Kelanttitiede
kelantti, jota joskus kutsutaan sitovaksi aineeksi tai rakentajaksi, on erikoistunut molekyyli, joka on suunniteltu sitoutumaan positiivisesti varautuneisiin metalli-ioneihin, tavallisimmin kalsium-ja magnesiumioneihin, liuoksessa ja siten estämään näitä ioneja muodostamasta liukenemattomia saostumia muiden mahdollisesti läsnä olevien ionien kanssa. Kelantteja on kahta emäksistä tyyppiä, jotka on nimetty koviksi ja pehmeiksi:
- kovat kelantit, esimerkiksi EDTA (etyleenidiamiinitetraetikkahappo) ja NTA (Nitrilotrietikkahappo), muodostavat hyvin stabiileja komplekseja, joiden 1:1 Stoikiometria. Toisin sanoen yksi EDTA-molekyyli reagoi yhden metalli-ionin kanssa.
- pehmeät kelantit, esimerkiksi akryylihapon ja maleiinihapon polymeerit, muodostavat vähemmän stabiileja komplekseja ja toimivat estämällä kidekasvua todellisen kelaation sijaan.
sekä kalsium-että magnesiumionit muodostavat karbonaatti-ionin kanssa hyvin stabiileja liukenemattomia saostumia. Bikarbonaattia esiintyy kaikkialla pintavesissä. Se deprotonoidaan antamaan karbonaattia useimpien puhdistusformulaatioiden korkean pH: n mukaan. Liukenemattomia saostumia on vaikea poistaa ilman happamaa puhdistusainetta. Näitä vaikeasti poistettavia kerrostumia kutsutaan kovaksi vesiasteikoksi, ja siten kalsium-ja magnesiumioneja sisältävää vettä kutsutaan kovaksi vedeksi. On olemassa kaksi yleistä menetelmää käsitellä kovaa vettä. Ensimmäinen on käyttää pehmennettyä vettä. Pehmennetystä vedestä on poistettu kalsium – ja magnesiumionit. Tämä tapahtuu usein käyttämällä veden huuhteluainetta, joka vaihtaa natriumionit liuoksessa oleviin kalsium – ja magnesiumioneihin. Toinen menetelmä on kelaattoreiden käyttö puhdistusainemuodossa. Myös kalsium-ja magnesiumionien kelatointi liuoksessa estää tehokkaasti näiden kertymien muodostumista.
kalsium-ja magnesiumionit muodostavat myös liukenemattomia saostumia monien anionisten pinta-aktiivisten aineiden, erityisesti rasvahappojen karboksylaattien (saippua) kanssa. Kalsiumsaippuakompleksien muodostuminen on niin tehokasta, että puhdistuksessa käytettävissä olevan vapaan pinta-aktiivisen aineen pitoisuus pienenee tehokkaasti nollaan, kunnes kaikki kalsium on poistettu liuoksesta joko kelatoimalla tai muodostamalla liukenematon saippua-addukti. Ilman kelanttia puhdistusaineessa tarvittaisiin enemmän pinta-aktiivista ainetta sen varmistamiseksi, että puhdistuksessa olisi käytettävissä tehokas pitoisuus vapaata pinta-aktiivista ainetta. Toisin sanoen kuluttaja joutuisi käyttämään enemmän puhdistustuotetta saadakseen halutun tuloksen. Lisäksi liukenematon kalsiumsaippua-addukti saostuisi liuoksesta puhdistettavalle pinnalle, mikä johtaisi likaiseen ulkonäköön ja kankeaan tuntumaan pestyssä kankaassa. Näin ollen kelaattoreita, joita käytetään näihin tarkoituksiin, kutsutaan joskus ”rakentajiksi”, koska ne auttavat rakentamaan pinta-aktiivisen aineen suorituskykyä.
puhdistusliuoksen veden pehmentämisen lisäksi kelantit poistavat tehokkaasti myös joitakin tahroja, erityisesti sellaisia, joissa on korkea kalsiumpitoisuus, kuten juustotahrat. Tahroilla on monimutkainen ja monipuolinen molekyylirakenne ja monet sisältävät metalli-ioneja, jotka risteytävät ja stabiloivat tahrarakennetta. Puhdistusliuoksessa olevat kelantit sitoutuvat näihin eri metalli-ioneihin, jotka auttavat poistamaan ne tahrasta heikentäen siten tahrarakennetta ja helpottaen sen poistamista.
kalsiumin ja magnesiumin lisäksi kelantit sitoutuvat liuoksessa kaikkien polyvalenttien metalli-ionien kanssa. Rauta ja mangaani, vaikka vähemmän esiintyy, voi myös aiheuttaa merkittäviä puhdistusongelmia kuten muodostumista liukenemattomia saostumia, kuten rautaoksidia, ruostetta ja mangaanidioksidia. Siksi erikoispuhdistusaineet on usein muotoiltu erittäin tehokkailla raudan kelatoijilla sitoutumaan näihin ioneihin, jälleen poistamalla ongelmat, joita ne muuten voisivat aiheuttaa…tai auttamalla poistamaan ruoste-ja rautatahroja, jotka ovat jo muodostuneet.
alla olevassa taulukossa on monia esimerkkejä formuloiduissa tuotteissa käytettävistä kelatoivista aineista ja niiden teoreettisesta kyvystä sitoa kalsiumia veteen tai sitoa sitä puhdistustehon parantamiseksi:
