Wetenschappers in Duitsland hebben een strategie ontwikkeld die de oplosbaarheid van anionische oppervlakteactieve stoffen met lange ketens bij omgevingstemperaturen verbetert.1 In de toekomst zou het mogelijk kunnen zijn om de strategie te gebruiken om reinigingsproducten te formuleren op basis van koolzaad-, olijf- of zonnebloemolie en de hoeveelheid oppervlakteactieve stof die nodig is in wasmiddelen te verminderen.
De strategie heet Complet of het concept van smeltpuntverlaging door ethoxylering. Het bouwt voort op eerder werk van Werner Kunzvan de Universiteit van Regensburg en collega’s, die ontdekten dat anionen met carboxylaatkopgroepen en ethyleenoxide-eenheden kunnen worden gebruikt als tegenionen om het smeltpunt en de wateroplosbaarheidstemperatuur van elke kationogene oppervlakteactieve stof te verlagen.2
Nu heeft een team rond Kunz en Matthias Kellermeier van BASF ethyleenoxide-bevattende kationische tegenionen ontworpen om anionische oppervlakteactieve stoffen op te lossen. ‘We kozen voor choline als een organisch kation van biologische oorsprong met eerder aangetoond vermogen om alkylcarboxylaten en sulfaten op te lossen – een effect dat aanzienlijk zou kunnen worden versterkt door toevoeging van ethyleenoxide-eenheden aan de structuur van choline’, zegt Kunz.
Anionische oppervlakteactieve stoffen omvatten een hydrofobe alkylketen met een negatief geladen hydrofiele kop en worden gebruikt in wasmiddelen en zepen. Het oplossen van oppervlakteactieve stoffen met alkylketens langer dan C14 in water is echter moeilijk. Momenteel gebruikte wasmiddelen zijn beperkt tot oppervlakteactieve stoffen met kortere alkylketens, zoals laurinezuur (met een verzadigde C12-alkylketen), dat voornamelijk afkomstig is van palmolie. Het grootste deel van de wereldvoorraad palmolie komt uit Indonesië en Maleisië, waar het verband houdt met ontbossing en het verlies van leefgebied voor tijgers en orang-oetans. Dit heeft onderzoekers ertoe aangezet alternatieve grondstoffen te onderzoeken.
Thomas Boer, van het Green Chemistry Centre of Excellence van de Universiteit van York, in het Verenigd Koninkrijk, zegt: ‘Het logische is om te proberen te kijken naar de soorten triglyceriden en oliën die we in meer gematigde klimaten beschikbaar zouden kunnen hebben.’ De meest voorkomende bronnen van vetzuren met lange ketens in het VK en Europa zijn afkomstig van olijf-, raapzaad- en zonnebloemolie – de EU oogstte ruim 29 miljoen ton van oliezaden in 2020. ‘Het probleem is typisch dat we bij C14-, C16- en C18-ketenlengten problemen met de oplosbaarheid tegenkomen, dus deze strategie ziet er veelbelovend uit’, legt Farmer uit.
‘Voor ons was het verrassend dat de insertie van slechts één enkele ethyleenoxidegroep in het cholinemolecuul al leidde tot een substantiële verbetering van de solubilisatie-efficiëntie in vergelijking met zuivere choline’, zegt Kellermeier. Deze verbeterde oplosbaarheid is waarschijnlijk te wijten aan de toegenomen omvang en asymmetrie van de tegenionen. De oxyethyleengroepen maken het systeem ook flexibeler, waardoor de vrije energie van de vaste toestand toeneemt, wat op zijn beurt de vorming van oppervlakteactieve kristallen of vloeibaar-kristallijne fasen voorkomt.
Kellermeier en Kunz zeggen dat de strategie andere voordelen heeft dan het verminderen van de afhankelijkheid van de samenleving van palmolie. Het oplossen van langketenige oppervlakteactieve stoffen uit een reinigingsproduct bij omgevingsomstandigheden kan energie-efficiënt wassen bij lage temperaturen mogelijk maken en hulpbronnen besparen, aangezien lagere wasmiddeldoseringen vergelijkbare prestaties zouden moeten opleveren vanwege hun hogere inherente oppervlakteactiviteit.
‘Wat betreft een eerste proof of concept is dit een prima startpunt, dus het is een kwestie van verder extrapoleren’, zegt Farmer. Het uitbreiden van dit proof of concept is echter niet zonder belemmeringen. ‘Voorafgaand aan een dergelijke toepassing zal een grondige risicobeoordeling moeten worden gemaakt voor de nieuw gesynthetiseerde verbindingen en moet de robuustheid van het oplosbaarheidsconcept tegen de aanwezigheid van andere zouten worden getest’, zegt Kellermeier. ‘Ten slotte moeten alle voordelen die worden bereikt met geëthoxyleerde cholinederivaten in termen van prestaties van oppervlakteactieve stoffen of duurzaamheid worden vergeleken met bestaande technologieën zoals de insertie van ethyleenoxidegroepen in anionische oppervlakteactieve stoffen’, voegt Kunz toe.
