Angesichts der sich ändernden Umweltbedingungen und der Entstehung verschiedener Krisen im Bereich der öffentlichen Gesundheit legen Verbraucher derzeit größeren Wert auf Haushaltshygiene und Gesundheit. Gleichzeitig hat sich die Funktionalisierung als zentraler Entwicklungstrend im Haushaltswaschmittelsektor herausgestellt; Verbraucher geben sich nicht mehr mit Reinigungsmitteln zufrieden, die lediglich Standardreinigungsfunktionen bieten, sondern wünschen sich auch zusätzliche Eigenschaften wie Sterilisation und Duft. Darüber hinaus hat die weit verbreitete Einführung vollautomatischer Waschmaschinen dazu geführt, dass Verbraucher es zunehmend bevorzugen, verschiedene Arten von Kleidung in kombinierten Ladungen zu waschen. Diese Faktoren haben zu einem raschen Anstieg der Verbrauchernachfrage nach Haushaltswaschmitteln mit desinfizierenden und desinfizierenden Eigenschaften geführt.
In den letzten Jahren hat sich auch die Vielfalt der Desinfektions- und Desinfektionsprodukte erheblich erweitert und sich von Einzweck-Desinfektionsmitteln zu multifunktionalen Verbundprodukten entwickelt, die sowohl Reinigungs- als auch Sterilisationsfunktionen vereinen. Darüber hinaus hat sich der Anwendungsbereich von Textilien auf eine breite Palette von Haushaltsreinigungsprodukten ausgeweitet-wie Geschirrspülmittel, Boden- und Oberflächenreiniger sowie Toilettenreiniger.
Gemäß den einschlägigen Bestimmungen der Norm QB/T 2850-2007, *Antibakterielle und bakteriostatische Reinigungsmittel*, werden die in dieser Branche als „antibakterielle und bakteriostatische Reinigungsmittel“ bezeichneten Produkte unter Verwendung von Tensiden in Kombination mit spezifischen Bakteriziden oder Bakteriostatika formuliert; Dabei handelt es sich um täglich zu verwendende chemische Reinigungsmittel, die sowohl antibakterielle/bakteriostatische Eigenschaften als auch Reinigungs-/Fleckenentfernungsfunktionen haben. Die Formulierung solcher desinfizierender und desinfizierender Reinigungsmittel stellt mehrere technische Herausforderungen dar: Erstens die Auswahl geeigneter Bakterizide; zweitens die Bewertung der Kompatibilität und synergistischen Leistung der ausgewählten Bakterizide in Kombination mit anderen Waschmittelkomponenten; und drittens die Bestimmung der optimalen Methode zur Einarbeitung der Bakterizide in die Formulierung. Dieses Papier konzentriert sich auf diese drei Aspekte und untersucht systematisch die Inhaltsstoffe, die für die sterilisierende und bakteriostatische Wirkung in Haushaltswaschmitteln verantwortlich sind, wobei insbesondere ihre Verträglichkeitseigenschaften und Einarbeitungsmethoden untersucht werden.
1. Arten von Bakteriziden in Haushaltswaschmitteln
Basierend auf ihrer Herkunft können Bakterizide grob in synthetische Bakterizide und natürliche Bakterizide eingeteilt werden. Basierend auf ihrer chemischen Zusammensetzung können sie in Halogen-basierte, Sauerstoff-basierte, Aldehyd-basierte, Phenol-basierte, quaternäre Ammoniumsalze, Guanidin-basierte Verbindungen, traditionelle Kräuterextrakte und andere Typen eingeteilt werden. Im Zusammenhang mit chemischen Reinigungsmitteln für den täglichen Gebrauch sind die primären Zielmikroorganismen für diese Bakterizide *Staphylococcus aureus*, *Escherichia coli* (E. coli) und *Candida albicans*. Bakterizide, die in Haushaltswaschmitteln verwendet werden, sollten die folgenden Kriterien erfüllen: ① Hohe Sicherheit-nicht-toxisch für den Menschen und wenig reizend; ② Hohe Effizienz-wirksam auch bei Zugabe in kleinen Mengen; ③ Gute Verträglichkeit mit Tensiden und anderen Waschhilfsstoffen; ④ Gute Löslichkeit und Dispergierbarkeit-ohne Beeinträchtigung der grundlegenden Leistung oder des Duftes des Produkts.
Halogen-basierte Agenten
Zu den Bakteriziden auf Halogen--Basis gehören chlor-haltige, brom-haltige und jod-haltige Wirkstoffe. Da Halogenelemente von Natur aus starke oxidierende Eigenschaften besitzen, weisen Verbindungen, die diese Elemente enthalten, typischerweise starke bakterizide und bleichende Eigenschaften auf.
① Chlor-haltige Bakterizide
Chlor-haltige Bakterizide besitzen eine starke bakterizide Wirkung und sind in der Lage, verschiedene Mikroorganismen-einschließlich Bakteriensporen zu eliminieren. Darüber hinaus bieten sie Vorteile wie eine breite Verfügbarkeit und niedrige Kosten; Ihre starke Reizwirkung und pH-Empfindlichkeit schränken jedoch ihren Anwendungsbereich ein. Zu den üblichen chlorhaltigen Bakteriziden, die in Haushaltswaschmitteln verwendet werden, gehören hauptsächlich Natriumhypochlorit und Natriumdichlorisocyanurat. Industriell hergestelltes Natriumhypochlorit enthält typischerweise einen Aktivchlorgehalt von etwa 10 % bis 20 %; Es wirkt als starkes Oxidationsmittel mit starker bakterizider und bleichender Wirkung, wirkt jedoch korrosiv gegenüber Metallen und neigt zur Zersetzung. Was die Verträglichkeit betrifft, kann Natriumhypochlorit bestimmte Farbstoffe schädigen und negativ mit Duftstoffen, Enzymen und fluoreszierenden Aufhellern reagieren. Daher wird es oft unabhängig in Desinfektionslösungen und Bleichprodukten verwendet. Natriumdichlorisocyanurat-auch bekannt als Dichlor-ist ein Breitbandbakterizid; Während seine trockene Pulverform während der Lagerung stabil ist, weist seine wässrige Lösung eine schlechte Stabilität auf. Natriumdichlorisocyanurat weist keine kumulative Toxizität oder mutagene Wirkung auf, bietet ein hohes Sicherheitsprofil und ist daher für die Verwendung in Haushaltswaschmitteln geeignet. Im Hinblick auf die Verträglichkeit üben Substanzen wie Fettsäurediethanolamide, Alkylphenolpolyoxyethylenether, Borax und Soda eine zersetzende Wirkung auf Natriumdichlorisocyanurat aus; Umgekehrt erhöhen Substanzen wie Natriumalkylbenzolsulfonat, Natriumfettalkoholethersulfat, Fettalkoholpolyoxyethylenether, Natriumsulfat und Natriumchlorid die Stabilität von Natriumdichlorisocyanurat.
② Brom-basierte Bakterizide
Zu den gängigen Arten von Bakteriziden auf Brombasis gehören vor allem Bromchlordimethylhydantoin und Dibromdimethylhydantoin; Diese Mittel sind nach der Anwendung umweltfreundlich. Im Vergleich zu Bakteriziden auf Chlor--Basis zeigen Wirkstoffe auf Brom--Basis in alkalischen Umgebungen eine überlegene mikrobielle Abtötungswirksamkeit und werden schneller abgebaut. Allerdings werden auf Brom basierende Bakterizide aufgrund ihrer höheren Kosten überwiegend zur Desinfektion in Krankenhäusern und Epidemiegebieten eingesetzt, während ihr Einsatz in Haushaltswaschmitteln relativ begrenzt bleibt.
③ Bakterizide auf Jod--Basis
Jod-basierte Bakterizide-wie elementares Jod und Jodophore-werden in den Bereichen Medizin und öffentliche Gesundheit häufig eingesetzt; In den letzten Jahren haben sie auch in der Waschmittelindustrie Anwendung gefunden. Elementares Jod verfügt über eine ausgezeichnete Permeabilität, die es ihm ermöglicht, schnell in Zellwände einzudringen und die Denaturierung und Inaktivierung von Proteinen zu induzieren. Studien haben gezeigt, dass durch die Formulierung einer Mischung aus 0,5 % Jod und zwölf verschiedenen Tensiden-einschließlich Natriumfettalkohol-Polyoxyethylenethersulfat (AES)-das resultierende antimikrobielle Reinigungsmittel auf Jodbasis-ein sehr zufriedenstellendes Maß an Reinigungswirkung und bakterizider Wirksamkeit erreicht.
Peroxide
Beim Auflösen in Wasser dissoziieren auf Peroxiden basierende Bakterizide und erzeugen freie Radikale mit hohem Redoxpotential. Diese Radikale zerstören anschließend die Permeabilitätsbarrieren von Mikroorganismen-oder greifen deren Proteine, DNA und andere Zellbestandteile an-und führen letztendlich zum Absterben der Mikroorganismen.
① Flüssige Peroxide
Die in diesem Zusammenhang hauptsächlich verwendeten flüssigen Peroxide sind Wasserstoffperoxid und Peressigsäure. Diese Stoffe sind von Natur aus stark ätzend und üben eine bleichende Wirkung auf Textilien aus. Derzeit wird Wasserstoffperoxid hauptsächlich in Formulierungen farb-sicherer Bleichmittel verwendet. Während einige Untersuchungen seine Anwendung in Geschirrspülmitteln untersucht haben, birgt seine Einarbeitung in solche Formulierungen zahlreiche Kompatibilitätsprobleme, da seine Zersetzung durch Faktoren wie Schwermetalle, alkalische Umgebungen und Lichteinwirkung ausgelöst werden kann.
② Feste Peroxide
Feste Peroxide-insbesondere Natriumperborat und Natriumpercarbonat-werden überwiegend in pulverförmigen Waschmittelformulierungen eingesetzt. Insbesondere erfordern sowohl Natriumperborat als auch Natriumpercarbonat erhöhte Temperaturen, um Sauerstoff freizusetzen; Folglich entfalten sie ihre bakterizide Wirkung erst, wenn die Temperatur 40 Grad übersteigt. Darüber hinaus ist die Stabilität von Verbindungen wie Natriumpercarbonat relativ schlecht. Aufgrund dieser Eigenschaften wird diese Klasse von Bioziden hauptsächlich in Formulierungen für Wannenreiniger, Abflussöffner und ähnliche Produkte für Waschmaschinen verwendet.
③ Stabilisiertes Chlordioxid
Chlordioxid wird von der Weltgesundheitsorganisation als hochwirksames und sicheres Biozid der Klasse A1 eingestuft. Bei Raumtemperatur liegt es als gelbliches{2}}grünes Gas vor, das sich durch eine hohe chemische Reaktivität auszeichnet und dessen Desinfektionswirkung fünfmal höher ist als die von elementarem Chlor.
Guanidin-Derivate
Guanidin-basierte Biozide werden grob in Biguanide und Monoguanide eingeteilt. Zur Kategorie der Biguanide gehören unter anderem Chlorhexidin und seine Derivate, Polyhexamethylenbiguanidsalze und Polyaminopropylbiguanid. Die Kategorie der Monoguanide besteht hauptsächlich aus Polyhexamethylenmonoguanid, das in verschiedenen Salzformen wie Hydrochlorid, Stearat und Propionat erhältlich ist. Studien haben gezeigt, dass die Hydrochloridform im Vergleich zu anderen Salzformen eine stärkere bakterizide Wirksamkeit aufweist.
Chlorhexidin (auch bekannt als Hibitan) ist vorwiegend in zwei Formen erhältlich: Acetat und Gluconat. Es besitzt ein breites-Spektrum an bakteriostatischen Eigenschaften; Bei hohen Konzentrationen zeigt es sowohl bakterizide als auch bakteriostatische Wirkung, während es bei niedrigen Konzentrationen vor allem bakteriostatisch wirkt. Gegen Bakteriensporen und Pilze ist Chlorhexidin jedoch wirkungslos. Im Bereich der täglichen chemischen Produkte wird es häufig als Konservierungsmittel in Händedesinfektionsmitteln, Zahnpasten und Hautpflegeprodukten verwendet.
Polyhexamethylenguanidinhydrochlorid wird als Substanz mit geringer -Toxizität eingestuft; Es ist nicht-korrodierend gegenüber Metallen und hat keine bleichende Wirkung auf Textilien. Diese Klasse von Bioziden weist eine ausgezeichnete Wasserlöslichkeit und thermische Stabilität auf; Sie erzeugen kaum Schaum, lassen sich leicht abspülen und sind unempfindlich gegenüber pH-Wert-Schwankungen. Im Vergleich zu Bioziden auf Chlor-- oder Peroxid--Basis weisen Polyhexamethylenguanidin (PHMG)-Biozide eine geringere Toxizität und Reizwirkung auf, was ihre Verwendung sicherer macht; Daher werden sie häufig in Haushaltswaschmitteln eingearbeitet. Studien haben gezeigt, dass die Anwendung von PHMG-Bioziden für eine Kontaktzeit von nur 5 bis 10 Minuten ausreicht, um die Gesamtkeimzahl und den Kolibakteriengehalt auf Geschirroberflächen auf ein Niveau zu senken, das den einschlägigen nationalen Hygienestandards entspricht. Große Waschmittelhersteller haben daraufhin eine vielfältige Reihe von Haushaltsreinigungsprodukten auf den Markt gebracht, die PHMG als aktiven Biozidbestandteil enthalten. Da es sich bei Bioziden auf Guanidin---Basis um kationische Wirkstoffe handelt, sollte im Hinblick auf die Verträglichkeit deren Verwendung in Verbindung mit Seifen, anionischen Tensiden und ähnlichen Substanzen vermieden werden; Darüber hinaus können auch bestimmte nicht-ionische Tenside ihre biozide Wirksamkeit beeinträchtigen. Darüber hinaus wird PHMG, das als eigenständiger Inhaltsstoff in einer Formulierung verwendet wird, als Biozid mit geringer Effizienz eingestuft. Daher sollte es bei Anwendungen, die eine hohe-Intensität oder eine langanhaltende Desinfektionswirkung erfordern, synergetisch mit anderen bioziden Wirkstoffen eingesetzt werden.
Quartäre Ammoniumsalze
Quartäre Ammoniumsalze sind eine Klasse kationischer Tenside. Unter ihnen werden quartäre Ammoniumsalze auf Alkylbasis--speziell in ein--kettige und doppelkettige --Kettenvarianten-eingeteilt und am häufigsten als Biozide eingesetzt. Bis heute hat sich diese Klasse über sieben Produktgenerationen hinweg weiterentwickelt. Typisch für die erste und zweite Generation sind Benzalkoniumchlorid und Benzalkoniumbromid, während die siebte Generation aus Mischungen besteht, die polymere quartäre Ammoniumsalze in Kombination mit Alkyldimethylbenzylammoniumchlorid und Alkyldimethylethylbenzylammoniumchlorid umfassen. Obwohl quartäre Ammoniumsalze gegen Pilze, *Mycobacterium tuberculosis* und Bakteriensporen unwirksam sind, besitzen sie starke bakteriostatische Eigenschaften, die das Wachstum und die Vermehrung von Bakterien selbst bei extrem niedrigen Konzentrationen hemmen können.
Hinsichtlich der Verträglichkeit fungieren alle quartären Ammoniumbiozide als kationische Tenside. Während doppel-kettige quartäre Ammoniumsalze eine gewisse Resistenz gegenüber den schädlichen Auswirkungen anionischer Tenside und hartem Wasser aufweisen, sollte ihre Co-Formulierung oder gleichzeitige Verwendung mit anionischen Tensiden dennoch vermieden werden. Darüber hinaus zeigen Substanzen wie Jod, Kaliumiodid, Salicylsäure und Peroxide in Kombination mit quartären Ammoniumdesinfektionsmitteln antagonistische Wirkungen; Daher sollte die Beimischung dieser Stoffe bei der Anwendung vermieden werden. In den letzten Jahren hat sich der Einsatz von quartären Ammonium-Desinfektionsmitteln in Haushaltswaschmitteln immer weiter verbreitet.
Andere synthetische Desinfektionsmittel
Zu synthetischen Desinfektionsmitteln zählen auch Kategorien wie Aldehyde und Phenole. Unter den Desinfektionsmitteln auf Aldehyd--Basis ist Formaldehyd stark reizend, wirkt langsam und birgt potenziell krebserregende Risiken. In Bezug auf Desinfektionsmittel auf Phenolbasis-werden die potenziellen Gefahren, die mit häufig verwendeten Wirkstoffen-wie Triclosan und Triclocarban-verbunden sind, ständig aufgedeckt; Angesichts dieser Sicherheitsbedenken muss ihre Aufnahme in Produktformulierungen sorgfältig und umsichtig geprüft werden.
Natürliche Desinfektionsmittel
Basierend auf ihrer Herkunft können natürliche Desinfektionsmittel grob in die Kategorien pflanzlich-, tierisch- und Mikroorganismen-eingeteilt werden. Aufgrund ihrer geringen Toxizität und minimalen Reizwirkung werden natürliche Desinfektionsmittel von den Verbrauchern tendenziell eher akzeptiert, was zu einem kontinuierlichen Anstieg des Forschungsinteresses auf diesem Gebiet führt. Aktuelle Forschungsbemühungen konzentrieren sich hauptsächlich auf pflanzliche-Desinfektionsmittel, obwohl in einer begrenzten Anzahl von Studien auch die Einbeziehung von tierischen- oder Mikroorganismen-Desinfektionsmitteln in Haushaltswaschmittelformulierungen untersucht wurde.
① Pflanzliche-Desinfektionsmittel
Pflanzliche-Desinfektionsmittel sind definiert als antimikrobielle Präparate, die durch Extrahieren von Komponenten-mit bakterizider oder bakteriostatischer Wirkung-aus verschiedenen Pflanzenteilen wie Wurzeln, Stängeln, Blättern und Blüten zur Verwendung gegen pathogene Mikroorganismen hergestellt werden. Zu den primären aktiven Bestandteilen pflanzlicher Desinfektionsmittel gehören Alkaloide, Flavonoide, Steroide, Terpene, Tannine, ätherische Öle, Terpenoide, Saponine, Cumarine, Lignane, Stilbene, Polysaccharide, Phenole, Chinone, Ester und organische Säuren. Bei der Einarbeitung pflanzlicher Desinfektionsmittel in Waschmittelformulierungen ergeben sich vor allem zwei Herausforderungen: erstens die Bestimmung der optimalen Dosierung; und zweitens die Steuerung der resultierenden Farbe des Waschmittelsystems. Obwohl aus Pflanzen gewonnene Desinfektionsmittel im Allgemeinen eine begrenzte antimikrobielle Wirksamkeit besitzen und höhere Produktionskosten verursachen, hat ihr geringes Reizwirkungsprofil zu ihrer zunehmend verbreiteten Anwendung in Haushaltswaschmitteln geführt.
② Von Tieren-abgeleitete Biozide
Aus Tieren gewonnene Substanzen-wie Lysozym, antimikrobielle Peptide und antimikrobielle Proteine-haben alle unterschiedliche Grade an antimikrobieller Wirksamkeit. Derzeit ist Chitosan der am häufigsten verwendete tierische Wirkstoff im Waschmittelsektor; Seine Verwendung in Waschmitteln wird jedoch durch seine schlechte Löslichkeit in Wasser und den meisten organischen Lösungsmitteln sowie seine inhärent milde antimikrobielle Wirksamkeit erheblich eingeschränkt. Um diese Einschränkungen zu beseitigen, konzentrierten sich die Forschungsanstrengungen auf die Verbesserung der antimikrobiellen Fähigkeiten von Chitosan durch chemische Modifikation zur Entwicklung einer Reihe von Chitosan-Derivaten oder durch den Einbau hochwirksamer antimikrobieller Faktoren in die Chitosan-Matrix.
③ Von Mikroben-abgeleitete Biozide
Von Mikroben-abgeleitete Biozide können grob in zwei Arten eingeteilt werden: Die erste beinhaltet die direkte Anwendung von Mikroorganismen-wie Bakteriophagen, Viren, Bakterien und Pilzen-, um antimikrobielle Wirkungen zu erzielen; Die zweite nutzt die Stoffwechselnebenprodukte von Mikroorganismen für antimikrobielle Zwecke. Bisher ist die Forschung zur Anwendung dieser speziellen Klasse von Bioziden in Waschmittelformulierungen noch relativ begrenzt.
Auswahl und Einarbeitung von Bioziden in Haushaltswaschmitteln
Die Formulierung antimikrobieller Reinigungsmittel erfordert eine sorgfältige Berücksichtigung der spezifischen Eigenschaften der zu reinigenden Oberflächen oder Gegenstände. Dazu gehört die Auswahl geeigneter Biozide und Tenside sowie die Bewertung der synergistischen Kompatibilität der verschiedenen Komponenten innerhalb der Mischung. Nehmen wir als Beispiel Boden- und Möbelreiniger: Biozide auf Chlor--Basis werden generell vermieden, da sie zu Verfärbungen im Holz führen; kationische quartäre Ammoniumsalze sind relativ mild und besitzen eine geringe Toxizität, obwohl ihre antimikrobielle Wirksamkeit vergleichsweise schwächer ist; Polyhexamethylenbiguanid (PHMB) hingegen ist sowohl gegen gram-positive als auch gram-negative Bakterien wirksam. Darüber hinaus ist es nicht-toxisch, nicht-reizend und wirksam gegen Pilze und Schimmelpilze-wie *Candida albicans*. Aufgrund seiner polymeren Molekülstruktur adsorbiert PHMB nach wiederholtem Gebrauch auf Boden- und Möbeloberflächen und sorgt so für eine anhaltende antimikrobielle Wirkung. Basierend auf diesen umfassenden Überlegungen verwendet die ausgewählte Formulierung ein gemischtes Biozidsystem, das 20 % quartäres Ammoniumsalz von Polyhexamethylenbiguanid, 45 % Dodecyldimethylbenzylammoniumchlorid und ein quartäres Dialkylammoniumsalz zur Verwendung in Boden- und Möbelreinigungsprodukten umfasst. Angesichts der Auswahl kationischer Biozide muss bei der Auswahl der mit ihnen zu vermischenden Tenside besondere Sorgfalt walten lassen, um Kompatibilität und optimale Leistung sicherzustellen. Letztendlich verwendet die Formulierung Fettalkoholpolyoxyethylenether, Dodecyldimethylbetain, verzweigtkettige Fettalkoholpolyoxyethylenether, Alkylglucoside und Aminoxide als primäre Tensidkomponenten. Insbesondere Fettalkohol-Polyoxyethylenether reduzieren die Oberflächenspannung erheblich und erleichtern dadurch die Migration von Bioziden auf die Zelloberfläche von Bakterien und deren anschließendes Eindringen in das Zellinnere, wodurch ihre bakterizide Wirksamkeit erhöht wird. Dodecyldimethylbetain und Aminoxide besitzen inhärente bakterizide Eigenschaften und zeigen eine synergistische Wirkung hinsichtlich der Reinigungswirkung. Alkylglucoside sind von Natur aus mild und verfügen über eine ausgezeichnete Spreitfähigkeit, wodurch das klebrige Gefühl, das auf den Oberflächen von Böden und Möbeln zurückbleibt, wirksam reduziert wird.
Was die Methode der Biozid-Einarbeitung betrifft, werden die meisten Biozide während des Compoundierungsprozesses direkt als Rohstoffe zu Waschmittelformulierungen hinzugefügt. Obwohl dieser Ansatz einfach und leicht durchzuführen ist, bietet er dem gereinigten Objekt nur während des eigentlichen Waschzyklus antimikrobielle oder bakteriostatische Vorteile. Es bietet eine begrenzte Beibehaltung dieser Vorteile, sobald der Reinigungsprozess abgeschlossen ist. Diese Einschränkung ist besonders ausgeprägt bei Produkten wie Waschmitteln, die in den letzten Phasen des Waschgangs ein umfangreiches Spülen mit großen Wassermengen erfordern, was die nachhaltige Aufrechterhaltung der antimikrobiellen oder bakteriostatischen Wirkung noch schwieriger macht. Daher konzentrierten sich einige Forschungsbemühungen auf die Entwicklung alternativer Einarbeitungsmethoden-wie etwa die Verwendung von Mikroverkapselung-, um die Eigenschaften einer verzögerten-Freisetzung dieser nützlichen Wirkstoffe zu erreichen.
