Vihreämpi valkaisuaine

Tahran poistaminen vaatteista voi olla hyvin vaikea tehtävä. Tahrasta eroon pääsemisessä ei ole kyse molekyylien poistamisesta kuten pesuaineissa. Tahraiset molekyylit muuttuvat kemiallisesti niin, että ne eivät enää heijasta valoa aivan samalla tavalla kuin ennen. Tätä prosessia kutsutaan värinpoistoksi tai valkaisuksi. Luonnolliset tahrat sekä jotkin ruohosta valmistetut väriaineet ovat peräisin kemiallisista yhdisteistä, joita kutsutaan kromoforeiksi. Kromoforit voivat absorboida valoa tietyillä aallonpituuksilla ja siten aiheuttaa värejä.1

Kotitalouksien tavallinen valkaisuaine, natriumhypokloriitti (NaClO), vaikuttaa tahraan kemiallisessa prosessissa, jota kutsutaan hapettumisreduktioksi eli redox-reaktioksi. Hapettuminen määritellään yleisesti elektronien menettämiseksi ja pelkistyminen vaalien saamiseksi. Nämä kaksi prosessia, hapettuminen ja pelkistyminen, tapahtuvat yhdessä, joten yksi yhdiste pelkistyy, kun toinen hapettuu. Kloorivalkaisuaineet ovat hapettavia aineita; kun kloori reagoi veden kanssa, syntyy suolahappoa ja atomihappea. Happi reagoi helposti kromoforien kanssa poistaen molekyylistä elektroneja, jolloin molekyylin rakenne muuttuu kemiallisesti ja värin aiheuttavat fysikaaliset ominaisuudet muuttuvat.1

Kloorivalkaisuaineet toimivat tehokkaasti ja edullisesti. Joskus kloorivalkaisuaineilla tapahtuvaan hapettamiseen liittyy kuitenkin klooriatomien lisääminen värillisiin värjäytymismolekyyleihin eikä vain elektronien poistaminen. Kloorin lisääminen jätevirtaan voi johtaa vaarallisten sivutuotteiden, kuten dioksiinien, muodostumiseen. Dioksiinit ovat satojen samankaltaisen rakenteen omaavien yhdisteiden ryhmä, jolla on kyky kertyä biologisesti. Dioksiinit ovat peräisin pääasiassa jätteenpoltosta ja metsäpaloista, mutta dioksiineja voidaan lisätä ympäristöön myös klooria käyttävissä teollisissa prosesseissa, kuten tekstiili- ja paperinvalmistuksessa. Altistuminen suurille määrille dioksiineja voi aiheuttaa klorakneksi kutsutun sairauden. Klorakne on vakava ihosairaus, joka aiheuttaa vaurioita kasvoihin ja ylävartaloon. Suurten dioksiinialtistusten on myös todettu lisäävän syöpäuhkia. Niiden taipumus viipyä ympäristössä on saanut Yhdysvaltain ympäristönsuojeluviraston tekemään yhteistyötä teollisuuden kanssa löytääkseen keinoja niiden käytön rajoittamiseksi.2

Kloori on suuressa mittakaavassa tappavaa ympäristölle. Muita vaihtoehtoja tai kloorittomia valkaisuaineita on saatavilla. Kloorittomat valkaisuaineet sisältävät vetyperoksidia tai kiinteitä aineita, kuten perboraattia tai perkarbonaattia, jotka reagoivat veden kanssa vapauttaen vetyperoksidia. Vetyperoksidi hajoaa happikaasuksi ja vedeksi, mikä on esitetty yhtälössä 1.1

\

H2O2 vapauttaa hajotessaan vapaita radikaaleja, erittäin reaktiivisia välituotteita, jotka hapettavat muita molekyylejä poistamalla niiltä elektroneja. Jos nämä muut molekyylit ovat värillisiä tahroja tai pigmenttejä, niiden hapettumisesta aiheutuvat kemialliset muutokset voivat muuttaa niiden fysikaalisia ominaisuuksia, jolloin ne muuttuvat värittömiksi.1

Vetyperoksidi on vihreämpi ja ympäristöystävällisempi vaihtoehto kloorivalkaisureagensseille. Kloorivalkaisuaineiden korvaamiseen vetyperoksidilla liittyy kuitenkin kaksi ongelmaa. Peroksidin hapetusprosessi voi olla valikoimaton; mikä tahansa molekyyli voi reagoida vapaiden radikaalien kanssa. Toinen vetyperoksidin käyttöön liittyvä ongelma on vaatimus korkeammista lämpötiloista ja paineista sekä pidemmistä reaktioajoista, jotta saavutettaisiin samat tulokset kuin kloorivalkaisussa. Valmistuksessa tämä johtaa korkeampiin energia-, laite- ja työvoimakustannuksiin.1

Nämä ongelmat saivat Carnegie Mellonin yliopiston tutkijat kehittämään tetraamidomakrosyklisiksi ligandeiksi (TAML, tetraamido macrocyclic ligands) kutsuttuja molekyylejä toimimaan katalyytteinä vetyperoksidivalkaisureaktiossa. Niiden lisäämisen ansiosta reaktio voidaan toteuttaa paljon alhaisemmissa lämpötiloissa ja paineissa, ja reaktion selektiivisyys on parempi.3 TAML-aktivoitu H2O2 on ihanteellinen esimerkki vihreästä kemiasta. Se valmistetaan luonnossa esiintyvistä biokemikaaleista, vähentää energiakustannuksia ja vähentää kloorin aiheuttamaa saastumista.

From ChemPRIME: 11.17: Common Oxidizing Agents

.