に調整された製剤が別の市場でしばしばパフォーマンスが低下する理由の1つです。

カルシウムとマグネシウムが自由になると何が起こるか

硬水中では、陰イオン界面活性剤は汚れに触れる前にカルシウムイオンと出会います。カルシウムは界面活性剤と不溶性の塩を形成し、2つのことが同時に起こります:界面活性剤は土壌を乳化する前に消費され、不溶性の塩は布や表面に沈着します。それが硬く、灰色になる洗濯効果とガラス製品の白い膜です。

カルシウムとマグネシウムは、水中の炭酸塩や重炭酸塩と反応してスケールを形成します。食器洗い機やパイプの中では、そのスケールはサイクルごとに蓄積されます。そして、個人用品では、硬水は石鹸を粘着性のあるライム石鹸に変えるため、硬い部分を洗った後に肌が引き締まるのです。

キレート剤は、これらの反応が始まる前に金属イオンを方程式から取り除くことで、これらすべてを変えます。

キレーションの仕組み

キレート剤は、コアの周りに配置されたいくつかの結合部位を持つ分子です。金属イオンと出会うと、結合部位がカチオンを包み込み、環構造を形成し、金属を溶液中にしっかりと保持します。金属はもはや界面活性剤、炭酸塩、または布と反応することができません。効果的に中和されます。

メカニズムから2つの実用的なポイントが導かれます。まず、キレーションは化学量論的です: 1つの分子が1つのイオンに結合するため、投与量は硬度に合わせる必要があります。第二に、pHはバランスを変えます。低pHでは、水素イオンが金属と結合部位で競合するため、キレート剤は酸性条件下で効率を失います。アルカリ洗浄では、結合部位が自由であり、隔離が最も効果的に機能します。

[画像:キレートリング構造に保持されたカルシウムイオン]

硬水製剤におけるGLDAとMGDA

GLDA(CAS 51981-21-6)とMGDA(CAS 1644 62-16-2)の両方がカルシウムとマグネシウムを効果的に隔離し、OECD 301試験において容易に生分解性を示します。この違いは、水が硬くなり、温度が高くなると現れます。

MGDAはカルシウムをより強く結合させ、機械式食器洗いが行われるアルカリ範囲を通じてその利点を維持します。60°Cで25 dHの水で動作する食器洗い機では、MGDAは信頼性の高い選択肢であり、それがヨーロッパで自動食器洗い洗剤を支配する理由です。また、乾燥サイクルの持続的な熱にも耐え、劣化しません。

GLDAはカルシウムにおいても遅れをとっておらず、より広いpH範囲(約2ー14)でもその性能を維持しています。これにより、酸性のデスケーラーからアルカリ性の床洗浄剤まで、1つの製品がすべての用途で使用されるより良いオプションとなり、その優れた溶解性は濃縮液体製剤に適しています。

非常に硬水に対して、正直な答えは両方が機能するということであり、その違いは程度の問題です。GLDAおよびMGDAグレードをカルシウム隔離能力に対してテストするYuanlian Chemicalの試験データによると、GLDAがわずかに高い用量を必要とする硬度レベルでMGDAが性能を維持していることが示されています。

キレーターとビルダーが協力して働く

キレーターはビルダーシステムの一部であり、全体の代替品ではありません。他のビルダーは異なるメカニズムで動作します

                ●炭酸ナトリウムはpHを上昇させ、カルシウムを沈殿させますが、沈殿物はスケールとして沈殿することがあります。

                ●ゼオライトはナトリウムとカルシウムを交換しますが、冷たい水には不溶で遅いです。

                ●キレーターは、金属を溶液中に保持して、何も沈着しないように隔離します。

組み合わせこそが現代の製剤を機能させるものです。金属のキレート剤、pHのビルダー、表面のケイ酸塩またはポリマーです。フォーミュレーターが「EDTAをGLDAに置き換えた」と言うとき、彼らが通常行ったことは、生分解性のシークエストラントを中心に全体のシステムを再バランスすることです。

生産においても添加順序は重要です。液体濃縮物では、界面活性剤の前にキレート剤を加えることで完全に溶解し、濃縮物が後で希釈される際に局所的な沈殿を避けることができます。一部の配合剤は、工場で使用される水がほとんど純粋でなく、金属が配管から浸出するため、少量のキレート剤を保管することもあります。

[画像:異なる水の硬度レベルでの洗濯と食器洗いのテストストリップ]

実践における投薬

普遍的な用量はありませんが、信頼できる出発点があります。家庭用洗剤の場合、ソフトから中程度の水には1ー3%の活性キレート剤が典型的です。硬質地域では、フォーミュレーターはそれを3ー5%に上げ、産業用クリーニング濃縮物は金属負荷に応じて5ー10%を運ぶことができます。

用量を設定する正しい方法は、硬度階段試験です。同じ製剤を10、20、30 dHで実行し、洗浄性能、泡と沈着を測定し、水に決定させます。Yuanlian Chemicalなどのサプライヤーは、GLDA、MGDA、IDSグレードの出発点用量ガイダンスと比較データを提供しており、その演習をかなり短縮しています。

1つの季節的な罠について知っておく価値があります。多くの地域では、地表源が集中するにつれて夏に硬度が上昇するため、2月に調整されたレシピは8月には性能が低下する可能性があります。ローンチ時に1回ではなく、年に2回用量を再確認することは、それ自体が報われる習慣です。

よくあるご質問

硬水とは何ですか?

硬水には溶解したカルシウムとマグネシウムが含まれており、炭酸カルシウム当量またはドイツ度で測定されます。約120 ppmを超えると硬水と見なされ、180 ppmを超えると非常に硬水と見なされ、英国、ドイツ、スペイン、フランスの地域では定期的にこれらのレベルを超えています。

硬水にはどのくらいのキレート剤が必要ですか?

家庭用洗剤については、1ー3%の活性キレート剤から始め、硬水地域では3ー5%に上げます。工業用濃縮物には5ー10%が必要な場合があります。10、20、30 dHの硬度階段試験は、推測よりもデータに基づく回答をより速く提供します。

GLDAとMGDAは硬水でより良く機能しますか?

MGDAは高いpHと高温でカルシウムをより強く結合させるため、硬水での機械食器洗浄の最初の選択肢となります。GLDAはより広いpH範囲をカバーし、多目的および液体製剤に適しています。どちらもEDTAの容易に生分解性の代替品です。