أمثلة على المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية. المواد ذات النشاط السطحي (السطحي). التعريف والتكوين والتصنيف والنطاق. التركيب الكيميائي للمواد الخافضة للتوتر السطحي

كيميائيًا، هذه مجموعة متنوعة تمامًا من المواد، ولكن الشيء المشترك هو ما يلي: إذا لم تذوب مادتان على الأقل في بعضهما البعض، مثل الزيت والماء، فإن إضافة مادة خافضة للتوتر السطحي تخلط بينهما وتشكل سائلًا متجانسًا .وهذا واضح جدًا في حالة غسل الأطباق: فالدهون الموجودة على سطح الأطباق تكون مرئية وملحوظة للغاية، لكن الماء، وخاصة الماء البارد، يتدفق فوق الدهون، دون غسلها عمليًا. بمجرد صب القليل من المنظف على الأقل على طبق يحتوي على مواد خافضة للتوتر السطحي وتطبيقه بالتساوي، سوف يتم تصريف الماء على الفور، ويأخذ معه الشحوم المتبقية. الدهون، مثل الزيت، لا تذوب في الماء، واستخدام مادة خافضة للتوتر السطحي يساعد الزيت على الخلط مع الماء، مما يخلق تأثير "الذوبان". في الواقع، تحول الزيت الموجود على الصفيحة من طبقة موحدة على السطح إلى آلاف القطرات الصغيرة من الزيت المحاطة بطبقة من المواد الخافضة للتوتر السطحي، والتي يحملها الماء بسهولة من سطح اللوحة.

يحتوي جزيء الفاعل بالسطح على جزأين مميزين: الرأس والذيل. رأس جزيء الفاعل بالسطح محب للماء - محب للماء، والذيل محب للدهون (محب للزيت) وكاره للماء (خائف من الماء). عندما يدخل مثل هذا الجزيء إلى الماء مع قطرات من الزيت، يحاول ذيل الفاعل بالسطح مغادرة الماء ويقع إما في الزيت أو في الهواء، بينما يقع الرأس، على العكس من ذلك، في الماء. وهكذا، يستقر الجزيء عند السطح البيني بين الماء والزيت ويشكل مستحلبًا.

أنواع المواد الخافضة للتوتر السطحي

اعتمادا على الطبيعة الكيميائية، يتم تمييزها: المواد الخافضة للتوتر السطحي أنيونية، كاتيونية، مذبذبة وغير أيونية (غير أيونية).

المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية

المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية (ذات الرأس السالب الشحنة)- مكونات المنظفات الأكثر استخداما في مستحضرات التجميل. فهي غير مكلفة، وسهلة الصنع، ونظيفة بشكل جيد. بالإضافة إلى ذلك، يتم غسلها بسهولة من الشعر دون تشكيل أفلام أو رواسب. تأثير التنظيف هو نفسه في كل من الماء البارد والساخن. العيب الرئيسي للمواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية هو أنها يمكن أن تهيج الجلد. لتقليل التهيج، غالبًا ما يتم إضافة مجموعات أخرى من المواد الخافضة للتوتر السطحي إلى التركيبات.
المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية هي مكونات المنظفات الرئيسية للشامبو، للحصول على تأثير مستحلب، يتم إضافتها إلى الأصباغ.

المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية

المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية (ذات الرأس الموجب الشحنة)- المنظفات أضعف من المنظفات الأيونية ولا تنتج رغوة بشكل جيد. ومع ذلك، تعمل المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية بشكل جيد مع مكيفات الشعر، مما يمنح الشعر النعومة وسهولة التصفيف. يمكنهم إزالة الشحنات السلبية من الشعر، وبالتالي توفير تأثير الاستاتيكيه. تعمل المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية على "وزن" الشعر، مما يجعله أكثر سهولة في التصفيف، مما يسهل عملية التمشيط والتصفيف.

نظرًا لأن المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية لها شحنة معاكسة للمواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية، فإنها لم تكن مختلطة سابقًا. أصبح من الممكن الآن دمجهما في زجاجة واحدة، بفضل المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية التي تعمل على تخفيف التأثير العدواني للشامبو، وعند استخدامها كبلسم يمكنها تحييد التأثير العدواني.
غالبًا ما توجد المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية في مكيفات الشعر وأقنعة الشعر، بالإضافة إلى شامبو الشعر الملون وشامبو 2 في 1. ويمكن العثور عليها أيضًا في شامبو الأطفال "بلا دموع"، فهي لا تسبب تهيجًا للعين.

المواد الخافضة للتوتر السطحي مذبذبة

المواد الخافضة للتوتر السطحي مذبذبةقد تحتوي على مجموعة إيجابية أو سلبية حسب الرقم الهيدروجيني. علاوة على ذلك، يمكن أن تتصرف مثل المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية عند قيم pH أقل والمواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية عند قيم pH أعلى. رغوة هذه المواد الخافضة للتوتر السطحي معتدلة وتمنح الشعر سهولة التحكم. بالإضافة إلى ذلك، فإن مجموعة من المواد الخافضة للتوتر السطحي تعمل على الحد الأدنى من تهيج فروة الرأس وتكون قادرة على تخفيف التهيج الموجود. تعمل المواد الخافضة للتوتر السطحي المذبذبة مع المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية على تحسين قدرة الرغوة وزيادة سلامة التركيبات، وعندما يتم دمجها مع البوليمرات الكاتيونية، فإنها تعزز التأثيرات الإيجابية للإضافات المرطبة، مثل السيليكون والبوليمرات، على الشعر والجلد. يتم الحصول على المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية من مواد خام طبيعية، لذا فهي مكونات باهظة الثمن.
يمكن العثور على المواد الخافضة للتوتر السطحي الأمفوتيرية في شامبو الأطفال (لا تهيج العينين)، والشامبو الخاص للشعر التالف والرقيق، والشامبو 2 في 1، وأصباغ الشعر، والمؤكسدات، وكذلك الأقنعة والبلسم.

المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية

المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية، وهي المجموعة الثانية الأكثر شعبية من المواد الخافضة للتوتر السطحي بعد المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية، ولها رؤوس قطبية. إنها أخف المواد الخافضة للتوتر السطحي وتستخدم مع المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية كمنظف ثانوي ومكثف ومثبت للرغوة.
توجد المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية في جميع مستحضرات تجميل الشعر تقريبًا، لأنها تمتزج جيدًا مع العديد من المواد.

تطبيق المواد الخافضة للتوتر السطحي (السطحي)

تستخدم المواد الخافضة للتوتر السطحي على نطاق واسع في الصناعة والزراعة والطب والحياة اليومية. يتزايد الإنتاج العالمي للمواد الخافضة للتوتر السطحي كل عام، وتتزايد باستمرار حصة المواد غير الأيونية في إجمالي إنتاج الإنتاج. تستخدم جميع أنواع المواد الخافضة للتوتر السطحي على نطاق واسع في إنتاج واستخدام المواد الاصطناعية. البوليمرات. إن أهم مجال لاستهلاك المواد الخافضة للتوتر السطحي المكونة للمذيلة هو إنتاج البوليمرات عن طريق بلمرة المستحلب. تعتمد التكنولوجيا إلى حد كبير على نوع وتركيز المواد الخافضة للتوتر السطحي المختارة (المبخرات). والفيزيائية والكيميائية. خصائص اللاتكس الناتج. تستخدم المواد الخافضة للتوتر السطحي أيضًا في بلمرة التعليق. عادة، يتم استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي ذات الوزن الجزيئي العالي - البوليمرات القابلة للذوبان في الماء (كحول الفولوفينيل، ومشتقات السليلوز، والمواد اللاصقة النباتية، وما إلى ذلك). عن طريق خلط الورنيش أو تركيبات راتنج الزيت السائل مع الماء في وجود المستحلبات، يتم الحصول على المستحلبات التي تستخدم في صناعة البلاستيك وبدائل الجلود والمواد غير المنسوجة والأقمشة المشربة والدهانات المنقولة بالماء وغيرها.

في إنتاج الدهانات والورنيشات والبلاستيك. تضاف المواد الخافضة للتوتر السطحي لتنظيم ريولوجيتها. صفات.

يتم استخدام مجموعة متنوعة من المواد الخافضة للتوتر السطحي للمعالجة السطحية للألياف (المنسوجة وغير المنسوجة) ومواد الأفلام (مثل العوامل المضادة للكهرباء الساكنة، ومعدلات محلول الغزل، والمنظفات. ومن بين المواد الخافضة للتوتر السطحي المستخدمة كطاردات للماء، فإن أكثر المواد الواعدة هي مركبات السيليكون العضوي والفلوروكربون. أخيرًا، مع التوجيه المناسب للجزيئات الموجودة في الطبقة السطحية تكون قادرة على منع ترطيب المادة ليس فقط بالماء، ولكن أيضًا بالسوائل الهيدروكربونية.

في إنتاج المطاط الإسفنجي والبلاستيك الرغوي، يتم استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي كمثبتات للرغوة.

مواد خافضة للتوتر السطحي عالية الوزن الجزيئي قابلة للذوبان في الماء، بالإضافة إلى استخدامها في التقنيات المذكورة أعلاه. العمليات المستخدمة كمواد مندفة في أنواع مختلفة من معالجة المياه. بمساعدتهم من النفايات والتكنولوجية. تتم إزالة الملوثات العالقة من الماء، وكذلك من مياه الشرب.

المواد السطحية، التي يؤدي امتزازها من سائل عند واجهة مع طور آخر (سائل أو صلب أو غازي) إلى ما يلي: خفض التوتر السطحي (انظر النشاط السطحي). في الحد الأقصى. عامة ومهمة عمليا. في هذه الحالة، تحتوي جزيئات (أيونات) الفاعل بالسطح الممتصة على بنية ثنائية المحبة، أي أنها تتكون من مجموعة قطبية وجذر هيدروكربوني غير قطبي (جزيئات ثنائية المحبة). يمتلك الجذر الهيدروكربوني نشاطًا سطحيًا باتجاه الطور غير القطبي (غاز، سائل هيدروكربوني، سطح غير قطبي لمادة صلبة)، والذي يتم دفعه خارج الوسط القطبي. في محلول مائي من الفاعل بالسطح، يتم تشكيل عامل الامتزاز عند التفاعل مع الهواء. طبقة أحادية الجزيئية ذات جذور هيدروكربونية موجهة نحو الهواء. عندما تصبح مشبعة، فإن جزيئات (أيونات) الفاعل بالسطح، المضغوطة في الطبقة السطحية، تتوضع بشكل عمودي على السطح (الاتجاه الطبيعي).

تركيز الفاعل بالسطح في الممتزات. طبقة على عدة. أوامر ذات حجم أعلى من حجم السائل، وبالتالي، حتى مع وجود محتوى ضئيل في الماء (0.01-0.1٪ بالوزن)، يمكن للمواد الخافضة للتوتر السطحي تقليل التوتر السطحي للماء عند التفاعل مع الهواء من 72.8 10-3 إلى 25 10 -3 ي/م2، أي تقريبا إلى التوتر السطحي للسوائل الهيدروكربونية. تحدث ظاهرة مماثلة عند السطح البيني بين المادة الخافضة للتوتر السطحي المائي والسائل الهيدروكربوني، مما يخلق المتطلبات الأساسية لتكوين المستحلبات.

اعتمادًا على حالة المادة الخافضة للتوتر السطحي في المحلول، يتم التمييز بشكل تقليدي بين المحاليل الحقيقية (المشتتة جزيئيًا) والمواد الخافضة للتوتر السطحي الغروية. شرط هذا التقسيم هو أن نفس الفاعل بالسطح يمكن أن ينتمي إلى كلا المجموعتين، اعتمادًا على الظروف والكيمياء. طبيعة (قطبية) r-ritel. يتم امتصاص كلا المجموعتين من المواد الخافضة للتوتر السطحي عند حدود الطور، أي أنها تظهر نشاطًا سطحيًا في المحاليل، في حين أن الخصائص السائبة المرتبطة بمظهر الطور الغروي (Micellar) تظهر فقط المواد الخافضة للتوتر السطحي الغروية. تختلف هذه المجموعات من المواد الخافضة للتوتر السطحي في قيمة الكمية التي لا أبعاد لها، والتي تسمى. التوازن المحب للماء (HLB) ويتم تحديده بواسطة النسبة:

حيث هي التقارب (طاقة التفاعل الحر) للجزء غير القطبي من جزيء الفاعل بالسطح مع السائل الهيدروكربوني (b هي معلمة بلا أبعاد اعتمادًا على طبيعة الفاعل بالسطح، هي طاقة التفاعل الحر لكل مجموعة CH2 واحدة، v هي عدد مجموعات CH2 في الجذر الهيدروكربوني)، ألفة المجموعة القطبية للمياه. بالنسبة للمواد الخافضة للتوتر السطحي الغروية (b + أو، حيث تتوافق المؤشرات m مع الحد الأدنى من قيم التقارب، والتي تبدأ عندها الخواص الغروية للخافض للتوتر السطحي في الظهور. يقع الحد الأدنى لعدد ذرات الكربون في الجذر لأنواع مختلفة من المواد الخافضة للتوتر السطحي الغروية في النطاق من 8 إلى 12، أي أن المواد الخافضة للتوتر السطحي الغروية لها جذري هيدروكربوني كبير إلى حد ما، وفي الوقت نفسه، يجب أن تحتوي المواد الخافضة للتوتر السطحي الغروية أيضًا على درجة حموضة حقيقية في الماء، أي أن قطبية المجموعة المحبة للماء يجب أيضًا أن تكون عالية جدًا، وهذا يتوافق مع الحالة:

في البداية. الستينيات القرن ال 20 طور D. Davis مقياس HLB بقيم من O إلى 40. المواد الخافضة للتوتر السطحي ذات الخصائص المحبة للدهون لها قيم HLB منخفضة، في حين أن تلك التي لها خصائص محبة للماء لها قيم عالية. يتم تعيين رقم مجموعة لكل مجموعة من الذرات الموجودة في جزيء الفاعل بالسطح. وبجمع هذه الأرقام يتم الحصول على GLB حسب الصيغة التالية:

HLB = أعداد المجموعات المحبة للماء + 4- أعداد المجموعات الكارهة للماء + 7.

على الرغم من أن مفهوم HLB رسمي تمامًا، إلا أنه يسمح للمرء بتحديد مجالات تطبيق المواد الخافضة للتوتر السطحي. لذلك، لتكوين مستحلبات الماء/الزيت، يتراوح HLB من 3-6، مستحلبات الزيت/الماء - 8-16، لعوامل الترطيب - 7-9، للمنظفات - 13-15.

يتم تحديد النشاط السطحي للمواد الخافضة للتوتر السطحي التي تنتمي إلى مجموعات مختلفة بشكل مختلف. بالنسبة للمواد الخافضة للتوتر السطحي ذات الحافة r الحقيقية، فهي تساوي الحد الأقصى. قيمة المشتق ويتم قياسها من الجزء الأولي من متساوي حرارة الامتزاز s(c) عند c0 (G هو عدد مولات المواد الخافضة للتوتر السطحي الممتصة لكل وحدة مساحة سطحية، R هو ثابت الغاز، T هي درجة الحرارة المطلقة). بالنسبة للمواد الخافضة للتوتر السطحي الغروية، النشاط السطحي Gmin = (s0 - smin)/smin، حيث s0 هو التوتر السطحي للمذيب p النقي، وsMIH هي أصغر قيمة (ثابتة) لـ s، وcmin هو تركيز الفاعل بالسطح المطابق لهذه القيمة. يؤدي المزيد من إدخال المادة الخافضة للتوتر السطحي في المحلول إلى زيادة عدد المذيلات، ويظل تركيز المادة الخافضة للتوتر السطحي المشتتة جزيئيًا ثابتًا. قيمة smin الحرجة. تركيز المذيلة (KKM). يتم تعريفه على أنه تركيز المادة الخافضة للتوتر السطحي، والتي يظهر عندها عدد كبير من المذيلات في المحلول، والتي توجد في الديناميكا الحرارية. يتوازن مع الجزيئات (الأيونات)، وتتغير خصائص المحلول بشكل حاد (الموصلية الكهربائية، التوتر السطحي، اللزوجة، تشتت الضوء، وما إلى ذلك، انظر تكوين المذيلة).

تصنيف المواد الخافضة للتوتر السطحي. تصف هذه المقالة التصنيف المعتمد في المؤتمر الدولي الثالث للمواد الخافضة للتوتر السطحي والذي أوصت به المنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO) في عام 1960. وهو يعتمد على الكيمياء. طبيعة الجزيئات وتتضمن أربعة أساسية. فئة المواد الخافضة للتوتر السطحي: أنيونية، كاتيونية، غير أيونية ومذبذبة. في بعض الأحيان يتم أيضًا عزل الوزن الجزيئي العالي. (بوليمر)، مشبع بالفلور و كريمنيورج. السطحي، ومع ذلك، وفقا للكيمياء. طبيعة جزيئات هذه المواد الخافضة للتوتر السطحي قد. تصنف على أنها واحدة مما سبق. الطبقات.

تحتوي المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية على واحد أو أكثر في الجزيء. المجموعات القطبية وتنفصل في محلول مائي لتكوين أنيونات طويلة السلسلة، والتي تحدد نشاطها السطحي. هذه هي المجموعات: COOH(M)، OSO2OH(M)، SO3H(M)، حيث M هو معدن (أحادي، ثنائي أو ثلاثي التكافؤ). عادةً ما يتم تمثيل الجزء الكاره للماء من الجزيء بأليفاتية مشبعة أو غير مشبعة. سلاسل أو ألكيل عطرية. المتطرفين. هناك 6 مجموعات من المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية.

1) مشتقات مركبات الكربون (الصابون): RCOOM، ROOC (CH2)nCOOM، RC6H4 (CH2)nCOOM، RCH=CH ---(CH2)nCOOM. 2) كبريتات الألكيل الأولية والثانوية roso3m ، r "r: choso3m ، alkylaryl ethyl sulfates rc6h4c2h4oso3m ، alkylcyclohexyl ethyl sulfates rc6h10c2h4oso3m ، إلخ. س- والمركبات ثنائية الكربون: RSO3M، RC6H4SO3M، ROOCCH2SO3M، ROOCCH2CH(COOR)SO3M (انظر ألكيل بنزين سلفونات، سلفونات النفثالين، السلفونات). نيك حمض وأملاح الكبريتات غير المشبعة: RO(C2H4O)nSO3M، RO(C2H4O)nCH2COOM، RCOO (C2H4O)n SO3M، RC6H4 (C2H4O)2 SO3M، ROOCCH2CH (COOM) SO3M، RCH ( OSO3M)=CH (CH2)n- -COOM.5) المواد الخافضة للتوتر السطحي المحتوية على النيتروجين: أميدوسلفونات RCONR"--R:--SO3M، أميدوسلفونات RR"NOC--R:--SO3M، أميدوسلفات RCONR"-R: --OSO3M، أميدوكربوكسيلات RCO(NH-R" --CO)nOM، مركبات تحتوي على مجموعات كربوكسي وسلفو RCONH--R--OCOR:(SO3M) --COOM بدلاً من مجموعة الأميد في العديد من هذه المركبات. أيضا مجموعة السلفاميد، على سبيل المثال. RC6H4SO2NHCH2CH2SO3M. 6) الأملاح المشبعة بالفلور. طقم الكربون، المشبع بالفلور سلفوأسيتات، أحادية وثنائية الفوسفات، وفوسفونات، مشبعة بالفلور. الفوسفونات والمركبات الأخرى.

في المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية، قد يكون الكاتيون. ليس فقط المعدن، ولكن أيضًا التنظيم. أساس. غالبًا ما يكون هذا ثنائي أو ثلاثي إيثانول أمين. يبدأ النشاط السطحي في الظهور على طول سلسلة C8 الهيدروكربونية الكارهة للماء ويزداد مع زيادة طول السلسلة حتى الفقدان الكامل لدرجة حموضة الفاعل بالسطح في الماء. اعتمادا على الهيكل، والفواصل الزمنية. وظيفي المجموعات والمحبة للماء للجزء القطبي من الجزيء، يمكن أن يصل طول الجزء الهيدروكربوني إلى C18. تقابل حلقة البنزين حوالي 4 ذرات C، ومجموعة الميثيلين المشبعة بالفلور CF2 تقابل حوالي 2.5-3 مجموعات ميثيلين.

نائب. كبريتات الألكيل وسلفونات الألكيل شائعة. أوبتي. تتمتع كبريتات دوديسيل الأولية وسلفونات دوديسيل بنزين ذات السلسلة المستقيمة بخصائص خافضة للتوتر السطحي. هذه المواد مستقرة حرارياً، ومنخفضة السمية (LD50 1.5-2 جم/كجم، الفئران البيضاء)، ولا تهيج جلد الإنسان وهي بيولوجية بشكل مُرض. التحلل في المسطحات المائية (انظر أدناه)، باستثناء سلفونات الألكيلاريل ذات سلسلة ألكيل متفرعة. إنها تتحد بشكل جيد مع المواد الخافضة للتوتر السطحي الأخرى، مما يظهر التآزر، ومساحيقها غير استرطابية. تتمتع كبريتات الألكيل الثانوية بقدرة رغوة جيدة، ولكنها غير مستقرة حرارياً وتستخدم في شكل سائل. تتمتع سلفونات الألكيل الثانوية بنشاط سطحي مرتفع، ولكنها شديدة الرطوبة. المواد الخافضة للتوتر السطحي الواعدة هي تلك التي يتكون الجزء المحبب لها من عدة. وظيفي مجموعات. على سبيل المثال، أملاح الصوديوم لحمض السلفوسكسينيك لها خصائص صحية وصحية جيدة. St. أنت جنبا إلى جنب مع ارتفاع المواد الكيميائية الغروانية. و تكنول. مؤشرات عندما يذوب في الماء العسر. تحتوي المواد الخافضة للتوتر السطحي التي تحتوي على مجموعة السلفوناميد على مادة بيول. نشاط. يتمتع فوسفات دوديسيل أيضًا بخصائص جيدة.

تسمى كاتيونية. المواد الخافضة للتوتر السطحي التي تتفكك جزيئاتها في محلول مائي لتشكل كاتيونًا نشطًا سطحيًا بسلسلة طويلة كارهة للماء وأنيون، عادة هاليد، وأحيانًا أنيون كبريتي أو فوسفوري. المركبات السائدة بين المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية هي المركبات المحتوية على النيتروجين؛ عملي تُستخدم أيضًا المكونات التي لا تحتوي على النيتروجين: com. السلفونيوم +X- والسلفوكسونيوم +X-، الفوسفونيوم + X-، الأرسونيوم + X-، اليودونيوم (الصيغة I). المركبات المحتوية على النيتروجين يمكن تقسيمها إلى ما يلي. أساسي المجموعات: 1) الأمينات وأملاحها RNR"R: HX؛ 2) مركبات الأمونيوم أحادية وثنائية الرباعية الهياكل الأليفاتية + X-، 2+2Х-، مركبات ذات بنية أليفاتية وعطرية مختلطة 2 + 2Х- ؛ 3) رباعية مركبات الأمونيوم ذات مجموعات وظيفية مختلفة في السلسلة الكارهة للماء؛ 4) مركبات الأمونيوم أحادية وثنائية الرباعية مع ذرة نيتروجين في الحلقة الحلقية غير المتجانسة، والمجموعة الأخيرة توحد مئات المواد الخافضة للتوتر السطحي ذات الأهمية الصناعية، وأهمها مركبات البيريدين والكينولين. ، فثالازين، بنزيميدازول، بنزوثيازول، بنزوتريازول، مشتقات بيروليدين، إيميدازول، بيبيريدين، مورفولين، بيبرازين،

البنزوكسازين، وما إلى ذلك؛ 5) أكاسيد الأمين RR"R:N+O- (بدء الإنتاج الصناعي)؛ 6) المواد الخافضة للتوتر السطحي البوليمرية (II). تستخدم هاليدات البولي فينيل بيريدينيوم بشكل أساسي.

الجزيئية السطحية

تعمل المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية على تقليل التوتر السطحي بشكل أقل من المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية، لكنها يمكن أن تتفاعل. كيميائيا مع سطح الممتزات، على سبيل المثال. مع البروتينات الخلوية للبكتيريا، مما تسبب في تأثير مبيد للجراثيم. تفاعل تؤدي المجموعات القطبية من المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية مع مجموعات الهيدروكسيل من ألياف السليلوز إلى كره الألياف للماء وتشريب الأنسجة.

لا تتفكك المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية إلى أيونات في الماء. ترجع قيمة الرقم الهيدروجيني لها إلى وجود جزيئات الأثير المحبة للماء ومجموعات الهيدروكسيل، وغالبًا ما تكون سلسلة بولي إيثيلين جلايكول. على ما يبدو، عند الذوبان، تتشكل الهيدرات بسبب تكوين روابط هيدروجينية بين ذرات الأكسجين في بقايا البولي إيثيلين جلايكول وجزيئات الماء. بسبب تمزق رابطة الهيدروجين، ومع ارتفاع درجة الحرارة، ينخفض ​​الرقم الهيدروجيني للمواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية، وبالتالي ترتفع نقطة السحابة بالنسبة لهم. يعد حد درجة الحرارة للmiccellization مؤشرا هاما. من. المركبات التي تحتوي على ذرة H متحركة (مركبات، كحولات، فينولات، أمينات)، تتفاعل مع أكسيد الإيثيلين، وتشكل مواد خافضة للتوتر السطحي غير الأيونية RO (C2H4O)n H. قطبية مجموعة أوكسي إيثيلين واحدة أقل بكثير من قطبية أي مجموعة حمضية في المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية . لذلك، لنقل القيمة المطلوبة للماء وقيمة HLB إلى الجزيء، اعتمادًا على الجذر الكاره للماء، يلزم وجود من 7 إلى 50 مجموعة أوكسي إيثيلين. السمة المميزة للمواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية هي حالتها السائلة ورغوتها المنخفضة في المحاليل المائية.

تنقسم المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية إلى مجموعات تختلف في بنية الجزء الكاره للماء من الجزيء، اعتمادًا على المواد التي كانت بمثابة الأساس لإنتاج إثيرات البوليجليكول. بناءً على الكحولات، يتم الحصول على الكحوليات الإيثوكسيلية RO(C2H4O)nH؛ على أساس الأحماض الكربوكسيلية - الأحماض الدهنية الإيثوكسيلية RCOO (C2H4O)n H؛ على أساس ألكيلفينول وألكيلنفثول - ألكيلفينول إيثوكسيلات RC6H4O(C2H4O)nH وcomp. RC10H6O --- (C2H4O) نه؛ على أساس الأمينات، الأميدات، إيميدازولين - ألكيلامينات إيثوكسيلات RN[ (C2H4O)n H]2، شركات. RCONH(C2H4O)nH، شركات. النماذج الثالثة؛ يعتمد على السلفوناميدات والمركبتانات - المواد الخافضة للتوتر السطحي مثل RSO2NC(C2H4O)nH]2 وRS(C2H4O)nH. تتكون مجموعة منفصلة من البروكسانول (pluroniks) - بوليمرات مشتركة من الإيثيلين وأكاسيد البروبيلين H O (C2H4O)x (C3H6O)y (C2H4O)z H، حيث تختلف x و y و z من عدة. وحدات إلى عدة العشرات والبروكسامينات (tetronics؛ الشكل الرابع) - بوليمرات مشتركة من أكاسيد الإيثيلين والبروبيلين، يتم الحصول عليها في الوجود. إيثيلينديامين. تعمل غليكولات ألكيل أسيتيلين كأساس لإنتاج المواد الخافضة للتوتر السطحي من النوع H(OC2H4)n--OCR"R:CCCR"R""O (C2H4O)nH؛ استرات الفوسفور من النوع (RO)2P(O)O(C2H4O)nH؛ إثيرات بنتايريثريتول من النوع V. المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية هي منتجات تكثيف الجليكوسيدات مع الكحوليات الدهنية والكربونات وأكسيد الإيثيلين. هناك أيضًا مواد خافضة للتوتر السطحي من مجموعة السوربيتال (Tweens، type VI) - منتجات إضافة أكسيد الإيثيلين إلى أحادي إستر السوربيتون والأحماض الدهنية. يشكل كريمنيورج مجموعة منفصلة. الفاعل بالسطح، على سبيل المثال. (CH3)3Si n--(CH2)3O(C2H4O)mH.

يعتمد إنتاج المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية في معظم الحالات على إضافة أكسيد الإيثيلين بمستويات مرتفعة. ر-إعادة تحت الضغط في الحضور. المحفزات (0.1-0.5% CH3ONa، KOH أو NaOH). وفي هذه الحالة تكون النتيجة متوسطة. محتوى متجانسات البوليمر، حيث يتم وصف توزيع الوزن الجزيئي بواسطة وظيفة بواسون. يتم الحصول على المواد الفردية عن طريق إضافة جلايكول البولي إيثيلين المستبدل بالبوليهالوجين إلى الكحولات. مادة كيميائية غروية تختلف خصائص المواد الخافضة للتوتر السطحي من هذه الفئة بشكل كبير اعتمادًا على طول سلسلة البولي جليكول المحبة للماء وطول سلسلة الجزء الكاره للماء بطريقة تتحلل. ممثلين عن واحد متماثل صف م.ب. عوامل ترطيب ومستحلبات جيدة. يتناقص التوتر السطحي لمتجانسات ألكيلفينول الإيثوكسيلية والكحوليات الأولية عند محتوى ثابت من مجموعات أكسيد الإيثيلين وفقًا لقاعدة تروب، أي مع كل إضافة. تعمل مجموعة CH2 على تقليل التوتر السطحي. في الأمثل الخيار يمكن أن يصل إلى (28-30) 10-3 نيوتن/م عند الحالة الحرجة. تركيزات المذيلة. كتلة الميسلار كبيرة جدًا. بالنسبة للتوائم، على سبيل المثال، تصل إلى 1800. المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية أقل حساسية للأملاح التي تسبب عسر الماء من المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية والكاتيونية. تعتمد قدرة الترطيب للمواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية على البنية؛ الأمثل. يتمتع الفاعل بالسطح ذو البنية المتفرعة بقدرة على الترطيب:

تشكل الكحوليات الهيدروكسي إيثيلية C10-C18 مع n من 4 إلى 9 والمتعددة مستحلبات دقيقة من الزيت / الماء والماء / الزيت تلقائيًا. تتحد المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية جيدًا مع المواد الخافضة للتوتر السطحي الأخرى وغالبًا ما يتم تضمينها في تركيبات المنظفات.

تحتوي المواد الخافضة للتوتر السطحي (الأمفوتيرية) في الجزيء على جزء جذري محب للماء وجزء كاره للماء يمكن أن يكون متقبلًا أو متبرعًا للبروتون، اعتمادًا على الرقم الهيدروجيني للمحلول. عادةً ما تشتمل هذه المواد الخافضة للتوتر السطحي على واحد أو أكثر. المجموعات الأساسية والحمضية، قد تحتوي أيضًا على مجموعة بوليجليكول غير أيونية. اعتمادًا على قيمة الرقم الهيدروجيني، فإنها تظهر خصائص المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية أو الأنيونية. عند قيم معينة للأس الهيدروجيني، تسمى. عند نقطة تساوي الجهد الكهربي، توجد المواد الخافضة للتوتر السطحي على شكل أيونات zwitterions. إن ثوابت التأين للمجموعات الحمضية والأساسية من المواد الخافضة للتوتر السطحي المذبذبة الحقيقية منخفضة جدًا، ولكن zwitterions الموجهة نحو الكاتيون والأنيون هي الأكثر شيوعًا. تكون المجموعة الكاتيونية عادةً مجموعة أمونيوم أولية أو ثانوية أو ثالثية، أو بقايا بيريدين أو إيميدازولين. من حيث المبدأ، بدلا من N m.b. الذرات S، P، As، إلخ. المجموعات الأنيونية هي مجموعات الكربوكسيل أو السلفونات أو السلفوستر أو الفوسفات.

حسب الكيمياء بناءً على بنيتها وبعض أوجه التشابه، يتم تقسيم المواد الخافضة للتوتر السطحي الأمفولية إلى 5 فئات رئيسية. المجموعات: 1) مركبات الألكيل أمينوكربون RNH (CH2)n COOH؛ عادةً ما يكون جذر الألكيل للأمين طبيعيًا (سلسلة مستقيمة)، ولكن إذا كان موجودًا بين مجموعة الأمين ومجموعة الكربوكسيل، فإنه يكون له أحيانًا طابع متفرع. تتضمن هذه المجموعة أيضًا أحماض ألكيل أمينو فينيل كربونيك RNHC6H4COOH؛ مركبات ألكيل أمينوكربون مع مجموعة أمينية أولية أو ثانوية أو ثالثية RCH (NH2) COOH، RCH (NHR) COOH، R(CH3)NCH2COOH؛ مع كثافة العمليات. مجموعة الهيدروكسيل، الأثير، الإستر، الأميد أو السلفواميد؛ مواد تحتوي على مجموعتين أو أكثر من مجموعات الأمينو والأميدو، مع عدة مجموعات أمينو وهيدروكسيل.

• 2) ألكيل البيتين هو أهم مجموعة من المواد الخافضة للتوتر السطحي. ويمكن تقسيمها إلى 5 منها رئيسية. المجموعات: أ) بيتين ألكيل -C-ألكيل بيتين RCH COO- وN-ألكيل بيتين RN+(CH3)2 CH2COO-؛ ب) البيتين الكبريتيت والسلفو والكبريتات والفوسفات RN+(CH3)2CH2CH2 RN+(CH3)2CH2CH2، RC6H4CH2N+(CH3)2CH2CH2 RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2OP؛ ج) أميدوبيتين RCONH(CH2)3 N+(CH3)2COO-؛ د) البيتين المتوكسيل RN+[(C2H4O)pH][(C2H4O)gH]CH2COO-؛ ه) غيرها من المواد الخافضة للتوتر السطحي zwitterionic.
• 3) مشتقات الألكيليميدازولين، في جزيئاتها التي تحتوي المجموعات الأنيونية والكاتيونية على نفس ثوابت التأين تقريبًا (الشكلان VII و VIII)، حيث R-alkyl C7-C17، R"-H، Na، CH2COOM (M-metal). وفقا لهيكل وطرق التوليف، يتم تمييز المواد الخافضة للتوتر السطحي البيتين، بما في ذلك مجموعة الكربوكسي أو السلفو أو الكبريتات أو السلفو إيثر [الشكل IX؛ R" = (CH2)nCOO-، (CH2)3، CH2CH(OH)CH2 ] و مواد أخرى (“غير البيتين”) من مواد إيميدازولين خافضة للتوتر السطحي [الشكل X؛ R" = CH2COONa، (CH2)2 N (CH2COOH)2، (CH2)2 N = =CHC6H4SO3H، (CH2)2 OSO3H). يزود توازن المجموعات المؤينة هذه المركبات بغرواني كيميائي وصحي جيد. .
• 4) ألكيلامين ألكان سلفونات وكبريتات (AAAC1 وAAAC2، على التوالي). أنيون معلما. وتتحول المواد بسهولة إلى شكل زويتيريوني، مما يجعل من الممكن عزلها في شكلها النقي. ثابت التأين للمجموعة الحمضية أكبر بكثير من الثابت الأساسي، لذلك يتم استخدامها في بيئة قلوية. ومع ذلك، في حالة عدة المجموعات الأساسية وفي وجود مجموعات أخرى محبة للماء بجوار المجموعة الحمضية، فإن هذه المواد تتشابه في خصائصها ومجالات تطبيقها مع المواد الخافضة للتوتر السطحي الأمفولية ولها تأثير مبيد للجراثيم. اعتماداً على ثوابت التأين، يمكن تمييز الأملاح AAAC1 RN(R")-R:--SO3M، AAAC2 RN(R")-R: -- OSO3M، المشتقات العطرية. أحماض أمينوسلفونيك RR"N--Ar-SO3M، أمينوسلفونات مع ذرة N في دورات غير متجانسة (الشكل XI)؛ أمينوفوسفات، أمينوفوسفونات ومركبات أمينية أخرى: مركبات من النوع RR"R:P(O)(OH)2، RR "R ""OP(O)(OH)2، حيث R وR" هما جذرين هيدروكربونيين طويلين وقصيرين، R: هو جذري ثنائي التكافؤ قصير؛ كون. رن (CH2CH2SO3Na)2. الفرق بينهما هو قدرتها الجيدة على تشتيت صابونيات الكالسيوم ومقاومة أملاح عسر الماء.
• 5) المواد الخافضة للتوتر السطحي البوليمرية: طبيعية (البروتينات، والأحماض النووية، وما إلى ذلك)؛ طبيعي معدل (بروتين قليل القسيمات، الكيتين كبريتات)؛ منتجات التكثيف التدريجي للأمينات، والفورمالديهايد، والزلال، والأحماض الدهنية؛ مشتقات السليلوز التي يتم الحصول عليها عن طريق إدخال مجموعات الكربوكسيل وثنائي إيثانول أمين إيثيل؛ الاصطناعية، التي تجمع جزيئاتها بين السمات الهيكلية لجميع المجموعات المذكورة أعلاه من المواد الخافضة للتوتر السطحي (انظر، على سبيل المثال، الصيغ XII-XVI).

تطبيق المواد الخافضة للتوتر السطحي. يبلغ الإنتاج العالمي من المواد الخافضة للتوتر السطحي 2-3 كجم للفرد سنويًا. يتم استخدام ما يقرب من 50٪ من المواد الخافضة للتوتر السطحي المنتجة في المواد الكيميائية المنزلية (منتجات الغسيل والتنظيف ومستحضرات التجميل)، ويستخدم الباقي في الصناعة والزراعة. x-ve. بالتزامن مع الزيادة السنوية في إنتاج المواد الخافضة للتوتر السطحي، تتغير النسبة بين استخدامها في الحياة اليومية والصناعة لصالح الصناعة.

يتم تحديد استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي من خلال نشاطها السطحي وبنية الامتصاص. الطبقات والقديسين الحجمي. يتم استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي من كلا المجموعتين (r-rim الحقيقي والغروية) كمشتتات لطحن المواد الصلبة، وحفر الصخور الصلبة (مخفضات الصلابة)، لتحسين تأثير التشحيم، وتقليل الاحتكاك والتآكل، وكثافة استخلاص الزيت، وما إلى ذلك. أحد الجوانب المهمة لاستخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي هو تكوين وتدمير الرغاوي والمستحلبات والمستحلبات الدقيقة. تُستخدم المواد الخافضة للتوتر السطحي على نطاق واسع لتنظيم تكوين البنية واستقرار الأنظمة المشتتة باستخدام وسط تشتت سائل (مائي وعضوي). تُستخدم الأنظمة Micellar التي تتكون من المواد الخافضة للتوتر السطحي في كل من الوسائط المائية وغير المائية على نطاق واسع، حيث لا يكون النشاط السطحي للمواد الخافضة للتوتر السطحي أو خصائص امتصاصها هو المهم. الطبقات، وخصائص الحجم: شذوذات اللزوجة الواضحة مع زيادة في تركيز الفاعل بالسطح حتى التكوين، على سبيل المثال. في بيئة مائية، التبلور. هياكل صابونية صلبة أو هياكل صلبة الشكل (في الشحوم ذات الأساس النفطي).

تُستخدم المواد الخافضة للتوتر السطحي في أكثر من 100 قطاع من قطاعات الاقتصاد الوطني. يتم استخدام معظم المواد الخافضة للتوتر السطحي المنتجة في المنظفات وفي إنتاج الأقمشة والمنتجات الاصطناعية. وطبيعية ألياف المستهلكون الرئيسيون للمواد الخافضة للتوتر السطحي هم البترول والكيماويات. الصناعة، الصناعة تبني. المواد وعدد من الآخرين. نائب. التطبيقات الهامة للمواد الخافضة للتوتر السطحي:

• - الحفر بمحاليل الطين ومستحلبات الماء/الزيت القابلة للعكس. لتنظيم الاستقرار الكلي والريولوجية. ومن خصائص المحاليل استخدام المركب العالي. المواد الخافضة للتوتر السطحي - إثيرات السليلوز القابلة للذوبان في الماء، بولي أكريلاميد، وما إلى ذلك، يتم إدخال أملاح الكالسيوم الطبيعية في المستحلبات. والاصطناعية الأحماض الدهنية (C16-C18 وما فوق)، الألكيل العطرية. السلفونات، ألكيلامين، ألكيلامين أمين، ألكيليميدازولين؛
• - زيادة استخلاص الزيت من خلال الغمر بالميسيلار (ألكيلفينول وكحولات الإيثوكسيلات، وسلفونات الألكيل العطرية)؛
• - مضادات الأكسدة والضغط الشديد وغيرها من المواد المضافة في إنتاج المعادن. الزيوت (الصابون الدهني الاصطناعي، سلفونات البترول، كحولات أوكسي إيثيل) والبلاستيك. مواد التشحيم (مشتقات الفينول والأريلامينات والألكيل والأريل الفوسفات)؛
• - تنظيم الترطيب أثناء تعويم خامات الحديد والمنغنيز (الصابون الدهني الطبيعي والاصطناعي، والأمينات الأليفاتية العليا)، وخامات المعادن النادرة (أحماض ألكيلارسون وألكيلفوسفونيك، وسلفونات الألكيل العطرية)؛
• - بلمرة المستحلب، إنتاج البوليسترين وبوليمرات الفينيل الأخرى (كربوكسي ميثيل السليلوز، كحول البولي فينيل، الصابون الدهني الاصطناعي، كبريتات الألكيل، الكحولات الإيثوكسيلية، وألكيل فينول)؛
• - الإنتاج الكيميائي الألياف (أوكسي إيثيلين أمينات وأميدات، بروكسانول وبروكسامينات، كحولات ومركبات عالية)؛
• -فرو. معالجة المعادن: الامتزاز. انخفاض في القوة، وزيادة في سرعة القطع والتخطيط والطحن (الصابون الدهني الطبيعي والاصطناعي، وسلفونات الألكيل العطرية، وكحولات أوكسي إيثيل، وما إلى ذلك)؛
• - يتم بناء الصناعة. المواد: تنظيم الفراء. والريولوجية. سانت في الخلطات الخرسانية بسبب الامتزاز. تعديل المكونات (استرات الأحماض الدهنية الاصطناعية، السلفونات، الألكيلامين، كبريتات الألكيل، الأحماض الدهنية أوكسي إيثيل)؛
• -إنتاج المنظفات الاصطناعية؛
• - تحسين بنية التربة، ومنع عمليات التآكل (الكتروليتات المتعددة الفاعل بالسطح - منتجات التحلل المائي غير الكامل للبولي أكريلونيتريل، ومنتجات وسط مركبات البولي أكريليك والبولي ميثاكريليك، ويختلف تكوين سلسلة البوليمر بين الأميد والإيميد الحلقي والكربوكسيل ومجموعات أخرى).

التحلل البيولوجي للمواد الخافضة للتوتر السطحي. تدخل المحاليل المائية للمواد الخافضة للتوتر السطحي بتركيزات أكبر أو أقل إلى مياه الصرف الصناعي. المياه وفي نهاية المطاف إلى الخزانات. يتم إيلاء الكثير من الاهتمام لتنقية مياه الصرف الصحي من المواد الخافضة للتوتر السطحي، لأنه بسبب انخفاض معدل تحلل المواد الخافضة للتوتر السطحي، فإن النتائج الضارة لتأثيرها على الطبيعة والكائنات الحية لا يمكن التنبؤ بها. يمكن أن تسبب مياه الصرف الصحي التي تحتوي على منتجات التحلل المائي من المواد الخافضة للتوتر السطحي متعدد الفوسفات نموًا مكثفًا للنباتات، مما يؤدي إلى تلوث المسطحات المائية التي كانت نظيفة سابقًا: عندما تموت النباتات، تبدأ في التعفن، وينضب الأكسجين من الماء، مما يؤدي بدوره إلى تفاقم ظروف وجود النباتات. أشكال أخرى من الحياة في الماء.

ومن طرق معالجة مياه الصرف الصحي في خزانات الترسيب تحويل المواد الخافضة للتوتر السطحي إلى رغوة، والامتزاز بالكربون النشط، واستخدام راتنجات التبادل الأيوني، والتحييد بالمواد الكاتيونية، وما إلى ذلك. وهذه الطرق باهظة الثمن وغير فعالة بما فيه الكفاية، لذلك يفضل تنقية مياه الصرف الصحي من المواد الخافضة للتوتر السطحي في خزانات الترسيب (خزانات التهوية) وفي الطبيعية الظروف (في الخزانات) بواسطة بيول. الأكسدة تحت تأثير البكتيريا غير المتجانسة (الجنس السائد هو الزائفة)، والتي هي جزء من الحمأة المنشطة. فيما يتعلق بهذه العملية، عادة ما يتم تقسيم المواد الخافضة للتوتر السطحي إلى "ناعمة" و"صلبة". تشتمل المواد الخافضة للتوتر السطحي الصلبة على بعض سلفونات ألكيل بنزين (على سبيل المثال، رباعي بروبيل بنزين سلفونات) وأوكسي إيثيلين. إيزو أوكتيلفينول. في الوقت الحاضر لا يتم إنتاجها عمليا. درجة الأكسدة الحيوية لما يسمى. تعتمد المواد الخافضة للتوتر السطحي الناعمة على بنية الجزء الكاره للماء من جزيء المادة الخافضة للتوتر السطحي: عندما تكون متفرعة، تتفاقم عملية الأكسدة الحيوية بشكل حاد. من الناحية النظرية، عائدات الأكسدة الحيوية إلى التحويل. ORG. في الماء وثاني أكسيد الكربون، عمليا. المشكلة تكمن فقط في وقت الأكسدة، أي في حركية العملية. إذا تخرجوا. تحدث الأكسدة ببطء، ويكون لدى الفاعل بالسطح الوقت الكافي لإحداث تأثير ضار على الكائنات الحية والطبيعة. الأربعاء.

مع البيوكيميائية عند تنظيف محاليل النفايات الخافضة للتوتر السطحي، يتم إجراء الأكسدة في وجود الانزيمات. مع ارتفاع درجة الحرارة، يزيد معدل الأكسدة، ولكن فوق 350 درجة مئوية يتم تدمير الإنزيمات. يتم امتصاص المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية في الواجهات البينية، ونتيجة لذلك يتم تقليل التحلل المائي الأنزيمي للدهون والبروتينات والكربوهيدرات، مما يؤدي إلى تثبيط النشاط البكتيري.

يتم إنشاء آلية الأكسدة الحيوية للمواد الخافضة للتوتر السطحي من خلال دراسة المواد الوسيطة. منتجات التحلل. لذا، بينهما. تم العثور على المنتجات التالية في منتجات تحلل سلفونات ألكيل بنزين: سلفونات ألكيل بنزين ذات سلسلة ألكيل قصيرة؛ مركبات سلفوفينيل كربونية بمتوسط ​​4 ذرات C في السلسلة؛ مركبات السلفوكربونات التي تحتوي على ذرات 5-6 درجة مئوية؛ أحماض السلفونيك وأحماض السلفونيك. يشير هذا إلى أن التحلل الحيوي يبدأ من مجموعة الميثيل الطرفية. كلما اقتربت المادة المتبقية من حلقة البنزين، كانت عملية الأكسدة أبطأ. المرحلة النهائية هي تحلل حلقة البنزين إلى عدم التشبع. المركبات التي تتأكسد بسرعة وبشكل كامل.

اليفاتيتش. تتأكسد المواد الخافضة للتوتر السطحي بشكل أسرع من تلك الحلقية، وتكون أكسدة السلفونات أكثر صعوبة من الكبريتات.

على ما يبدو، ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الكبريتات في الماء تتحلل. يتم تدمير كبريتات الألكيل الأولية والثانوية ذات السلسلة المستقيمة بالكامل في مياه الصرف الصحي خلال ساعة واحدة. تتأكسد كبريتات الألكيل ذات السلسلة المتفرعة بشكل أبطأ، بينما تتحلل سلفونات ألكيل بنزين ذات السلسلة المستقيمة تمامًا خلال 3 أيام فقط. لم تتم دراسة التحلل الحيوي للمواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية إلا قليلاً، ولا يوصي بعض الباحثين بالتخلص منها في مياه الصرف الصحي.

أدى نمو إنتاج المواد الخافضة للتوتر السطحي إلى ظهور شركات كبيرة تشكل مصادر محلية لتلوث المياه. عالية التركيز قد تكون مياه الصرف الصحي من هذه الشركات تنقية الميكروبيول طريقة تعتمد على استخدام ثقافات نشطة للغاية من الكائنات الحية الدقيقة. تم الحصول على سلالات من البكتيريا التي تدمر كبريتات الألكيل، وسلفونات الألكيل، وسلفونات ألكيل البنزين، والسلفوإيثوكسيلات، وما إلى ذلك. وتم تحديد المواد الوسيطة. منتجات التحلل، والتي هي نظائرها من الطبيعة. in-c، غير سامة وليس لها أي تأثير سلبي على البيئة. إحدى النتائج المهمة لعملية الهضم البكتيري هو غياب المواد الوسيطة. منتجات تحلل المواد ذات ثنائية الجزيئات المعبر عنها بوضوح. الطريقة المقدمة سوف تضع. نتائج مياه الصرف الصحي التي تحتوي على 500 ملغم/لتر من المواد الخافضة للتوتر السطحي. وكانت كفاءة التنظيف 95-97% في مدة لا تزيد عن 12 ساعة بين سلبيات الجرام. تم العثور على البكتيريا والكائنات الحية الدقيقة (المدمرة) التي تمتص المواد الخافضة للتوتر السطحي كغذاء. المادة المتفاعلة.

المواد الخافضة للتوتر السطحي التكنولوجية وتشحيمها

المواد الخافضة للتوتر السطحي (السطحي) هي مركبات كيميائية تؤدي، بالتركيز في السطح البيني، إلى انخفاض في التوتر السطحي.

يتم التعبير عن التأثير الكبير للمواد الخافضة للتوتر السطحي التكنولوجية من خلال التأثير المباشر وغير المباشر (من خلال التغييرات في البنية) على الظواهر السطحية عند السطح البيني لمادة التشحيم المعدنية، أي. على قدرة التشحيم والحماية لمواد التشحيم. ليس فقط المواد الخافضة للتوتر السطحي الفردية، ولكن أيضًا منتجات الأكسدة التي تتشكل أثناء عملية التحضير (أي TPAS) وتشغيل مواد التشحيم لها تأثير كبير على عمليات الاحتكاك والتآكل. في الخمسينيات من القرن الماضي، طور دي إس فيليكوفسكي وزملاؤه إضافات من سلسلة MNI، وهي منتجات أكسدة الفازلين أو السيريسين. لقد ثبت أن حاملات خصائصها الوظيفية، بما في ذلك مقاومة التآكل، هي أحماض إستر تحتوي على مجموعات نشطة COOH، COOC، OH، بالإضافة إلى مجموعات اللاكتون التي تشكل هياكل شبه بلورية.

تحتوي المواد الخافضة للتوتر السطحي على بنية جزيئية قطبية (غير متماثلة)، ويمكن امتصاصها عند السطح البيني بين وسطين وتقليل الطاقة السطحية الحرة للنظام. يمكن للإضافات الضئيلة جدًا من المواد الخافضة للتوتر السطحي أن تغير خصائص سطح الجسيمات وتعطي المادة صفات جديدة. يعتمد عمل المواد الخافضة للتوتر السطحي على ظاهرة الامتزاز، والتي تؤدي في نفس الوقت إلى تأثير أو تأثيرين معاكسين: انخفاض التفاعل بين الجزيئات واستقرار الواجهة بينها بسبب تكوين طبقة الطور البيني. تتميز معظم المواد الخافضة للتوتر السطحي ببنية خطية للجزيئات، يتجاوز طولها الأبعاد العرضية بشكل كبير (الشكل 15). تتكون الجذور الجزيئية من مجموعات ترتبط في خصائصها بجزيئات المذيبات، ومن مجموعات وظيفية ذات خصائص تختلف عنها بشكل حاد. هذه هي المجموعات القطبية المحبة للماء، وجود روابط تكافؤ واضحة ولها تأثير معين على الترطيب والتشحيم وغيرها من الإجراءات المرتبطة بمفهوم النشاط السطحي . وفي الوقت نفسه، يتناقص إمداد الطاقة الحرة مع إطلاق الحرارة نتيجة الامتزاز. يمكن أن تكون المجموعات المحبة للماء في نهايات السلاسل الهيدروكربونية غير القطبية هيدروكسيل - OH، كربوكسيل - COOH، أمينو - NH 2، سلفو - SO وغيرها من المجموعات المتفاعلة بقوة. المجموعات الوظيفية هي جذور هيدروكربونية كارهة للماء تتميز بروابط التكافؤ الجانبية. توجد التفاعلات الكارهة للماء بشكل مستقل عن القوى بين الجزيئات، وهي عامل إضافي يعزز الاقتراب من المجموعات أو الجزيئات غير القطبية و"الالتصاق ببعضها البعض". يتم توجيه الطبقة الأحادية الجزيئية الامتزازية لجزيئات الفاعل بالسطح مع الأطراف الحرة لسلاسل الهيدروكربون بعيدًا عن

سطح الجزيئات ويجعلها غير قابلة للبلل، كارهة للماء.

تعتمد فعالية مادة مضافة معينة من المواد الخافضة للتوتر السطحي على الخواص الفيزيائية والكيميائية للمادة. إن المادة الخافضة للتوتر السطحي التي تنتج تأثيرًا في نظام كيميائي واحد قد لا يكون لها أي تأثير أو لها تأثير معاكس بشكل واضح في نظام آخر. في هذه الحالة، يكون تركيز الفاعل بالسطح مهمًا جدًا، حيث يحدد درجة تشبع طبقة الامتزاز. في بعض الأحيان تظهر المركبات ذات الوزن الجزيئي العالي تأثيرًا مشابهًا للمواد الخافضة للتوتر السطحي، على الرغم من أنها لا تغير التوتر السطحي للماء، على سبيل المثال كحول البولي فينيل ومشتقات السليلوز والنشا وحتى البوليمرات الحيوية (مركبات البروتين). يمكن ممارسة تأثير المواد الخافضة للتوتر السطحي عن طريق الإلكتروليتات والمواد غير القابلة للذوبان في الماء. لذلك، من الصعب جدًا تحديد مفهوم "السطحي". بالمعنى الواسع، يشير هذا المفهوم إلى أي مادة، بكميات صغيرة، تغير بشكل ملحوظ الخصائص السطحية لنظام مشتت.

تصنيف المواد الخافضة للتوتر السطحي متنوع للغاية وفي بعض الحالات متناقض. وقد بذلت عدة محاولات للتصنيف وفقا لمعايير مختلفة. وفقًا لريبندر، تنقسم جميع المواد الخافضة للتوتر السطحي وفقًا لآلية عملها إلى أربع مجموعات:

- عوامل الترطيب، ومزيلات الرغوة، وصانعات الرغوة، أي النشطة عند السطح البيني للغاز السائل. يمكنها تقليل التوتر السطحي للماء من 0.07 إلى 0.03-0.05 جول/م2؛

- المشتتات، الببتيزرز.

- المثبتات وملدنات الامتصاص والمخففات (مخفضات اللزوجة)؛

– المنظفات التي تحتوي على جميع خصائص المواد الخافضة للتوتر السطحي.

يتم استخدام تصنيف المواد الخافضة للتوتر السطحي حسب الغرض الوظيفي على نطاق واسع في الخارج: المخففات، عوامل الترطيب، المشتتات، مزيلات التراكم، عوامل الرغوة ومزيلات الرغوة، المستحلبات، مثبتات نظام التشتيت. وتتميز أيضًا بالمجلدات والملدنات ومواد التشحيم.

بناءً على تركيبها الكيميائي، يتم تصنيف المواد الخافضة للتوتر السطحي اعتمادًا على طبيعة المجموعات المحبة للماء والجذور الكارهة للماء. تنقسم الجذور إلى مجموعتين - الأيونية وغير الأيونية، والأولى يمكن أن تكون أنيونية وكاتيونية.

المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية تحتوي على مجموعات نهائية غير مؤينة ذات ألفة عالية لوسط التشتت (الماء)، والتي تشمل عادة ذرات الأكسجين والنيتروجين والكبريت. المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية هي مركبات تكون فيها سلسلة هيدروكربونية طويلة من الجزيئات ذات الألفة المنخفضة لوسط التشتت جزءًا من الأنيون المتكون في محلول مائي. على سبيل المثال، COOH هي مجموعة كربوكسيل، SO 3 H هي مجموعة سلفو، OSO 3 H هي مجموعة أثير، H 2 SO 4، إلخ. تشتمل المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية على أملاح الأحماض الكربوكسيلية وكبريتات الألكيل وسلفونات الألكيل وما إلى ذلك. تشكل الكاتيونات التي تحتوي على جذري هيدروكربوني طويل في المحاليل المائية. على سبيل المثال، الأمونيوم المستبدل 1 و2 و3 و4، وما إلى ذلك. ومن أمثلة هذه المواد أملاح الأمين، وقواعد الأمونيوم، وما إلى ذلك. وفي بعض الأحيان يتم عزل مجموعة ثالثة من المواد الخافضة للتوتر السطحي، والتي تشمل إلكتروليتات مذبذبة ومواد أمفوليتية، والتي، اعتمادًا على الطبيعة، يمكن أن تظهر الطور المشتت خصائص حمضية وقاعدية. الأمفوليتات غير قابلة للذوبان في الماء، ولكنها تنشط في الوسائط غير المائية، مثل حمض الأوليك في الهيدروكربونات.

يقترح باحثون يابانيون تصنيف المواد الخافضة للتوتر السطحي وفقًا للخصائص الفيزيائية والكيميائية: الوزن الجزيئي، والبنية الجزيئية، والنشاط الكيميائي، وما إلى ذلك. ويمكن للأغلفة الشبيهة بالهلام الموجودة على الجزيئات الصلبة الناتجة عن المواد الخافضة للتوتر السطحي نتيجة للتوجهات المختلفة للمجموعات القطبية وغير القطبية أن تسبب العديد من الأمراض. التأثيرات: التسييل؛ الاستقرار. تشتيت إزالة الرغوة. إجراءات الربط والتلدين والتشحيم.

الفاعل بالسطح له تأثير إيجابي فقط عند تركيز معين. هناك آراء مختلفة جدًا حول مسألة الكمية المثلى من المواد الخافضة للتوتر السطحي التي يتم تناولها. يشير P. A. Rebinder إلى ذلك بالنسبة للجسيمات

1-10 ميكرومتر يجب أن تكون الكمية المطلوبة من الفاعل بالسطح 0.1-0.5%. تعطي المصادر الأخرى قيمًا تتراوح بين 0.05-1% أو أكثر للتشتت المختلف. بالنسبة للفريت، وجد أنه من أجل تكوين طبقة أحادية الجزيئية أثناء الطحن الجاف، يجب تناول المواد الخافضة للتوتر السطحي بمعدل 0.25 مجم لكل 1 م 2 من السطح المحدد للمنتج الأولي؛ للطحن الرطب – 0.15-0.20 مجم/م2. تدل الممارسة على أنه يجب اختيار تركيز الفاعل بالسطح في كل حالة معينة بشكل تجريبي.

في تكنولوجيا SEMs الخزفية، يمكن التمييز بين أربعة مجالات لتطبيق المواد الخافضة للتوتر السطحي، والتي تجعل من الممكن تكثيف التغيرات والتحولات الفيزيائية والكيميائية في المواد والتحكم فيها أثناء عملية التخليق:

- تكثيف عمليات الطحن الدقيق للمساحيق لزيادة تشتت المادة وتقليل وقت الطحن عند تحقيق تشتت معين؛

- تنظيم خواص أنظمة التشتيت الفيزيائية والكيميائية (المعلقات، الانزلاقات، المعاجين) في العمليات التكنولوجية. ما هو مهم هنا هو عمليات التسييل (أو انخفاض اللزوجة مع زيادة السيولة دون انخفاض في محتوى الرطوبة)، وتثبيت الخصائص الريولوجية، وإزالة الرغوة في أنظمة التشتت، وما إلى ذلك؛

- التحكم في عمليات تكوين الشعلة عند رش المعلقات عند الحصول على الحجم والشكل وانتشار شعلة الرش المحددة؛

- زيادة اللدونة لمركبات القولبة، خاصة تلك التي يتم الحصول عليها عند تعرضها لدرجات حرارة مرتفعة، وكثافة الفراغات المصنعة نتيجة إدخال مجموعة من المواد الرابطة والملدنات ومواد التشحيم.

المواد الخافضة للتوتر السطحي (السطحي) هي، كقاعدة عامة، مواد كيميائية موجودة في أي منتج تنظيف، حتى الصابون العادي. بفضل المواد الخافضة للتوتر السطحي يتم تنظيف منتج التنظيف.

لماذا هناك حاجة إلى المواد الخافضة للتوتر السطحي؟

المشكلة هي أن الأوساخ، وخاصة الشحوم، يصعب غسلها بالماء. حاول غسل يديك الدهنية بالماء. سوف يستنزف الماء دون غسل الدهون. جزيئات الماء لا تلتصق بجزيئات الدهون ولا تأخذها معها. ولذلك، فإن المهمة هي ربط جزيئات الدهون بجزيئات الماء. هذا هو بالضبط ما تفعله المواد الخافضة للتوتر السطحي. جزيء الفاعل بالسطح عبارة عن كرة، أحد قطبيها محب للدهون (يتصل بالدهون)، والآخر محب للماء (يتصل بجزيئات الماء). وهذا يعني أن أحد طرفي جسيم الفاعل بالسطح مرتبط بجسيم دهني، والطرف الآخر مرتبط بجزيئات الماء.

كيف تؤثر المواد الخافضة للتوتر السطحي على صحتنا؟

تعتمد معظم الرطوبة في جسم الإنسان أيضًا على الدهون. أولئك. على سبيل المثال، الطبقة الواقية من الجلد (الدهون - الدهون التي تحمي الجلد من البكتيريا المختلفة التي تدخل الجسم) هي طبقة دهنية ويتم تدميرها بشكل طبيعي بواسطة المواد الخافضة للتوتر السطحي. وتهاجم العدوى المكان الأقل حماية، وهو بالطبع مضر بصحة الإنسان. يقول الخبراء أنه بعد استخدام المنظفات، يجب أن يكون لدى الطبقة الواقية من الجلد وقت للتعافي في غضون 4 ساعات إلى 60٪ على الأقل. هذه هي معايير النظافة التي وضعتها GOST. ومع ذلك، لا توفر جميع المنظفات مثل هذا الترميم للبشرة. والبشرة الخالية من الدهون والمجففة تشيخ بشكل أسرع.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تتراكم المواد السطحية غير القابلة للتحلل في رواسب الدماغ والكبد والقلب والدهون (خاصة الكثير) وتستمر في تدمير الجسم لفترة طويلة. وبما أنه لا يمكن لأحد تقريبًا الاستغناء عن المنظفات، فإن المواد الخافضة للتوتر السطحي تتجدد باستمرار في أجسامنا، مما يسبب ضررًا مستمرًا للجسم. تؤثر المواد الخافضة للتوتر السطحي أيضًا على الوظيفة الإنجابية لدى الرجال، على غرار الإشعاع المشع.

وتتفاقم المشكلة بسبب حقيقة أن مرافق المعالجة لدينا لا تقوم بعمل جيد في إزالة المواد الخافضة للتوتر السطحي. لذلك، تعود إلينا المواد الخافضة للتوتر السطحي الضارة من خلال مصدر المياه بنفس التركيز تقريبًا الذي نصبها فيه في الصرف. الاستثناءات الوحيدة هي المنتجات التي تحتوي على مواد خافضة للتوتر السطحي قابلة للتحلل.

ما هي أنواع المواد الخافضة للتوتر السطحي الموجودة؟

المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية. الميزة الرئيسية هي التكلفة المنخفضة نسبيًا والكفاءة والذوبان الجيد. لكنهم الأكثر عدوانية تجاه جسم الإنسان.
- المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية. لديهم خصائص مبيد للجراثيم.
- المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية. الميزة الرئيسية هي تأثيرها المفيد على القماش، والأهم من ذلك، قابلية التحلل البيولوجي بنسبة 100٪.
- المواد الخافضة للتوتر السطحي الأمفوليتية. اعتمادًا على البيئة (الحموضة/القلوية)، فإنها تعمل إما كمواد خافضة للتوتر السطحي كاتيونية أو أنيونية.

كيف تؤثر المواد الخافضة للتوتر السطحي على البيئة؟

أحد الآثار السلبية الرئيسية للمواد الخافضة للتوتر السطحي في البيئة هو انخفاض التوتر السطحي. على سبيل المثال، في المحيط، يؤدي التغير في التوتر السطحي إلى انخفاض معدل الاحتفاظ بثاني أكسيد الكربون والأكسجين في كتلة الماء. وهذا يؤثر سلبا على النباتات والحيوانات المائية.

بالإضافة إلى ذلك، فإن جميع المواد الخافضة للتوتر السطحي المستخدمة في الصناعة والمنزل تقريبًا، عندما تسقط على جزيئات من الأرض أو الرمل أو الطين، في الظروف العادية، يمكن أن تطلق أيونات المعادن الثقيلة التي تحتفظ بها هذه الجزيئات، وبالتالي تزيد من خطر دخول هذه المواد إلى جسم الإنسان. .

ما هو الفاعل بالسطح القابل للتحلل؟

أحد المعايير الرئيسية للسلامة البيئية للمواد الكيميائية المنزلية هو قابلية التحلل الحيوي للمواد الخافضة للتوتر السطحي التي تدخل في تركيبها. تنقسم المواد الخافضة للتوتر السطحي إلى تلك التي يتم تدميرها بسرعة في البيئة وتلك التي لم يتم تدميرها ويمكن أن تتراكم في الكائنات الحية بتركيزات غير مقبولة.

علاوة على ذلك، يتم التمييز بين قابلية التحلل الحيوي الأولية، والتي تتضمن تغييرات هيكلية في المواد الخافضة للتوتر السطحي بواسطة الكائنات الحية الدقيقة، مما يؤدي إلى فقدان خصائص السطح النشطة، وقابلية التحلل الحيوي الكاملة - التحلل الحيوي النهائي للمواد الخافضة للتوتر السطحي إلى ثاني أكسيد الكربون والماء. فقط المواد الخافضة للتوتر السطحي القابلة للتحلل تمامًا هي الآمنة.

فقط بعض المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية، وخاصة تلك التي يتم الحصول عليها من المواد الخام البيولوجية بدلاً من المنتجات البترولية، قابلة للتحلل بيولوجيًا بنسبة 100%.

الفاعل بالسطح الحيوي - ما هو؟

في عام 1995، شاركت شركة ECOVER، بالتعاون مع الشركة الفرنسية Agro-Industrie Recherches et Développements (ARD)، في مشروع بحث أوروبي، كان الهدف منه تعلم كيفية تصنيع المواد الخافضة للتوتر السطحي من النفايات الزراعية، مثل القش ونخالة القمح. تم الانتهاء من المشروع بنجاح في عام 1999، وبدأ الإنتاج على نطاق صناعي في عام 2008.

في الوقت الحاضر، تشكل المواد الخافضة للتوتر السطحي الحيوية أساس الخط الكامل لمنظفات غسل الأطباق من العلامة التجارية ECOVER. تؤكد نتائج الاختبار أن هذه المواد الخافضة للتوتر السطحي لها تأثير تنظيف قوي، وهي قابلة للتحلل تمامًا وتتميز بسمية منخفضة. إنها مثل قصة خيالية حيث تحول القش إلى ذهب، لكن هذه قصة حقيقية.

المجموعات القطبية في المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية عادة ما تكون مجموعات الكربوكسيل والكبريتات والسلفونات والفوسفات. في التين. يوضح الشكل 1 التركيب الجزيئي للمواد الخافضة للتوتر السطحي الأكثر شيوعًا في هذه الفئة.

تُستخدم المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية بكميات أكبر بكثير من الأنواع الأخرى من المواد الخافضة للتوتر السطحي. وفقًا لتقدير تقريبي، يبلغ الإنتاج العالمي من المواد الخافضة للتوتر السطحي 10 ملايين طن سنويًا، منها 60% من المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية.

أرز. 1. هياكل بعض المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية النموذجية

السبب الرئيسي لشعبية هذه المواد الخافضة للتوتر السطحي هو بساطتها وانخفاض تكلفة الإنتاج. تعتبر المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية جزءًا من معظم المنظفات، والمواد الخافضة للتوتر السطحي التي تحتوي على مجموعات ألكيل أو ألكيلاريل التي تحتوي على 12-18 ذرة كربون في السلسلة الكارهة للماء لها أفضل تأثير تنظيف.

تكون الأيونات المضادة عادة Na +، K +، NH4 +، Ca 2+ وأنواع مختلفة من الألكيلامينات البروتونية. تزيد أيونات الصوديوم والبوتاسيوم من ذوبان المواد الخافضة للتوتر السطحي في الماء، بينما تساعد أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم على زيادة ذوبان المواد الخافضة للتوتر السطحي في الطور الزيتي. تضمن الأمينات البروتونية والألكانولامينات قابلية ذوبان المواد الخافضة للتوتر السطحي في كلا المرحلتين.

يشكل الصابون أيضًا فئة كبيرة من المواد الخافضة للتوتر السطحي. يتم إنتاجها عن طريق تصبن الزيوت والدهون الطبيعية. عادة ما يطلق على الصابون اسم الأملاح المعدنية القلوية للأحماض الكربوكسيلية التي يتم الحصول عليها من الدهون الحيوانية أو الزيوت النباتية. تحتوي قطع الصابون عادةً على أحماض دهنية مشتقة من الزيت طويل القامة وزيت النخيل وزيت جوز الهند. عند استخدامه في الظروف المثالية، يعتبر الصابون من المواد الخافضة للتوتر السطحي المثالية. عيبهم الرئيسي هو الحساسية للماء العسر، مما يحدد الحاجة إلى إنشاء مواد خافضة للتوتر السطحي الاصطناعية. تم العثور على تطبيق محدد للغاية في ملح الليثيوم للحمض الدهني، وهو الليثيوم 12-هيدروكسي ستيرات، والذي يستخدم كمكون رئيسي في مواد التشحيم.

تشكل سلفونات ألكيل بنزين مجموعة من المواد الخافضة للتوتر السطحي الاصطناعية التي تعتبر "القوى العاملة" الرئيسية. يتم استخدامها على نطاق واسع في منتجات التنظيف المنزلية، وكذلك في مجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية. يتم الحصول عليها من خلال عملية كبريتة ألكيل بنزين. في التوليف واسع النطاق، غالبًا ما يستخدم ثالث أكسيد الكبريت كعامل سلفنة، ولكن يمكن أيضًا استخدام مواد أخرى مثل حمض الكبريتيك، أو الزيت، أو حمض الكلوروسلفونيك، أو حمض الأميدوسلفونيك. وفي بعض الحالات يتبين أنها أكثر تفضيلاً. يتم تنفيذ التوليف الصناعي في عملية مستمرة باستخدام جهاز فيلم التدفق الحر. تنتج المرحلة الأولى من العملية حمض البيروسلفونيك، الذي يتفاعل ببطء وبشكل عفوي لتكوين حمض السلفونيك.

يتم بعد ذلك معادلة حمض السلفونيك باستخدام الصودا الكاوية، مما يؤدي إلى تكوين ملح ألكيل بنزين سلفونات. نظرًا للحجم الكبير لبدائل الألكيل، تتشكل أحماض السلفونيك n بشكل حصري تقريبًا. في الرسم البياني أعلاه، R عبارة عن مجموعة ألكيل، تحتوي عادةً على 12 ذرة كربون. في البداية، تم استخدام ألكيل بنزين المتفرع كمنتج وسيط في تركيب المواد الخافضة للتوتر السطحي، ولكن في الوقت الحاضر يتم استبدالها بالكامل تقريبًا بمشتقات خطية، لذلك تسمى هذه المواد الخافضة للتوتر السطحي ألكيل بنزين سلفونات الخطية. يرجع رفض المشتقات المتفرعة واستبدالها بالمشتقات الخطية بشكل أساسي إلى تحللها الحيوي الأسرع. يتم تحضير ألكيل بنزين بدوره عن طريق ألكلة البنزين مع ألكينات n أو كلوريدات الألكيل باستخدام HF أو AICI3 كمحفزات. ينتج عن التفاعل خليط من الأيزومرات مع مجموعة فينيل متصلة بأحد المواضع غير الطرفية في سلسلة الألكيل.

هناك نوع آخر من المواد الخافضة للتوتر السطحي السلفوناتية المستخدمة في المنظفات وهي البارافين وسلفونات ألفا أوليفين، وغالبًا ما يطلق على الأخير اسم AOS. في الحالات العامة، تكون المواد الخافضة للتوتر السطحي الناتجة عبارة عن خليط معقد من المواد التي تختلف في الخواص الفيزيائية والكيميائية. يتم إنتاج سلفونات البارافين، أو سلفونات الألكان الثانوية، بشكل رئيسي في أوروبا. يتم الحصول عليها، كقاعدة عامة، عن طريق الأكسدة السلفونية لهيدروكربونات البارافين مع ثاني أكسيد الكبريت والأكسجين تحت الإشعاع بالأشعة فوق البنفسجية. في عملية قديمة، والتي لا تزال قيد الاستخدام، يتم إنتاج سلفونات البارافين عن طريق تفاعل الكلورة الكبريتية. كلتا العمليتين عبارة عن تفاعلات جذرية، وبما أن ذرات الكربون الثانوية تشكل جذور حرة أكثر استقرارًا من ذرات الكربون الأولية، يتم إدخال مجموعة السلفو إحصائيًا إلى أي ذرة كربون غير طرفية في سلسلة الألكان. يعتبر خليط الهيدروكربونات C 14 -C 17، والذي يسمى أحيانًا "الجزء الأوروبي"، من أكثر المواد الخام الكارهة للماء شيوعًا، ويتم تمثيل المنتجات النهائية في هذه الحالة بمزائج معقدة جدًا من الأيزومرات والمتجانسات.

يتم تحضير سلفونات ألفا-أولفين من تفاعل أوليفينات ألفا الخطية مع ثالث أكسيد الكبريت؛ والنتيجة هي خليط من ألكين سلفونات، 3 و4-هيدروكسي ألكان سلفونات وبعض الديسلفونات ومواد أخرى. يتم استخدام جزأين من الأوليفين بشكل رئيسي كمادة وسيطة: C 12 -C 16 وC 16 -C 18. يتم تنظيم نسبة الألكين سلفونات إلى هيدروكسي ألكان سلفونات إلى حد ما من خلال نسبة كميات SO 3 والأوليفينات المدخلة في خليط التفاعل: كلما زادت هذه النسبة، زاد تكوين حمض الألكين سلفونيك. يحدث تكوين حمض السلفونيك هيدروكسي ألكان من خلال سلتون دوري متوسط، والذي يتم بعد ذلك تشققه بواسطة القلويات. السوتون سام، لذا من المهم أن يكون تركيزه في المنتج النهائي منخفضًا جدًا. يمكن كتابة مخطط الحصول على النحو التالي:

ثنائي سلفوساكسينات الصوديوم هو مادة خافضة للتوتر السطحي ألكيل سلفونات تستخدم على نطاق واسع في دراسات كيمياء السطح. نظرًا لمجموعته الكبيرة الكارهة للماء، فإن هذا الفاعل بالسطح مناسب بشكل خاص لإنتاج مستحلبات الماء في الزيت الدقيقة.

المواد الخافضة للتوتر السطحي الإيسيثيوناتية ذات الصيغة العامة R-COOC^C^SO^Na* هي استرات للأحماض الدهنية وأملاح حمض الإيزيثيونيك. وهي من بين أخف المواد الخافضة للتوتر السطحي وتستخدم في مستحضرات التجميل.

تُستخدم المواد الخافضة للتوتر السطحي السلفوناتية، التي يتم الحصول عليها عن طريق سلفنة اللجنين أو الأجزاء البترولية أو ألكيل نفثالين أو أجزاء هيدروكربونية رخيصة أخرى، على نطاق واسع صناعيًا كمشتتات، ومستحلبات، ومزيلات استحلاب، ومزيلات رغوة، وعوامل ترطيب، وما إلى ذلك.

تشكل الكبريتات المسلفنة والكحولات الإيثوكسيلية مجموعة مهمة أخرى من المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية التي تستخدم على نطاق واسع في المنظفات. هذه هي أحاديات حمض الكبريتيك التي تكون فيها رابطة الإستر شديدة الثبات ويمكن كسرها بسهولة نسبيًا عند درجة حموضة منخفضة نتيجة للتحلل المائي التحفيزي. تستخدم المواد الخام لهذا النوع من المواد الخافضة للتوتر السطحي كحولات خطية ومتفرعة بعدد ذرات كربون من 8 إلى 16. عند استخدام كحول خطي به 12 ذرة كربون يتم الحصول على دوديسيل استر من حمض الكبريتيك، وبعد تحييده بالصودا الكاوية، يتم تشكيل كبريتات دوديسيل الصوديوم - وهي المادة الخافضة للتوتر السطحي الأكثر أهمية في هذا النوع. الكحولات الإيثوكسيلية، شائعة الاستخدام كوسيط، هي كحولات أليفاتية تحتوي على وحدتين أو ثلاث وحدات أوكسي إيثيلين. تشبه العملية عملية السلفنة التي تمت مناقشتها أعلاه. في الإنتاج الصناعي، يستخدم ثالث أكسيد الكبريت ككاشف،

وعلى غرار السلفنة، يستمر التفاعل خلال مرحلة تكوين البيروكبريتات كمنتج وسيط:

يتم تصنيع استرات كبريتات الكحولات الإيثوكسيلية بطريقة مماثلة. عادة ما يكون التفاعل مصحوبًا بتكوين كمية ملحوظة من 1,4-ديوكسان. وبما أن الديوكسان سام، فيجب إزالته بالتقطير. عادة ما تسمى هذه المواد الخافضة للتوتر السطحي كبريتات الألكيل الإيثوكسيلية. لديهم خصائص رغوة جيدة، وسمية منخفضة على الجلد والعينين، وبالتالي يتم استخدامها في منظفات غسل الصحون والشامبو.

يمكن تحويل الكحوليات الإيثوكسيلية إلى كربوكسيلات، أي كربوكسيلات الألكيل الإيثوكسيلاتية. تقليديا يتم ذلك باستخدام أحادي كلورو أسيتات الصوديوم:

عادةً ما يستمر تفاعل ويليامسون بإنتاجية منخفضة. تعتمد طرق التوليف الأحدث على أكسدة الكحولات الإيثوكسيلية مع الأكسجين أو بيروكسيد الهيدروجين في وسط قلوي باستخدام البلاتين أو البلاديوم كمحفز. في هذا التفاعل، يحدث تحويل الإيثوكسيلات بإنتاجية جيدة، ولكن من الممكن أيضًا التحلل التأكسدي لسلسلة البولي أوكسي إيثيلين. تُستخدم كربوكسيلات الألكيل الإيثوكسيلية في تصنيع منتجات العناية الشخصية أو كمواد خافضة للتوتر السطحي في تركيبات المنظفات السائلة المختلفة. مثل كبريتات الألكيل الإيثوكسيلية، تكون كربوكسيلات الألكيل الإيثوكسيلية مستقرة في الماء العسر جدًا. يتمتع كلا النوعين من المواد الخافضة للتوتر السطحي أيضًا بقدرة جيدة على تشتيت صابون الكالسيوم، وهو أمر مهم جدًا بالنسبة للمواد الخافضة للتوتر السطحي الموجودة في منتجات العناية الشخصية. عادةً ما يتم التعبير عن القدرة على تشتيت صابون الكالسيوم بكمية المادة الخافضة للتوتر السطحي المطلوبة لتشتيت صابون الكالسيوم المحضر من 100 جرام من أوليت الصوديوم في الماء بقساوة تعادل 0.0333% CaCO3.

معلومات أساسية عن المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية

1. المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية هي الفئة الأكثر شيوعًا من المواد الخافضة للتوتر السطحي.

2. عادةً، تكون المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية غير متوافقة مع المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية.

3. أنها حساسة للماء العسر، وتقل حساسيتها بترتيب الكربوكسيلات > الفوسفات > الكبريتات “السلفونات”.

4. إن إدخال سلسلة بولي أوكسي إيثيلين قصيرة بين المجموعة الأنيونية وجذر الهيدروكربون يزيد بشكل كبير من مقاومة المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية للأملاح.

5. يؤدي إدخال سلسلة بولي أوكسي بروبيلين قصيرة بين المجموعة الأنيونية وجذر الهيدروكربون إلى زيادة قابلية ذوبان المادة الخافضة للتوتر السطحي في الوسائط العضوية، ولكن في نفس الوقت يمكن أن يؤدي إلى انخفاض في معدل التحلل الحيوي للفاعل بالسطح.

6. نتيجة للتحلل المائي التحفيزي الذاتي، تتحلل المواد الخافضة للتوتر السطحي للكبريتات بسرعة في البيئات الحمضية. الأنواع الأخرى من المواد الخافضة للتوتر السطحي تكون مستقرة في ظل ظروف ليست قاسية جدًا.

تحتوي جميع المواد الخافضة للتوتر السطحي الفوسفاتية التجارية على حمض الفوسفوريك أحادي وإستر، ويختلف المحتوى النسبي لهذه المكونات بشكل كبير اعتمادًا على الشركة المصنعة. نظرًا لأن الخواص الفيزيائية والكيميائية للمواد الخافضة للتوتر السطحي ألكيل الفوسفات تعتمد على نسبة الاسترات المختلفة، فإن فوسفات الألكيل من الشركات المصنعة المختلفة تكون أقل قابلية للتبديل من الأنواع الأخرى من المواد الخافضة للتوتر السطحي. يمكن استخدام أوكسي كلوريد الفوسفور POCI 3 كعامل فسفرة لإنتاج المواد الخافضة للتوتر السطحي فوسفات الألكيل. في هذه الحالة، يتم تشكيل خليط من حمض الفوسفوريك أحادي وداستر.