Příklady aniontových povrchově aktivních látek. Povrchově aktivní látky (tenzidy). Definice, složení, klasifikace a rozsah. Chemická struktura povrchově aktivních látek

Chemicky se jedná o zcela různorodou skupinu látek, společné je však toto: pokud se v sobě nerozpustí alespoň dvě látky, např. olej a voda, pak je přidání povrchově aktivní látky promíchá a vytvoří homogenní kapalinu . Velmi dobře je to vidět v případě mytí nádobí: tuk na povrchu talířů je velmi viditelný a znatelný, ale voda, zejména studená, stéká po tuku, prakticky bez jeho smytí. Jakmile na talíř s povrchově aktivními látkami nasypete alespoň trochu mycího prostředku a rovnoměrně jej nanesete, voda okamžitě odteče a vezme s sebou i zbývající mastnotu. Tuk, stejně jako olej, se ve vodě nerozpouští a aplikace povrchově aktivní látky jednoduše pomohla oleji smísit se s vodou a vytvořit „rozpouštěcí“ efekt. Ve skutečnosti se olej na desce změnil z rovnoměrné vrstvy na povrchu v tisíce drobných kapiček oleje obklopených vrstvou povrchově aktivních látek, které s sebou voda snadno unesla z povrchu desky.

Molekula povrchově aktivní látky má dvě charakteristické části: hlavu a ocas. Hlava molekuly surfaktantu je hydrofilní - milující vodu a ocas je lipofilní (milující olej) a hydrofobní (bojí se vody). Když taková molekula vstoupí do vody s kapkami oleje, ocas povrchově aktivní látky se snaží opustit vodu a nachází se buď v oleji, nebo ve vzduchu, zatímco hlava je naopak umístěna ve vodě. Molekula se tedy usadí na rozhraní mezi vodou a olejem a vytvoří emulzi.

Druhy povrchově aktivních látek

Podle chemické povahy se rozlišují: aniontové, kationtové, amfoterní a neiontové (neiontové) povrchově aktivní látky.

Aniontové povrchově aktivní látky

Aniontové povrchově aktivní látky (se záporně nabitou hlavou)- nejpoužívanější detergentní složky v kosmetice. Jsou levné, snadno se vyrábějí a dobře se čistí. Navíc se z vlasů snadno smývají, aniž by se na nich tvořily filmy nebo usazeniny. Jejich čisticí účinek je stejný ve studené i horké vodě. Hlavní nevýhodou aniontových povrchově aktivních látek je, že mohou dráždit pokožku. Pro snížení podráždění se do přípravků často přidávají další skupiny povrchově aktivních látek.
Aniontové povrchově aktivní látky jsou hlavní detergentní složkou šamponů, pro dosažení emulgačního účinku se přidávají do barviv.

Kationtové povrchově aktivní látky

Kationtové povrchově aktivní látky (s kladně nabitou hlavou)- slabší prací prostředky než aniontové a špatně pění. Kationtové povrchově aktivní látky však dobře fungují jako vlasové kondicionéry, dodávají vlasům hebkost a ovladatelnost. Dokážou odstranit negativní náboje z vlasů, čímž poskytují antistatický účinek. Kationtové povrchově aktivní látky „zatěžují“ vlasy, takže je lépe upravují a usnadňují rozčesávání a úpravu.

Protože kationtové povrchově aktivní látky mají náboj opačný než aniontové povrchově aktivní látky, nebyly dříve smíchány. Nyní je možné je kombinovat v jedné lahvičce, díky čemuž kationtové povrchově aktivní látky změkčují agresivní účinek šamponů a při použití jako kondicionér dokážou agresivní účinek neutralizovat.
Kationtové povrchově aktivní látky se nejčastěji vyskytují v kondicionérech a vlasových maskách, dále šamponech na barvené vlasy a šamponech 2v1. Najdete je také v dětských šamponech „bez slz“, protože nezpůsobují podráždění očí.

Amfoterní povrchově aktivní látky

Amfoterní povrchově aktivní látky může obsahovat pozitivní nebo negativní skupinu v závislosti na pH. Navíc se mohou chovat jako kationtové povrchově aktivní látky při nižších hodnotách pH a aniontové povrchově aktivní látky při vyšších hodnotách pH. Pěna těchto povrchově aktivních látek je mírná a poskytuje vlasům ovladatelnost. Skupina amfoterních povrchově aktivních látek navíc minimálně dráždí pokožku hlavy a je schopna zmírnit stávající podráždění. Amfoterní povrchově aktivní látky v kombinaci s aniontovými povrchově aktivními látkami zlepšují pěnivost a zvyšují bezpečnost přípravků a v kombinaci s kationtovými polymery zvyšují pozitivní účinky kondicionérů, jako jsou silikony a polymery, na vlasy a pokožku. Aniontové povrchově aktivní látky se získávají z přírodních surovin, jde tedy o poměrně drahé komponenty.
Amfoterní povrchově aktivní látky najdeme v šamponech pro děti (nedráždí oči), speciálních šamponech pro poškozené a řídké vlasy, šamponech 2v1, barvách na vlasy, okysličovadel, ale i maskách a kondicionérech.

Neiontové povrchově aktivní látky

Neiontové povrchově aktivní látky, druhá nejoblíbenější skupina povrchově aktivních látek po aniontových povrchově aktivních látkách, mají polární hlavy. Jsou nejjemnější ze všech povrchově aktivních látek a používají se v kombinaci s aniontovými povrchově aktivními látkami jako sekundární čistič, zahušťovadlo a stabilizátor pěny.
Neiontové povrchově aktivní látky najdeme téměř ve všech vlasových kosmetikách, protože se dobře kombinují s mnoha látkami.

Aplikace povrchově aktivních látek (tenzidů)

Surfaktanty jsou široce používány v průmyslu, zemědělství, medicíně a každodenním životě. Světová produkce tenzidů každým rokem roste a podíl neiontových látek na celkovém výrobním výkonu se neustále zvyšuje. Všechny typy povrchově aktivních látek jsou široce používány při výrobě a použití syntetických materiálů. polymery. Nejdůležitější oblastí spotřeby micelotvorných povrchově aktivních látek je výroba polymerů emulzní polymerací. Technologie do značné míry závisí na typu a koncentraci vybraných povrchově aktivních látek (evulgátorů). a fyzikálně-chemické. vlastnosti výsledných latexů. Povrchově aktivní látky se také používají při suspenzní polymeraci. Typicky se používají povrchově aktivní látky s vysokou molekulovou hmotností - ve vodě rozpustné polymery (volivinylalkohol, deriváty celulózy, rostlinná lepidla atd.). Smícháním laků nebo kapalných směsí olej-pryskyřice s vodou za přítomnosti emulgátorů se získají emulze, které se používají při výrobě plastů, náhražek kůže, netkaných materiálů, impregnovaných tkanin, vodou ředitelných barev atd.

Při výrobě barev a laků a plastů. K regulaci jejich reologie se přidávají povrchově aktivní látky. vlastnosti.

K povrchové úpravě vláknitých (tkaných i netkaných) a filmových materiálů se používají různé povrchově aktivní látky (jako antistatika, modifikátory zvlákňovacích roztoků, detergenty. Mezi povrchově aktivními látkami používanými jako vodoodpudivé látky jsou nejslibnější organokřemičité a fluorouhlíkové sloučeniny. posledně jmenované jsou při vhodné orientaci molekul v povrchové vrstvě schopny zabránit smáčení materiálu nejen vodou, ale i uhlovodíkovými kapalinami.

Při výrobě houbové pryže a pěnových plastů se jako stabilizátory pěny používají povrchově aktivní látky.

Ve vodě rozpustné povrchově aktivní látky s vysokou molekulovou hmotností, navíc k použití ve výše uvedených technologiích. procesy, používané jako flokulanty při různých typech úpravy vody. S jejich pomocí z odpadů a technologických. vody, stejně jako z pitné vody, jsou odstraněny suspendované nečistoty.

POVRCHOVÉ LÁTKY, jejichž adsorpce z kapaliny na rozhraní s jinou fází (kapalnou, pevnou nebo plynnou) vede k následujícímu: snížení povrchového napětí (viz Povrchová aktivita). V max. obecné a prakticky důležité. V tomto případě mají molekuly adsorpčního tenzidu (ionty) difilní strukturu, tj. sestávají z polární skupiny a nepolárního uhlovodíkového radikálu (difilní molekuly). Uhlovodíkový radikál má povrchovou aktivitu vůči nepolární fázi (plyn, uhlovodíková kapalina, nepolární povrch pevné látky), která je vytlačována z polárního prostředí. Ve vodném roztoku povrchově aktivní látky se na hranici se vzduchem tvoří adsorpční činidlo. monomolekulární vrstva s uhlovodíkovými radikály orientovanými do vzduchu. Když se nasytí, molekuly povrchově aktivní látky (ionty), stlačující se v povrchové vrstvě, jsou umístěny kolmo k povrchu (normální orientace).

Koncentrace povrchově aktivní látky v adsorbu. vrstva na několik. řádově vyšší než v objemu kapaliny, proto i při zanedbatelném obsahu ve vodě (0,01-0,1 % hm.) mohou povrchově aktivní látky snížit povrchové napětí vody na rozhraní se vzduchem ze 72,8 10-3 na 25 10 -3 J/m2, tzn. téměř k povrchovému napětí uhlovodíkových kapalin. K podobnému jevu dochází na rozhraní mezi vodnou povrchově aktivní látkou a uhlovodíkovou kapalinou, což vytváří předpoklady pro tvorbu emulzí.

V závislosti na stavu povrchově aktivní látky v roztoku se konvenčně rozlišují pravé roztoky (molekulárně dispergované) a koloidní povrchově aktivní látky. Podmínkou tohoto rozdělení je, že stejná povrchově aktivní látka může patřit do obou skupin, v závislosti na podmínkách a chemii. povaha (polarita) r-ritelu. Obě skupiny povrchově aktivních látek jsou adsorbovány na fázových hranicích, tj. vykazují povrchovou aktivitu v roztocích, zatímco objemové vlastnosti spojené s výskytem koloidní (micelární) fáze vykazují pouze koloidní povrchově aktivní látky. Tyto skupiny tenzidů se liší hodnotou bezrozměrné veličiny, tzv. hydrofilně-lipofilní rovnováha (HLB) a je určena poměrem:

kde je afinita (volná interakční energie) nepolární části molekuly tenzidu k uhlovodíkové kapalině (b je bezrozměrný parametr závislý na povaze tenzidu, je volná interakční energie na jednu skupinu CH2, v je počet skupin CH2 v uhlovodíkovém radikálu), a-afinita polární skupiny k vodě. Pro koloidní tenzidy (b + nebo, kde indexy m odpovídají minimálním hodnotám afinity, při kterých se začínají projevovat koloidní vlastnosti tenzidu. Minimální počet atomů uhlíku v radikálu pro různé typy koloidních tenzidů leží v rozmezí 8-12, to znamená, že koloidní povrchově aktivní látky mají dosti velký uhlovodíkový radikál. Zároveň musí mít koloidní povrchově aktivní látky také skutečné pH ve vodě, to znamená, že polarita hydrofilní skupiny musí být také poměrně vysoká. kondice:

Na začátku. 60. léta 20. století D. Davis vyvinul stupnici HLB s hodnotami od O do 40. Povrchově aktivní látky s lipofilními vlastnostmi mají nízké hodnoty HLB, zatímco ty s hydrofilními vlastnostmi mají vysoké hodnoty. Každá skupina atomů obsažená v molekule povrchově aktivní látky má přiřazeno číslo skupiny. Sečtením těchto čísel získáme GLB podle následujícího vzorce:

HLB = čísla hydrofilních skupin + 4- čísla hydrofobních skupin + 7.

Ačkoli je koncept HLB poměrně formální, umožňuje určit oblasti použití povrchově aktivních látek. Takže pro tvorbu emulzí voda/olej se HLB pohybuje od 3-6, emulze olej/voda - 8-16, pro smáčedla - 7-9, pro detergenty - 13-15.

Povrchová aktivita povrchově aktivních látek patřících do různých skupin je stanovena odlišně. Pro skutečné povrchově aktivní látky r-rim se rovná max. hodnota derivátu a je měřena od počáteční části adsorpční izotermy s(c) při c0 (G je počet molů povrchově aktivních látek adsorbovaných na jednotku plochy povrchu, R je plynová konstanta, T je absolutní teplota). Pro koloidní povrchově aktivní látky je povrchová aktivita Gmin = (s0 - smin)/smin, kde s0 je povrchové napětí čistého p-rozpouštědla, sMIH je nejmenší (konstantní) hodnota s a cmin je koncentrace povrchově aktivní látky odpovídající této hodnotě. Další zavádění povrchově aktivní látky do roztoku vede ke zvýšení počtu micel a koncentrace molekulárně dispergované povrchově aktivní látky zůstává konstantní. Hodnota smin-kritická. koncentrace micel (KKM). Je definována jako koncentrace povrchově aktivní látky, při které se v roztoku objeví velké množství micel, které jsou v termodynamice. rovnováha s molekulami (ionty), a vlastnosti roztoku se prudce mění (elektrická vodivost, povrchové napětí, viskozita, rozptyl světla atd., viz Tvorba micel).

Klasifikace povrchově aktivních látek. Tento článek popisuje klasifikaci přijatou na III. mezinárodním kongresu o povrchově aktivních látkách a doporučenou Mezinárodní organizací pro standardizaci (ISO) v roce 1960. Je založena na chemii. povahy molekul a zahrnuje čtyři zákl. třída povrchově aktivních látek: aniontové, kationtové, neiontové a amfoterní. Někdy se izoluje i vysoká molekulová hmotnost. (polymer), perfluorovaný a Kremniorg. Povrchově aktivní látka však podle chemie. povaha molekul těchto povrchově aktivních látek může. klasifikován jako jeden z výše uvedených. třídy.

Aniontové povrchově aktivní látky obsahují jednu nebo více v molekule. polární skupiny a disociují se ve vodném roztoku za vzniku aniontů s dlouhým řetězcem, které určují jejich povrchovou aktivitu. Jedná se o skupiny: COOH(M), OSO2OH(M), SO3H(M), kde M je kov (mono-, di- nebo trojmocný). Hydrofobní část molekuly je obvykle představována nasycenými nebo nenasycenými alifatickými látkami. řetězce nebo alkyl aromatické. radikálů. Existuje 6 skupin aniontových povrchově aktivních látek.

1) Deriváty uhlíkatých sloučenin (mýdla): RCOOM, ROOC (CH2)nCOOM, RC6H4 (CH2)nCOOM, RCH=CH -- -(CH2)nCOOM. 2) Primární a sekundární alkylsulfáty ROSO3M, R"R: CHOSO3M, alkylarylethylsulfáty RC6H4C2H4OSO3M, alkylcyklohexylethylsulfáty RC6H10C2H4OSO3M atd. (viz Avirol, Alizarinový olej, Alkylsulfáty). 3) Alkylestery a alkylsulfonáty alkylsulfonáty a dikarbonové sloučeniny: RSO3M, RC6H4SO3M, ROOCCH2SO3M, ROOCCH2CH(COOR)SO3M (viz Alkylbenzensulfonáty, naftalensulfonáty, sulfonáty). kyselina, soli nenasycených síranů: RO(C2H4O)nSO3M, RO(C2H4O)nCH2COOM, RCOO (C2H4O)n SO3M, RC6H4 (C2H4O)2 SO3M, ROOCCH2CH (COOM) SO3M, RCH ( OSO3M)-CH (CH (CH2) -COOM. 5) Povrchově aktivní látky obsahující dusík: amidosulfonáty RCONR"--R:-SO3M, amidosulfonáty RR"NOC--R:-SO3M, amidosulfáty RCONR"-R: --OSO3M, amidokarboxyláty RCO(NH-R" -CO)nOM, sloučeniny s karboxylovými a sulfoskupinami RCONH-R-OCOR:(SO3M)-COOM Místo amidové skupiny v mnoha takových sloučeninách M.B. také sulfoamidová skupina, např. RC6H4SO2NHCH2CH2SO3M. 6) Perfluorované soli. uhlíková sada, perfluorovaná sulfoacetáty, mono- a dialkylfosfáty a fosfonáty, perfluorované. fosfonáty a další sloučeniny.

V aniontových povrchově aktivních látkách může kation. nejen kov, ale i org. základ. Často se jedná o di- nebo triethanolamin. Povrchová aktivita se začíná objevovat v délce hydrofobního řetězce C8 uhlovodíku a zvyšuje se s rostoucí délkou řetězce až do úplné ztráty pH povrchově aktivní látky ve vodě. V závislosti na struktuře intervaly. funkční skupin a hydrofilnosti polární části molekuly, délka uhlovodíkové části může dosáhnout C18. Benzenový kruh odpovídá přibližně 4 atomům C, perfluorovaná methylenová skupina CF2 odpovídá přibližně 2,5-3 methylenovým skupinám.

Naíb. běžné jsou alkylsulfáty a alkylarylsulfonáty. Optim. Primární dodecylsulfát a dodecylbenzensulfonát s přímým řetězcem mají povrchově aktivní vlastnosti. Tyto látky jsou tepelně stabilní, málo toxické (LD50 1,5-2 g/kg, bílé myši), nedráždí lidskou pokožku a jsou uspokojivě biol. rozklad ve vodních plochách (viz dále), s výjimkou alkylarylsulfonátů s rozvětveným alkylovým řetězcem. Dobře se kombinují s jinými povrchově aktivními látkami, vykazují synergismus, jejich prášky jsou nehygroskopické. Sekundární alkylsulfáty mají dobrou pěnivost, ale jsou tepelně nestabilní a používají se v kapalné formě. Sekundární alkylsulfonáty mají vysokou povrchovou aktivitu, ale jsou velmi hygroskopické. Nadějné povrchově aktivní látky jsou ty, jejichž hydrofilní část se skládá z několika. funkční skupiny. Například disodné soli kyseliny sulfojantarové mají dobré hygienické a hygienické vlastnosti. St. you spolu s vysokým koloidně-chemické. a technol. indikátory při rozpuštění v tvrdé vodě. Povrchově aktivní látky obsahující sulfonamidovou skupinu mají biol. aktivita. Dobré vlastnosti má také dodecylfosfát.

Zvaná kationtová. Povrchově aktivní látky, jejichž molekuly disociují ve vodném roztoku za vzniku povrchově aktivního kationtu s dlouhým hydrofobním řetězcem a aniontem, obvykle halogenidem, někdy aniontem kyseliny sírové nebo fosforečné. Mezi kationtovými povrchově aktivními látkami jsou převládající sloučeniny obsahující dusík; praktický Používají se také přísady, které neobsahují dusík: kom. sulfonium +X- a sulfoxonium +X-, fosfonium + X-, arsonium + X-, jodonium (vzorec I). Sloučeniny obsahující dusík lze rozdělit na následující. základní skupiny: 1) aminy a jejich soli RNR"R: HX; 2) mono- a bi-kvartérní amoniové sloučeniny alifatické struktury + X-, 2+2Х-, sloučeniny se smíšenou alifatickou a aromatickou strukturou 2 + 2Х-; 3) kvartérní amonné sloučeniny s různými funkčními skupinami v hydrofobním řetězci; 4) mono- a bikvaterní amoniové sloučeniny s atomem dusíku v heterocyklickém kruhu Poslední skupina sdružuje stovky tenzidů průmyslového významu Nejvýznamnější z nich jsou sloučeniny pyridinu, chinolinu ftalazin, benzimidazol, benzothiazol, benzotriazol, deriváty pyrrolidinu, imidazol, piperidin, morfolin, piperazin,

benzoxazin, atd.; 5) aminoxidy RR"R:N+O- (zahájena průmyslová výroba); 6) polymerní povrchově aktivní látky (II). Používají se hlavně polyvinylpyridiniumhalogenidy.

molekulární povrchově aktivní látka

Kationtové povrchově aktivní látky snižují povrchové napětí méně než aniontové povrchově aktivní látky, ale mohou interagovat. například chemicky s povrchem adsorbentu. s buněčnými proteiny bakterií, což způsobuje baktericidní účinek. Interakce polárních skupin kationtových povrchově aktivních látek s hydroxylovými skupinami celulózových vláken vede k hydrofobizaci vláken a impregnaci tkání.

Neiontové povrchově aktivní látky se ve vodě nedisociují na ionty. Jejich hodnota pH je dána přítomností v molekulách hydrofilních etherových a hydroxylových skupin, nejčastěji polyethylenglykolového řetězce. Zdá se, že při rozpouštění se tvoří hydráty v důsledku tvorby vodíkových vazeb mezi atomy kyslíku polyethylenglykolového zbytku a molekulami vody. V důsledku prasknutí vodíkové vazby se se zvyšující se teplotou pH neiontových povrchově aktivních látek klesá, takže u nich je bod zákalu vyšší. Důležitým ukazatelem je teplotní limit micelizace. Mn. sloučeniny obsahující mobilní atom H (sloučeniny, alkoholy, fenoly, aminy), reagující s ethylenoxidem, tvoří neiontové tenzidy RO (C2H4O)n H. Polarita jedné oxyethylenové skupiny je výrazně menší než polarita kterékoli kyselé skupiny v aniontových tenzidech . Proto je pro dodání požadované hydrofility a hodnoty HLB molekule v závislosti na hydrofobním radikálu zapotřebí 7 až 50 oxyethylenových skupin. Charakteristickým znakem neiontových povrchově aktivních látek je jejich kapalný stav a nízká pěnivost ve vodných roztocích.

Neiontové tenzidy se dělí do skupin, které se liší strukturou hydrofobní části molekuly podle toho, jaké látky sloužily jako základ pro výrobu polyglykoletherů. Na základě alkoholů se získají ethoxylované alkoholy RO(C2H4O)nH; na bázi karboxylových kyselin - ethoxylované mastné kyseliny RCOO (C2H4O)n H; na bázi alkylfenolů a alkylnaftolů - ethoxylované alkylfenoly RC6H4O(C2H4O)nH a komp. RC10H60- (C2H40)nH; na bázi aminů, amidů, imidazolinů - ethoxylované alkylaminy RN[ (C2H4O)n H]2, komp. RCONH(C2H4O)nH, komp. Formy III; na bázi sulfonamidů a merkaptanů - povrchově aktivní látky jako RSO2NC(C2H4O)nH]2 a RS(C2H4O)nH. Samostatnou skupinu tvoří proxanoly (pl u r o n i k s) - blokové kopolymery oxidů ethylenu a propylenu HO (C2H4O)x (C3H6O)y (C2H4O)z H, kde x, y a z se liší od několika. jednotky až několik desítek, a proxaminy (tetronika; forma IV) - blokové kopolymery oxidů ethylenu a propylenu, získané v přítom. ethylendiamin. Alkylacetylenglykoly slouží jako základ pro výrobu povrchově aktivních látek typu H(OC2H4)n-OCR"R:CCCR"R""0(C2H40)nH; estery fosforu typu (RO)2P(O)O(C2H4O)nH; pentaerythritolethery typu V. Neiontové povrchově aktivní látky jsou produkty kondenzace glykosidů s mastnými alkoholy, uhličitany a ethylenoxidem. Existují také povrchově aktivní látky sorbitové skupiny (Tweens, typ VI) - produkty adice ethylenoxidu k sorbitonmonoesteru a mastné kyselině. Kremniorg tvoří samostatnou skupinu. Povrchově aktivní látka, např. (CH3)3Si n-(CH2)30(C2H40)mH.

Výroba neiontových povrchově aktivních látek je ve většině případů založena na přídavku ethylenoxidu ve zvýšeném množství. t-re pod tlakem v přítomnosti. katalyzátory (0,1-0,5% CH3ONa, KOH nebo NaOH). V tomto případě je výsledek průměrný. obsah polymerních homologů, ve kterých je distribuce molekulové hmotnosti popsána Poissonovou funkcí. Jednotlivé látky se získávají přidáním polyhalogenem substituovaných polyethylenglykolů k alkoholátům. Koloidní chemikálie Vlastnosti povrchově aktivních látek této třídy se široce mění v závislosti na délce hydrofilního polyglykolového řetězce a délce řetězce hydrofobní části takovým způsobem, že dochází k rozkladu. zástupci jednoho homologního řada m.b. dobré smáčedla a emulgátory. Povrchové napětí homologů ethoxylovaných alkylfenolů a primárních alkoholů při konstantním obsahu ethylenoxidových skupin klesá podle Traubeho pravidla, tedy s každým přídavkem. Skupina CH2 snižuje povrchové napětí. V optimální možnost může dosáhnout (28-30) 10-3 N/m v kritickém stavu. koncentrace micel. Micelární hmota je poměrně velká; u dvojčat například dosahuje 1800. Neiontové povrchově aktivní látky jsou méně citlivé na soli způsobující tvrdost vody než aniontové a kationtové povrchově aktivní látky. Smáčivost neiontových povrchově aktivních látek závisí na struktuře; optim. Povrchově aktivní látka s rozvětvenou strukturou má smáčecí schopnost:

Hydroxyethylované alkoholy C10-C18 s n od 4 do 9 a pluronics tvoří spontánní mikroemulze olej/voda a voda/olej. Neiontové povrchově aktivní látky se dobře kombinují s jinými povrchově aktivními látkami a jsou často součástí detergentních přípravků.

Amfoterní (amfolytické) surfaktanty obsahují v molekule hydrofilní radikál a hydrofobní část, která může být akceptorem nebo donorem protonů v závislosti na pH roztoku. Typicky tyto povrchově aktivní látky zahrnují jednu nebo více. zásadité a kyselé skupiny, mohou také obsahovat neiontovou polyglykolovou skupinu. V závislosti na hodnotě pH vykazují vlastnosti kationtových nebo aniontových povrchově aktivních látek. Při určitých hodnotách pH, ​​tzv. izoelektrický bod, povrchově aktivní látky existují ve formě zwitteriontů. Ionizační konstanty kyselých a zásaditých skupin pravých p-rimských amfoterních povrchově aktivních látek jsou velmi nízké, ale nejběžnější jsou kationtově orientované a aniontově orientované zwitterionty. Kationtová skupina je obvykle primární, sekundární nebo terciární amoniová skupina, pyridinový nebo imidazolinový zbytek. V zásadě místo N m.b. atomy S, P, As atd. Aniontové skupiny jsou karboxylové, sulfonátové, sulfoesterové nebo fosfátové skupiny.

Podle chemie Na základě své struktury a určitých podobností se amfolytické povrchově aktivní látky dělí do 5 hlavních kategorií. skupiny: 1) alkylaminokarbonové sloučeniny RNH(CH2)nCOOH; Alkylový radikál aminu je obvykle normální (přímý řetězec), ale pokud se nachází mezi aminovou skupinou a karboxylovou skupinou, má někdy rozvětvený charakter. Tato skupina také zahrnuje alkylaminofenylkarbonové kyseliny RNHC6H4COOH; alkylaminokarbonové sloučeniny s primární, sekundární nebo terciární aminoskupinou RCH (NH2) COOH, RCH (NHR) COOH, R(CH3)NCH2COOH; s int. hydroxylová, etherová, esterová, amidová nebo sulfoamidová skupina; látky se dvěma nebo více amino a amido skupinami, s několika amino a hydroxylovými skupinami.

• 2) Alkylbetainy jsou nejdůležitější skupinou zwitteriontových povrchově aktivních látek. Lze je rozdělit na 5 hlavních. skupiny: a) alkylbetainy -C-alkylbetainy RCH COO- a N-alkylbetainy RN+(CH3)2CH2COO-; b) sulfit-, sulfo-, sulfát- a fosfátbetainy RN+(CH3)2CH2CH2RN+(CH3)2CH2CH2, RC6H4CH2N+(CH3)2CH2CH2RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2OP; c) amidobetainy RCONH(CH2)3N+(CH3)2COO-; d) ethoxylované betainy RN+[(C2H40)pH][(C2H40)gH]CH2COO-; e) další zwitteriontové povrchově aktivní látky.
• 3) Alkylimidazolinové deriváty, v jejichž molekulách mají aniontové a kationtové skupiny přibližně stejné ionizační konstanty (formy VII a VIII), kde R-alkyl C7-C17, R"-H, Na, CH2COOM (M-kov). Podle struktury a způsobů syntézy se rozlišují betainové tenzidy, mezi které patří karboxy-, sulfo-, sulfátové nebo sulfoetherové skupiny [forma IX; R" = (CH2)nCOO-, (CH2)3, CH2CH(OH)CH2 ] a jiné ("nebetainové") imidazolinové povrchově aktivní látky [forma X; R" = CH2COONa, (CH2)2 N (CH2COOH)2, (CH2)2 N= =CHC6H4SO3H, (CH2)2 OSO3H]. Rovnováha ionizačních skupin poskytuje těmto sloučeninám dobré koloidně-chemické a sanitárně-hygienické .sv. .
• 4) Alkylaminoalkansulfonáty a sulfáty (AAAC1 a AAAC2, v daném pořadí). Aniontový orientační bod. látky snadno přecházejí do zwitteriontové formy, což umožňuje jejich izolaci v čisté formě. Ionizační konstanta kyselé skupiny je mnohem větší než zásaditá, proto se používají v alkalickém prostředí. Nicméně v případě několika zásadité skupiny a v přítomnosti dalších hydrofilních skupin vedle kyselé skupiny jsou tyto látky svými vlastnostmi a oblastmi použití podobné amfolytickým povrchově aktivním látkám a mají baktericidní účinek. V závislosti na ionizačních konstantách lze rozlišit soli AAAC1 RN(R")-R:-SO3M, AAAC2 RN(R")-R: -- OSO3M, aromatické deriváty. aminosulfonové kyseliny RR"N--Ar--SO3M, aminosulfonáty s atomem N v heterocyklech (forma XI); aminofosfáty, aminofosfonáty a další aminosloučeniny: sloučeniny typu RR"R:P(O)(OH)2, RR "R "OP(O)(OH)2, kde R a R" jsou dlouhé a krátké uhlovodíkové radikály, R: je krátký divalentní radikál; spoj. RN(CH2CH2S03Na)2. Jejich odlišností je dobrá schopnost rozptylovat vápenatá mýdla a odolnost vůči solím tvrdosti vody.
• 5) Polymerní amfolytické povrchově aktivní látky: přírodní (proteiny, nukleové kyseliny atd.); modifikovaný přírodní (oligomerní proteinové hydrolyzáty, sulfát chitin); produkty postupné kondenzace aminů, formaldehydu, albuminu, mastných kyselin; deriváty celulózy získané zavedením karboxylových a diethanolaminethylových skupin; syntetické, jejichž molekuly spojují strukturní znaky všech výše uvedených skupin amfoterních povrchově aktivních látek (viz např. vzorce XII-XVI).

Aplikace povrchově aktivních látek. Světová produkce povrchově aktivních látek je 2-3 kg na obyvatele za rok. Přibližně 50 % vyrobených povrchově aktivních látek se používá pro domácí chemii (mycí a čisticí prostředky, kosmetika), zbytek je využíván v průmyslu a zemědělství. x-ve. Současně s každoročním nárůstem produkce tenzidů se mění poměr mezi jejich používáním v běžném životě a průmyslu ve prospěch průmyslu.

Použití povrchově aktivních látek je dáno jejich povrchovou aktivitou a adsorpční strukturou. vrstvy a objemové svatyně. Povrchově aktivní látky obou skupin (pravý r-rime a koloidní) se používají jako dispergační činidla pro broušení pevných látek, vrtání tvrdých hornin (reduktory tvrdosti), pro zlepšení mazacího účinku, snížení tření a opotřebení, intenzitu regenerace oleje atd. Ostatní. Důležitým aspektem použití povrchově aktivních látek je tvorba a destrukce pěn, emulzí a mikroemulzí. Surfaktanty jsou široce používány k regulaci tvorby struktury a stability dispergovaných systémů s kapalným disperzním médiem (vodným a organickým). Široce se používají micelární systémy tvořené povrchově aktivními látkami ve vodném i nevodném prostředí, pro které není důležitá povrchová aktivita povrchově aktivních látek ani jejich adsorpční vlastnosti. vrstvy, a objemové vlastnosti: výrazné anomálie viskozity se zvýšením koncentrace tenzidu až do vzniku, např. ve vodném prostředí krystalizace. pevné mýdlové struktury nebo pevné tvarované struktury (v mazivech na bázi ropných olejů).

Povrchově aktivní látky se používají ve více než 100 odvětvích národního hospodářství. Většina vyrobených povrchově aktivních látek se používá v pracích prostředcích, při výrobě tkanin a produktů na syntetické bázi. a přirozené vlákna Mezi hlavní spotřebitele povrchově aktivních látek patří ropa, chemikálie. průmysl, průmysl se buduje. materiály a řada dalších. Naíb. důležité aplikace povrchově aktivních látek:

• - vrtání s jílovými roztoky a reverzibilními emulzemi voda/olej. Regulovat agregační stabilitu a reologické vlastnosti. vlastnosti roztoků, používá se vysokokomol. Do emulzí se přidávají povrchově aktivní látky - ve vodě rozpustné ethery celulózy, polyakrylamid aj., přírodní vápenaté soli. a syntetické mastné kyseliny (C16-C18 a vyšší), alkyl aromatické. sulfonáty, alkylaminy, alkylamidoaminy, alkylimidazoliny;
• -zvýšená regenerace oleje díky micelárnímu zaplavení (ethoxylované alkylfenoly a alkoholy, alkylaromatické sulfonáty);
• - antioxidant, extrémní tlak a další přísady při výrobě minerálů. oleje (syntetická mastná mýdla, ropné sulfonáty, oxyethylalkoholy) a plasty. lubrikanty (deriváty fenolu, arylaminy, alkyl a aryl fosfáty);
• - regulace smáčení při flotaci železných a manganových rud (přírodní a syntetická mastná mýdla, vyšší alifatické aminy), rud vzácných kovů (kyseliny alkylarson a alkylfosfonové, alkylaromatické sulfonáty);
• -emulzní polymerace, výroba polystyrenu a dalších vinylových polymerů (karboxymethylcelulóza, polyvinylalkohol, syntetická mastná mýdla, alkylsulfáty, ethoxylované alkoholy a alkylfenoly);
• - chemická výroba vlákna (oxyethylenaminy a amidy, proxanoly a proxaminy, vyšší alkoholy a sloučeniny);
• -srst. zpracování kovů: adsorpce. snížení pevnosti, zvýšení rychlosti řezání, hoblování, frézování (přírodní a syntetická mastná mýdla, alkylaromatické sulfonáty, oxyethylalkoholy atd.);
• -buduje se průmysl. materiály: regulace srsti. a reologické. V betonových směsích vlivem adsorpce sv. modifikace komponent (estery syntetických mastných kyselin, sulfonáty, alkylaminy, alkylsulfáty, oxyethylmastné kyseliny);
• -výroba syntetických detergentů;
• -zlepšení struktury půdy, zabránění erozním procesům (povrchově aktivní polyelektrolyty - produkty neúplné hydrolýzy polyakrylonitrilu, produkty amidace polyakrylových a polymethakrylových sloučenin a složení polymerního řetězce se liší mezi amidovými, cyklickými imidovými, karboxylovými a dalšími skupinami).

Biologický rozklad povrchově aktivních látek. Vodné roztoky povrchově aktivních látek ve větší či menší koncentraci vstupují do průmyslových odpadních vod. vodách a nakonec do nádrží. Velká pozornost je věnována čištění odpadních vod od povrchově aktivních látek, protože vzhledem k nízké rychlosti rozkladu povrchově aktivních látek jsou škodlivé důsledky jejich dopadu na přírodu a živé organismy nepředvídatelné. Odpadní voda obsahující produkty hydrolýzy polyfosfátových povrchově aktivních látek může způsobit intenzivní růst rostlin, což vede ke znečištění dříve čistých vodních útvarů: jak rostliny umírají, začínají hnít a voda je ochuzena o kyslík, což následně zhoršuje podmínky pro existenci jiné formy života ve vodě.

Mezi způsoby čištění odpadních vod v usazovacích nádržích patří přeměna povrchově aktivních látek na pěnu, adsorpce aktivním uhlím, použití iontoměničových pryskyřic, neutralizace kationtovými látkami atd. Tyto metody jsou drahé a málo účinné, proto je vhodnější čistit odpadní vody od povrchově aktivních látek v usazovacích nádržích (aeračních nádržích) a v přírodních podmínek (v nádržích) biol. oxidace pod vlivem heterotrofních bakterií (převládající rod je Pseudomonas), které jsou součástí aktivovaného kalu. V souvislosti s tímto procesem se povrchově aktivní látky obvykle dělí na „měkké“ a „tvrdé“. Tvrdé povrchově aktivní látky zahrnují určité alkylbenzensulfonáty (například tetrapropylbenzensulfonát) a oxyethylen. isooktylfenoly; v současnosti se prakticky nevyrábí. Stupeň biooxidace tzv. měkkých povrchově aktivních látek závisí na struktuře hydrofobní části molekuly povrchově aktivní látky: při jejím rozvětvení se biooxidace prudce zhoršuje. Teoreticky biooxidace pokračuje ke konverzi. org. prakticky ve vodě a oxidu uhličitém. problém spočívá pouze v době oxidace, tj. v kinetice procesu. Pokud vystudují. oxidace probíhá pomalu, povrchově aktivní látka má čas vyvolat škodlivý účinek na živé organismy a přírodu. Středa.

S biochemickým Při čištění roztoků odpadních povrchově aktivních látek se oxidace provádí v přítomnosti enzymy. Se zvyšující se teplotou se zvyšuje rychlost oxidace, ale nad 350 C jsou enzymy zničeny. Aniontové povrchově aktivní látky jsou adsorbovány na mezifázových rozhraních, v důsledku čehož se snižuje enzymatická hydrolýza tuků, bílkovin a sacharidů, což vede k inhibici bakteriální aktivity.

Mechanismus biooxidace povrchově aktivních látek je stanoven studiem meziproduktů. produkty rozkladu. Takže mezi tím. v produktech rozkladu alkylbenzensulfonátů byly nalezeny následující produkty: alkylbenzensulfonáty s krátkým alkylovým řetězcem; sulfofenylkarbonové sloučeniny s průměrně 4 atomy C v řetězci; sulfokarbonátové sloučeniny s 5-6 atomy C; sulfonové kyseliny a sulfonové kyseliny. To naznačuje, že biodegradace začíná od koncové methylové skupiny. Čím blíže se zbytek pohybuje k benzenovému kruhu, tím pomaleji probíhá oxidace. Poslední fází je rozklad benzenového kruhu na nenasycenost. sloučeniny, které poměrně rychle a úplně oxidují.

Alifatich. Povrchově aktivní látky oxidují rychleji než cyklické a sulfonáty se oxidují hůře než sulfáty.

Zřejmě je to způsobeno tím, že sírany ve vodě jsou hydrolyzovány. Primární a sekundární alkylsulfáty s přímým řetězcem jsou zcela zničeny v odpadní vodě během 1 hodiny. Alkylsulfáty s rozvětveným řetězcem oxidují pomaleji, zatímco alkylbenzensulfonáty s přímým řetězcem se úplně rozloží za pouhé 3 dny. Biodegradace kationtových povrchově aktivních látek byla málo studována, někteří výzkumníci nedoporučují jejich likvidaci do odpadních vod.

Růst výroby povrchově aktivních látek vedl ke vzniku velkých podniků, které jsou místními zdroji znečištění vod. Vysoce koncentrovaný odpadní vody z těchto podniků mohou být mikrobiol purifikován metoda založená na použití vysoce aktivních kultur mikroorganismů. Byly získány kmeny bakterií, které ničí alkylsulfáty, alkylsulfonáty, alkylbenzensulfonáty, sulfoethoxyláty atd. Byly identifikovány meziprodukty. produkty rozkladu, které jsou analogy přírody. in-c, netoxické a nemají nepříznivý vliv na životní prostředí. Jedním z důležitých výsledků bakteriálního trávení je nepřítomnost meziproduktů. produkty rozkladu látek s jasně vyjádřenou difilicitou molekul. Uvedená metoda dá. výsledky pro odpadní vody obsahující 500 mg/l povrchově aktivní látky. Účinnost čištění byla 95-97 % za ne více než 12 hodin.Mezi gramnegativní. bakterií, byly nalezeny mikroorganismy (destruktory), které absorbují povrchově aktivní látky jako výživu. Podklad.

Technologické povrchově aktivní látky a jejich mazivost

Tenzidy (surfaktanty) jsou chemické sloučeniny, které při koncentraci na rozhraní způsobují snížení povrchového napětí.

Významný vliv technologických povrchově aktivních látek se projevuje přímým i nepřímým (prostřednictvím změn struktury) ovlivněním povrchových jevů na rozhraní mazivo-kov, tzn. na mazací a ochranné schopnosti maziv. Nejen jednotlivé povrchově aktivní látky, ale také oxidační produkty vznikající při procesu přípravy (tj. TPAS) a provozu maziv mají významný vliv na procesy tření a opotřebení. Již v 50. letech 20. století D.S. Velikovsky a jeho kolegové vyvinuli přísady řady MNI, což jsou produkty oxidace vazelíny nebo ceresinu. Ukázalo se, že nositeli jejich funkčních vlastností včetně ochrany proti opotřebení jsou esterové kyseliny obsahující aktivní skupiny COOH, COOC, OH a také laktonové skupiny tvořící kvazikrystalické struktury.

Povrchově aktivní látky mají polární (asymetrickou) molekulární strukturu, jsou schopny se adsorbovat na rozhraní dvou prostředí a snižovat volnou povrchovou energii systému. Zcela nevýznamné přísady povrchově aktivních látek mohou změnit vlastnosti povrchu částic a dát materiálu nové kvality. Působení povrchově aktivních látek je založeno na fenoménu adsorpce, která současně vede k jednomu nebo dvěma opačným efektům: snížení interakce mezi částicemi a stabilizace rozhraní mezi nimi v důsledku tvorby mezifázové vrstvy. Většina povrchově aktivních látek se vyznačuje lineární strukturou molekul, jejichž délka výrazně přesahuje příčné rozměry (obr. 15). Molekulární radikály se skládají ze skupin, které jsou svými vlastnostmi příbuzné molekulám rozpouštědla, a z funkčních skupin s vlastnostmi, které se od nich výrazně liší. Jedná se o polární hydrofilní skupiny, mající výrazné valenční vazby a mající určitý vliv na smáčení, lubrikaci a další účinky spojené s konceptem povrchové aktivity . Současně s uvolňováním tepla v důsledku adsorpce klesá přísun volné energie. Hydrofilní skupiny na koncích uhlovodíkových nepolárních řetězců mohou být hydroxyl - OH, karboxy - COOH, amino - NH 2, sulfo - SO a další silně interagující skupiny. Funkční skupiny jsou hydrofobní uhlovodíkové radikály charakterizované bočními valenčními vazbami. Hydrofobní interakce existují nezávisle na intermolekulárních silách a jsou dalším faktorem, který podporuje přibližování, „slepení“ nepolárních skupin nebo molekul. Adsorpční monomolekulární vrstva molekul povrchově aktivní látky je orientována volnými konci uhlovodíkových řetězců směrem od

povrch částic a činí jej nesmáčitelným, hydrofobním.

Účinnost konkrétní povrchově aktivní přísady závisí na fyzikálně-chemických vlastnostech materiálu. Povrchově aktivní látka, která vyvolává účinek v jednom chemickém systému, nemusí mít žádný účinek nebo má jasně opačný účinek v jiném. V tomto případě je velmi důležitá koncentrace povrchově aktivní látky, která určuje stupeň nasycení adsorpční vrstvy. Někdy sloučeniny s vysokou molekulovou hmotností vykazují účinek podobný povrchově aktivním látkám, i když nemění povrchové napětí vody, například polyvinylalkohol, deriváty celulózy, škrob a dokonce biopolymery (proteinové sloučeniny). Účinek povrchově aktivních látek mohou vyvíjet elektrolyty a látky nerozpustné ve vodě. Proto je velmi obtížné definovat pojem „povrchově aktivní látka“. V širším smyslu se tímto pojmem rozumí jakákoliv látka, která v malých množstvích znatelně mění povrchové vlastnosti rozptýleného systému.

Klasifikace povrchově aktivních látek je velmi různorodá a v některých případech protichůdná. Bylo učiněno několik pokusů klasifikovat podle různých kritérií. Podle Rebindera jsou všechny povrchově aktivní látky podle mechanismu účinku rozděleny do čtyř skupin:

– smáčedla, odpěňovače a pěnotvorné látky, tedy aktivní na rozhraní kapalina-plyn. Mohou snížit povrchové napětí vody z 0,07 na 0,03–0,05 J/m2;

– disperzanty, peptizéry;

– stabilizátory, adsorpční změkčovadla a ředidla (snižovače viskozity);

– detergenty se všemi vlastnostmi povrchově aktivních látek.

V zahraničí je široce používáno třídění tenzidů podle funkčního účelu: ředidla, smáčedla, dispergační činidla, deflokulanty, pěnidla a odpěňovače, emulgátory, stabilizátory disperzních systémů. Rozlišují se také pojiva, změkčovadla a maziva.

Na základě své chemické struktury jsou povrchově aktivní látky klasifikovány v závislosti na povaze hydrofilních skupin a hydrofobních radikálů. Radikály se dělí do dvou skupin – iontové a neiontové, první mohou být aniontové a kationtové.

Neiontové povrchově aktivní látky obsahují neionizující konečné skupiny s vysokou afinitou k disperznímu prostředí (vodě), které obvykle obsahují atomy kyslíku, dusíku a síry. Aniontové povrchově aktivní látky jsou sloučeniny, ve kterých je součástí aniontu vytvořeného ve vodném roztoku dlouhý uhlovodíkový řetězec molekul s nízkou afinitou k disperznímu médiu. Například COOH je karboxylová skupina, SO 3 H je sulfo skupina, OSO 3 H je etherová skupina, H 2 SO 4 atd. Mezi aniontové povrchově aktivní látky patří soli karboxylových kyselin, alkylsulfáty, alkylsulfonáty atd. Kationtové látky tvoří ve vodných roztocích kationty obsahující dlouhý uhlovodíkový radikál. Například 1-, 2-, 3- a 4-substituované amonium atd. Příkladem takových látek mohou být aminové soli, amonné báze apod. Někdy se izoluje i třetí skupina povrchově aktivních látek, kam patří amfoterní elektrolyty a amfolytické látky, který v závislosti na Přirozeně může dispergovaná fáze vykazovat jak kyselé, tak zásadité vlastnosti. Amfolyty jsou nerozpustné ve vodě, ale jsou aktivní v nevodných médiích, jako je kyselina olejová v uhlovodících.

Japonští vědci navrhují klasifikaci povrchově aktivních látek podle fyzikálně-chemických vlastností: molekulová hmotnost, molekulární struktura, chemická aktivita atd. Gelovité slupky na pevných částicích vzniklé z povrchově aktivních látek v důsledku různých orientací polárních a nepolárních skupin mohou způsobit různé účinky: zkapalnění; stabilizace; rozptylování; odpěňování; pojivové, plastifikační a lubrikační účinky.

Povrchově aktivní látka působí pozitivně pouze při určité koncentraci. Na problematiku optimálního množství podávaných tenzidů jsou velmi rozdílné názory. P. A. Rebinder upozorňuje, že pro částice

1–10 µm by mělo být požadované množství povrchově aktivní látky 0,1–0,5 %. Jiné zdroje uvádějí hodnoty 0,05–1 % nebo více pro různé rozptyly. U feritů bylo zjištěno, že aby se vytvořila monomolekulární vrstva během mletí za sucha, musí být povrchově aktivní látky odebírány v množství 0,25 mg na 1 m2 specifického povrchu výchozího produktu; pro mokré broušení – 0,15–0,20 mg/m2. Praxe ukazuje, že koncentrace povrchově aktivní látky musí být v každém konkrétním případě zvolena experimentálně.

V technologii keramických SEM lze rozlišit čtyři oblasti použití povrchově aktivních látek, které umožňují zintenzivnit fyzikálně chemické změny a přeměny v materiálech a řídit je během procesu syntézy:

– zintenzivnění procesů jemného mletí prášků pro zvýšení disperze materiálu a zkrácení doby mletí při dosažení dané disperze;

– regulace vlastností fyzikálních a chemických disperzních systémů (suspenzí, skluzů, past) v technologických procesech. Důležité jsou zde procesy zkapalňování (resp. snížení viskozity se zvýšením tekutosti bez snížení obsahu vlhkosti), stabilizace reologických charakteristik, odpěňování v disperzních systémech atd.;

– řízení procesů tvorby hořáku při stříkání suspenzí při získání specifikované velikosti, tvaru a rozptylu stříkacího hořáku;

– zvýšení plasticity formovacích hmot, zejména těch, které se získávají při vystavení zvýšeným teplotám, a hustoty vyrobených polotovarů v důsledku zavedení komplexu pojiv, změkčovadel a maziv.

Povrchově aktivní látky (tenzidy) jsou zpravidla chemické látky, které jsou obsaženy v jakémkoli čisticím prostředku, dokonce i v běžném mýdle. Právě díky povrchově aktivním látkám čistící přípravek čistí.

Proč jsou potřeba povrchově aktivní látky?

Problém je v tom, že nečistoty, zejména mastnota, se vodou smývají jen velmi obtížně. Zkuste si umýt mastné ruce vodou. Voda odteče, aniž by se smyla tuk. Molekuly vody neulpívají na molekulách tuku a neberou je s sebou. Úkolem je proto přichytit molekuly tuku na molekuly vody. To je přesně to, co povrchově aktivní látky dělají. Molekula povrchově aktivní látky je koule, jejíž jeden pól je lipofilní (spojuje se s tuky) a druhý je hydrofilní (spojuje se s molekulami vody). To znamená, že jeden konec částice povrchově aktivní látky je připojen k částici tuku a druhý konec je připojen k částicím vody.

Jak povrchově aktivní látky ovlivňují naše zdraví?

Většina vlhkosti v lidském těle je také založena na tuku. Tito. například ochranná vrstva kůže (lipidy – tuky, které chrání kůži před vstupem různých bakterií do těla) je tukový film a je přirozeně ničena povrchově aktivními látkami. A infekce napadá místo, které je nejméně chráněno, což samozřejmě škodí lidskému zdraví. Odborníci tvrdí, že po použití pracího prostředku by se ochranná vrstva pokožky měla stihnout zotavit do 4 hodin alespoň na 60 %. Toto jsou hygienické normy stanovené společností GOST. Ne všechny detergenty však takovou obnovu pokožky poskytují. A pleť zbavená tuku a dehydratovaná stárne rychleji.

Navíc biologicky neodbouratelné tenzidy se mohou hromadit v mozku, játrech, srdci, tukových usazeninách (hlavně hodně) a dále dlouhodobě ničit tělo. A protože se téměř nikdo neobejde bez detergentů, povrchově aktivní látky se v našem těle neustále doplňují, což tělu neustále škodí. Povrchově aktivní látky také ovlivňují reprodukční funkce u mužů, podobně jako radioaktivní záření.

Problém se zhoršuje skutečností, že naše zpracovatelská zařízení odvádějí špatnou práci při odstraňování povrchově aktivních látek. Škodlivé tenzidy se nám tedy vrací přívodem vody téměř ve stejné koncentraci, v jaké je vyléváme do odpadu. Jedinou výjimkou jsou produkty s biologicky odbouratelnými povrchově aktivními látkami.

Jaké druhy povrchově aktivních látek existují?

Aniontové povrchově aktivní látky. Hlavní výhodou je relativně nízká cena, účinnost a dobrá rozpustnost. Nejagresivnější jsou ale vůči lidskému tělu.
- Kationtové povrchově aktivní látky. Mají baktericidní vlastnosti.
- Neiontové povrchově aktivní látky. Hlavní výhodou je jeho příznivý vliv na tkaninu a hlavně 100% biologická rozložitelnost.
- Amfolytické povrchově aktivní látky. V závislosti na prostředí (kyselost/alkalita) působí buď jako kationtové nebo aniontové povrchově aktivní látky.

Jak povrchově aktivní látky ovlivňují životní prostředí?

Jedním z hlavních negativních účinků povrchově aktivních látek v prostředí je snížení povrchového napětí. Například v oceánu vede změna povrchového napětí ke snížení míry zadržování CO2 a kyslíku ve vodní hmotě. A to negativně ovlivňuje vodní flóru a faunu.

Navíc téměř všechny povrchově aktivní látky používané v průmyslu a domácnostech mohou při dopadu na částice zeminy, písku nebo jílu za normálních podmínek uvolňovat ionty těžkých kovů zadržované těmito částicemi, a tím zvyšovat riziko vniknutí těchto látek do lidského těla. .

Co je to biologicky odbouratelná povrchově aktivní látka?

Jedním z hlavních kritérií pro ekologickou bezpečnost domácích chemikálií je biologická odbouratelnost povrchově aktivních látek, které jsou součástí jejich složení. Povrchově aktivní látky se dělí na ty, které se rychle ničí v prostředí, a ty, které se nezničí a mohou se v organismech hromadit v nepřijatelných koncentracích.

Navíc se rozlišuje primární biologická odbouratelnost, která implikuje strukturní změny povrchově aktivních látek mikroorganismy, vedoucí ke ztrátě povrchově aktivních vlastností, a úplná biologická odbouratelnost – konečná biodegradace povrchově aktivních látek na oxid uhličitý a vodu. Bezpečné jsou pouze zcela biologicky odbouratelné povrchově aktivní látky.

Pouze některé neiontové povrchově aktivní látky, především ty získané z biologických surovin spíše než z ropných produktů, jsou 100% biologicky odbouratelné.

Bio-surfaktant - co to je?

V roce 1995 se ECOVER spolu s francouzskou společností Agro-Industrie Recherches et Développements (ARD) zúčastnil evropského výzkumného projektu, jehož cílem bylo naučit se syntetizovat povrchově aktivní látky ze zemědělského odpadu, jako je sláma a pšeničné otruby. Projekt byl úspěšně dokončen již v roce 1999 a výroba v průmyslovém měřítku byla zahájena v roce 2008.

Bio-tenzidy tvoří v dnešní době základ celé řady mycích prostředků značky ECOVER. Výsledky testů potvrzují, že takové povrchově aktivní látky mají silný čisticí účinek, jsou zcela biologicky odbouratelné a vyznačují se nízkou toxicitou. Je to jako v pohádce, kde se sláma proměnila ve zlato, ale tohle je skutečný příběh.

Polární skupiny v aniontových povrchově aktivních látkách jsou obvykle karboxylátové, sulfátové, sulfonátové a fosfátové skupiny. Na Obr. Obrázek 1 ukazuje molekulární struktury nejběžnějších povrchově aktivních látek této třídy.

Aniontové povrchově aktivní látky se používají v mnohem větším množství než jiné typy povrchově aktivních látek. Podle hrubého odhadu je světová produkce tenzidů 10 milionů tun ročně, z toho 60 % tvoří podíl aniontových tenzidů.

Rýže. 1. Struktura některých typických aniontových povrchově aktivních látek

Hlavním důvodem popularity těchto povrchově aktivních látek je jejich jednoduchost a nízká cena výroby. Aniontové povrchově aktivní látky jsou součástí většiny detergentů a povrchově aktivní látky s alkylovými nebo alkylarylovými skupinami obsahujícími 12-18 atomů uhlíku v hydrofobním řetězci mají nejlepší čisticí účinek.

Protiionty jsou obvykle Na+, K+, NH4+, Ca2+ ionty a různé protonované alkylaminy. Sodné a draselné ionty zvyšují rozpustnost povrchově aktivních látek ve vodě, zatímco ionty vápníku a hořčíku pomáhají zvyšovat rozpustnost povrchově aktivních látek v olejové fázi. Protonované aminy a alkanolaminy zajišťují rozpustnost povrchově aktivních látek v obou fázích.

Mýdla také tvoří obrovskou třídu povrchově aktivních látek. Vyrábějí se saponifikací přírodních olejů a tuků. Obvykle se mýdla nazývají soli alkalických kovů karboxylových kyselin získané ze živočišných tuků nebo rostlinných olejů. Kusová mýdla obvykle obsahují mastné kyseliny, které pocházejí z talového oleje, palmového oleje a kokosového oleje. Při použití za optimálních podmínek jsou mýdla ideálními povrchově aktivními látkami. Jejich hlavní nevýhodou je citlivost na tvrdou vodu, která předurčila potřebu vytvářet syntetické povrchově aktivní látky. Velmi specifické uplatnění nachází lithná sůl mastné kyseliny, konkrétně lithium 12-hydroxystearát, který se používá jako hlavní složka maziv.

Alkylbenzensulfonáty tvoří skupinu syntetických povrchově aktivních látek, které jsou považovány za hlavní „prachy“. Jsou široce používány v čisticích prostředcích pro domácnost a také v široké řadě průmyslových aplikací. Získávají se sulfonačním procesem alkylbenzenů. Při syntéze ve velkém měřítku se jako sulfonační činidlo nejčastěji používá oxid sírový, ale lze použít i jiné látky, jako je kyselina sírová, oleum, kyselina chlorsulfonová nebo kyselina amidosulfonová. V některých případech se ukazují být ještě výhodnější. Průmyslová syntéza se provádí kontinuálním procesem za použití volně tekoucího filmového aparátu. V prvním stupni procesu vzniká kyselina pyrosulfonová, která dále pomalu a spontánně reaguje za vzniku kyseliny sulfonové.

Sulfonová kyselina se pak neutralizuje louhem sodným, což vede k vytvoření alkylbenzensulfonátové soli. Vzhledem k velkému objemu alkylových substituentů vznikají téměř výhradně n-sulfonové kyseliny. Ve výše uvedeném diagramu je R alkylová skupina, typicky obsahující 12 atomů uhlíku. Zpočátku se jako meziprodukt při syntéze povrchově aktivních látek používaly rozvětvené alkylbenzeny, v dnešní době jsou však téměř zcela nahrazovány lineárními deriváty, proto se takové povrchově aktivní látky nazývají lineární alkylbenzensulfonáty. Odmítnutí rozvětvených derivátů a jejich nahrazení lineárními je dáno především jejich rychlejší biodegradací. Alkylbenzeny se zase připravují alkylací benzenu n-alkeny nebo alkylchloridy za použití HF nebo AICI3 jako katalyzátorů. Reakcí vzniká směs izomerů s fenylovou skupinou připojenou k jedné z nekoncových poloh v alkylovém řetězci.

Dalším typem sulfonátových povrchově aktivních látek používaných v detergentech jsou parafinové a a-olefinové sulfonáty, které se často nazývají AOS. V obecných případech jsou výsledné povrchově aktivní látky komplexní směsi látek, které se liší fyzikálně-chemickými vlastnostmi. Parafinsulfonáty neboli sekundární n-alkansulfonáty se vyrábějí především v Evropě. Získávají se zpravidla sulfonovou oxidací parafinových uhlovodíků oxidem siřičitým a kyslíkem za ozáření ultrafialovým světlem. Ve starším procesu, který se však stále používá, se parafinové sulfonáty vyrábějí sulfochlorační reakcí. Oba procesy jsou radikálové reakce, a protože sekundární atomy uhlíku tvoří stabilnější volné radikály než primární atomy uhlíku, je statisticky zavedena sulfoskupina na jakýkoli nekoncový atom uhlíku alkanového řetězce. Nejběžnější hydrofobní surovinou je směs uhlovodíků C 14 -C 17, někdy nazývaná „eurofrakce“, a konečné produkty jsou v tomto případě představovány velmi složitými směsmi izomerů a homologů.

α-olefinsulfonáty se připravují reakcí lineárních α-olefinů s oxidem sírovým; výsledkem je směs alkensulfonátů, 3- a 4-hydroxyalkansulfonátů a některých disulfonátů a dalších látek. Jako surovina se používají hlavně dvě olefinové frakce: C12-C16 a C16-C18. Poměr alkensulfonátů k hydroxyalkansulfonátům je do určité míry regulován poměrem množství S03 a olefinů zavedených do reakční směsi: čím vyšší je tento poměr, tím více se tvoří alkensulfonové kyseliny. K tvorbě hydroxyalkansulfonové kyseliny dochází prostřednictvím meziproduktu cyklického sultonu, který je poté štěpen alkálií. Sutone je toxický, proto je důležité, aby jeho koncentrace v konečném produktu byla velmi nízká. Schéma získávání lze zapsat takto:

Disulfosukcinát sodný je alkylsulfonátový surfaktant široce používaný ve studiích povrchové chemie. Díky své objemné hydrofobní skupině je tato povrchově aktivní látka zvláště vhodná pro výrobu mikroemulzí typu voda v oleji.

Isethionátové povrchově aktivní látky obecného vzorce R-COOC^C^SO^Na* jsou estery mastných kyselin a soli kyseliny isethionové. Patří mezi nejjemnější povrchově aktivní látky a používají se v kosmetických přípravcích.

Sulfonátové tenzidy, získané sulfonací ligninu, ropných frakcí, alkylnaftalenů nebo jiných levných uhlovodíkových frakcí, jsou široce průmyslově využívány jako dispergátory, emulgátory, deemulgátory, odpěňovače, smáčedla atd.

Sulfonované sulfáty a ethoxylované alkoholy tvoří další důležitou skupinu aniontových povrchově aktivních látek, které jsou široce používány v detergentech. Jedná se o monoestery kyseliny sírové, ve kterých je esterová vazba velmi labilní a při nízkém pH se v důsledku autokatalytické hydrolýzy poměrně snadno štěpí. Jako suroviny pro tento typ tenzidů se používají lineární a rozvětvené alkoholy s počtem uhlíkových atomů od 8 do 16. Při použití lineárního alkoholu s 12 uhlíkovými atomy se získá dodecylester kyseliny sírové a po neutralizaci louhem sodným vzniká dodecylsulfát sodný - nejdůležitější povrchově aktivní látka tohoto typu. Ethoxylované alkoholy, běžně používané jako meziprodukty, jsou alifatické alkoholy se dvěma nebo třemi oxyethylenovými jednotkami. Proces je podobný výše popsané sulfonaci. V průmyslové výrobě se jako činidlo používá oxid sírový,

a podobně jako sulfonace probíhá reakce přes fázi tvorby pyrosíranu jako meziproduktu:

Syntéza sulfátových esterů ethoxylovaných alkoholů se provádí podobným způsobem. Reakce je obvykle doprovázena tvorbou znatelného množství 1,4-dioxanu. Protože je dioxan toxický, musí být odstraněn destilací. Takové povrchově aktivní látky se obvykle nazývají ethoxylované alkylsulfáty. Mají dobré pěnivé vlastnosti, nízkou toxicitu pro pokožku a oči, a proto se používají v prostředcích na mytí nádobí a šamponech.

Ethoxylované alkoholy mohou být převedeny na karboxyláty, tj. ethoxylované alkylkarboxyláty. Tradičně se to dělalo pomocí monochloracetátu sodného:

Williamsonova reakce obvykle probíhá v nízkém výtěžku. Novější způsoby syntézy jsou založeny na oxidaci ethoxylovaných alkoholů kyslíkem nebo peroxidem vodíku v alkalickém prostředí za použití platiny nebo palladia jako katalyzátoru. Při této reakci dochází ke konverzi ethoxylátů s dobrým výtěžkem, ale je také možná oxidační degradace polyoxyethylenového řetězce. Ethoxylované alkylkarboxyláty se používají při výrobě produktů osobní péče nebo jako pomocné povrchově aktivní látky v různých kapalných detergentních formulacích. Stejně jako ethoxylované alkylsulfáty jsou ethoxylované alkylkarboxyláty stabilní ve velmi tvrdé vodě. Oba typy povrchově aktivních látek mají také dobrou schopnost dispergovat vápenatá mýdla, což je velmi důležité pro povrchově aktivní látky obsažené v produktech osobní péče. Schopnost dispergovat vápenatá mýdla se obvykle vyjadřuje jako množství povrchově aktivní látky potřebné k dispergování vápenatého mýdla připraveného ze 100 g sodné soli oletu ve vodě o tvrdosti ekvivalentní 0,0333 % CaCO3.

Základní informace o aniontových povrchově aktivních látkách

1. Aniontové povrchově aktivní látky jsou nejběžnější třídou povrchově aktivních látek.

2. Aniontové povrchově aktivní látky jsou obvykle nekompatibilní s kationtovými povrchově aktivními látkami.

3. Jsou citlivé na tvrdou vodu a citlivost klesá v pořadí karboxyláty > fosfáty > sulfáty „sulfonáty.

4. Zavedení krátkého polyoxyethylenového řetězce mezi aniontovou skupinu a uhlovodíkový radikál výrazně zvyšuje odolnost aniontových povrchově aktivních látek vůči solím.

5. Zavedení krátkého polyoxypropylenového řetězce mezi aniontovou skupinu a uhlovodíkový radikál zvyšuje rozpustnost povrchově aktivní látky v organických médiích, ale zároveň může vést ke snížení rychlosti biodegradace povrchově aktivní látky.

6. V důsledku autokatalytické hydrolýzy sulfátové povrchově aktivní látky rychle hydrolyzují v kyselém prostředí. Jiné typy povrchově aktivních látek jsou stabilní za nepříliš drsných podmínek.

Všechny komerční fosfátové povrchově aktivní látky obsahují mono- a diestery kyseliny fosforečné a relativní obsah těchto složek se velmi liší v závislosti na výrobci. Protože fyzikálně-chemické vlastnosti alkylfosfátových povrchově aktivních látek závisí na poměru různých esterů, jsou alkylfosfáty od různých výrobců méně zaměnitelné než jiné typy povrchově aktivních látek. Oxychlorid fosforečný POCI 3 lze použít jako fosforylační činidlo pro výrobu alkylfosfátových povrchově aktivních látek. V tomto případě také vzniká směs mono- a diesterů kyseliny fosforečné.