Chemické čištění: jak funguje, rozpouštědla a péče o oděvy

Staří Římané používali k čištění vlněných tóg chemikálii zvanou čpavek (získávanou z moči) a fullerovu zeminu (jíl, který dokáže absorbovat mastnotu a olej). Fullerovny byly velmi známé, v každém významném městě byla alespoň jedna a často byly největším zaměstnavatelem v okrese. Tyto prádelny získávaly moč z hospodářských zvířat nebo ze speciálních nádob umístěných na veřejných záchodcích. Pracovní síla vydělávala tolik peněz, že plničské cechy (skupina pracující výhradně v jedné práci, v tomto případě při výrobě plničky, této speciální hlíny) byly důležitou politickou silou. Vláda také zdanila sběr moči a posílala lidi za pomočování do vězení.

Moderní chemické čištění používá k odstranění nečistot a skvrn z oděvů rozpouštědla, která nepoužívají vodu. Jean Baptiste Jolly objevil v polovině 19. století, že k chemickému čištění lze používat rozpouštědla na bázi ropy (chemikálie na bázi pohonných hmot, jako je benzín nebo petrolej). Jolly byl francouzský majitel barvírny. Všiml si, že jeho ubrusy se staly čistšími poté, co na ně jeho služebná vylila petrolej. Díky tomu vyvinul službu čištění lidského oblečení tímto způsobem, která se stala známou jako "nettoyage à sec" neboli "chemické čištění".

První chemické čistírny používaly rozpouštědla na bázi ropy, například benzín a petrolej. Obavy z požáru vedly Williama Josepha Stoddarda, chemického čističe z Atlanty, k vývoji Stoddardova rozpouštědla jako o něco méně hořlavé alternativy k rozpouštědlům na bázi benzinu. Vláda začala čistírny kontrolovat, protože vysoce hořlavá ropná rozpouštědla způsobovala mnoho požárů a výbuchů.

Po první světové válce začaly čistírny používat chlorovaná rozpouštědla. Tato rozpouštědla byla mnohem méně hořlavá než ropná rozpouštědla a měla lepší čisticí schopnost. V polovině 30. let 20. století se v čistírnách stal nejlepším rozpouštědlem tetrachlorethylen (perchlorethylen), obecně nazývaný "perc". Má vynikající čisticí schopnost, je stabilní, nehořlavý a šetrný k většině oděvů. Perc byl však také první chemikálií, kterou Komise pro bezpečnost spotřebitelských výrobků klasifikovala jako karcinogen (chemikálie, která může způsobit rakovinu) (tato klasifikace byla později zrušena). V roce 1993 přijal kalifornský úřad pro ochranu ovzduší předpisy na snížení emisí perc z chemických čistíren. Průmysl chemického čištění v současné době nahrazuje perc jinými chemickými látkami a/nebo metodami.

Samotný proces čištění se tradičně prováděl v centralizovaných "továrnách"; čistírny na velkých ulicích přijímaly oděvy od zákazníků, posílaly je do továrny a poté je vracely zpět do obchodu, kde si je zákazník mohl vyzvednout. Důvodem bylo především riziko požáru nebo nebezpečných výparů vznikajících při čištění. V této době se chemické čištění provádělo ve dvou různých strojích - jeden sloužil k samotnému čištění a druhý k sušení oděvů.

Stroje z této doby se nazývaly ventilační; jejich výpary a výfukové plyny ze sušení byly posílány do vzduchu stejně jako u moderních sušiček prádla. To přispívalo ke znečišťování životního prostředí. Do ovzduší se také ztrácelo mnoho potenciálně znovu použitelného perca. Mnohem přísnější kontroly emisí rozpouštědel zajistily, že všechny stroje na chemické čištění v západním světě jsou nyní plně uzavřené. Žádné výpary rozpouštědel nejsou vypouštěny do ovzduší. V uzavřených strojích se rozpouštědlo získané během sušení vrací zpět zkondenzované a vydestilované. Může být tedy znovu použito k čištění dalších nákladů nebo bezpečně vyhozeno. Většina moderních uzavřených strojů je také vybavena počítačem řízeným senzorem sušení, který automaticky zjistí, kdy byla z náplně během sušení odstraněna většina stop perka. Tento systém zajišťuje, že se při otevření dvířek na konci cyklu uvolní pouze nejmenší množství percových výparů.

Čistírna se podobá kombinaci domácí pračky a sušičky prádla. Oděvy se vkládají do prací/odtahové komory (označované jako koš nebo buben). Komora je jádrem stroje. Prací komora obsahuje vodorovný perforovaný buben, který se otáčí ve vnějším plášti. V plášti je uloženo rozpouštědlo, zatímco v rotujícím bubnu je uloženo oblečení. Do koše se vejde přibližně 10 až 40 kg prádla.

Během pracího cyklu se komora naplní přibližně do jedné třetiny rozpouštědlem a začne se otáčet, čímž se oděv rozruší. Teplota rozpouštědla se udržuje na 30 stupních Celsia (86 stupňů Fahrenheita), protože vyšší teplota by jej mohla poškodit. Během pracího cyklu se rozpouštědlo v komoře filtruje a poté se vrací zpět do komory. Tento cyklus se nazývá cyklus a pokračuje po celou dobu praní. Poté se rozpouštědlo odstraní a odešle do destilační jednotky, která má kotel i kondenzátor. Zkondenzované rozpouštědlo se přivádí do odlučovací jednotky, kde se od rozpouštědla oddělí veškerá zbývající voda a poté se přivádí do nádrže na "čisté rozpouštědlo". Ideální průtok je jeden galon rozpouštědla na libru oděvů (zhruba 8 litrů rozpouštědla na kilogram oděvů) za minutu, v závislosti na velikosti stroje.

Obsluha také kontroluje oděv, zda v něm nejsou cizí předměty, než jej vloží do stroje. Předměty, jako jsou plastové propisky, se v rozpouštědlové lázni rozpustí a mohou textilie poškodit tak, že je nelze obnovit. Některá textilní barviva jsou "sypká" (hlavním problémem je červená barva) a při ponoření do rozpouštědla uvolňují barvivo. Aby se zabránilo přenosu barvy, čistí obsluha červené oděvy odděleně od textilií světlejších barev. Použité rozpouštědlo musí být destilované, aby se odstranily nečistoty, které mohou přejít na oděv. Operátoři zkontrolovali oděvy z hlediska kompatibility s chemickým čištěním, včetně zapínání. Mnoho zapínacích prvků, které zdobí oděv, buď není odolných vůči rozpouštědlům pro chemické čištění, nebo nevydrží mechanické působení čisticího prostředku. Operátoři je po čištění odstraní a znovu sešijí. Nebo je operátoři zabalí do malého polstrovaného chrániče. Křehké předměty, jako jsou péřové přehozy nebo koberce či závěsy se stužkami, mohou být uzavřeny do volného síťového sáčku. Hustota perchlorethylenu je při pokojové teplotě přibližně 1,7 g/cm³ (je o 70 % těžší než voda) a samotná hmotnost absorbovaného rozpouštědla může způsobit, že textilie při běžném působení síly během extrakčního cyklu selže, pokud síťový sáček neposkytuje mechanickou oporu.

Mnoho lidí se domnívá, že všechny skvrny lze odstranit chemickým čištěním. Ne každou skvrnu lze vyčistit pouze chemickým čištěním. Některé je třeba ošetřit rozpouštědly na skvrny; někdy parním proudem nebo namočením do speciálních tekutin na odstraňování skvrn před praním nebo chemickým čištěním oděvů. Také oděvům, které jsou dlouhodobě skladovány ve znečištěném stavu, se obtížně vrací původní barva a struktura. Přírodní vlákna, jako je vlna, bavlna a hedvábí světlejších barev, by neměla být ponechána ve špinavém nebo znečištěném stavu po dlouhou dobu, protože absorbují nečistoty do své struktury a je nepravděpodobné, že by se jim vrátila původní barva a povrch.

Hlavním důvodem, proč má praní ve vodě jiný výsledek než chemické čištění, je skutečnost, že voda je polární rozpouštědlo, zatímco při chemickém čištění se používá nepolární rozpouštědlo.

Typický prací cyklus trvá 8-15 minut v závislosti na typu oděvu a stupni znečištění. Během prvních tří minut se nečistoty rozpustné v rozpouštědle rozpustí v perchlorethylenu a uvolní se nerozpustné nečistoty. Odstranění nerozpustné nečistoty z oděvů trvá přibližně deset až dvanáct minut poté, co se uvolní volná nečistota. Stroje používající uhlovodíková rozpouštědla vyžadují prací cyklus trvající nejméně 25 minut, protože rozpouštění nečistot rozpustných v rozpouštědle je mnohem pomalejší. Může se také přidat povrchově aktivní "mýdlo" pro chemické čištění.

Na konci pracího cyklu spustí pračka cyklus máchání, při kterém se prádlo opláchne čerstvým destilovaným rozpouštědlem ze zásobníku čistého rozpouštědla. Toto máchání čistým rozpouštědlem zabraňuje změně barvy způsobené absorpcí částic nečistot zpět na povrch oděvu ze "špinavého" pracího rozpouštědla.

Po cyklu máchání zahájí stroj proces extrakce, při kterém se znovu získá rozpouštědlo pro chemické čištění, které se znovu použije. Moderní stroje obnovují přibližně 99,99 % použitého rozpouštědla. Extrakční cyklus začíná vypuštěním rozpouštědla z prací komory a zrychlením koše na 350 až 450 otáček za minutu, což způsobí, že se velká část rozpouštědla z tkaniny uvolní. Do této doby probíhá čištění při běžné teplotě, rozpouštědlo se při chemickém čištění nikdy nezahřívá. Když už nelze žádné rozpouštědlo odstříknout, stroj spustí cyklus sušení.

Během cyklu sušení jsou oděvy bubnovány v proudu teplého vzduchu (60-63 °C/140-145 °F), který cirkuluje v koši a odpařuje zbytky rozpouštědla, které zůstaly po odstřeďování. Teplota vzduchu je řízena tak, aby nedošlo k poškození oděvů teplem. Odsávaný teplý vzduch ze stroje pak prochází chladicí jednotkou, kde se páry rozpouštědla kondenzují a vracejí zpět do nádrže na destilované rozpouštědlo. Moderní stroje na chemické čištění používají uzavřený systém, v němž se ochlazený vzduch znovu ohřívá a recirkuluje. Výsledkem je vysoká míra výtěžnosti rozpouštědel a nižší znečištění ovzduší. V počátcích chemického čištění se do ovzduší vypouštělo velké množství perchloretylenu, protože byl považován za levný a věřilo se, že je neškodný.

Po dokončení sušicího cyklu se oděvy ochladí a odstraní se z nich ještě více rozpouštědla, a to cirkulací chladného venkovního vzduchu nad oděvy a následně přes filtr pro rekuperaci par vyrobený z aktivního uhlí a polymerních pryskyřic. Po provzdušňovacím cyklu jsou oděvy čisté a připravené k lisování/úpravě.

Chemické čištění totiž neodstraní všechna rozpouštědla. Neexistují žádné vládní normy pro to, kolik rozpouštědla smí v látce zůstat. V oblečení zůstává zjistitelné množství rozpouštědla, přičemž nejvíce rozpouštědla zůstává ve vlněném oblečení.

Pracovní rozpouštědlo z promývací komory prochází několika filtračními kroky, než se vrátí zpět do promývací komory. Prvním krokem je knoflíkový lapač, který zabraňuje vniknutí drobných předmětů, jako jsou žmolky, spojovací materiál, knoflíky a mince, do čerpadla rozpouštědla.

Časem se na filtru nahromadí tenká vrstva filtračního koláče (tzv. hnůj). Hnůj se pravidelně odstraňuje (běžně jednou denně) a poté se zpracovává, aby se získalo rozpouštědlo zachycené v hnoji. Mnoho strojů používá "rotační diskové filtry", které odstředivou silou odstraňují hlen z filtru a zároveň jej zpětně promývají rozpouštědlem.

Za žmolkovým filtrem prochází rozpouštědlo absorpčním patronovým filtrem. Tento filtr je vyroben z aktivního jílu a dřevěného uhlí a odstraňuje z rozpouštědla jemné nerozpustné nečistoty a netěkavé zbytky spolu s barvivy. Nakonec rozpouštědlo prochází leštícím filtrem, který odstraní všechny nečistoty, které nebyly odstraněny dříve. Čisté rozpouštědlo se pak vrací do nádrže s pracovním rozpouštědlem.

Pro zvýšení čisticího účinku se do pracovního rozpouštědla přidává malé množství detergentu (0,5-1,5 %), které je nezbytné pro jeho funkčnost. Tyto detergenty pomáhají rozpouštět hydrofilní nečistoty a zabraňují opětovnému usazování nečistot na oděvech. V závislosti na konstrukci stroje se používá buď aniontový, nebo kationtový prací prostředek.

Protože výtěžnost rozpouštědel je nižší než 100 % a suché čištění neodstraňuje dobře skvrny na vodní bázi, vyvinuli podnikatelé proces mokrého čištění, což je v podstatě praní ve studené vodě a sušení na vzduchu pomocí pračky a sušičky řízené počítačem. Obecně se mokré čištění stále zdokonaluje a vyvíjí, ačkoli jeho nízké verze se používají již po staletí.

Lidé, kteří šijí oblečení, mají speciální symboly, které označují, jak by se mělo čistit. Mezinárodním symbolem prádelny GINETEX pro chemické čištění je kruh. Může v něm být písmeno P, které označuje perchlorethylenové rozpouštědlo, nebo písmeno F, které označuje uhlovodíkové rozpouštědlo. Čárka pod kruhem znamená, že by se měly používat pouze šetrné čisticí postupy. Přeškrtnuté prázdné kolečko znamená, že by se oblečení nemělo chemicky čistit.

Vařený hnůj

Zbytky vařeného prášku - odpadní materiál vzniklý vařením nebo destilací hnoje. Zbytky vyvařeného prášku jsou nebezpečným odpadem a obsahují rozpouštědlo, práškový filtrační materiál (diatomit), uhlík, netěkavé zbytky, žmolky, barviva, tuk, půdu a vodu. Zákony říkají, jak lze tento materiál likvidovat.

Kal

Odpadní kal nebo pevný zbytek z destilačního zařízení obsahuje rozpouštědlo, vodu, zeminu, uhlík a další netěkavé zbytky. Materiál odstraněný ze dna destilačních zařízení při chemickém čištění chlorovanými rozpouštědly je nebezpečným odpadem.

Agentura Spojených států pro ochranu životního prostředí klasifikuje perc jako nebezpečnou látku znečišťující ovzduší a musí se s ním nakládat jako s nebezpečným odpadem. Čistírny, které používají perc, musí přijmout zvláštní opatření proti kontaminaci místa, aby se zabránilo jeho vniknutí do pitné vody. Pronajímatelé se stále více zdráhají povolit provoz čistíren ve svých budovách. Při úniku do ovzduší může perc přispívat ke smogu, když reaguje s jinými těkavými organickými uhlíkovými látkami. Kalifornie prohlásila perchlorethylen v roce 1991 za toxickou chemickou látku a jeho používání bude v tomto státě v roce 2023 zakázáno.

Některé alternativy, jako například CO₂ , se vyhýbají toxickým rizikům perc. CO₂ však nečistí některé formy nečistot tak dobře jako perc.

Moderní

• Glykolové étery (dipropylenglykol-terciární butyléter) (Rynex) (Solvair) - V mnoha případech jsou účinnější než perchlorethylen (perc). Ve všech případech jsou lepší pro životní prostředí. Dipropylenglykol-terciární butyléter (DPTB) má bod vzplanutí vysoko nad současnými průmyslovými normami, takže nepředstavuje nebezpečí požáru. DPTB dokáže rozpouštět ve vodě rozpustné skvrny stejně dobře (nebo lépe než perc nebo jiná rozpouštědla pro chemické čištění na bázi glykoléteru, která se v současné době komerčně používají. Zvláštní výhodou roztoků DPTB a vody výrobku Rynex při chemickém čištění je, že se nechovají jako typická směs. Přípravek Rynex se spíše chová jako jediná látka. To umožňuje lépe definovanou separaci při azeotropické destilaci při nižším bodu varu. Pomáhá také účinněji regenerovat. Více než 99 % použitého přípravku Rynex lze regenerovat. Zlepšuje také čištění pomocí běžných destilačních technik.
• Uhlovodíkové - Tento způsob se nejvíce podobá standardnímu chemickému čištění na bázi perca, ale používají se při něm uhlovodíková rozpouštědla, jako je DF-2000 společnosti Exxon-Mobil nebo EcoSolv společnosti Chevron Phillips. Tato rozpouštědla na bázi ropy jsou méně agresivní než perc a vyžadují delší čisticí cyklus. Tato rozpouštědla jsou sice hořlavá, ale při správném použití nepředstavují vysoké riziko požáru nebo výbuchu. Uhlovodíková rozpouštědla také obsahují těkavé organické sloučeniny (VOC), které přispívají ke vzniku smogu.
• Tekutý silikon (dekamethylcyklopentasiloxan nebo D5) - je k oděvům šetrnější než perc a nezpůsobuje ztrátu barvy. Společnost GreenEarth Cleaning si za použití tohoto rozpouštědla účtuje licenční poplatek. Ačkoli je podstatně šetrnější k životnímu prostředí, jeho cena je více než dvojnásobná oproti percu a společnost GreenEarth si účtuje roční členský poplatek. V životním prostředí se během několika dní rozkládá na oxid křemičitý a stopové množství vody a CO₂ . D5 produkuje netoxický a nezávadný odpad. Společnost Dow Corning provedla testy toxicity, které zjistily, že tekutý silikon zvyšuje výskyt nádorů u samic potkanů (u samců potkanů nebyly pozorovány žádné účinky). Další výzkum však dospěl k závěru, že účinky pozorované u potkanů nejsou relevantní pro člověka, protože biologická cesta, která vede ke vzniku nádorů, je jedinečná pro potkany (bod vzplanutí 170,6 °F/77 °C).
• Modifikované uhlovodíkové směsi (Pure Dry)
• Perchlorethylen - perc se používá od 40. let 20. století a je nejběžnějším rozpouštědlem, "standardem" čisticího výkonu a nejagresivnějším čisticím prostředkem. Může způsobit krvácení/ztrátu barev, zejména při vyšších teplotách, a může zničit speciální lemy, knoflíky a korálky na některých oděvech. Je lepší na skvrny na bázi oleje (které tvoří asi 10 % skvrn) než na běžnější skvrny rozpustné ve vodě (káva, víno, krev atd.). Perc zanechává na oděvech charakteristický chemický zápach. Perc je nehořlavý.
• Tekutý CO₂ - Consumer Reports hodnotí tuto metodu lépe než konvenční metody, ale Institut pro chemické čištění a praní prádla ve své zprávě z roku 2007 komentuje její "poměrně nízkou čisticí schopnost". Další oborová certifikační skupina, America's Best Cleaners, počítá mezi své členy i čisticí prostředky CO₂ . Strojní zařízení je drahé - až o 90 000 dolarů dražší než perc stroj, což ztěžuje dostupnost pro malé podniky. Některé čistírny s těmito stroji si ponechávají na místě tradiční stroje na silněji znečištěné textilie. Jiní považují rostlinné enzymy za stejně účinné a ekologicky udržitelnější. CO₂ -čištěné oděvy nevypouštějí těkavé látky. Čištění CO₂ se používá také při obnově po požáru a vodě díky své účinnosti při odstraňování toxických zbytků, sazí a souvisejících pachů po požáru. Dopad na životní prostředí je velmi nízký; oxid uhličitý je téměř zcela netoxický, nezůstává v oděvu ani v životním prostředí a jeho potenciál skleníkových plynů je nižší než u mnoha organických rozpouštědel.
• Mokré čištění - systém, který používá vodu a biologicky odbouratelné mýdlo. Počítačem řízené sušičky a napínací stroje zajišťují, že si látka zachová svou přirozenou velikost a tvar. Tvrdí se, že mokré čištění bezpečně vyčistí většinu oděvů "pouze pro chemické čištění", včetně kůže, semiše, většiny vlny na míru, hedvábí a umělého hedvábí. (Zdá se, že jedinou výjimkou jsou kravaty.) Většina čistíren perc používá u některých oděvů mokré čištění, ale v USA existuje pouze asi 20 exkluzivních čistíren pro mokré čištění.

Historické stránky

• Tetrachlormethan - vysoce toxický.
• Trichlorethan - příliš agresivní a drsný.
• Stoddardovo rozpouštědlo - Velmi hořlavé a výbušné, bod vzplanutí 100°F/38°C.
• CFC-113 - freon - freon ničící ozonovou vrstvu.

Různé komerční produkty, které jsou dnes na trhu, jako například Dryel společnosti Procter & Gamble, umožňují provádět prvky chemického čištění v domácnosti pomocí domácích praček. Ačkoli se nejedná o kompletní proces, který by prováděla profesionální čistírna, umožňují pohodlné domácí praní a fungují pro určité typy oděvů.