Примери за анионни повърхностно активни вещества. Повърхностно активни вещества (ПАВ). Определение, състав, класификация и обхват. Химическа структура на ПАВ

Химически това е напълно разнообразна група вещества, но общото е следното: ако поне две вещества не се разтварят едно в друго, като масло и вода, тогава добавянето на повърхностно активно вещество ги смесва и образува хомогенна течност .Това е много ясно видимо в случай на миене на съдове: мазнината по повърхността на чиниите е много видима и забележима, но водата, особено студена вода, тече върху мазнината, практически без да я отмива. Веднага след като изсипете поне малко препарат върху чиния, съдържаща повърхностно активни вещества, и го нанесете равномерно, водата веднага ще се оттича, отнасяйки със себе си останалата мазнина. Мазнините, подобно на маслото, не се разтварят във вода и прилагането на повърхностно активно вещество просто помогна на маслото да се смеси с вода, създавайки ефект на „разтваряне“. Всъщност маслото върху плочата се превърна от равномерен слой на повърхността в хиляди малки капчици масло, заобиколени от слой повърхностно активни вещества, които водата лесно отнесе със себе си от повърхността на плочата.

Молекулата на повърхностно активното вещество има две отличителни части: глава и опашка. Главата на молекулата на повърхностно активното вещество е хидрофилна - обича вода, а опашката е липофилна (обича масло) и хидрофобна (страхува се от вода). Когато такава молекула навлезе във вода с капки масло, опашката на повърхностно активното вещество се опитва да напусне водата и се намира или в маслото, или във въздуха, докато главата, напротив, се намира във водата. Така молекулата се установява на границата между вода и масло и създава емулсия.

Видове повърхностноактивни вещества

В зависимост от химическата природа се разграничават: анионни, катионни, амфотерни и нейонни (нейоногенни) ПАВ.

Анионни повърхностноактивни вещества

Анионни повърхностноактивни вещества (с отрицателно заредена глава)- най-широко използваните детергентни компоненти в козметиката. Те са евтини, лесни за правене и почистват добре. В допълнение, те лесно се отмиват от косата, без да образуват филми или отлагания. Техният почистващ ефект е еднакъв както в студена, така и в гореща вода. Основният недостатък на анионните повърхностно активни вещества е, че те могат да раздразнят кожата. За да се намали дразненето, други групи повърхностноактивни вещества често се добавят към формулировките.
Анионните повърхностно активни вещества са основните детергентни компоненти на шампоаните; за да се получи емулгиращ ефект, те се добавят към багрилата.

Катионни повърхностноактивни вещества

Катионни повърхностноактивни вещества (с положително заредена глава)- по-слаби детергенти от анионните и не се разпенват добре. Въпреки това, катионните повърхностно активни вещества работят добре като балсами за коса, придавайки мекота и управляемост на косата. Те могат да премахнат отрицателните заряди от косата, като по този начин осигуряват антистатичен ефект. Катионните повърхностно активни вещества „утежняват“ косата, правейки я по-послушна, улеснявайки разресването и стилизирането.

Тъй като катионните повърхностноактивни вещества имат заряд, противоположен на анионните повърхностноактивни вещества, те не са били предварително смесени. Сега е възможно да ги комбинирате в една бутилка, благодарение на което катионните повърхностноактивни вещества омекотяват агресивния ефект на шампоаните, а когато се използват като балсам, могат да неутрализират агресивния ефект.
Катионните повърхностно активни вещества се срещат най-често в балсами и маски за коса, както и в шампоани за боядисана коса и шампоани 2 в 1. Те могат да бъдат намерени и в детските шампоани „без сълзи“, тъй като не предизвикват дразнене на очите.

Амфотерни повърхностноактивни вещества

Амфотерни повърхностноактивни веществаможе да съдържа положителна или отрицателна група в зависимост от pH. Освен това те могат да се държат като катионни повърхностно активни вещества при по-ниски стойности на pH и анионни повърхностноактивни вещества при по-високи стойности на pH. Пяната от тези повърхностно активни вещества е умерена и придава лесна за обработка на косата. В допълнение, група амфотерни повърхностно активни вещества минимално дразни скалпа и е в състояние да облекчи съществуващото дразнене. Амфотерните повърхностно активни вещества в комбинация с анионни повърхностноактивни вещества подобряват способността за разпенване и повишават безопасността на формулировките, а когато се комбинират с катионни полимери, те засилват положителните ефекти на кондициониращите добавки, като силикони и полимери, върху косата и кожата. Анионните повърхностно активни вещества се получават от естествени суровини, така че те са доста скъпи компоненти.
Амфотерните повърхностно активни вещества се съдържат в шампоани за деца (не дразнят очите), специални шампоани за увредена и тънка коса, шампоани 2 в 1, бои за коса, окислители, както и маски и балсами.

Нейонни повърхностноактивни вещества

Нейонни повърхностно активни вещества, втората най-популярна група повърхностноактивни вещества след анионните повърхностноактивни вещества, имат полярни глави. Те са най-меките от всички повърхностноактивни вещества и се използват в комбинация с анионни повърхностноактивни вещества като вторичен почистващ препарат, сгъстител и стабилизатор на пяната.
Нейонните повърхностноактивни вещества се срещат в почти всички козметични продукти за коса, тъй като се комбинират добре с много вещества.

Приложение на повърхностно активни вещества (ПАВ)

Повърхностноактивните вещества се използват широко в промишлеността, селското стопанство, медицината и бита. Световното производство на повърхностно активни вещества нараства всяка година, а делът на нейонните вещества в общата продукция непрекъснато нараства. Всички видове повърхностноактивни вещества се използват широко в производството и използването на синтетични материали. полимери. Най-важната област на потребление на мицелообразуващи повърхностноактивни вещества е производството на полимери чрез емулсионна полимеризация. Технологията до голяма степен зависи от вида и концентрацията на избраните ПАВ (евулгатори). и физико-хим. свойства на получените латекси. Повърхностно активните вещества се използват и при суспензионна полимеризация. Обикновено се използват повърхностно активни вещества с високо молекулно тегло - водоразтворими полимери (воловинилов алкохол, целулозни производни, растителни лепила и др.). Чрез смесване на лакове или течни състави от маслена смола с вода в присъствието на емулгатори се получават емулсии, които се използват в производството на пластмаси, заместители на кожа, нетъкан материал, импрегнирани тъкани, бои на водна основа и др.

В производството на бои и лакове и пластмаси. Добавят се повърхностноактивни вещества, за да се регулира тяхната реология. характеристики.

Разнообразие от повърхностноактивни вещества се използват за повърхностна обработка на влакнести (тъкани и нетъкани) и филмови материали (като антистатични агенти, модификатори на преден разтвор, детергенти. Сред повърхностноактивните вещества, използвани като водоотблъскващи средства, най-обещаващите са органосилициевите и флуоровъглеродните съединения. последните, с подходяща ориентация на молекулите в повърхностния слой, са в състояние да предотвратят намокрянето на материала не само с вода, но и с въглеводородни течности.

При производството на гъбест каучук и пенопластмаси повърхностноактивните вещества се използват като стабилизатори на пяна.

Високомолекулни водоразтворими повърхностноактивни вещества, в допълнение към това, че се използват в гореспоменатите технологии. процеси, използвани като флокуланти при различни видове пречистване на вода. С тяхна помощ от отпадъци и технологични. вода, както и от питейната вода се отстраняват суспендирани замърсители.

ПОВЪРХНОСТНО АКТИВНИ ВЕЩЕСТВА, чиято адсорбция от течност на граница с друга фаза (течна, твърда или газообразна) води до следното: понижаване на повърхностното напрежение (виж Повърхностна активност). В макс. общи и практически важни. В този случай адсорбиращите повърхностноактивни молекули (йони) имат дифилна структура, т.е. състоят се от полярна група и неполярен въглеводороден радикал (дифилни молекули). Въглеводородният радикал има повърхностна активност към неполярната фаза (газ, въглеводородна течност, неполярна повърхност на твърдо тяло), която се изтласква от полярната среда. Във воден разтвор на повърхностно активно вещество се образува адсорбционен агент на границата с въздуха. мономолекулен слой с въглеводородни радикали, ориентирани към въздуха. Когато се насити, молекулите на ПАВ (йони), уплътняващи се в повърхностния слой, се разполагат перпендикулярно на повърхността (нормална ориентация).

Концентрация на ПАВ в адсорб. слой върху няколко. порядъци по-високи, отколкото в обема на течността, следователно, дори и с незначително съдържание във вода (0,01-0,1% от теглото), повърхностноактивните вещества могат да намалят повърхностното напрежение на водата на границата с въздуха от 72,8 10-3 до 25 10 -3 J/m2, т.е. почти до повърхностното напрежение на въглеводородните течности. Подобно явление възниква на границата между водно повърхностно активно вещество и въглеводородна течност, което създава предпоставки за образуване на емулсии.

В зависимост от състоянието на повърхностноактивното вещество в разтвора, условно се разграничават истински разтвори (молекулярно диспергирани) и колоидни повърхностноактивни вещества. Условността на това разделение е, че едно и също ПАВ може да принадлежи към двете групи, в зависимост от условията и химията. природа (полярност) на r-ритела. И двете групи повърхностноактивни вещества се адсорбират на фазовите граници, т.е. те проявяват повърхностна активност в разтвори, докато обемните свойства, свързани с появата на колоидна (мицеларна) фаза, показват само колоидни повърхностноактивни вещества. Тези групи ПАВ се различават по стойността на безразмерната величина, т.нар. хидрофилно-липофилен баланс (HLB) и се определя от съотношението:

където е афинитетът (свободната енергия на взаимодействие) на неполярната част от молекулата на повърхностно активното вещество към въглеводородната течност (b е безразмерен параметър в зависимост от природата на повърхностноактивното вещество, е свободната енергия на взаимодействие на една CH2 група, v е брой на СН2 групите във въглеводородния радикал), а-афинитет на полярната група към водата. За колоидни повърхностноактивни вещества (b + или, където индексите m съответстват на минималните стойности на афинитет, при които започват да се проявяват колоидните свойства на повърхностноактивното вещество. Минималният брой въглеродни атоми в радикала за различните видове колоидни повърхностноактивни вещества е в диапазона от 8-12, т.е. колоидните повърхностно активни вещества имат доста голям въглеводороден радикал. В същото време колоидните повърхностно активни вещества трябва също да имат истинско рН във водата, т.е. полярността на хидрофилната група също трябва да бъде доста висока. Това съответства на условието:

В началото. 60-те години 20-ти век D. Davis разработи HLB скала със стойности от O до 40. Повърхностно активните вещества с липофилни свойства имат ниски стойности на HLB, докато тези с хидрофилни свойства имат високи стойности. На всяка група атоми, включени в молекулата на повърхностно активното вещество, се присвоява групов номер. Чрез добавяне на тези числа се получава GLB по следната формула:

HLB = номера на хидрофилни групи + 4- номера на хидрофобни групи + 7.

Въпреки че концепцията за HLB е доста формална, тя позволява да се определят областите на приложение на повърхностноактивните вещества. Така че, за образуването на емулсии вода / масло, HLB е в диапазона 3-6, за емулсии масло / вода - 8-16, за омокрящи агенти - 7-9, за детергенти - 13-15.

Повърхностната активност на повърхностноактивните вещества, принадлежащи към различни групи, се определя по различен начин. За истински r-rim повърхностноактивни вещества е равно на макс. стойността на производното и се измерва от началната част на изотермата на адсорбция s(c) при c0 (G е броят молове повърхностноактивни вещества, адсорбирани на единица повърхностна площ, R е газовата константа, T е абсолютната температура). За колоидни повърхностноактивни вещества повърхностната активност Gmin = (s0 - smin)/smin, където s0 е повърхностното напрежение на чист p-разтворител, sMIH е най-малката (постоянна) стойност на s, а cmin е концентрацията на повърхностно активното вещество, съответстваща на тази стойност. По-нататъшното въвеждане на повърхностноактивно вещество в разтвора води до увеличаване на броя на мицелите, а концентрацията на молекулярно диспергираното повърхностно активно вещество остава постоянна. Стойността на smin-критична. мицелна концентрация (KKM). Определя се като концентрация на ПАВ, при която в разтвора се появява голям брой мицели, които са в термодинамиката. равновесие с молекули (йони) и свойствата на разтвора се променят рязко (електропроводимост, повърхностно напрежение, вискозитет, разсейване на светлината и др., виж Образуване на мицели).

Класификация на ПАВ. Тази статия описва класификацията, приета на III Международен конгрес по повърхностноактивни вещества и препоръчана от Международната организация по стандартизация (ISO) през 1960 г. Тя се основава на химията. природата на молекулите и включва четири осн. клас повърхностно активни вещества: анионни, катионни, нейонни и амфотерни. Понякога се изолира и високо молекулно тегло. (полимер), перфлуориран и Кремниорг. ПАВ обаче според химията. природата на молекулите на тези повърхностно активни вещества може. класифициран като един от горните. класове.

Анионните повърхностноактивни вещества съдържат едно или повече в молекула. полярни групи и се дисоциират във воден разтвор, за да образуват дълговерижни аниони, които определят тяхната повърхностна активност. Това са групите: COOH(M), OSO2OH(M), SO3H(M), където M е метал (едно-, дву- или тривалентен). Хидрофобната част на молекулата обикновено е представена от наситена или ненаситена алифатна група. вериги или алкил ароматни. радикали. Има 6 групи анионни повърхностноактивни вещества.

1) Производни на въглеродни съединения (сапуни): RCOOM, ROOC (CH2)nCOOM, RC6H4 (CH2)nCOOM, RCH=CH -- -(CH2)nCOOM. 2) Първични и вторични алкил сулфати ROSO3M, R"R: CHOSO3M, алкиларил етил сулфати RC6H4C2H4OSO3M, алкилциклохексил етил сулфати RC6H10C2H4OSO3M и т.н. е моно- и двувъглеродни съединения: RSO3M, RC6H4SO3M, ROOCCH2SO3M, ROOCCH2CH(COOR)SO3M (виж Алкилбензенсулфонати, Нафтален сулфонати, Сулфонати). 4) Сулфо- и карбоксиетоксилати на алкохоли, сулфоетоксилати на въглеродни съединения, сулфоетоксилати на алкилфенилетилови алкохоли, ди метални лични соли на сулфосукцин киселина, соли на ненаситени сулфати: RO(C2H4O)nSO3M, RO(C2H4O)nCH2COOM, RCOO (C2H4O)n SO3M, RC6H4 (C2H4O)2 SO3M, ROOCCH2CH (COOM) SO3M, RCH (OSO3M)=CH (CH2)n- -COOM. 5) Азотсъдържащи повърхностноактивни вещества: амидосулфонати RCONR"--R:--SO3M, амидосулфонати RR"NOC--R:--SO3M, амидосулфати RCONR"-R: --OSO3M, амидокарбоксилати RCO(NH-R" --CO)nOM, съединения с карбокси и сулфо групи RCONH--R--OCOR:(SO3M) --COOM Вместо амидна група в много такива съединения M.B. също сулфоамидна група, напр. RC6H4SO2NHCH2CH2SO3M. 6) Перфлуорирани соли. въглероден комплект, перфлуориран сулфоацетати, моно- и диалкил-фосфати и фосфонати, перфлуорирани. фосфонати и други съединения.

В анионните повърхностноактивни вещества катионът може. не само метал, но и орг. база. Това често е ди- или триетаноламин. Повърхностната активност започва да се проявява по дължината на C8 въглеводородна хидрофобна верига и се увеличава с увеличаване на дължината на веригата до пълната загуба на pH на повърхностно активното вещество във водата. В зависимост от структурата, интервалите. функционален групи и хидрофилност на полярната част на молекулата, дължината на въглеводородната част може да достигне до C18. Бензеновият пръстен съответства на приблизително 4 С атома, перфлуорираната метиленова група CF2 съответства на приблизително 2,5-3 метиленови групи.

Наиб. алкил сулфатите и алкиларил сулфонатите са често срещани. Оптимално Първичният додецил сулфат и додецилбензен сулфонатът с права верига имат повърхностно активни свойства. Тези вещества са термично стабилни, нискотоксични (LD50 1,5-2 g/kg, бели мишки), не дразнят човешката кожа и са задоволително биол. разлагане във водни тела (виж по-долу), с изключение на алкиларил сулфонати с разклонена алкилова верига. Комбинират се добре с други ПАВ, проявявайки синергизъм, праховете им са нехигроскопични. Вторичните алкилсулфати имат добра пенообразуваща способност, но са термично нестабилни и се използват в течна форма. Вторичните алкил сулфонати имат висока повърхностна активност, но са много хигроскопични. Обещаващи ПАВ са тези, чиято хидрофилна част се състои от няколко. функционален групи. Например, динатриевите соли на сулфоянтарната киселина имат добри санитарни и хигиенни свойства. св. ти заедно с високо колоидно-хим. и техн. индикатори при разтваряне в твърда вода. Повърхностноактивните вещества, съдържащи сулфонамидна група, имат биол. дейност. Додецил фосфатът също има добри свойства.

Нарича се катионен. Повърхностно активни вещества, чиито молекули се дисоциират във воден разтвор, за да образуват повърхностно активен катион с дълга хидрофобна верига и анион, обикновено халогенид, понякога серен или фосфорен анион. Преобладаващите сред катионните ПАВ са азотсъдържащи съединения; практичен Използват се и съставки, които не съдържат азот: com. сулфониум +X- и сулфоксоний +X-, фосфоний + X-, арсониум + X-, йодониум (формула I). Азотсъдържащи съединения може да се раздели на следните. основен групи: 1) амини и техните соли RNR"R: HX; 2) моно- и бикватернерни амониеви съединения алифатни структури + X-, 2+2Х-, съединения със смесена алифатна и ароматна структура 2 + 2Х- ; 3) кватернерни амониеви съединения с различни функционални групи в хидрофобната верига 4) моно- и бикватернерни амониеви съединения с азотен атом в хетероцикличния пръстен Последната група обединява стотици ПАВ с промишлено значение Най-важните от тях са съединения на пиридин, хинолин , фталазин, бензимидазол, бензотиазол, бензотриазол, производни на пиролидин, имидазол, пиперидин, морфолин, пиперазин,

бензоксазин и др.; 5) аминооксиди RR"R:N+O- (започнало промишлено производство); 6) полимерни ПАВ (II). Използват се главно поливинилпиридиниеви халиди.

молекулярно повърхностно активно вещество

Катионните повърхностноактивни вещества намаляват повърхностното напрежение по-малко от анионните повърхностноактивни вещества, но те могат да взаимодействат. химически с повърхността на адсорбента, например. с клетъчните протеини на бактериите, предизвиквайки бактерициден ефект. Взаимодействие полярни групи на катионни повърхностноактивни вещества с хидроксилни групи на целулозни влакна води до хидрофобизация на влакната и импрегниране на тъканите.

Нейонните повърхностноактивни вещества не се дисоциират на йони във вода. Стойността им на pH се дължи на наличието в молекулите на хидрофилни етерни и хидроксилни групи, най-често полиетиленгликолова верига. Очевидно при разтваряне се образуват хидрати поради образуването на водородни връзки между кислородните атоми на остатъка от полиетиленгликол и водните молекули. Поради разкъсването на водородната връзка, с повишаване на температурата, рН на нейонните повърхностно активни вещества намалява, така че за тях точката на помътняване е нагоре. Температурната граница на мицелизация е важен показател. Мн. съединения, съдържащи подвижен Н атом (съединения, алкохоли, феноли, амини), реагирайки с етиленов оксид, образуват нейонни повърхностноактивни вещества RO (C2H4O)n H. Полярността на една оксиетиленова група е значително по-малка от полярността на всяка киселинна група в анионните повърхностноактивни вещества . Следователно, за да се придаде необходимата хидрофилност и стойност на HLB на една молекула, в зависимост от хидрофобния радикал, са необходими от 7 до 50 оксиетиленови групи. Характерна особеност на нейоногенните ПАВ е течното им състояние и ниското пенообразуване във водни разтвори.

Нейонните повърхностно активни вещества се разделят на групи, които се различават по структурата на хидрофобната част на молекулата, в зависимост от това какви вещества служат като основа за производството на полигликолови етери. На базата на алкохоли се получават етоксилирани алкохоли RO(C2H4O)nH; на основата на карбоксилни киселини - етоксилирани мастни киселини RCOO (C2H4O)n H; на базата на алкилфеноли и алкилнафтоли - етоксилирани алкилфеноли RC6H4O(C2H4O)nH и комп. RC10H6O--- (C2H4O)nH; на базата на амини, амиди, имидазолини - етоксилирани алкиламини RN[ (C2H4O)n H]2, комп. RCONH(C2H4O)nH, комп. Формуляри III; на базата на сулфонамиди и меркаптани - повърхностноактивни вещества като RSO2NC(C2H4O)nH]2 и RS(C2H4O)nH. Отделна група се състои от проксаноли (pl u r o n i k s) - блок съполимери на етилен и пропилен оксиди HO (C2H4O)x (C3H6O)y (C2H4O)z H, където x, y и z варират от няколко. единици до няколко десетки и проксамини (тетроника; форма IV) - блок съполимери на етилен и пропилен оксиди, получени в присъствието. етилендиамин. Алкилацетилен гликолите служат като основа за производството на повърхностно активни вещества от типа H(OC2H4)n-OCR"R:CCCR"R""O (C2H4O)nH; фосфорни естери от вида (RO)2P(O)O(C2H4O)nH; пентаеритритолови етери от тип V. Нейонните повърхностноактивни вещества са продукти на кондензация на гликозиди с мастни алкохоли, карбонати и етиленов оксид. Съществуват и повърхностно активни вещества от сорбиталната група (Tweens, тип VI) - продукти от добавянето на етиленов оксид към сорбитонов моноестер и мастна киселина. Kremniorg представлява отделна група. Повърхностно активно вещество, напр. (CH3)3Si n-(CH2)3O(C2H4O)mH.

Производството на нейонни повърхностно активни вещества в повечето случаи се основава на добавяне на етиленов оксид при повишени нива. т-ре под налягане в нал. катализатори (0,1-0,5% CH3ONa, KOH или NaOH). В този случай резултатът е среден. съдържанието на полимерни хомолози, в които разпределението на молекулното тегло се описва с функцията на Поасон. Индивидуалните вещества се получават чрез добавяне на полихалоген-заместени полиетиленгликоли към алкохолати. Колоиден химикал Свойствата на повърхностноактивните вещества от този клас варират в широки граници в зависимост от дължината на хидрофилната полигликолова верига и дължината на веригата на хидрофобната част по такъв начин, че разлагането. представители на една хомоложна ред м.б. добри омокрящи агенти и емулгатори. Повърхностното напрежение на хомолози на етоксилирани алкилфеноли и първични алкохоли при постоянно съдържание на етиленоксидни групи намалява в съответствие с правилото на Траубе, т.е. с всяко добавяне. CH2 групата намалява повърхностното напрежение. В оптимален опция може да достигне (28-30) 10-3 N/m при критично. мицелни концентрации. Мицеларната маса е доста голяма; за близнаци, например, достига 1800. Нейонните повърхностноактивни вещества са по-малко чувствителни към соли, които причиняват твърдостта на водата, отколкото анионните и катионните повърхностноактивни вещества. Омокрящата способност на нейонните повърхностноактивни вещества зависи от структурата; оптим. Повърхностноактивно вещество с разклонена структура има омокряща способност:

Хидроксиетилираните алкохоли C10-C18 с n от 4 до 9 и плурониците образуват спонтанни микроемулсии масло/вода и вода/масло. Нейонните повърхностноактивни вещества се комбинират добре с други повърхностноактивни вещества и често се включват в съставите на детергентите.

Амфотерните (амфолитични) повърхностно активни вещества съдържат в молекулата си хидрофилен радикал и хидрофобна част, която може да бъде акцептор или донор на протони, в зависимост от рН на разтвора. Обикновено тези повърхностно активни вещества включват едно или повече. основни и киселинни групи, може също да съдържа нейонна полигликолова група. В зависимост от стойността на рН, те проявяват свойствата на катионни или анионни ПАВ. При определени стойности на pH, т.нар. изоелектрична точка, повърхностноактивните вещества съществуват под формата на цвитериони. Йонизационните константи на киселинните и базичните групи на истинските р-римни амфотерни повърхностноактивни вещества са много ниски, но катион-ориентираните и анион-ориентираните цвитериони са най-често срещаните. Катионната група обикновено е първична, вторична или третична амониева група, пиридинов или имидазолинов остатък. По принцип вместо N м.б. атоми S, P, As и др. Анионните групи са карбоксилни, сулфонатни, сулфоестерни или фосфатни групи.

Според химията Въз основа на тяхната структура и определени прилики, амфолитните повърхностноактивни вещества се разделят на 5 основни категории. групи: 1) алкиламиновъглеродни съединения RNH (CH2)n COOH; Алкилният радикал на амина обикновено е нормален (права верига), но ако е разположен между аминогрупата и карбоксилната група, понякога има разклонен характер. Тази група включва също алкиламино-фенилкарбонови киселини RNHC6H4COOH; алкиламиновъглеродни съединения с първична, вторична или третична аминогрупа RCH(NH2)COOH, RCH(NHR)COOH, R(CH3)NCH2COOH; с вътр. хидроксилна, етерна, естерна, амидна или сулфоамидна група; вещества с две или повече амино и амидо групи, с няколко амино и хидроксилни групи.

• 2) Алкил бетаините са най-важната група от цвитерионни повърхностноактивни вещества. Те могат да бъдат разделени на 5 основни. групи: а) алкил бетаини -С-алкил бетаини RCH COO- и N-алкил бетаини RN+(CH3)2CH2COO-; б) сулфит-, сулфо-, сулфат- и фосфат бетаини RN+(CH3)2CH2CH2 RN+(CH3)2CH2CH2, RC6H4CH2N+(CH3)2CH2CH2 RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2OP; c) амидобетаини RCONH(CH2)3N+(CH3)2COO-; d) етоксилирани бетаини RN+[(C2H4O)pH][(C2H4O)gH]CH2COO-; д) други цвитерионни повърхностно активни вещества.
• 3) Алкилимидазолинови производни, в молекулите на които анионните и катионните групи имат приблизително еднакви йонизационни константи (форми VII и VIII), където R-алкил C7-C17, R"-H, Na, CH2COOM (М-метал). Според структурата и методите на синтез се разграничават бетаинови повърхностноактивни вещества, включително карбокси-, сулфо-, сулфатна или сулфоетерна група [форма IX; R" = (CH2)nCOO-, (CH2)3, CH2CH(OH)CH2 ] и други ("небетаинови") имидазолинови повърхностно активни вещества [форма X; R" = CH2COONa, (CH2)2 N (CH2COOH)2, (CH2)2 N= =CHC6H4SO3H, (CH2)2 OSO3H]. Балансът на йонизиращите групи осигурява на тези съединения добри колоидно-химични и санитарно-хигиенни свойства. .
• 4) Алкиламиноалкансулфонати и сулфати (AAAC1 и AAAC2, съответно). Анион-забележителност. веществата лесно преминават в цвитерионна форма, което прави възможно изолирането им в чист вид. Константата на йонизация на киселинната група е много по-голяма от основната, така че те се използват в алкална среда. Въпреки това, в случай на няколко основни групи и в присъствието на други хидрофилни групи до киселинната група, тези вещества са подобни по свойства и области на приложение на амфолитичните повърхностноактивни вещества и имат бактерициден ефект. В зависимост от йонизационните константи могат да се разграничат соли AAAC1 RN(R")-R:--SO3M, AAAC2 RN(R")-R: -- OSO3M, ароматни производни. аминосулфонови киселини RR"N--Ar--SO3M, аминосулфонати с N атом в хетероцикли (форма XI); аминофосфати, аминофосфонати и други аминосъединения: съединения от тип RR"R:P(O)(OH)2, RR "R "OP(O)(OH)2, където R и R" са дълги и къси въглеводородни радикали, R: е къс двувалентен радикал; конн. RN(CH2CH2SO3Na)2. Тяхната разлика е добрата им способност за диспергиране на калциеви сапуни и устойчивост на соли за твърдост на водата.
• 5) Полимерни амфолитични ПАВ: природни (протеини, нуклеинови киселини и др.); модифициран естествен (олигомерни протеинови хидролизати, сулфатен хитин); продукти на поетапна кондензация на амини, формалдехид, албумин, мастни киселини; целулозни производни, получени чрез въвеждане на карбоксилни и диетаноламинетилови групи; синтетични, чиито молекули съчетават структурните характеристики на всички горепосочени групи амфотерни повърхностноактивни вещества (вижте например формули XII-XVI).

Приложение на ПАВ. Световното производство на ПАВ е 2-3 кг на глава от населението годишно. Приблизително 50% от произведените повърхностноактивни вещества се използват за битова химия (перилни и почистващи продукти, козметика), а останалата част се използва в промишлеността и селското стопанство. x-ve. Едновременно с ежегодното нарастване на производството на повърхностно активни вещества съотношението между употребата им в бита и индустрията се променя в полза на индустрията.

Използването на повърхностноактивни вещества се определя от тяхната повърхностна активност и адсорбционна структура. пластове и обемни светци. Повърхностноактивните вещества от двете групи (истински r-rime и колоидни) се използват като диспергатори за смилане на твърди вещества, пробиване на твърди скали (понижаващи твърдостта), за подобряване на ефекта на смазване, намаляване на триенето и износването, интензивността на възстановяване на маслото и др. Други. Важен аспект от използването на повърхностноактивни вещества е образуването и разрушаването на пени, емулсии и микроемулсии. Повърхностноактивните вещества се използват широко за регулиране на структурообразуването и стабилността на дисперсни системи с течна дисперсионна среда (водна и органична). Мицеларните системи, образувани от повърхностноактивни вещества както във водна, така и в неводна среда, са широко използвани, за които не е важна повърхностната активност на повърхностноактивните вещества или техните адсорбционни свойства. слоеве и обемни свойства: изразени вискозитетни аномалии с повишаване на концентрацията на ПАВ до образуването, напр. във водна среда, кристализация. твърди сапунени структури или структури с твърда форма (в греси на петролна основа).

Повърхностноактивните вещества се използват в повече от 100 сектора на националната икономика. Повечето от произведените повърхностноактивни вещества се използват в перилни препарати, в производството на тъкани и продукти на синтетична основа. и естествено фибри Основните потребители на повърхностноактивни вещества включват нефт, химикали. индустрия, индустрията се строи. материали и редица други. Наиб. важни приложения на повърхностно активни вещества:

• - сондиране с глинести разтвори и обратими водно-маслени емулсии. За регулиране на агрегативната стабилност и реологията. характеристики на разтворите, се използва висока общ. В емулсиите се въвеждат повърхностно активни вещества - водоразтворими целулозни етери, полиакриламид и др., естествени калциеви соли. и синтетичен мастни киселини (C16-C18 и по-високи), алкил ароматни. сулфонати, алкиламини, алкиламидоамини, алкилимидазолини;
• -повишено възстановяване на масло чрез мицеларно наводняване (етоксилирани алкилфеноли и алкохоли, алкил ароматни сулфонати);
• - антиоксиданти, екстремно налягане и други добавки при производството на минерали. масла (синтетични мастни сапуни, петролни сулфонати, оксиетилови алкохоли) и пластмаси. лубриканти (фенолни производни, ариламини, алкил и арил фосфати);
• - регулиране на овлажняването по време на флотация на железни и манганови руди (естествени и синтетични мастни сапуни, висши алифатни амини), руди на редки метали (алкиларсонови и алкилфосфонови киселини, алкилароматни сулфонати);
• -емулсионна полимеризация, производство на полистирен и други винилови полимери (карбоксиметилцелулоза, поливинилалкохол, синтетични мастни сапуни, алкилсулфати, етоксилирани алкохоли и алкилфеноли);
• - химическо производство влакна (оксиетиленамини и амиди, проксаноли и проксамини, висши алкохоли и съединения);
• -козина. обработка на метали: адсорбция. намаляване на якостта, увеличаване на скоростите на рязане, рендосване, фрезоване (естествени и синтетични мастни сапуни, алкилароматни сулфонати, оксиетилови алкохоли и др.);
• - изгражда се индустрия. материали: регулиране на мех. и реологични. Св. в бетонови смеси поради адсорбция. модификация на компоненти (естери на синтетични мастни киселини, сулфонати, алкиламини, алкилсулфати, оксиетил мастни киселини);
• -производство на синтетични перилни препарати;
• -подобряване на структурата на почвата, предотвратяване на процесите на ерозия (повърхностноактивни полиелектролити - продукти на непълна хидролиза на полиакрилонитрил, продукти на амидиране на полиакрилни и полиметакрилни съединения, а съставът на полимерната верига варира между амидни, циклични имидни, карбоксилни и други групи).

Биологично разграждане на ПАВ. Водните разтвори на ПАВ в по-големи или по-малки концентрации влизат в промишлените отпадъчни води. води и в крайна сметка в резервоари. Много внимание се обръща на пречистването на отпадъчните води от повърхностноактивни вещества, тъй като поради ниската скорост на разлагане на повърхностноактивните вещества, вредните резултати от тяхното въздействие върху природата и живите организми са непредвидими. Отпадъчните води, съдържащи продукти от хидролиза на полифосфатни повърхностно активни вещества, могат да причинят интензивен растеж на растенията, което води до замърсяване на преди това чисти водни тела: тъй като растенията умират, те започват да гният и водата се изчерпва от кислород, което от своя страна влошава условията за съществуване на други форми на живот във водата.

Сред методите за пречистване на отпадъчни води в утаителни резервоари са превръщането на ПАВ в пяна, адсорбцията с активен въглен, използването на йонообменни смоли, неутрализация с катионни вещества и др. Тези методи са скъпи и недостатъчно ефективни, поради което е за предпочитане пречистват отпадъчните води от повърхностноактивни вещества в утаителни резервоари (аерационни резервоари) и в естествени условия (във водоемите) по биол. окисление под въздействието на хетеротрофни бактерии (преобладаващия род е Pseudomonas), които са част от активната утайка. Във връзка с този процес повърхностноактивните вещества обикновено се разделят на „меки“ и „твърди“. Твърдите повърхностноактивни вещества включват някои алкилбензенсулфонати (например тетрапропилбензенсулфонат) и оксиетилен. изооктилфеноли; в момента те практически не се произвеждат. Степента на биоокисление на т.нар. меките повърхностноактивни вещества зависи от структурата на хидрофобната част на молекулата на повърхностноактивното вещество: когато тя е разклонена, биоокислението рязко се влошава. Теоретично биоокислението преминава към превръщане. орг. входяща вода и въглероден диоксид, на практика. проблемът се свежда само до времето на окисление, т.е. до кинетиката на процеса. Ако завършат. окисляването протича бавно, повърхностно активното вещество има време да окаже вредно въздействие върху живите организми и природата. сряда.

С биохимични При почистване на отпадъчни разтвори на повърхностноактивни вещества, окисляването се извършва в присъствието на ензими. С повишаване на температурата скоростта на окисление се увеличава, но над 350C ензимите се разрушават. Анионните повърхностно активни вещества се адсорбират на повърхностните повърхности, в резултат на което ензимната хидролиза на мазнини, протеини и въглехидрати се намалява, което води до инхибиране на бактериалната активност.

Механизмът на биоокисление на повърхностноактивните вещества се установява чрез изследване на междинните продукти. продукти на разпадане. И така, между тях. в продуктите на разпадане на алкилбензенсулфонати са открити следните продукти: алкилбензенсулфонати с къса алкилова верига; сулфофенилвъглеродни съединения със средно 4 С атома във веригата; сулфокарбонатни съединения с 5-6 С атома; сулфонови киселини и сулфонови киселини. Това предполага, че биоразграждането започва от крайната метилова група. Колкото по-близо се приближава остатъкът до бензеновия пръстен, толкова по-бавно протича окислението. Крайният етап е разлагането на бензеновия пръстен до ненаситеност. съединения, които се окисляват доста бързо и напълно.

Алифатич. Повърхностноактивните вещества се окисляват по-бързо от цикличните, а сулфонатите се окисляват по-трудно от сулфатите.

Очевидно това се дължи на факта, че сулфатите във водата се хидролизират. Първичните и вторичните алкилсулфати с права верига се разрушават напълно в отпадъчните води в рамките на 1 час. Алкилсулфатите с разклонена верига се окисляват по-бавно, докато алкилбензенсулфонатите с права верига се разграждат напълно само за 3 дни. Биоразграждането на катионните повърхностно активни вещества е малко проучено; някои изследователи не препоръчват изхвърлянето им в отпадъчни води.

Ръстът на производството на ПАВ доведе до появата на големи предприятия, които са местни източници на замърсяване на водата. Силно концентриран отпадъчните води от тези предприятия могат да бъдат микробиологично пречистен метод, основан на използването на високоактивни култури от микроорганизми. Бяха получени щамове бактерии, които разрушават алкилсулфати, алкилсулфонати, алкилбензенсулфонати, сулфоетоксилати и др. Идентифицирани са междинни продукти. продукти на разпадане, които са аналози на природата. in-c, нетоксични и нямат неблагоприятно въздействие върху околната среда. Един от важните резултати от бактериалното смилане е липсата на междинни продукти. продукти на разпадане на вещества с ясно изразена дифилност на молекулите. Даденият метод ще постави. резултати за отпадъчни води, съдържащи 500 mg/l повърхностно активно вещество. Ефективността на почистване е 95-97% за не повече от 12 часа.Сред грам-отрицателните. бактерии, микроорганизми (деструктори) са открити, които абсорбират повърхностноактивни вещества като храна. субстрат.

Технологични ПАВ и тяхната смазваща способност

Повърхностноактивните вещества (повърхностно активните вещества) са химични съединения, които, концентрирайки се на повърхността, причиняват намаляване на повърхностното напрежение.

Значителният ефект на технологичните повърхностно активни вещества се изразява както в пряко, така и в индиректно (чрез промени в структурата) влияние върху повърхностните явления на границата смазка-метал, т.е. върху смазочните и защитните свойства на смазочните материали. Не само отделните повърхностноактивни вещества, но и продуктите на окисление, образувани по време на процеса на приготвяне (т.е. TPAS) и работата на смазочните материали, оказват значително влияние върху процесите на триене и износване. Още през 50-те години на миналия век Д. С. Великовски и колегите му разработиха добавки от серията MNI, които са продукти от окисляването на петролатум или церезин. Доказано е, че носители на техните функционални свойства, включително и противоизносни, са естерни киселини, съдържащи активни групи COOH, COOC, OH, както и лактонни групи, образуващи квазикристални структури.

Повърхностноактивните вещества имат полярна (асиметрична) молекулна структура, способни са да се адсорбират на границата на две среди и да намалят свободната повърхностна енергия на системата. Съвсем незначителни добавки на повърхностноактивни вещества могат да променят свойствата на повърхността на частиците и да придадат на материала нови качества. Действието на повърхностноактивните вещества се основава на явлението адсорбция, което едновременно води до един или два противоположни ефекта: намаляване на взаимодействието между частиците и стабилизиране на интерфейса между тях поради образуването на междуфазен слой. Повечето повърхностноактивни вещества се характеризират с линейна структура на молекулите, чиято дължина значително надвишава напречните размери (фиг. 15). Молекулните радикали се състоят от групи, които са свързани по своите свойства с молекулите на разтворителя, и от функционални групи със свойства, които са рязко различни от тях. Това са полярни хидрофилни групи, имащи ясно изразени валентни връзки и имащи определен ефект върху омокрянето, смазването и други действия, свързани с концепцията за повърхностна активност . В същото време доставката на свободна енергия намалява с отделянето на топлина в резултат на адсорбцията. Хидрофилните групи в краищата на въглеводородните неполярни вериги могат да бъдат хидроксилни - OH, карбоксилни - COOH, амино - NH2, сулфо - SO и други силно взаимодействащи групи. Функционалните групи са хидрофобни въглеводородни радикали, характеризиращи се със странични валентни връзки. Хидрофобните взаимодействия съществуват независимо от междумолекулните сили, като са допълнителен фактор, който насърчава приближаването, „слепването“ на неполярни групи или молекули. Адсорбционният мономолекулен слой от молекули на повърхностно активното вещество е ориентиран със свободните краища на въглеводородните вериги встрани от

повърхността на частиците и я прави немокрима, хидрофобна.

Ефективността на дадена повърхностноактивна добавка зависи от физикохимичните свойства на материала. Повърхностноактивно вещество, което произвежда ефект в една химична система, може да няма ефект или да има ясно противоположен ефект в друга. В този случай концентрацията на ПАВ е много важна, определяща степента на насищане на адсорбционния слой. Понякога съединенията с високо молекулно тегло проявяват ефект, подобен на повърхностно активните вещества, въпреки че не променят повърхностното напрежение на водата, например поливинилалкохол, целулозни производни, нишесте и дори биополимери (протеинови съединения). Ефектът на повърхностноактивните вещества може да бъде упражнен от електролити и неразтворими във вода вещества. Следователно е много трудно да се дефинира понятието „повърхностно активно вещество“. В широк смисъл това понятие се отнася до всяко вещество, което в малки количества забележимо променя повърхностните свойства на дисперсна система.

Класификацията на повърхностноактивните вещества е много разнообразна и в някои случаи противоречива. Правени са няколко опита за класифициране по различни критерии. Според Rebinder всички повърхностноактивни вещества според механизма на действие се разделят на четири групи:

– омокрящи агенти, пеногасители и пенообразуватели, т.е. активни на границата течност-газ. Те могат да намалят повърхностното напрежение на водата от 0,07 до 0,03–0,05 J/m2;

– диспергатори, пептизатори;

– стабилизатори, адсорбционни пластификатори и разредители (понижители на вискозитета);

– детергенти с всички свойства на ПАВ.

Класификацията на повърхностноактивните вещества по функционално предназначение се използва широко в чужбина: разредители, омокрящи агенти, диспергатори, дефлокуланти, пенообразуватели и пеногасители, емулгатори, стабилизатори на дисперсна система. Различават се също свързващи вещества, пластификатори и смазочни вещества.

Въз основа на тяхната химическа структура повърхностноактивните вещества се класифицират в зависимост от естеството на хидрофилните групи и хидрофобните радикали. Радикалите се делят на две групи - йонни и нейонни, като първите могат да бъдат анионни и катионни.

Нейонни повърхностно активни вещества съдържат нейонизиращи крайни групи с висок афинитет към дисперсионната среда (вода), които обикновено включват атоми кислород, азот и сяра. Анионните повърхностноактивни вещества са съединения, в които дълга въглеводородна верига от молекули с нисък афинитет към дисперсионната среда е част от аниона, образуван във воден разтвор. Например, COOH е карбоксилна група, SO3H е сулфогрупа, OSO3H е етерна група, H2SO4 и др. Анионните повърхностноактивни вещества включват соли на карбоксилни киселини, алкилсулфати, алкилсулфонати и др. Катионни вещества образуват катиони, съдържащи дълъг въглеводороден радикал във водни разтвори. Например 1-, 2-, 3- и 4-заместен амоний и др. Примери за такива вещества могат да бъдат аминови соли, амониеви основи и др. Понякога се изолира трета група повърхностноактивни вещества, която включва амфотерни електролити и амфолитични вещества, което в зависимост от По природа дисперсната фаза може да проявява както киселинни, така и основни свойства. Амфолитите са неразтворими във вода, но са активни в неводни среди, като олеиновата киселина във въглеводородите.

Японски изследователи предлагат класификация на повърхностноактивните вещества според физикохимичните свойства: молекулно тегло, молекулна структура, химическа активност и др. Гелообразните обвивки върху твърди частици, получени от повърхностноактивни вещества в резултат на различни ориентации на полярни и неполярни групи, могат да причинят различни ефекти: втечняване; стабилизиране; диспергиране; обезпеняване; свързващи, пластифициращи и смазващи действия.

Повърхностно активното вещество има положителен ефект само при определена концентрация. Съществуват много различни мнения по въпроса за оптималното количество на прилаганите ПАВ. P. A. Rebinder посочва, че за частиците

1–10 µm необходимото количество повърхностно активно вещество трябва да бъде 0,1–0,5%. Други източници дават стойности от 0,05–1% или повече за различна дисперсия. За феритите беше установено, че за да се образува мономолекулен слой по време на сухо смилане, трябва да се вземат повърхностноактивни вещества в размер на 0,25 mg на 1 m 2 от специфичната повърхност на първоначалния продукт; за мокро смилане – 0,15–0,20 mg/m2. Практиката показва, че концентрацията на ПАВ във всеки конкретен случай трябва да се избира експериментално.

В технологията на керамичните SEM могат да се разграничат четири области на приложение на повърхностно активни вещества, които позволяват интензифициране на физикохимичните промени и трансформации в материалите и тяхното контролиране по време на процеса на синтез:

– интензифициране на процесите на фино смилане на прахове за увеличаване на дисперсността на материала и намаляване на времето за смилане при постигане на зададена дисперсност;

– регулиране на свойствата на физико-химичните дисперсни системи (суспензии, шликери, пасти) в технологичните процеси. Тук са важни процесите на втечняване (или намаляване на вискозитета с увеличаване на течливостта без намаляване на съдържанието на влага), стабилизиране на реологичните характеристики, обезпенване в дисперсни системи и др.;

– управление на факелообразуващите процеси при пръскане на суспензии при получаване на зададения размер, форма и дисперсия на факела на пръскането;

– повишаване на пластичността на формовъчните смеси, особено тези, получени при излагане на повишени температури, и плътността на произведените заготовки в резултат на въвеждането на комплекс от свързващи вещества, пластификатори и смазочни материали.

Повърхностноактивните вещества (повърхностно активните вещества) са, като правило, химически вещества, които се съдържат във всеки почистващ продукт, дори и в обикновения сапун. Благодарение на повърхностноактивните вещества почистващият продукт почиства.

Защо са необходими повърхностно активни вещества?

Проблемът е, че замърсяванията, особено мазнините, много трудно се отмиват с вода. Опитайте да измиете мазните си ръце с вода. Водата ще се отцеди, без да отмие мазнината. Молекулите на водата не се залепват за молекулите на мазнините и не ги отнасят със себе си. Следователно задачата е да се прикрепят молекулите на мазнините към молекулите на водата. Точно това правят повърхностноактивните вещества. Молекулата на повърхностно активното вещество е сфера, единият полюс на която е липофилен (свързва се с мазнините), а другият е хидрофилен (свързва се с водните молекули). Това означава, че единият край на повърхностно активното вещество е прикрепен към мастната частица, а другият край е прикрепен към водните частици.

Как повърхностно активните вещества влияят на нашето здраве?

По-голямата част от влагата в човешкото тяло също се основава на мазнини. Тези. например, защитният слой на кожата (липиди - мазнини, които предпазват кожата от различни бактерии, навлизащи в тялото) е мастен филм и се унищожава естествено от повърхностно активни вещества. И инфекцията атакува мястото, което е най-малко защитено, което разбира се е вредно за човешкото здраве. Експертите твърдят, че след използване на препарат, защитният слой на кожата трябва да има време да се възстанови в рамките на 4 часа до най-малко 60%. Това са хигиенните стандарти, установени от GOST. Не всички перилни препарати обаче осигуряват такова възстановяване на кожата. А обезмаслената и дехидратирана кожа старее по-бързо.

В допълнение, небиоразградимите повърхностноактивни вещества могат да се натрупват в мозъка, черния дроб, сърцето, мастните натрупвания (особено много) и да продължат да унищожават тялото за дълго време. И тъй като почти никой не може без детергенти, повърхностноактивните вещества непрекъснато се попълват в тялото ни, причинявайки непрекъсната вреда на тялото. Повърхностноактивните вещества също влияят на репродуктивната функция при мъжете, подобно на радиоактивното излъчване.

Проблемът се утежнява от факта, че нашите пречиствателни съоръжения не се справят зле с премахването на повърхностноактивните вещества. Следователно вредните повърхностноактивни вещества се връщат при нас чрез водоснабдяването в почти същата концентрация, в която ги изливаме в канализацията. Единствените изключения са продуктите с биоразградими повърхностноактивни вещества.

Какви видове повърхностно активни вещества има?

Анионни повърхностноактивни вещества. Основното предимство е относително ниската цена, ефективността и добрата разтворимост. Но те са най-агресивни към човешкото тяло.
- Катионни повърхностноактивни вещества. Имат бактерицидни свойства.
- Нейонни повърхностноактивни вещества. Основното предимство е благоприятното му въздействие върху тъканта и най-важното 100% биоразградимост.
- Амфолитични повърхностноактивни вещества. В зависимост от околната среда (киселинност/алкалност), те действат или като катионни, или като анионни повърхностно активни вещества.

Как повърхностно активните вещества влияят на околната среда?

Едно от основните отрицателни ефекти на повърхностноактивните вещества в околната среда е намаляването на повърхностното напрежение. Например в океана промяната в повърхностното напрежение води до намаляване на степента на задържане на CO2 и кислород във водната маса. А това се отразява негативно на водната флора и фауна.

В допълнение, почти всички повърхностноактивни вещества, използвани в промишлеността и домакинствата, когато попаднат върху частици пръст, пясък или глина, при нормални условия могат да освободят йони на тежки метали, задържани от тези частици, и по този начин да увеличат риска от навлизане на тези вещества в човешкото тяло .

Какво е биоразградимо повърхностно активно вещество?

Един от основните критерии за екологична безопасност на домакинските химикали е биоразградимостта на повърхностноактивните вещества, които влизат в състава им. Повърхностноактивните вещества се разделят на такива, които бързо се разрушават в околната среда и такива, които не се разрушават и могат да се натрупват в организмите в неприемливи концентрации.

Освен това се прави разлика между първична биоразградимост, която предполага структурни промени в повърхностноактивните вещества от микроорганизми, водещи до загуба на повърхностноактивни свойства, и пълна биоразградимост - окончателното биоразграждане на повърхностноактивните вещества до въглероден диоксид и вода. Само напълно биоразградими повърхностно активни вещества са безопасни.

Само някои нейонни повърхностноактивни вещества, предимно тези, получени от биологични суровини, а не от петролни продукти, са 100% биоразградими.

Биоповърхностно активно вещество - какво е това?

През 1995 г. ECOVER, заедно с френската компания Agro-Industrie Recherches et Développements (ARD), взеха участие в европейски изследователски проект, чиято цел беше да се научи как да се синтезират повърхностно активни вещества от селскостопански отпадъци, като слама и пшенични трици. Проектът беше успешно завършен през 1999 г., а производството в промишлен мащаб започна през 2008 г.

Днес био-повърхностноактивните вещества са в основата на цялата линия препарати за миене на съдове с марката ECOVER. Резултатите от тестовете потвърждават, че такива повърхностноактивни вещества имат силен почистващ ефект, напълно биоразградими са и се характеризират с ниска токсичност. Това е като приказка, в която сламата се превръща в злато, но това е истинска история.

Полярните групи в анионните повърхностноактивни вещества обикновено са карбоксилатни, сулфатни, сулфонатни и фосфатни групи. На фиг. Фигура 1 показва молекулните структури на най-често срещаните повърхностно активни вещества от този клас.

Анионните повърхностноактивни вещества се използват в много по-големи количества от други видове повърхностноактивни вещества. По приблизителна оценка световното производство на повърхностноактивни вещества е 10 милиона тона годишно, от които 60% са анионните повърхностноактивни вещества.

Ориз. 1. Структури на някои типични анионни ПАВ

Основната причина за популярността на тези повърхностно активни вещества е тяхната простота и ниска цена на производство. Анионните повърхностноактивни вещества са част от повечето детергенти, а повърхностноактивните вещества с алкилови или алкиларилни групи, съдържащи 12-18 въглеродни атома в хидрофобната верига, имат най-добър почистващ ефект.

Противойоните обикновено са Na +, K +, NH4 +, Ca 2+ йони и различни протонирани алкиламини. Натриевите и калиевите йони повишават разтворимостта на повърхностноактивните вещества във вода, докато калциевите и магнезиевите йони спомагат за увеличаване на разтворимостта на повърхностноактивните вещества в маслената фаза. Протонираните амини и алканоламини осигуряват разтворимостта на ПАВ и в двете фази.

Сапуните също представляват огромен клас повърхностноактивни вещества. Получават се чрез осапунване на естествени масла и мазнини. Обикновено сапуните се наричат ​​соли на алкални метали на карбоксилни киселини, получени от животински мазнини или растителни масла. Сапуните обикновено съдържат мастни киселини, които се извличат от талово масло, палмово масло и кокосово масло. Когато се използват при оптимални условия, сапуните са идеални повърхностно активни вещества. Основният им недостатък е чувствителността към твърда вода, което определя необходимостта от създаване на синтетични повърхностноактивни вещества. Много специфично приложение се намира в литиевата сол на мастна киселина, а именно литиев 12-хидроксистеарат, който се използва като основен компонент на лубрикантите.

Алкилбензен сулфонатите представляват група синтетични повърхностно активни вещества, които се считат за основните „работни коне“. Те се използват широко в домакински почистващи продукти, както и в голямо разнообразие от индустриални приложения. Те се получават чрез процеса на сулфониране на алкилбензени. При широкомащабен синтез серен триоксид най-често се използва като сулфониращ агент, но могат да се използват и други вещества като сярна киселина, олеум, хлоросулфонова киселина или амидосулфонова киселина. В някои случаи те се оказват дори по-предпочитани. Индустриалният синтез се извършва в непрекъснат процес, като се използва апарат за свободно течащ филм. Първият етап от процеса произвежда пиросулфонова киселина, която реагира бавно и спонтанно по-нататък, за да образува сулфонова киселина.

След това сулфоновата киселина се неутрализира със сода каустик, което води до образуването на алкилбензенсулфонатна сол. Поради големия обем на алкиловите заместители, n-сулфоновите киселини се образуват почти изключително. В горната диаграма R е алкилова група, обикновено съдържаща 12 въглеродни атома. Първоначално разклонените алкилбензени са били използвани като междинен продукт при синтеза на повърхностноактивни вещества, но днес те са почти напълно заменени от линейни производни, поради което такива повърхностноактивни вещества се наричат ​​линейни алкилбензенсулфонати. Отхвърлянето на разклонените производни и замяната им с линейни се дължи главно на по-бързото им биоразграждане. Алкилбензените на свой ред се получават чрез алкилиране на бензен с n-алкени или алкил хлориди, използвайки HF или AICI3 като катализатори. Реакцията произвежда смес от изомери с фенилова група, прикрепена към една от нетерминалните позиции в алкиловата верига.

Друг тип сулфонатни повърхностноактивни вещества, използвани в детергентите, са парафин и α-олефинови сулфонати, последните често наричани AOS. В общия случай получените повърхностноактивни вещества са сложни смеси от вещества, които се различават по физикохимични свойства. Парафиновите сулфонати или вторичните n-алкан сулфонати се произвеждат главно в Европа. Те се получават, като правило, чрез сулфоново окисление на парафинови въглеводороди със серен диоксид и кислород при облъчване с ултравиолетова светлина. В по-стар процес, който обаче все още се използва, парафиновите сулфонати се произвеждат чрез реакция на сулфохлориране. И двата процеса са радикални реакции и тъй като вторичните въглеродни атоми образуват по-стабилни свободни радикали от първичните въглеродни атоми, сулфогрупа се въвежда статистически към всеки некраен въглероден атом на веригата на алкана. Смес от въглеводороди C 14 -C 17, понякога наричана "еврофракция", е най-често срещаната хидрофобна суровина, а крайните продукти в този случай са представени от много сложни смеси от изомери и хомолози.

α-олефин сулфонатите се получават чрез реакция на линейни α-олефини със серен триоксид; резултатът е смес от алкенсулфонати, 3- и 4-хидроксиалкансулфонати и някои дисулфонати и други вещества. Основно две олефинови фракции се използват като суровина: C 12 -C 16 и C 16 -C 18. Съотношението на алкенсулфонатите към хидроксиалкансулфонатите се регулира до известна степен от съотношението на количествата SO 3 и олефини, въведени в реакционната смес: колкото по-високо е това съотношение, толкова повече алкенсулфонова киселина се образува. Образуването на хидроксиалкан сулфонова киселина става чрез междинен цикличен султон, който след това се разцепва от алкали. Sutone е токсичен, така че е важно концентрацията му в крайния продукт да е много ниска. Схемата за получаване може да бъде написана по следния начин:

Натриевият дисулфосукцинат е алкилсулфонатно повърхностно активно вещество, широко използвано в изследванията на повърхностната химия. Благодарение на своята обемна хидрофобна група, това повърхностно активно вещество е особено удобно за производство на микроемулсии вода в масло.

Изетионатните ПАВ с обща формула R-COOC^C^SO^Na* са естери на мастни киселини и соли на изетионова киселина. Те са сред най-меките повърхностно активни вещества и се използват в козметични формули.

Сулфонатните повърхностноактивни вещества, получени чрез сулфониране на лигнин, петролни фракции, алкилнафталини или други евтини въглеводородни фракции, се използват широко промишлено като диспергатори, емулгатори, деемулгатори, пеногасители, омокрящи агенти и др.

Сулфонираните сулфати и етоксилираните алкохоли представляват друга важна група анионни повърхностно активни вещества, които се използват широко в детергентите. Това са моноестери на сярна киселина, в които естерната връзка е много лабилна и относително лесно се разрушава при ниско pH в резултат на автокаталитична хидролиза. Като суровини за този тип повърхностно активно вещество се използват линейни и разклонени алкохоли с брой въглеродни атоми от 8 до 16. При използване на линеен алкохол с 12 въглеродни атома се получава додецилов естер на сярна киселина и след неутрализация със сода каустик, образува се натриев додецилсулфат - най-важното повърхностно активно вещество от този тип. Етоксилираните алкохоли, обикновено използвани като междинни продукти, са алифатни алкохоли с две или три оксиетиленови единици. Процесът е подобен на сулфонирането, обсъдено по-горе. В промишленото производство серен триоксид се използва като реагент,

и подобно на сулфонирането, реакцията протича през етапа на образуване на пиросулфат като междинен продукт:

Синтезът на сулфатни естери на етоксилирани алкохоли се извършва по подобен начин. Реакцията обикновено се придружава от образуването на забележимо количество 1,4-диоксан. Тъй като диоксанът е токсичен, той трябва да бъде отстранен чрез дестилация. Такива повърхностно активни вещества обикновено се наричат ​​етоксилирани алкил сулфати. Имат добри пенообразуващи свойства, ниска токсичност за кожата и очите и затова се използват в препарати за миене на съдове и шампоани.

Етоксилираните алкохоли могат да бъдат превърнати в карбоксилати, т.е. етоксилирани алкилкарбоксилати. Традиционно това се прави с помощта на натриев монохлороацетат:

Реакцията на Уилямсън обикновено протича с нисък добив. По-новите методи за синтез се основават на окисляването на етоксилирани алкохоли с кислород или водороден пероксид в алкална среда, като се използва платина или паладий като катализатор. При тази реакция, превръщането на етоксилати става с добър добив, но е възможно и окислително разграждане на полиоксиетиленовата верига. Етоксилираните алкилкарбоксилати се използват в производството на продукти за лична хигиена или като помощни повърхностноактивни вещества в различни състави на течни детергенти. Подобно на етоксилираните алкил сулфати, етоксилираните алкил карбоксилати са стабилни в много твърда вода. И двата вида повърхностноактивни вещества също имат добра способност да диспергират калциевите сапуни, което е много важно за повърхностноактивните вещества, включени в продуктите за лична хигиена. Способността за диспергиране на калциеви сапуни обикновено се изразява като количеството повърхностно активно вещество, необходимо за диспергиране на калциев сапун, приготвен от 100 g натриев олет във вода с твърдост, еквивалентна на 0,0333% CaCO3.

Основна информация за анионните повърхностноактивни вещества

1. Анионните повърхностноактивни вещества са най-често срещаният клас повърхностноактивни вещества.

2. Обикновено анионните повърхностноактивни вещества са несъвместими с катионните повърхностноактивни вещества.

3. Те са чувствителни към твърда вода и чувствителността намалява в реда карбоксилати > фосфати > сулфати “сулфонати.

4. Въвеждането на къса полиоксиетиленова верига между анионната група и въглеводородния радикал значително повишава устойчивостта на анионните повърхностноактивни вещества към соли.

5. Въвеждането на къса полиоксипропиленова верига между анионната група и въглеводородния радикал повишава разтворимостта на повърхностноактивното вещество в органични среди, но в същото време може да доведе до намаляване на скоростта на биоразграждане на повърхностноактивното вещество.

6. В резултат на автокаталитична хидролиза сулфатните повърхностноактивни вещества бързо се хидролизират в кисела среда. Други видове повърхностно активни вещества са стабилни при не твърде тежки условия.

Всички търговски фосфатни повърхностно активни вещества съдържат моно- и диестери на фосфорна киселина и относителното съдържание на тези компоненти варира в широки граници в зависимост от производителя. Тъй като физикохимичните свойства на алкилфосфатните повърхностноактивни вещества зависят от съотношението на различните естери, алкилфосфатите от различни производители са по-малко взаимозаменяеми от другите видове повърхностноактивни вещества. Фосфорен оксихлорид POCI 3 може да се използва като фосфорилиращ агент за производството на алкил фосфатни повърхностно активни вещества. В този случай също се образува смес от моно- и диестери на фосфорната киселина.